全 文 ：第 16 卷 第 6 期
Vol. 16 No . 6
草地学报
ACTA AGRESTIA SINICA
2008 年 11 月
Nov. 2008
异龄苜蓿水浸液对其种子萌发的自毒效应
王希, 沈禹颖* , 高崇岳, 韩方虎, 周少平
(农业部草地农业生态系统学重点实验室, 兰州大学草地农业科技学院, 兰州 730020)
摘要: 以甘肃庆阳、定西异龄陇东苜蓿(Medicag o sativ a L . cv. Longdong )植株为材料 ,用纸上发芽法, 研究不同生
长部位水浸液对其种子萌发的影响。结果表明:植株各部位水浸液对其种子萌发存在自毒作用, 其中以花的水浸
液抑制作用最强;庆阳 4 6 龄苜蓿水浸液的自毒作用最强, 10 龄后则有所减弱; 在干旱条件下苜蓿胚根比胚芽对
其水浸物更敏感,水浸液对其胚芽、胚根的抑制效应强于发芽率, 建议 4-6 龄苜蓿应通过轮作克服其自毒作用。
关键词: 紫花苜蓿; 水浸液; 自毒作用; 种子萌发; 幼苗生长
中图分类号: Q541 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2008) 06-0609-04
Autotoxicity Effects of Aqueous Extracts of Different Aged
Alfalfa on Seeds Germination
WANG Xi, SHEN Yu-ying
*
, GA O Chong-yue, HAN Fang-hu, ZHOU Shao-ping
( Key Laboratory of Gras sland Agro-ecosystem, Minist ry of Agricu lture, College of Pas toral Agricu lture Science
and T echnology, Lanzhou U nivers ity, Lanzhou, Gan su Pr ovin ce 730020, Ch ina)
Abstract: Alfalfa (Medicago sativa L. ) plants of different ag ed stands w ere collected f rom Qingyang and
Dingxi, Gansu Prov ince on the Loess Plateau. T he ef fects o f aqueous ext racts from dif ferent plant par ts on
alfalfa seed germinat ion w ere invest igated using filter paper method. T he results show ed that the aqueous
ex t racts f rom alfalfa plant had inhibit iv e effects on seed germinat ion and seedling grow th, and ext ract f rom
alfalfa f low ers had the st rongest inhibitory effect . A queous ext ract f rom Qingyang 4-6 year stand had the
st rongest inhibitory ef fect to hypocotyl length in comparison w ith the aqueous ex tr act from Qingyang 10
year stand. Radical length w as r elat ively more sensit iv e than hypocotyl length to auto toxic alleo chemicals.
Hypoco ty l and radical elongat ion of alfalfa w ere inhibited more by alfalfa ex tracted solut ion than the germ-i
nat ion. Fo r 4-6 year stand alfalfa, ro tat ion should be adopted to overcome the autotox icity ef fects.
Key words: Alfalfa; Aqueous ex tracts; Autotox icity; Seed germ inat ion; Seedling Grow th
紫花苜蓿(M edicago sativa L. )是世界上栽培
和利用最广泛的牧草,不仅产草量高、品质好, 是家
畜的优良牧草, 还能通过生物固氮功能,增进土壤肥
力[ 1] ,是我国发展草产业的主要牧草之一。目前, 紫
花苜蓿在全国种植面积超过 135万 hm2 ,在西部生
态环境建设和农业可持续发展的战略部署中发挥着
重要作用。
美国最初报道了紫花苜蓿连续种植多年后, 草
地产量下降,并伴随着植株矮化, 叶片细小, 主根和
侧根衰败,有效结瘤减少的现象, 特别是补播或连
茬建植的苜蓿草地, 产量和密度均不容易恢复到以
前水平,称为苜蓿自毒现象,被认为是紫花苜蓿的枯
枝落叶或残留的根部组织向土壤中释放了一定的化
学物质,阻碍其萌发和生长所致[ 2~ 4, 6]。随着紫花苜
蓿在我国北方种植面积的扩大,苜蓿自毒现象及对其
他牧草的化感作用被我国学者逐渐重视[ 5, 7, 10, 12~ 16]。
本研究在黄土高原西部 2 个不同地点取样, 探讨陇
东苜蓿(Medicago sativa L. cv. Longdong )异龄植株
部位抑制自身萌发的程度, 结果为避免和克服其自
毒可能带来的草地建植损失,促进黄土高原苜蓿产业
收稿日期: 2008-02-19; 修回日期: 2008-05-27
基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目( 2007CB106804)
作者简介: 王希( 1981-) ,男,甘肃省天水市人,硕士研究生,研究方向为草业科学, E- mail: wangxi05@ lzu. edu. cn; * 通讯作者 Author for
correspondence, E-mail: yy. shen@ lzu. edu. cn
草地学报 第 16卷
发展具有理论指导意义。
1 材料与方法
1. 1植株采集
植物样取自两个地点: ( 1)兰州大学庆阳黄土高
原试验站( 3540N, 10751E) , 属甘肃庆阳西峰什
社乡, 海拔 1300 m, 年降雨量 563 mm , 年均气温
8. 2 ,土壤为黑垆土。2007年 6月, 采集 1、4、6和
10龄的盛花期陇东紫花苜蓿整株。( 2)甘肃农业大
学农学院定西试验站( 3528N, 10444E) , 属甘肃
定西李家堡, 海拔 2000 m ,年降雨量 391 mm, 年均
气温 6. 4 , 土壤为耕灌黄绵土。2007年 6月采集
2、4龄盛花期陇东紫花苜蓿整株(以下简称苜蓿)。
1. 2苜蓿水浸液制备
将两地采集的新鲜苜蓿植株带回实验室, 分为
叶、茎、花、根等部位,在 36下烘干, 各取 2 g 分别
置于三角瓶中,加蒸馏水 100 mL,置摇床振荡 24 h,
过滤得上清液, 作为各部分水浸液。整株混合液取
叶、茎、花和根水浸液各 10 mL 混合制得。上述水
浸液均置于 4下密封保存。
1. 3供试种子
供试种子选取外观一致、籽粒饱满的陇东苜蓿
种子,用 1% NaClO 消毒 30 min, 蒸馏水冲洗干净,
采用培养皿纸上发芽法,培养皿(直径 9 cm)铺双层
滤纸, 每皿均匀摆放苜蓿种子 50粒,以其各部位和
整株水浸液为处理,对照为蒸馏水, 共 6 个处理, 重
复 4次。各培养皿加 10 mL 水浸液, 置于 25、暗
周期 24 h的人工气候箱中发芽。以胚根突破种皮,
伸出 1 mm 为发芽标准,隔日测试发芽率,至第 7 d,
统计最终发芽率。每皿随机取 10株幼苗,在坐标纸
上测量胚根和胚芽长度。硬实种子按未发芽处理。
1. 4统计项目
发芽率= ( 7 d的发芽数)∕ 50 100%
相对发芽率= 处理种子发芽率/对照种子发芽
率
相对芽长= 处理种子芽长/对照种子芽长
相对根长= 处理种子根长/对照种子根长
1. 5数据统计方法
用 Genstat Discovery Edit ion 2进行数据处理
和统计分析,检验同一地点不同生长部分苜蓿水浸
液对种子萌发的影响, 应用 LSD法进行多重比较。
2 结果与分析
2. 1同部位苜蓿水浸液对种子萌发的影响
庆阳苜蓿各部分水浸液对种子萌发具有明显抑
制作用。茎水浸液中种子萌发与对照间无显著差
异。而苜蓿种子萌发在花水浸液中显著受到抑制
( P< 0. 05) , 发芽率比对照下降超过 91%。就不同
龄植株而言,发芽率在 6 龄叶水浸液中显著低于其
他年龄( P< 0. 05)。6龄苜蓿根水浸液对萌发的抑
制程度较其它年龄显著( P< 0. 05) , 比对照下降了
49%。
定西苜蓿除根水浸液外, 各部分水浸液均显著
抑制了其发芽率( P< 0. 05) , 以花水浸液对种子萌
发的抑制最强, 发芽率仅为对照的 10%; 4年茎、叶
水浸液中发芽率分别比对照显著下降了 75% 和
53%( P< 0. 05) ; 2、4龄苜蓿整株混合液中,其发芽
率比对照显著降低了 41%和 35% ( P< 0. 05) ,但二
者之间无显著差异, 萌发受抑制程度相对强于庆阳
同龄苜蓿水浸液(表 1)。
2. 2苜蓿水浸液对芽长的影响
庆阳苜蓿种子在花水浸液中虽然胚根可突破种
皮,但胚芽伸长过程变粗变色, 发生畸形, 导致芽长
未测出。1、4龄苜蓿根水浸液对其芽长具有显著抑
制作用 ( P< 0. 05 ) , 比对照分别降低了 79% 和
67%。在 6龄苜蓿叶水浸液中, 其芽长显著降低了
86%( P< 0. 05)。4、6 龄苜蓿混合液对其胚芽生长
的抑制作用显著高于 1、10龄混合液( P< 0. 05)。
定西 2龄苜蓿花、叶水浸液显著抑制胚芽伸长
( P< 0. 05) , 造成胚芽变粗、变色, 不能正常生长。
而根、茎水浸液对芽长无显著抑制; 4 龄根、茎水浸
液和混合液中的芽长显著弱于 2龄苜蓿同部位水浸
液(表 2)。
2. 3异龄苜蓿不同部位水浸液对相对根长的影响
庆阳苜蓿水浸液对胚根生长具有显著抑制作用
( P< 0. 05) ,其中花水浸液处理后, 虽然胚根可突破
种皮,但在生长过程中, 逐渐变粗变色最后腐烂变
质,导致根长未测出。6龄苜蓿叶水浸液显著降低
了其根长( P< 0. 05) ,长度仅为对照的 4%。
610
第 6期 王希等:异龄苜蓿水浸液对其种子萌发的自毒效应
表 1 异龄苜蓿不同部位水浸液对相对发芽率的影响, %
Table 1 Effect of aqueous ex tracts made f rom differ ent plant parts o f differ ent
ag ed a lfalfa on its seed relativ e g ermination rate, %
水浸液
Ext ract
庆阳苜蓿年龄 Qingyang Al falfa age, year
1 4 6 10
LSD( 0. 05)
定西苜蓿年龄 Dingx i Alfalfa age, y ear
2 4
LSD( 0. 05)
对照 CK 100 100 100 100 100 100
花 Flow er 6. 08 7. 43 6. 76 8. 11 8. 37 8. 33 9. 62 11. 95
叶 L eaf 77. 7 89. 53 35. 81 89. 53 15. 34 58. 33 47. 44 22. 31
茎 S tem 89. 19 86. 49 85. 81 81. 08 13. 77 35. 26 25. 00 12. 22
根 Root 65. 54 87. 50 51. 05 90. 20 11. 23 86. 54 89. 74 14. 12
混合液 Mixtu re 75. 68 69. 93 68. 92 74. 32 31. 00 58. 97 64. 10 24. 30
L SD( 0. 05) 14. 88 19. 67 15. 36 19. 16 15. 16 15. 79
注:对照发芽率= 74% ; 对照发芽率= 78%
Note: Germinat ion rate of the cont rol= 74% ; Germination rate of the cont rol= 78%
表 2 异龄苜蓿不同部位水浸液对芽长的影响
Table 2 Effect of aqueous ex tracts made f rom differ ent plant parts o f differ ent
ag ed alfalfa on it s seed relat ive hypocot yl length
水浸液
Ext ract
庆阳苜蓿年龄 Qingyang Al falfa age, year
1 4 6 10
LSD( 0. 05)
定西苜蓿年龄 Dingx i Alfalfa age, y ear
2 4
LSD( 0. 05)
对照 CK 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0
花 Flow er - - - - 0. 26 0. 35 0. 39
叶 L eaf 0. 82 0. 77 0. 14 0. 47 0. 63 0. 51 0. 47 0. 11
茎 S tem 0. 87 0. 75 0. 84 0. 75 0. 59 0. 91 0. 84 0. 06
根 Root 0. 21 0. 33 0. 77 0. 53 0. 63 0. 93 0. 84 0. 04
混合液 Mixtu re 0. 87 0. 58 0. 50 0. 86 0. 29 0. 89 0. 79 0. 08
L SD( 0. 05) 0. 33 0. 52 0. 46 0. 59 0. 14 0. 18
对照值 Cont rol= 3. 75 cm 对照值C on tr ol = 4. 15 cm
注: - 表示因种子腐烂,未测出结果,下表同
Note: - means no result due to s eed decomposit ion, the s ame as below
表 3 异龄苜蓿不同部位水浸液对苜蓿根长的影响
Table 3 Effect of aqueous ex tracts made f rom differ ent plant parts o f differ ent
aged alfalfa on its seed r elativ e roo t leng th
水浸液
Ext ract
庆阳苜蓿年龄 Qingyang Al falfa age, year
1 4 6 10
LSD( 0. 05)
定西苜蓿年龄 Dingx i Alfalfa age, y ear
2 4
LSD( 0. 05)
对照 CK 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0 1. 0
花 Flow er - - - - 0. 09 0. 12 0. 13
叶 L eaf 0. 40 0. 36 0. 04 0. 13 0. 26 0. 16 0. 20 0. 16
茎 S tem 0. 45 0. 15 0. 40 0. 35 0. 20 0. 53 0. 36 0. 14
根 Root 0. 08 0. 12 0. 16 0. 13 0. 30 0. 50 0. 36 0. 08
混合液 Mixtu re 0. 46 0. 09 0. 18 0. 30 0. 25 0. 55 0. 32 0. 06
L SD( 0. 05) 0. 17 0. 26 0. 19 0. 26 0. 093 0. 12
对照值 Cont rol = 5. 54 cm 对照值 Cont rol = 6. 28 cm
定西苜蓿植株各部分水浸液对胚根的影响与庆
阳苜蓿相似,其中 2、4年龄苜蓿花水浸液对胚根具
有显著抑制( P< 0. 05) , 胚根长度分别比对照降低
了 91%和 88%。2 龄苜蓿叶水浸液对胚根具有显
著抑制( P < 0. 05) , 与对照相比长度降低了 84%。
在苜蓿根、茎水浸液和整株水浸液处理中,苜蓿胚根
生长强于庆阳同龄、同部位水浸液处理(表 3)。
3 讨论
3. 1不同生长部位苜蓿水浸液对发芽率的影响
庆阳、定西两个地区取样的不同生长年限,不同
生长部位苜蓿水浸液对种子萌发具有显著毒害作
用。不同部位水浸物对种子萌发抑制的程度不尽相
同,其中, 花水浸液对萌发的抑制作用最强, 这与
Hegde 等[ 8] , Chung 等[ 9] 的研究结果一致。有文
献[ 9 ]报道苜蓿地上部分提取液的自毒作用强于根
部,且地上部分三分之一处的自毒物质含量最多。
因此,本文研究结果可归结于苜蓿花期所含的水溶
性抑制物质含量较高所致。因此, 在管理上建议于
盛花期前刈割苜蓿,以减少花凋落物的积累,从而减
少对新生苗的抑制作用。而苜蓿各部分水浸物的成
分有待于进一步做化学证实。
611
草地学报 第 16卷
3. 2苜蓿水浸液对幼苗的影响
苜蓿水浸液对芽长和根长的抑制作用大于对发
芽率的, 这与 Hall和 Henderlong[ 11] 的研究结果吻
合。庆阳苜蓿花水浸液处理下, 种子有一部分虽然
可以萌发,但萌发后胚芽和胚根严重变色变形,导致
幼苗无法正常生长, 最后腐烂,无法测得胚芽和胚根
长。定西苜蓿花水浸液中的种子虽可萌发, 但胚根
畸形。说明连茬下重新建植或补播的苜蓿种子即使
能够萌发, 其后胚根和胚芽的伸长也会受阻。本研
究中,苜蓿水浸液对根长的抑制作用大于苗长,表明
胚根对自毒物质的敏感性强于胚芽 [ 9] , 再生苜蓿也
观察到不同部位水溶物对自身发芽率、胚根和胚芽
的影响不同[ 12]。卢成等 [13] 亦报道,紫花苜蓿化感物
质的作用部位是受体植物的根部,通过抑制根部细胞
的伸长和发育能够影响根部吸收能力,限制受体植物
地上部发育,并最终导致其生物量下降,甚至死亡。
3. 3苜蓿生长年限的自毒效应
苜蓿株龄的生化他感作用强弱与植株自身状况
有关, 豆科牧草的化感作用存在显著的浓度效
应[ 14, 15]。建植一年或小于一年的苜蓿植株中自毒
物质含量很少或几乎没有,随苜蓿年龄的增加,自毒
物质产生累计的数量逐渐增加, 自毒效应呈上升趋
势[ 16]。本研究所见, 4- 6 龄苜蓿的自毒效应明显,
10龄苜蓿则比 4龄有所减轻。苜蓿一般在种植第
2- 4年处于生长旺盛期, 第 5 年以后根系活力逐渐
衰退,产量开始下降[ 17] , 导致苜蓿植株的自毒物质
积累下降,从而减轻了自毒作用。确定这一现象,有
利于设计合理的轮作制度。在生产实践中,当苜蓿随
生长年限的增加生产力下降时,可与小麦、玉米进行
轮作,抑制连作导致的杂草、害虫和疾病的发生, 并可
充分利用苜蓿固定的氮素,也为降解或以其他方式从
土壤中除去化感物质提供时间[ 14]。
3. 4地理环境差异与自毒表现
取自庆阳、定西两地 4 龄苜蓿各部位水浸液对
种子萌发和幼苗生长的影响不尽相同, 可能是由于
环境差异,植株中所含的水溶性物质的累计量具有
一定差异,我们对苜蓿土壤提取液的自毒效应也开
展了相应研究, 结果有待报道。
4 结论
4. 1苜蓿在庆阳和定西两地均存在自毒作用。不
同部位苜蓿植株产生的自毒作用强度不同, 以花水
浸液对种子萌发的抑制作用最强。
4. 2苜蓿水浸液对芽长、根长的抑制大于对发芽率
的抑制。
4. 3苜蓿生长株龄影响自毒性,庆阳 4- 6龄苜蓿
植株水浸液的自毒作用最强, 10龄苜蓿的自毒效应
有所减弱。
4. 4苜蓿各部分自毒性物质的种类和含量有待于
进一步分析。
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(责任编辑 李 扬 梁艳萍)
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