苔蘚水提液對玉米和小麥種子萌發的化感效應

朱亞利，饒本強*，余亞軍，謝陽陽，劉 冰，薛 慧，趙潘玉

(1.信陽師范學院a.生命科學學院; b.大別山農業生物資源保護與利用研究院，河南 信陽 464000；2.信陽市林業工作站，河南 信陽 464000)

0 引言

苔蘚植物屬于低等的高等植物，無花，無種子，以孢子繁殖.全世界約有23 000種，能作為監測空氣污染程度的指示植物.在植物界的演化進程中，苔蘚植物代表著從水生逐漸過渡到陸生的類型.多種苔蘚植物能產生特別豐富的次生代謝產物，從苔蘚植物中已經分離到的次生代謝產物主要有萜類、甾醇、芳香族化合物及脂類等.而在其他的高等植物中廣泛存在的生物堿，苔蘚植物幾乎完全缺乏[1].苔蘚植物體中不同的次生代謝產物有著不同的生理活性，但是其水提液對植物種子的作用鮮有報道.Haneck和Meinwnger[2]報道了81種苔蘚植物水提液對獨行菜(Lepidiumsalivum)種子的影響，實驗結果證實了81種苔蘚水提液對獨行菜種子具有不同的作用，有些種類能促進獨行菜莖的生長，如葉蘚(Distichiumcapillaceaum)、地錢(Marchantiapolymorpha).有些種類促進獨行菜根的生長，如灰蘚(Hypnumcupressiforme)，蛇苔(Conocephalumconicum).而有些種類卻抑制獨行菜根和莖的生長，如大咢苔(Cephaloziabicuspidata).鄧云峰[3]等發現美灰蘚(Eurohypnumleptothallum)不同濃度的提取液對玉米種子萌發無明顯影響，對小麥種子有一定的促進作用，而真蘚(Bryumargenteum)則是對玉米有抑制作用，對小麥種子無明顯作用.本實驗以玉米和小麥種子作為被試材料，測試小金發蘚(Pogonatumaloides)和仙鶴蘚(Atrichumundulatum)不同濃度提取液對其種子萌發的化感作用.

1 材料與方法

1.1 材料

小金發蘚和仙鶴蘚均采自信陽南灣湖風景區背陰面的山坡上.玉米種子為緯玉5號，來自于河南嘉禾種子有限公司.小麥種子為豫農98，來自于河南省南海種子有限公司.

1.2 實驗方法

將野外采集的新鮮苔蘚配子體用自來水沖洗干凈，除去夾雜在中間的雜蘚及雜質，再用蒸餾水清洗3遍.放入烘干箱于40 ℃烘干，取出研磨成粉末.稱取5 g干燥的苔蘚材料，并將其置于加有200 mL的雙蒸水的500 mL的容量瓶中，用封口膜封口，70 ℃恒溫水浴浸提6 h，用壓力泵抽濾，過濾，制成最終質量濃度為25 g/L的原水提液.將兩種苔蘚植物的原水提液稀釋為質量濃度25、15、10、5 g/L等4種苔蘚提取液.

1.2.1 種子預處理

挑選籽粒飽滿，大小均勻的玉米和小麥種子各720粒，先用流水沖洗30 min，再用蒸餾水洗3次，用蒸餾水浸泡12 h，最后用體積分數為0.1%的HgCl2消毒7 min，用無菌水沖洗3～4次，每次1 min.

1.2.2 種子萌發

在每個培養皿(15 cm)內放入2層濾紙，121 ℃高壓滅菌20 min后加入10 mL不同質量濃度的苔蘚提取液，以雙蒸水作為對照，每個濃度3個重復，每個培養皿中，放入20粒種子，加入10 mL提取液，為了防止提取液的揮發和被污染，用封口膜將培養皿封口.培養條件為22 ℃，光照周期為14 h光照，10 h黑暗.每天固定時間段統計玉米和小麥種子的發芽粒數，以胚根長大于等于種子的直徑視為已發芽種子，以連續2 d種子的發芽數不再增加視為萌發結束.萌發實驗結束后，隨機取10粒已萌發的種子，稱量玉米和小麥種子芽根鮮質理與干質量，測量胚根長、胚芽長、不定根根數.

1.2.3 數據統計與分析

采用Excel2016對實驗圖表進行處理，用Spass17.0統計軟件進行數據處理與分析，同時采用單因素方差分析(one-way ANOVA)和LSD多重比較檢驗各處理組間的差異顯著水平.

2 結果和分析

2.1 苔蘚提取液對玉米種子萌發率的影響

圖1為小金發鮮和仙鶴蘚不同質量濃度提取液處理玉米種子的萌發率.5 g/L的小金發蘚提取液對玉米種子的萌發有促進作用，其他濃度均有一定的抑制作用，與對照組相比，差異并不顯著(p>0.05),說明該苔蘚提取液不同濃度處理對玉米種子萌發不會產生明顯的影響.仙鶴蘚提取液不同濃度處理對玉米種子的萌發均有促進作用，其中10 g/L和5 g/L對玉米種子的萌發作用最強.

圖1 小金發鮮和仙鶴蘚不同濃度提取液處理玉米種子的萌發率Fig. 1 The germination rate of maize seeds treatedwith different water extract from the Pogonatum aloidesand the Atrichum undulatum.

2.2 苔蘚提取液對玉米種子幼苗生長指標的影響

表1為小金發蘚提取液對玉米種子各生長指標的影響.不同質量濃度小金發蘚提取液處理間玉米幼苗根長和不定根數等指標存在顯著性差異(p<0.05).而對其他生長指標的作用不顯著(p>0.05).除濃度為5 g/L外，其他各處理對玉米幼苗的根長具有明顯的抑制作用，當提取液質量濃度為15 g/L時，對玉米幼苗根長的抑制作用最強，且與對照組相比都存在顯著性差異；各濃度處理對玉米幼苗不定根數的增加均有促進作用，分別為對照組的1.39、2.91、1.58和1.04倍，其中，提取液質量濃度為15 g/L時，對玉米幼苗不定根數增加促進作用最強，且與對照組相比存在顯著性差異.

表2為仙鶴蘚提取液對玉米種子各生長指標的影響.不同質量濃度仙鶴蘚提取液對根鮮質量、根干質量、根長、芽長的作用存在顯著性差異(p<0.05)；而對玉米幼苗生長的其他各項指標不存在顯著性差異(p>0.05).濃度為5 g/L時，對玉米幼苗各項生長指標均有促進作用.濃度為15 g/L時，對玉米幼苗芽長有顯著的促進作用，為對照組的1.47倍，且與對照組相比存在顯著性差異.

表1 小金發蘚對玉米種子各生長指標的影響Tab. 1 The effect of the Pogonatum aloides on the growth indexes of maize seeds

表2 仙鶴蘚對玉米種子各生長指標的影響Tab. 2 The effect of the Atrichum undulatum on the growth indexes of maize seeds

2.3 苔蘚提取液對小麥種子萌發率的影響

圖2為小金發鮮和仙鶴蘚不同質量濃度提取液處理小麥種子的萌發率.質量濃度為25 g/L和10 g/L小金發蘚提取液對小麥種子萌發有抑制作用，且濃度為25 g/L時對小麥種子萌發抑制作用最明顯；質量濃度為5 g/L時對小麥種子萌發有促進作用，為對照組的1.21倍.仙鶴蘚水提液不同質量濃度對小麥種子萌發的作用與對照組相比差異不顯著(p<0.05)，然而，濃度為15 g/L時與濃度為5 g/L時相比差異顯著(p>0.05)，且濃度為5 g/L時是濃度為15g/L時的1.2倍.

圖2 小金發鮮和仙鶴蘚不同濃度提取液處理小麥種子的萌發率Fig. 2 The germination rate of wheat seeds treated withdifferent water extract from the Pogonatum aloidesandthe Atrichum undulatum.

2.4 苔蘚提取液對小麥種子幼苗生長指標的影響

不同質量濃度小金發蘚對小麥幼苗的各項生長指標都具有顯著的促進或抑制作用(p<0.05)，對小麥幼苗不定根數的增加均有促進作用，特別是質量濃度為25 g/L時作用效果最強，與對照組存在顯著性差異(p<0.05)，為對照組的1.36倍；然而對小麥根長均有抑制作用，濃度為25 g/L時抑制作用最強；質量濃度為15 g/L時，對小麥的根鮮質量、根干質量、芽鮮質量、根長和芽長都有明顯的抑制作用.

不同質量濃度仙鶴蘚對小麥幼苗根鮮質量、根干質量、不定根數等指標存在顯著性差異(p<0.05)；而對其他各項指標的作用差異不顯著(p>0.05).對小麥幼苗不定根數均有促進作用，其中15 g/L是促進作用最強，為對照組的1.26倍，且與對照組相比存在顯著性差異.而濃度為15 g/L時，除對不定根數有促進作用外，對小麥幼苗其他各生長指標也均有明顯的促進作用；濃度為25 g/L和10 g/L時，對根鮮質量有較強的抑制作用，且與對照組相比均存在顯著性差異.

表3 小金發蘚對小麥種子各生長指標的影響Tab. 3 The effect of the Pogonatum aloides on the growth indexes of wheat seeds

表4 仙鶴蘚對小麥種子各生長指標的影響Tab. 4 The effect of the Atrichum undulatum on the growth indexes of wheat seeds

3 討論

植物化感作用(Allelopathy),同時又被叫作植物他感作用(也有人稱為植物克生作用)，一般來說是指(供體)植物通過產生特種成分的化合物釋放到周圍環境中，并通過一定的化學作用表現出對周邊的其他受體植物,和自身的生長發育產生特定影響的現象[4]，這種影響作用既有促進又有抑制.化感作用在自然生態系統中廣泛存在，而且吸引了越來越多的專家學者的目光.在此背景之下，展開了大量植物-植物間相互作用的研究[5].

不同質量濃度小金發蘚水提液對玉米種子和小麥種子的萌發和胚根的生長均出現了低濃度促進高濃度抑制的現象，和陳圓圓[6]用綠豆、油菜、蘿卜種子為材料，測定了大金發蘚和小蛇苔三種不同濃度提取液對這三種種子的作用及張莉娜等[7]實驗疏網美喙蘚(Eurhynchiumlaxirete)、薄壁卷柏蘚(Racopilumcuspidigerum)、毛枝雀尾蘚(Hypopterygiumtrichocladon)和海島花葉蘚(Calymperestaitense)的配子體提取液的不同濃度處理對黃瓜種子萌發的“低促高抑”現象相同，這可能因為蘚類植物的某些化感物質影響了受試植物體內激素自身或參與代謝平衡，也可能因為蘚類植物體內可能含有某種內源激素釋放到提取液中從而起到生長調節作用；而且實驗發現隨著小金發蘚的濃度的不斷增高不定根數也不斷增加，這可能由于主胚根濃度明顯減小，從而在一定程度上促進了不定根數量的增加.不同濃度仙鶴蘚水提液對玉米種子萌發及根鮮質量、根干質量、根長、芽長等指標均表現出促進作用，對小麥種子萌發濃度為15 g/L時具有抑制作用，而對于根蘚重、根干重、不定根數15 g/L濃度時促進作用最強，出現這種結果可能是蘚類植物體內含有某種激素釋放到提取液中從而起到生長調節作用，而且小麥對該激素與玉米相比比較敏感15g/L時即達到其最適濃度.而且，某些植物種子萌發率不高的一個重要原因可能是由于自身含有脫落酸、脫水醋酸、香豆素,或生物堿在內的萌發抑制物質.此外，因為苔蘚植物次生代謝物質種類和含量還與植物體雌雄株有關，本文中的仙鶴蘚屬于雌雄同株，而小金發蘚則是雌雄異株，這可能是兩種蘚對玉米及小麥的影響不同的原因之一[8].

我國苔蘚植物資源豐富，同時，多種種類都能產生豐富的次生代謝物質，且常具有較強的生物活性.苔蘚提取液用于抗真菌的商品已經在市場上銷售，用于動物真菌感染.而且在我國民間許多藥用苔蘚早已用于治療人類疾病，在云南和四川等地一些苔蘚仍作為中草藥在民間使用.我國對苔蘚次生代謝物鮮有研究，其潛在應用價值應引起藥物化學、植物化學等相關領域學者的充分重視，加速這類資源的應用.玉米和小麥是主要的糧食作物，研究多集中在種質資源遺傳育種、基因組學研究等方面[9].不同國家小麥種質資源遺傳多樣性研究.而苔蘚水提液對種子萌發作用的研究較少，而且其作用機理有待進一步研究.