全 文 ：收稿日期:2006-03-20
作者简介:姜 敏(1965-),女,辽宁省农业科学院副研究员,沈阳农业大学博士研究生,从事植物保护研究工作。
中国北方水稻与无芒稗化感作用研究
姜 敏 1,2,郝 楠 2,郭延玲 2,张玉芬 1,纪明山 1
(1.沈阳农业大学,沈阳 110161;2.辽宁省农业科学院 ,沈阳 110161)
摘要:为了探寻中国北方栽培稻种资源是否对稗草具有化感作用,用改进的差时播种共培法对中国北方常见的 37份水稻栽培品
种与稗草(无芒稗)进行了室内幼苗化感作用初步评价。试验结果表明:北方栽培稻中存在对稗草具有较强化感作用的资源,与对
照相比,各参试水稻品种对稗草幼苗的株高、根长、植株干重、根干重化感作用差异很大。其中 1046,屉优35,TA/C4115,沈农315,
TA/C418等品种对稗草幼苗具有较强的化感抑制作用;265-11,高优 8等对稗草幼苗基本无化感作用;而 265,265-2等对稗草幼
苗具有促进作用。同时发现多数水稻品种对稗草根长抑制率高于对株高抑制率,对根干重抑制率高于株干重抑制率。
关键词:水稻;种质资源;化感作用;稗草;化感物质
中图分类号:S641.3;Q945.11 文献标识码:A 文章编号:1000-1700(2006)04-0478-05
StudyonAlelopathyinRicewithBarnyardgrassinNorthernChina
JIANGMin1,2,HAONan2,GUOYan-ling2,ZHANGYu-fen1,JIMing-shan1
(1.ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161,China;2.LiaoningAcademyofAgriculturalScienceofLiaoning,Shenyang110161,China)
Abstract:Thirty-sevenricevarietiesfromnorthernChinawereidentifiedforalelopathytobarnyardgrass(Echinochloacrusgali)by
usingtherelayseedingtechniquewithslightmodificationforseekingricegermplaswithalelopathy.Resultsshowedthattherice
varietyhadgreatdiferenceinplantheight,rootgrowth,anddryweighttobarnyardgrass.1046,Tiyou35,TA/C4115,Shennong315,
TA/C418hadstrongalelophathicinhibititionefect;265-11,Gaoyou8hadnoalelophathicefecttobarnyardgrass;265,265-2
hadpromotingefect.Manyricevarietieshadhigherinhibitoryrateontherootgrowthofbarnyardgrassthanplantgrowthwith
higherinhibitoryrateonrootdryweighthantheplantdryweight.
Keywords:rice;germplas;alelopathy;barnyardgrass;alelochemical
水稻是我国主要的粮食作物之一。水稻高产育种和栽培管理是提高水稻产量的两个重要方面,而且通过
生态安全性手段提高产量是当前农业生产和环境保护的大趋势[1]。随着水稻直播方式在其生产中的比重不断
提高,稻田杂草对产量的限制越来越受到人们的重视。据CHANDLER[2]报道,美国每年由于杂草带来水稻生产
的损失大约为潜在产量的17%,约合 2亿美元;在泰国水稻生产中,杂草每年会带来 25%~75%的产量损失[3];
我国每年由杂草引起的产量损失也达10%以上[2]。已有研究表明,稗草已经成为稻田的主要杂草,若1m2的水
稻田中夹杂有1株稗草,水稻将减产11.6%[4]。现在化学除草已经成为防除稻田杂草的主要手段[5],但是化学除
草会带来环境污染、农药残留、杂草产生抗药性以及杂草群落演替加速等一系列严重的生态问题[6-9]。20世纪
80年代后期,随着人们对化学物质防治作物病虫害提出质疑,寻求生物源农药的呼声日益提高,因此,作物化
感作用研究成为农业生态学和化学生态学研究的最活跃领域,水稻化感作用的研究也引起世界各国的普遍重
视[10]。由于化感作用是利用植物体在生态系统中的自身防御或抗逆能力,没有向系统中引入难降解的化学物
质,不会带来诸如除草剂使用等造成的生态环境污染问题,因而在可持续生态农业发展中具有重要的意义[11]。
据美国农业部(USDA)估计,植物化感作用新技术的应用将为美国的农业带来约占总产量 2%,约 20亿美元
的效益[12]。所以研究水稻化感作用不仅具有广泛的社会效益,还能创造巨大的经济效益。
近10年来,水稻化感作用已成为世界各国科学家普遍重视的一个新的研究领域[4]。CHOU,NARWAL,DLDAY
等分别证明水稻中存在对稗草具有化感作用的资源[13-15]。目前水稻化感作用物质的种类,化感物质的分离、鉴
定方法、化感现象的作用机制和遗传效应等方面的研究也是各国科学家研究的热点。我国对水稻化感作用研
沈阳农业大学学报,2007-08,38(4):478-482
JournalofShenyangAgriculturalUniversity,2007-08,38(4):478-482
第4期
注:1.屉优35;2.超优1号;3.TA/C418;4.沈农315;5.TA/C4115;6.1046;7.辽盐283;8.改良沈农15;9.辽开9502;10.辽粳9号;11.956;12.9234;13.
秋光;14.辽粳 931;15.1042;16.3072;17.9017;18.9725;19.294新;20.改秋光;21.9158;22.高优 35;23.辽粳 371;24.294-4;25.9741;26.8714;27.辽作
2096;28.辽优9号;29辽粳151;30.富友2000;31.241;32.265-11;33高优8号;34.沈农8718;35.207;36.265;37.265-2(以下图表相同)。
Note:1.Tiyou35;2.Chaoyou1;3.TA/C418;4.Shennong315;5.TA/C4115;6.1046;7.Liaoyan283;8.ImprovedShennong15;9.Lliaokai9502;10.Lliaojing9;11.956;
12.9234;13.Qiuguang;14.Liaojing931;15.1042;16.3072;;17.9017;18.9725;19.294-Xin;20.Gaiqiuguang;21.9158;22.Gaoyou35;23.Liaojing371;24.294-4;
25.9741;26.8714;27.Liaozuo2096;28.Liaoyou9;29.Liaojing151;30.Fuyou2000;31.241;32.265-11;33.Gaoyou8;34.Shennong8718;35.207;36.265;37.265-2.
表 137份水稻品种对无芒稗的化感作用
Table1Aalelopathyof37ricevarietiestobarnyardgrass
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
CK
株高
Plantheight
/mm
30.61
35.26
29.84
30.23
36.43
32.55
34.49
36.43
33.71
34.49
43.01
34.88
37.98
36.04
40.69
39.91
32.16
37.59
38.75
39.91
34.10
31.00
38.36
37.59
41.85
41.46
44.56
36.04
41.08
42.24
40.30
40.30
42.63
34.88
32.55
36.43
37.59
38.75
抗性指数
RI
0.76
0.76
0.68
0.91
0.87
0.83
0.78
0.77
0.81
0.81
0.85
1.13
0.78
0.77
1.00
0.86
0.90
0.89
1.02
0.84
0.69
0.98
0.90
0.91
1.01
1.01
0.96
1.01
0.85
0.92
0.95
0.99
0.60
1.72
1.57
1.67
1.97
1.00
抗性指数
RI
0.79
0.91
0.77
0.78
0.94
0.84
0.89
0.94
0.87
0.89
1.11
0.90
0.98
0.93
1.05
1.03
0.83
0.97
1.00
1.03
0.88
0.80
0.99
0.97
1.08
1.07
1.15
0.93
1.06
1.09
1.04
1.04
1.10
0.90
0.84
0.94
0.97
1.00
株干重
Abovegrounddryweight
/mg
3.01
3.01
2.69
3.60
3.45
3.29
3.09
3.05
3.21
3.21
3.37
4.47
3.09
3.05
3.96
3.41
3.56
3.52
4.04
3.33
2.73
3.88
3.56
3.60
4.00
4.00
3.80
4.00
3.37
3.64
3.76
3.92
2.38
6.81
6.22
6.61
7.80
3.96
根长
Rootlength
/mm
18.81
26.19
21.03
17.71
21.77
23.98
22.13
24.35
22.50
29.14
30.25
16.23
33.57
28.04
25.09
26.56
26.19
26.56
21.77
31.36
29.88
31.73
30.62
29.88
27.30
29.88
33.20
31.73
35.05
38.00
24.72
37.26
46.85
14.39
29.51
38.73
37.26
36.89
抗性指数
RI
0.51
0.71
0.57
0.48
0.59
0.65
0.60
0.66
0.61
0.79
0.82
0.44
0.91
0.76
0.68
0.72
0.71
0.72
0.59
0.85
0.81
0.86
0.83
0.81
0.74
0.81
0.90
0.86
0.95
1.03
0.67
1.01
1.27
0.39
0.80
1.05
1.01
1.00
根干重
Rootdryweight
/mg
1.19
2.19
1.93
2.23
1.35
1.77
2.35
1.89
2.27
1.81
1.31
2.39
2.00
2.85
1.81
2.27
3.27
3.31
3.39
4.50
4.35
3.47
3.27
3.43
3.00
2.93
3.43
3.85
3.97
3.20
4.08
3.70
4.12
5.39
6.20
5.12
8.70
3.85
0.31
0.57
0.50
0.58
0.35
0.46
0.61
0.49
0.59
0.47
0.34
0.62
0.52
0.74
0.47
0.59
0.85
0.86
0.88
1.17
1.13
0.90
0.85
0.89
0.78
0.76
0.89
1.00
1.03
0.83
1.06
0.96
1.07
1.40
1.61
1.33
2.26
1.00
平均抗
性指数
AverageRI
0.59
0.74
0.63
0.69
0.69
0.70
0.72
0.72
0.72
0.74
0.78
0.77
0.80
0.80
0.80
0.80
0.82
0.86
0.87
0.97
0.88
0.89
0.89
0.90
0.90
0.91
0.98
0.95
0.98
0.97
0.93
1.00
1.01
1.10
1.21
1.25
1.56
1.00
水稻品种
Ricevariety
抗性指数
RI
究起步较晚,进展很快。但主要针对南方籼稻,孔垂华、朱红莲、王大力、何华勤、林文雄等[16-20]分别筛选到了具
有化感作用的水稻资源,而且对主要化感物资进行了作用机制、遗传效应等方面的研究。目前国内还未见到对
北方粳稻进行化感作用研究的报道。
本试验首次用改进的差时播种共培法,对目前我国北方常用的37份水稻栽培品种进行化感作用的研究。
以不同水稻对稗草(无芒)的化感抑制率来评价其化感作用潜力,为进一步研究水稻化感作用及化感物质的生
理生化特性、遗传特性等奠定理论基础。
1 材料与方法
试验于2004年3~9月进行。试验所选用的37份水稻品种(表1)均由辽宁省农业科学院水稻研究所惠赠。
无芒稗于2003年9月采集,为水田中稗草,晾干后于4℃冰箱保存。
姜 敏等:中国北方水稻与无芒稗化感作用研究 479· ·
第38卷沈 阳 农 业 大 学 学 报
改进的差时播种共培法是根据国际水稻研究所(IRRI)提出的迟播共培法[21]的原理改进而成。其做法是预
先将水稻种子在28℃光照培养箱中催芽48h,每天光照12h,每12h用蒸馏水冲洗5次,催芽至露白,挑选露白
一致的水稻种子20粒,分两行播于9cm的培养皿中狭长滤纸条两侧(培养皿中预先铺一层滤纸,滤纸上加一
块载玻片,载玻片上铺一狭长滤纸条,滤纸条两端须压在培养皿底部),将培养皿放入直径 20cm的玻璃器皿
中,培养皿中加5mL蒸馏水,玻璃杯中加10mL蒸馏水,玻璃杯上用保鲜膜覆盖,确保各重复水分条件一致。培
养72h后,选取10粒催芽后露白一致的稗草种子 (催芽方法同水稻种子)摆在两行水稻种子中间继续培养
120h(期间随时调整玻璃杯的位置,使各重复的光温条件尽量一致),测定每株稗草的株高和根长;然后将稗草
的植株、根系分别从种子上剪切下来,于105℃烘箱中杀青1h,置于80℃烘箱中烘6h至恒重,再用万分之一天
平测定植株干重和根干重。试验按完全随机区组设计,4次重复,以不加任何水稻品种的处理为对照。将所得数
据转换成化感作用抗性指数(RI)评价水稻品种的化感作用[22],RI=Ti/T0,式中:Ti为测试项目的处理值,T0为对照
值。RI>1表示存在促进作用,RI<1表示存在抑制作用。所得数据用DPS软件进行方差分析和显著性检验。
2 结果与分析
各供试水稻品种与无芒稗共培养后,无芒稗的株高、根长、株干重和根干重试验结果表明(表1),各供试水
稻品种对无芒稗的株高、根长、株干重、根干重的化感作用差别很大。其中屉优35,TA/C418,沈农315,TA/
C4115,1046等品种对无芒稗具有较强的化感抑制作用,总平均抗性指数分别为 0.59,0.63,0.69,0.69,0.70;
265-11、高优8对稗草基本无化感作用,总平均抗性指数分别为1.00,1.01;而 265,265-2等对稗草具有促进
作用,总平均抗性指数分别为1.25(265),1.55(265-2)。株高抗性指数从0.77(TA/C418)到1.15(辽作2096),变
化范围为0.38;株重抑制率的最高值为0.60(高优8),最低值为 1.97(265-2),变化范围为 1.43;根长抗性指数
的最高值是 0.39(沈农 8718),最低值为 1.27(高优 8),变化范围为 0.88;根重抗性指数的最高值为 0.31(屉优
35),最低值为2.26(265-2),变化范围为1.95。这说明不同水稻品种对稗草的化感抑制作用的部位各不相同,同
时也证明水稻种质中确实存在对稗草具有化感作用的资源[23]。任选排序前12个品种进一步分析水稻对稗草株
高、根长的化感作用抗性指数,结果如图1。
从图1可以看出,各水稻品种对株高的化感作用抗性指数都小于对根长的化感作用抗性指数,这说明水稻
对稗草产生化感作用,主要表现在影响稗草根长伸长上,这一结果与前人的研究结果相符合[23,24]。且各水稻品种
对稗草株高、根长的抑制作用有大致相同的趋势,对稗草根长抑制强的,对其株高的抑制作用也相对较强。分析
水稻对稗草株重、根重的影响结果发现,各水稻品种对稗草植株干重的化感作用抗性指数小于对根重的化感作
用抗性指数,进一步说明水稻对稗草的化感抑制作用主要体现在对根生长的抑制上,并且对稗草根重化感作用
抗性指数变化范围较大。选10个平均化感作用抗性指数较高的水稻材料进一步方差分析结果列于表2。
图 1水稻品种对无芒稗株高、根长、株干重和根干重化感作用抗性指数比较
Figure1Inhibitionrateofplantheight,rootlength,abovegrounddryweight,rootdryweightofdiferentricevarieties
480· ·
第4期
从表2可以看出,不同水稻品种对稗草的化感潜力存在差异,各水稻品种对稗草的株高、根干重化感作用
抗性指数都达显著水平;各水稻品种对稗草根长化感作用抗性指数都达到极显著水平,这说明水稻对稗草产生
化感抑制作用,可能通过根系分泌物这一途径来实现的。进一步的显著性测验结果列于表3。
显著性测验表明(表3),各水稻品种对稗草的化感作用,在株高、根干重、株干重化感作用抗性指数上都无
差异,只有根长化感作用抗性指数各处理间达极显著差异,更进一步证明水稻化感作用物质主要与其根系分
泌物有关。
3 讨论
本试验结果表明,我国北方水稻中存在对稗草具具有化感作用特性的资源,这一结果还有待进一步验证。
水稻对稗草的抑制作用主要体现在抑制稗草根的生长上,OLEFSDOTTER也报道过水稻种质资源之间对稗草
芽的抑制作用不显著,而对稗草根的抑制作用存在显著差异,这与本研究结果基本一致。所以,下一步的工作
除继续筛选具有化感作用的水稻资源,找到起化感作用的化感物质,将进一步分析化感作用的机理;或用生物
技术手段克隆化感物质的基因,将其转到相应的水稻品系中,以提高其对杂草的抑制能力。
参考文献:
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[2]MANEECHOTEC,KRASAESINHUP.AlelopathicefectsofsomeuplandandwildricegenotypesinThailand[R].Cadiz,Spain:
PaperintheFirstWorldCongressonAlelopathy:AsciencefortheFuture,1996.
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BocaRaton,1981:95-109.
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[8]中国科学院上海植物生理研究所.现代植物生理学实验指导[M].北京:科学出版社,1999.
注:株高抗性指数的F3,30=0.658;根长抗性指数的F3,30=0.311;株干重抗性指数的F3,30=1.786;根干重抗性指数的F3,30=3.059。
Note:InhibitionrateofplantheightF3,30=0.658;InhibitionrateofrootlengthF3,30=0.311;InhibitionrateofabovegrounddryweightF3,30=1.786;Inhibition
rateofrootdryweightF3,30=3.059.
表 2不同水稻品种对无芒稗化感作用方差分析结果
Table2Resultsofsquarediferenceanalysisonalelopatoryinhibitionefectofdiferentricevarietiestobarnyardgrass
3
4
10
1
6
水稻品种
Ricevariety
抗性指数RI
株高
Plantheight
0.771**
0.776**
0.786**
0.793**
0.836*
根长
Rootlength
0.571**
0.483**
0.794**
0.507**
0.650**
株干重
Abovegrounddry
weight
0.684
0.909
0.814
0.756
0.833
根干重
Rootdryweight
0.574*
0.580*
0.474**
0.305**
0.461**
7
9
12
5
8
CK
水稻品种
Ricevariety
抗性指数RI
株高
Plantheight
0.855
0.867
0.898
0.938
0.940
1
根长
Rootlength
0.611**
0.609**
0.443**
0.593**
0.660**
1
株干重
Abovegrounddry
weight
0.794
0.812
1.134
0.874
0.770
1
根干重
Rootdryweight
0.609*
0.587*
0.617*
0.349**
0.494**
1
表 3不同水稻品种对无芒稗化感作用方差分析结果
Table3Resultsofsquarediferenceanalysisonalelopatoryinhibitionefectofdiferentricevarietiestobarnyardgrass
水稻品种
Ricevariety
6
1
10
4
3
株高Plantheight 根长Rootlength 株干重Abovegrounddryweight 根重Rootdryweight
注:同一列数据后面跟有不同字母表示差异达5%显著水平(小写字母)和1%显著水平(大写字母)。
Note:Datainthesamelinefolowedbydiferentletersmeanssignificanceatthe0.05(smalleter)and0.01(capitalleter).
RI均值RIofaverage
姜 敏等:中国北方水稻与无芒稗化感作用研究
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第38卷沈 阳 农 业 大 学 学 报
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[责任编辑 于洪飞]
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