十字花科植物組織的化感活性研究

十字花科植物組織的化感活性研究

近年來，化感作用對預防和清除雜草非?；钴S。其目標之一是在植物組織中找到具有抑制雜草生長的自然雜草活性物質，并進行生物雜草的研究和開發(fā)，以減少傳統(tǒng)有害化學雜草的使用，有效合理地利用資源來保護生態(tài)環(huán)境，提高農業(yè)生產力。因此如何從相關植物中篩選出除草活性物質成為研究的關鍵。據報道,十字花科植物共378屬,約3000多種,是有花植物中最有經濟價值的科之一,可用作蔬菜、藥材、香料和油料植物。一些十字花科植物除含有可防癌的化合物如異硫氰酸酯和吲哚232甲醇等外,還具有耐寒、耐旱、耐瘠薄和耐酸堿等優(yōu)良的遺傳特性。雖然十字花科植物的營養(yǎng)價值、藥用價值和優(yōu)良的遺傳特性已經得到充分的肯定,但對其化感作用的研究極少。因此,本研究以一些常見的十字花科植物組織為材料,以生菜、小麥、反枝莧和稗草為指示植物進行了化感活性的測定,獲得了較好的效果,現(xiàn)將研究結果報道如下。1材料和方法1.1關于研究1.1.1根、豆莢、草油菜品種:蘇州青(根、莖、葉),雪克青(根、莖、葉、豆莢),矮腳黃(根、莖、豆莢);十字花科雜草:球果焊菜(根、莖、葉、種子、花),播娘蒿(根、葉、葉柄、種子),薺菜(莖、果實),獨行菜(根、莖、果實)。以上植物組織采于青島農業(yè)大學所在地及城陽周邊地區(qū),經陰干,粉碎過40目篩后,于低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩?.1.2小麥、小麥和反枝莧生菜(LactucasativaL.,抗熱綠湖黑核西生菜特選種388)、小麥(TriticumaestivumL.,煙農24號)、反枝莧(AmaranthusretroflexusL.)和稗草(EchinochloacrusgalliL.)。雜草種子均采摘于青島農業(yè)大學校園。1.2種植物種的生長差異對5種指示植物幼苗生長的影響本研究參照羅小勇提出的瓊脂混粉法進行。首先測定了油菜(蘇州青、雪克青和矮腳黃)和十字花科雜草(球果焊菜、播娘蒿、薺菜和獨行菜)不同組織粉末對生菜幼苗生長的影響,而后以獨行菜果實為供試材料,按照0、0.1、0.5、1、5、10g/L6個供試濃度分別測定了對4種指示植物幼苗生長的影響。1.2.1鐵篩粉末的制備將采集到的植物材料按不同器官組織分開后置陰涼處干燥,而后用電動萬能粉碎機(FW100型,轉速24000r/min,天津市泰斯特儀器有限公司)粉碎2min左右,取過40目鐵篩的粉末備用。1.2.2時間吸水將各指示植物種子浸入0.2%次氯酸鈉溶液中消毒15min后,洗滌并用流水浸泡2~6h(根據室內溫度調整時間)吸水,而后用蒸餾水洗滌數(shù)次。在已消毒的帶蓋方盤內鋪一層具有優(yōu)良吸水性能的廚房用紙后,將已吸水的植物種子擺放其上,而后滴加蒸餾水至紙張濕潤但種子不漂浮為止,上蓋后置于全智能人工氣候箱(HP1000GS-B型,武漢瑞華儀器設備有限責任公司)內發(fā)芽,24~72h后胚根(或種子根)的長度將達到3~5mm。1.2.3植物總脂的制備稱取0.5g的瓊脂粉分別置于300mL三角瓶內后加入蒸餾水使總體積達99mL,放入微波爐內加熱至完全溶解后靜置,待冷卻至60℃左右時分別加入已稱好的植物粉末各1g混勻,配制成含有10g/L植物粉末的0.5%瓊脂溶液,然后分別均勻倒入3個25mL小燒杯內,冷凝。以未加植物材料的0.5%瓊脂凝膠為對照處理。1.2.4種子培養(yǎng)和植物種子的制備用尖嘴鑷子在已冷凝的瓊脂表面插5個小口后,分別夾取胚根(種子根)長度基本一致的已發(fā)芽指示植物種子,將胚根(種子根)垂直由小口輕輕插入瓊脂基質中。每燒杯5粒,重復3次。而后將所有燒杯用錫紙封口并置于已消毒的小紙箱內,放入人工氣候箱遮光培養(yǎng)3d。人工氣候箱的設置條件為:14h光照(25℃)和10h黑暗(20℃)的自動循環(huán),箱內的相對濕度為60%。1.2.5算法的應用,進行實際生長量的測定,并對指示植物的生長抑制率和胚芽瓶培養(yǎng)3d后用電子游標卡尺分別測量指示植物胚根(種子根)和胚軸(胚芽鞘)的長度,計算胚根(種子根)和胚軸(胚芽鞘)的實際生長量,應用EXCEL軟件,以生長量為基數(shù),分別計算每種植物器官處理對指示植物胚根(種子根)和胚軸(胚芽鞘)生長的抑制率以及對樣本的誤差,然后做圖分析。同時應用SPSS軟件對各指示植物幼苗胚根(種子根)和胚軸(胚芽鞘)的有效中濃度(EC50)進行了統(tǒng)計分析。抑制率(%)=(對照生長量-處理生長量)/對照生長量×100誤差=標準偏差/3√/32結果與分析2.1青葉組織的抑制率從圖1可以看出在10g/L的濃度下,3種供試油菜的不同組織對生菜胚根的生長均表現(xiàn)出較高的抑制作用,抑制率均達66%以上,且以蘇州青葉組織的抑制率最高,為88.0%。但不同組織對胚軸生長的影響差異較大,3種植物中,只有雪克青的根、莖、葉組織表現(xiàn)出了70%左右的抑制效果,而其它植物組織的抑制率很低,其中蘇州青根、矮腳黃豆莢和根,不僅沒有抑制作用,反而表現(xiàn)出了一定的促進作用。2.2播婦利益的抑制率從圖2可以看出在10g/L的供試濃度下,除球果焊菜和獨行菜的莖對生菜胚軸具有一定的促進作用外,其他組織均不同程度地抑制了生菜幼苗的生長,且對胚根生長的抑制明顯高于對胚軸生長的抑制。其中,球果焊菜的花、種子、莖、葉和根組織對生菜胚根生長的抑制率分別高達86.3%、84.2%、38.2%、83.2%和78.0%,而對胚軸的抑制率分別只有39.5%、27.8%、-5.3%、17.9%和29.4%;播娘蒿的根、葉柄、葉和種子組織對生菜胚根生長的抑制率分別為67.3%、75.7%、83.4%和47.2%,而對胚軸的抑制率僅為20.3%、39.6%、31.0%和20.0%;薺菜的莖和果實對生菜胚根生長的抑制率分別為53.3%和54.8%,而對胚軸的抑制率只有7.3%和47.3%;獨行菜的莖、果實和根對生菜胚根的抑制率分別16.3%、98.3%和63.2%,而對胚軸的抑制率分別為-5.0%、65.2%和15.8%。通過比較發(fā)現(xiàn),在7種供試材料的不同組織中唯有獨行菜的果實組織對生菜的胚根和胚軸同時起抑制作用且抑制效果最明顯,抑制率分別高達98.3%和63.2%。2.3不同指示植物幼苗生長抑制率分析在上述研究的基礎上,進一步測定了獨行菜果實粉末在0、0.1、0.5、1、5、10g/L的不同濃度下對生菜、小麥、反枝莧和稗草4種指示植物幼苗生長的影響。從圖3可以看出低濃度下獨行菜果實對指示植物的幼苗生長均具有一定的促進作用,其中,以對稗草種子根的促進作用最為明顯;而高濃度下則具有明顯的抑制作用,且抑制作用隨濃度的增大而增大,同時對各種指示植物胚根(或種子根)的抑制作用明顯高于對胚軸(或胚芽鞘)的抑制。其中,各濃度粉末由低到高對生菜胚根(胚軸)生長的抑制率分別為-2.5%(-2.6%)、-1.5%(1.1%)、55.2%(17.9%)、98.5%(61.2%)和98.5%(73.9%);對小麥種子根(胚芽鞘)的抑制率分別為-7.3%(-15.0%)、-0.1%(-10.2%)、22.3%(-5.0%)、75.0%(46.9%)和78.6%(62.7%);對反枝莧胚根(胚軸)生長的抑制率分別為11.8%(-15.8%)、87.1%(65.4%)、94.5%(76.4%)、95.5%(83.6%)和96.8%(91.9%);對稗草種子根(胚芽鞘)的抑制率分別為-56.7%(-6.2%)、-44.2%(-7.4%)、48.8(30.6%)、95.9%(59.5%)和95.4%(73.2%)。利用SPSS統(tǒng)計分析軟件計算了獨行菜果實粉末對不同指示植物幼苗生長抑制的有效中濃度(EC50),其結果如表1。可見,在雙子葉指示植物中,對雜草反枝莧胚根和胚軸抑制的EC50分別為0.2373g/L和0.4869g/L,明顯低于抑制栽培植物生菜胚根(0.8127g/L)和胚軸(3.6663g/L)生長所需要的濃度;同樣,在單子葉指示植物中,對雜草稗草種子根和胚芽鞘抑制所需的濃度也低于對作物小麥抑制所需的濃度,前者的EC50分別為0.9901g/L和3.1657g/L,而后者分別為2.8918g/L和5.7276g/L。3反枝莧對小麥幼苗生長的影響通過對供試的7種十字花科植物材料化感活性的測定,發(fā)現(xiàn)獨行菜果實組織的化感活性最高,并且在高濃度下,獨行菜果實組織對4種指示植物幼苗的生長均產生明顯的抑制作用。根據所獲得的EC50值可知,各指示植物幼苗對獨行菜果實粉末中所含活性物質的敏感程度由大到小依次為反枝莧、生菜、稗草和小麥,說明反枝莧和稗草兩種雜草幼苗特別是胚根(種子根)的敏感性要分別高于同類型的栽培植物。而獨行菜果實粉末對各受體植物胚根(種子根)的抑制作用高于對胚軸(胚芽鞘)的抑制可能與其所含活性物質的傳導性有關,因為胚根(種子根)直接移植在含粉末的瓊脂中,可以與滲透出來的活性物質直接接觸,而對胚軸