全 文 :麦类作物学报 2012,32(1):123-126
Journal of Triticeae Crops
黄顶菊水浸提液对小麦幼苗的生理效应
*
芦站根,周文杰,牛玉璐
(衡水学院生命科学系,河北衡水053000)
摘 要:为了解黄顶菊对小麦的化感效应,研究了黄顶菊茎叶、根水浸提液对小麦根系活力、叶片细胞膜
透性和抗氧化特性的影响。结果表明,随提取液质量分数的提高,小麦根系活力、SOD、POD及CAT活性逐
渐降低,而叶片细胞膜透性、MDA的含量逐渐上升。从化感效应指数RI和化感综合效应指数SE比较来看,
黄顶菊茎叶对小麦的化感抑制效应大于根浸提液。
关键词:小麦;黄顶菊浸提液;生理效应
中图分类号:S512.1;S311 文献标识码:A 文章编号:1009-1041(2012)01-0123-04
Physiological Effects of Water Extract fromFlaveria
bidentis on Wheat Seedlings
LU Zhan-gen,ZHOU Wen-jie,NIU Yu-lu
(Department of Life Science,Hengshui University,Hengshui,Hebei 053000,China)
Abstract:In order to identify the effects of Flaveria bidentis,a invasive plant grown in Hengshui
Lake,on physiological characteristics of wheat seedling and provide a basis for the scientific manage-
ment of wheat.Wheat seedlings were treated with different concentration of the water extract fromF.
bidentis root and stem +leaf.Then the root vigor,membrane permeability,activities of SOD,POD
and CAT,and the content of MDA of wheat seedlings were determined and the alelopathic effect was
investigated.The results indicated that the root vigor,activities of SOD,POD and CAT decreased
with the increase of the extract concentration,but the membrane penetrability and the content of
MDA increased progressively,which indicated that the water extract from F.bidentis had negative
effects on physiological characteristics of wheat seedlings.The influence of lower concentration was
relatively smaler.As to the rate of inhibiting(RI)and synthetic inhibiting effects(SE),the alelo-
pathic inhibition of F.bidentis stem +leaf extracts was stronger than that of root.
Key words:Wheat;Water extract fromFlaveria bidentis;Physiological effect
黄顶菊[Flaveria bidentis(L.)Kuntze]为
菊科堆心菊族黄菊属一年生杂草,具有适应能力
强、生长速度快、根系发达、种子量巨大、分泌化感
物质等特点,在短时间内在我国国家自然保护区-
衡水湖取代了本土植物,建立单优群落,从而成功
入侵和定植,并对本区生态系统的结构、功能和农
业生产带来很大的危害[1-3]。化感作用被认为是
外来植物成功入侵新生境的潜在机制之一[4-5]。
黄顶菊对植物种子萌发和幼苗生长具有抑制效
应[6-9],但多集中在对受体种子发芽和幼苗生长的
化感效应研究,而对受体幼苗进一步的生理生化
效应研究尚显不足,小麦幼苗的生理影响更是未
见报道。本实验以小麦为材料,用不同质量分数
黄顶菊水浸提液培养幼苗,测定其根系活力、叶片
细胞膜透性、保护酶活性及 MDA含量等生理生
化指标,探讨黄顶菊水浸提液对小麦幼苗的生理
*收稿日期:2011-05-23 修回日期:2011-08-03
基金项目:河北省科技计划项目(11276712D);河北省科技厅科技攻关项目(06220159);衡水市科技局科技攻关项目(08069Z)。
作者简介:芦站根(1971-),女,硕士,副教授,主要从事植物学与生态学研究。E-mail:luzhangen@126.com
效应,以期进一步深入认识黄顶菊的化感作用,为
黄顶菊的防控提供参考。
1 材料与方法
1.1 材 料
供试材料为2010年10月在衡水湖边采集的
黄顶菊成熟植株(高约1.8m),受体植物小麦品
种为衡观35。
1.2 方 法
1.2.1 黄顶菊水浸提液制备
将新鲜的黄顶菊植株用自来水冲洗干净,剪
成2cm左右的小段,自然风干,植物粉碎机粉碎,
按每1 000mL蒸馏水加100g干物质的比例浸
泡,超声波细胞破碎仪破碎15min,振荡器震荡
浸泡48h,双层纱布过滤后得10%母液,4℃保存
备用。实验时加入蒸馏水配成质量分数2.5%、
5.0%、7.5% 、10% 系列备用。
1.2.2 幼苗培养实验
于铺有一薄层脱脂棉的5个白瓷盘(25cm×
15cm)中分别播撒100粒小麦籽粒,分别浇灌不
同质量分数黄顶菊水浸提液,以蒸馏水作对照,保
鲜膜封口,在25℃温箱培养。2d后用解剖针扎
孔透气,5d后开封,置于光照培养箱培养,10d
后测定各项生理生化指标。
1.3 测定方法
根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法
测定[10];叶片细胞膜透性采用相对电导率法测
定[11];超氧化物歧化酶SOD活性采用氮蓝四唑
(NBT)法[10];过氧化物酶POD活性采用愈创木
酚法[10];过氧化氢酶CAT活性采用高锰酸钾滴
定法[10];丙二醛 MDA 含量采用硫代巴比妥酸
法[10]。
1.4 统计分析
用 Microsoft Excel 进 行 数 据 计 算,用
Spss11.0进行Duncan新复极差法多重比较。计
算化感效应指数(RI):当T≥C时,RI=1-C/
T;当T<C时,RI=T/C-1。其中:C为对照
值,T为处理值 (RI>0为促进作用 ,RI<0为抑
制作用,绝对值大小与作用强度一致)。化感综合
效应SE为同一处理下受体植物的根系活力、叶
片细胞膜透性、SOD活性 、POD活性、CAT活性
及 MDA含量的RI的算术平均值[12-13]。
2 结果与分析
2.1 黄顶菊水浸提液对小麦根系活力及细胞膜
透性的影响
由表1可知,随着黄顶菊水浸提液质量分数
的提高,小麦幼苗根系活力降低,相对电导率升
高。除了2.5%处理外,与对照相比,黄顶菊茎叶
以及根浸提液处理均显著抑制了小麦根系活力,
其中茎叶浸提液处理后小麦根系活力降低了
14.83%~69.07%,根浸提液处理后降低了
8.80%~58.40%,且各处理之间差异极显著。相
对电导率与根系活力变化趋势相反,除了2.5%
处理外,各处理相对电导率均显著高于对照(茎叶
浸提液处理增加0.3~11.2个百分点;根浸提液
增加0.3~4.5个百分点),除7.5%与10%根浸
提液处理之间差异不显著外,其余处理之间差异
均达到了显著水平。
表1 黄顶菊水浸提液对小麦幼苗根系活力和相对电导率的影响
Table 1 Effects of water extracts fromFlaveria bidentis on root vagor and relatively electrical conductivity of wheat seedlings
指标
茎叶浸提液质量分数
CK 2.5% 5% 7.5% 10%
根浸提液质量分数
CK 2.5% 5% 7.5% 10%
RV/(μg·g-1
·h-1 FW) 23.6a 20.1a 17.2b 12.7c 7.3d 25.0a 22.8a 19.8b 15.3c 10.4d
REC/% 17.6a 17.9a 20.1b 26.8c 29.1d 16.5a 16.8a 17.5b 19.8c 21.0c
RV:根系活力;REC:相对电导率。同行数值后字母相同表示处理间差异不显著。下表同。
2.2 黄顶菊水浸提液对小麦幼苗抗氧化物酶活
性的影响
由表2可以看出,黄顶菊茎叶及根水浸提液
对小麦幼苗抗氧化酶活性均有明显的影响。除
2.5%根浸提液处理稍提高了SOD、POD活性和
2.5%茎叶浸提液处理提高了CAT活性外,其他
处理均不同程度降低了三种酶的活性。除2.5%
处理与对照差异不显著外,其他处理与对照及各
·421· 麦 类 作 物 学 报 第32卷
处理间差异均达到显著水平,其中茎叶浸提液对
SOD活性抑制率为2.39%~52.76%,对POD活
性抑制率为4.75%~26.0%,对CAT活性抑制
率为25.95%~46.56%;根浸提液对SOD活性
抑制率为10.78%~32.35%,对POD活性抑制
率为8.19%~28.31%,对 CAT 活性抑制率为
8.59%~39.84%。从抑制率来看,黄顶菊茎叶浸提
液对小麦幼苗三种酶活性的影响大于根浸提液。
2.3 黄顶菊水浸提液对小麦幼苗 MDA含量的
影响
小麦叶片 MDA含量随黄顶菊水浸提液质量
分数的提高而逐渐增大,其中茎叶浸提液处理相
对于对照提高了6.67%~80.0%;根浸提液处理
提高了7.69%~69.23%。除2.5%处理与对照
差异不显著外,其他处理与对照及各处理间差异
均达到显著水平(表2)。
表2 黄顶菊水浸提液对小麦幼苗酶活性和丙二醛含量的影响
Table 2 Effects of water extracts fromF.bidentis on enzyme activities and malondialdehyde content of wheat seedlings
指标
茎叶浸提液质量分数
CK 2.5% 5.0% 7.5% 10%
SOD/(U·g-1) 213.8aA 208.7aA 197.2bB 156.1cC 101.0dD
POD/(U·g-1·min-1) 98.9aA 94.2aA 90.1bB 80.3cC 73.2dD
CAT/(μmol·g-1·min-1) 13.1aA 14.8aA 9.7bB 8.1cC 7.0dD
MDA/(μmol·g-1) 1.5aA 1.6aA 1.8bB 2.1cC 2.7dD
指标
根浸提液质量分数
CK 2.5% 5.0% 7.5% 10%
SOD/(U·g-1) 199.4aA 200.3aA 177.9bB 160.1cC 134.9dD
POD/(U·g-1·min-1) 98.9aA 100.3aA 90.8bB 81.4cC 70.9dD
CAT/(μmol·g-1·min-1) 12.8aA 11.7aA 10.5bB 9.7cC 7.7dD
MDA/(μmol·g-1) 1.30aA 1.40aA 1.60bB 1.90cC 2.20dD
2.4 黄顶菊水浸提液对小麦幼苗生理指标的化
感综合效应
由表3可以看出,2种黄顶菊水浸提液对小
麦幼苗生理生化指标的影响表现在两个方面:一
方面,抗氧化酶活性和根系活力的RI均为负值,
说明黄顶菊对其表现为化感抑制,抑制效应随质
量分数的增大而增大,且同一质量分数比较,黄顶
菊茎叶的抑制效应大于根;另一方面,相对电导率
和 MDA含量的RI均为正值,说明黄顶菊水浸提
液处理增大了小麦叶片细胞膜的透性,提高了膜
脂过氧化水平。黄顶菊茎叶和根水浸提液质量分
数变化(从低到高)引起的酶活性和根系活力SE
变化较相对电导率和 MDA含量明显,可见黄顶
菊水浸提液处理对酶活性和根系活力的影响大于
对相对电导率和 MDA含量的影响。
表3 黄顶菊水浸提液处理对小麦幼苗的化感综合效应
Table 3 Synthetic effects of water extracts of F.bidentis on wheat seedlings
指标
茎叶浸提液质量分数
2.5% 5% 7.5% 10%
根浸提液质量分数
2.5% 5% 7.5% 10%
RI RV -0.15 -0.27 -0.46 -0.69 -0.09 -0.21 -0.39 -0.58
REC 0.02 0.12 0.34 0.40 0.02 0.06 0.17 0.21
SOD -0.02 -0.08 -0.27 -0.58 -0.08 -0.11 -0.20 -0.32
POD -0.05 -0.09 -0.19 -0.26 0.01 -0.08 -0.18 -0.28
CAT 0.11 -0.26 -0.38 -0.47 -0.09 -0.18 -0.24 -0.40
MDA 0.06 0.17 0.29 0.44 0.06 0.17 0.29 0.44
SE 0.00 -0.06 -0.11 -0.19 -0.03 -0.06 -0.09 -0.16
3 讨 论
外来植物能通过产生化感物质来抑制其他物
种的种子萌发和幼苗生长,从而形成单优群落来
达到成功入侵的目的。其化感作用几乎能影响植
物生理生化的每一个方面,如植物细胞膜透性、根
·521·第1期 芦站根等:黄顶菊水浸提液对小麦幼苗的生理效应
生长、酶活性等[14]。王硕等[15]、李美等[16]、张凤
娟等[17]报道,黄花蒿能抑制小麦幼苗SOD、CAT
活性,而POD活性上升,丙二醛(MDA )含量升
高,可溶性蛋白含量下降;艾蒿水浸提物能引起黄
瓜和萝卜幼苗 MDA 含量升高;黄顶菊茎叶水浸
提液能降低白菜和水稻幼苗CAT、POD和SOD
活性,增加细胞膜透性,降低根系活力。本实验
中,黄顶菊水浸提液对小麦幼苗的影响也出现了
与以上报道相似的结果。低质量分数黄顶菊水浸
提液处理后,小麦幼苗可通过提高SOD、CAT酶
活性来抵御黄顶菊对其产生的胁迫,但随着黄顶
菊水浸提液质量分数的增加,SOD、POD、CAT酶
活力开始下降,且与对照差异显著,这可能是由于
黄顶菊水浸提液的胁迫程度超过了SOD、CAT、
POD的调节能力,从而不能有效清除活性氧,使
质膜受到了伤害,导致细胞内含物外渗,相对电导
率增大,膜脂发生过氧化作用,提高了 MDA 含
量,MDA的积累又可能对脂膜和细胞造成进一
步伤害。黄顶菊水浸提液处理使小麦幼苗生长过
程中根系活力降低显著,导致根系生长缓慢或死
亡。实验中发现小麦幼苗根系变成褐色,并有腐
烂现象出现,可能与此有关,这与陈 艳[18]研究结
果一致。多数学者认为,化感物质是通过抑制细
胞分裂和扰乱正常的新陈代谢来阻碍了根系生
长[19-20]。另外,本实验中,黄顶菊茎叶水浸提液对
根系活力和酶活性的抑制总效应SE较对 MDA
和电导率的SE明显。
随黄顶菊水浸提液质量分数的增大,其对小
麦幼苗的抑制作用逐渐增大,说明黄顶菊浸提液
处理对小麦幼苗的根系和叶片的正常生理活动的
抑制效应与浸提液质量分数密切相关,这也与张
凤娟等[17]在白菜和水稻幼苗上的研究结果相一
致。从RI、SE数值来看,黄顶菊不同部位水浸提
液对小麦幼苗化感效应不同。同一质量分数比
较,黄顶菊茎叶水浸提液的抑制效应大于根水浸
提液,这与张凤娟等[17]的研究结果相一致。
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