紫茎泽兰浸提液对不同品种草莓种子萌发和幼苗生长的化感作用

郭 英， 向成丽， 叶媛丽， 陈小军， 郑 升， 坤旭锋， 刘华华

(1.绵阳师范学院城乡建设与规划学院， 四川 绵阳 621000；2.西南科技大学生命科学与工程学院， 四川 绵阳 621010)

草莓(Fragaria×ananassaDuch.)隶属蔷薇科(Rosaceae)蔷薇亚科(Rosoideae)草莓属(Fragaria)，多年生草本植物，是重要的经济栽培园艺植物之一[1-2]。草莓果实鲜红而美艳，富含香气物质和维生素；其汁多味美，酸爽可口，营养丰富，素有“水果皇后”之美誉，深受消费者的青睐[3-4]。自20世纪80年代以来，我国草莓产业进入规模化发展时期，栽种面积逐年扩大，已成为世界草莓生产与消费的第一大国[2]。

随着交流活动的日益频繁，因植物入侵而影响农、林业生产已成为各国面临的生态问题。原产于美洲的墨西哥、哥斯达黎加一带的紫茎泽兰(Eupatoriumadenophorum)由中缅边境侵入我国的云南境内[5]。经过几十年的扩散，现已入侵西南、华南、华东等十余省的山地和良田沃土，而且呈现出由年平均温度较高和气候波动性较小的区域向寒冷、干旱区域蔓延的趋势[6-8]。紫茎泽兰具有较强烈的化感作用，可以通过雨水淋湿而将化感物质释放到河流、土壤中，从而影响周围植物的生长和发育[9-12]。目前，紫茎泽兰对植物的化感作用研究主要集中在水稻[6]、小麦[10]、蚕豆[9]等作物方面，而对草莓的化感作用未见报道。鉴于此，以不同品种的草莓种子为对象，探讨紫茎泽兰浸提液对其种子萌发和幼苗生长的化感作用，以期为入侵地域的草莓生产与栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

用于试验的草莓品种为“白雪公主”、“桃熏”、“红颜”和“甜查理”。其中，前两者是白肉草莓，后两者为红肉草莓。种子从新鲜的草莓果实上取下，用无菌水清洗，而后自然晾干备用。紫茎泽兰叶片则从四川省乐山市岷江附近的田土周边采集。

1.2 试验方法

1.2.1紫茎泽兰水浸提液的制备

紫茎泽兰浸提液的制备参照袁驰等[6]的方法，最后将紫茎泽兰浸提液稀释成0.25%、1.00%、2.00%、2.5%四个水平备用。

1.2.2草莓种子萌发和幼苗生长试验

每个草莓品种共5个处理，即对照(蒸馏水)，浸提液浓度分别为0.25%、1.00%、2.00%、2.50%。每个处理3个重复，每个重复50粒种子。将选好的草莓种子整齐地排列在铺有双层滤纸的培养皿中，缓缓向培养皿中加入10 mL不同浓度的紫茎泽兰浸提液[6]。用封口胶将培养皿封好，在25 ℃的恒温光照培养箱中进行培养。试验的光照/黑暗周期为：12 h/12 h依次交替，光照强度为2 000 lx。萌发实验结束后，将幼苗栽培于营养钵内，每间隔3 d，用相应浓度的浸提液浇灌，两周后采集样品备测。

1.2.3指标测定

每天固定时间，对不同品种的草莓种子萌发情况进行统计，当萌发停止时，统计种子的发芽率和发芽势[4]。试验结束后，采集叶片，用硫代巴比妥酸比色法测定丙二酫(MDA)含量；分别用NBT光还原比色法、愈疮木酚法、紫外分光光度法检测SOD、POD、CAT酶的活性[6,11]。

1.2.4数据处理

利用Microsoft Excel 2016软件对数据进行简单整理；用SPSS 2.0软件分析各试验处理组的差异，并对数据进行分析。同时，利用Graph Pad Prism 8.0软件对相关数据进行作图分析。

2 结果与分析

2.1 浸提液对不同品种草莓种子萌发进程的影响

紫茎泽兰浸提液处理后，不同品种草莓的种子萌发进程受到了不同程度的抑制。由图1可看出，“白雪公主”草莓经过紫茎泽兰浸提液处理后，第8天开始萌发，种子萌发持续29 d。ck在第17天就进入萌发高峰期，在第26天萌发结束；而其他处理除了0.25%外，其余处理的种子进入萌发高峰期均推迟，而且萌发结束期也推迟到第29天。“红颜”草莓在实验进行到第10天，ck率先萌发，而其他处理的材料尚未萌发；第11天，除了2.50%处理外，其他处理的种子也开始萌发；第12天，高浓度处理组也开始萌发。同时，ck率先进入萌发高峰期，且在第30天萌发结束；其他处理进入高峰期的时间略有推迟，而且各组进入高峰期的时间也不同，但都在第32天结束萌发。“桃熏”草莓在处理的第9天，ck的种子开始萌发；其他处理大多数在第10天进入萌发，而2.50%处理在第11天也进入了萌发期。同时，ck在第30天萌发结束；0.25%处理在第31天萌发结束；其余处理均在第33天萌发结束。“甜查理”草莓则在第10天，ck就开始萌发，而其他处理则在第12、13天才开始进入萌发。进入萌发后，ck和低浓度处理组的萌发速度较快，而高浓度处理组的萌发相对放缓，尤其是2.50%处理。同时，紫茎泽兰的处理也使得种子萌发高峰期和结束期推迟。在第31天，ck结束萌发；0.25%处理则在第34天萌发结束，其余处理则在第35天萌发结束。

图1 不同品种草莓的种子萌发进程Fig.1 Comparison of seed germination process of different strawberry varieties

2.2 浸提液对不同品种草莓种子发芽率和发芽势的影响

种子发芽率可反映种子的生命活力。试验结果表明，在紫茎泽兰浸提液处理下，不同品种草莓的种子发芽率与浸提液浓度基本呈负相关(表1)。“白雪公主”在ck处理的萌发率为78.67%，0.25%处理的为73.33%，虽低于ck但差异不显著；而1.00%、2.00%、2.50%处理的萌发率分别为63.33%、50.67%、44.67%，较ck降低了15.34、28、34个百分点。“红颜”在ck处理的萌发率为70.67%，0.25%处理的为66.00%， 1.00%处理的为56.00%，2.00%处理的为46.67%，2.50%处理的为34.67%。相较于ck，其他处理的草莓种子发芽率显著或极显著降低。“桃熏”在ck处理的发芽率为71.33%，0.25%处理的发芽率为67.33%，与ck差异不显著；1.00%、2.00%和2.50%处理的种子发芽率分别为54.67%、45.33%和35.33%，均显著低于ck。而“甜查理”在ck处理的发芽率为80.67%，其他处理的萌发率分别为74.67%、59.33%、42.67%以及29.33%。

表1 不同品种草莓种子的发芽率Table 1 Comparison of germination percentage of strawberry seeds of different varieties

综合分析紫茎泽兰浸提液对不同品种草莓的种子萌发进程和发芽率的影响发现(图1，表1)，不同品种草莓进入萌发期所需的天数不同，“白雪公主”在第8天就开始萌发，而“红颜”、“桃熏”、“甜查理”分别在第10、9、10天才进入萌发期；除了“白雪公主”外，浸提液处理均不同程度地延缓草莓种子进入萌发期。同时，随着浸提液浓度的提高，不同品种草莓的发芽率均呈下降趋势。这表明不同品种的草莓对紫茎泽兰浸提液化感作用的敏感度有所差异。

进一步横向比较发现(图1，表1)，ck处理时，发芽率最高的是“甜查理”，而后是“白雪公主”>“桃熏”>“红颜”，萌发率依次为80.67%、78.67%、71.33%和70.67%。然而，随着浸提液浓度的提高，不同品种种子对其化感作用响应程度不同。当处理液浓度为2.50%时，种子发芽率最高的是“白雪公主”，为44.67%，最低的是甜查理，仅为29.33%。此时，相对于ck，“白雪公主”的种子萌发率降低了34个百分点，“红颜”和“桃熏”均降低36个百分点，而“甜查理”则降低了51.34个百分点。这说明“甜查理”对紫茎泽兰的化感作用最为敏感。

而在紫茎泽兰浸提液的处理下，草莓种子的发芽势也呈现出与发芽率类似的趋势，即发芽势与浸提液浓度呈现一定程度的负相关(表2)。在ck处理下，发芽势最高的是“甜查理”，为62.00%；最低的是“红颜”和“桃熏”，均为50.70%。随着处理液浓度的提高，发芽势越来越低。当处理液浓度为2.00%时，“红颜”的发芽势最高，为37.30%，接下来是“白雪公主”>“桃熏”>“甜查理”，分别为36.00%、34.70%和32.70。当处理液浓度为2.50%时，“白雪公主”的发芽势最高，为32.70%，最低的是“甜查理”，仅为20.70%。经过紫茎泽兰浸提液的处理，“甜查理”的发芽势降低最大。这进一步表明，“甜查理”品种对紫茎泽兰的化感作用最为敏感。

表2 不同品种草莓种子的发芽势Table 2 Comparison of germination potential of strawberry seeds of different varieties

2.3 紫茎泽兰浸提液对不同品种草莓幼苗MDA含量和抗氧化酶活性的影响

紫茎泽兰浸提液胁迫处理下，不同品种草莓的MDA含量随着浸提液浓度的提高而增大，均显著高于ck；而SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性则呈先增后降的趋势，各个水平处理下的抗氧化酶活性都显著高于ck(表3)。在2.50%浸提液处理下，各品种草莓的MDA含量最高的是“甜查理”，最低的是“白雪公主”，分别为11.15 nmol·mg-1和8.53 nmol·mg-1，较ck增加了5.85个和3.76个百分点。这表明在供试的材料中，“甜查理”品种的细胞膜受到损伤的程度最大，而“白雪公主”品种最小[6]。SOD酶的活性，“白雪公主”、“红颜”两个品种在2.00%浸提液处理下，其活性最强，分别为11.18 U·mg-1和12.51 U·mg-1；“桃熏”、“甜查理”两个品种则在1.00%浸提液处理时，其活性达到最高，分别为13.28 U·mg-1和13.44 U·mg-1。POD酶的活性，“白雪公主”、“桃熏”两个品种在1.00%浸提液处理下，其活性最强(14.53 U·mg-1和15.66 U·mg-1)；“红颜”品种在2.00%浸提液处理时的活性为14.23 U·mg-1；“甜查理”品种则在0.25%浸提液处理时，其活性达到最高，为12.57 U·mg-1。而不同品种草莓的CAT酶活性则与SOD呈现出类似的趋势。横向比较分析发现，在试验同一处理水平下，“甜查理”的MDA含量相对要高于其他品种；而抗氧化酶系统的活性也较其他品种先达到最大值。这进一步表明“甜查理”品种受到紫茎泽兰的抑制作用较为强烈。

表3 不同品种草莓幼苗MDA含量和抗氧化酶活性Table 3 Comparison of MDA content and antioxidant enzyme activity in different strawberry seedlings

3 讨 论

大部分入侵植物是通过向周围环境释放化感物质来抑制或缩小周围植物、微生物乃至动物的生长发育和活动范围，进而占据周围环境的资源和空间，最终形成优势的种群[6]。紫茎泽兰的结实量巨大，种子轻小，通常借助自然因素或人类活动而向异地扩散，而人为活动、交通网络是影响紫茎泽兰扩散传播的主导因素，气象因子是影响紫茎泽兰定植的关键[13,15]。该植物可通过分泌或释放羟基泽兰酮等化感物质，达到改善周围土壤微环境的目的，最后影响当地其他植物的种子萌发、植株生长发育，使之形成优势群落[13-14]。

紫茎泽兰浸提液处理可以抑制植物种子的萌发，降低发芽率、发芽势等。马金虎等[11]研究发现，不同浓度紫茎泽兰提取物对稗草、灰绿藜和反枝苋等3种常见的田间杂草种子萌发有不同程度的抑制作用。林琦等[16]研究发现，紫茎泽兰抑制了慈竹种子的萌发，影响了其幼苗生长。曹子林等[17-18]研究紫茎泽兰对蓝桉、杉木种子萌发特性和幼苗的影响时，发现不同处理对杉木种子的发芽势、发芽率、发芽速率、萌发指数，幼苗的胚根长、胚轴长、鲜重、干重等均有显著的影响，各萌发特性和幼苗指标均与处理浓度呈极显著负相关。本实验结果也表明，供试的草莓品种在紫茎泽兰化感作用下，种子的萌发进程、发芽率、发芽势都受到了抑制。进一步表明紫茎泽兰对种子萌发有抑制作用。同时，不同品种的植物，其对紫茎泽兰的耐受性也有较大差异。本试验表明，4个草莓品种的种子对紫茎泽兰的化感作用敏感度不同，其中“甜查理”的发芽进程、发芽率和发芽势受到影响最大。袁驰等[6]在研究紫茎泽兰水浸提液对不同品种水稻种子萌发特性影响时，也发现不同浓度的水浸提液处理后，不同品种水稻种子的发芽率、发芽势、发芽指数显著降低；浸提液对水稻种子萌发的抑制强度因基因型不同而有所差异，内5优306受抑制最大，内5优39次之，内7优39最小。张子龙等[19]研究三七水浸提液对不同品种玉米的化感作用也表明，不同品种植株对处理液的敏感度有较大差异。

在逆境胁迫下，植物通过调控基因表达，改变代谢强度或路径来应对不利的环境因素。受胁迫时，植物可以通过调整抗氧化酶系统(SOD、POD与CAT)的活性，从而清除过量的氧自由基和MDA，最终实现自我的保护。孙娜娜[20]研究发现，紫茎泽兰提取物胁迫下，可导致黄瓜幼苗根系细胞发生氧化胁迫，SOD、POD、CAT、APX、AsA、MDA的活性和含量逐渐升高。本试验也得到类似的结果，即MDA的含量与紫茎泽兰浸提液浓度呈显著正相关；SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性则随着浸提液浓度的提高而呈先升后降的趋势，但试验组的抗氧化酶活性均显著高于ck。综合种子的萌发特性，幼苗的MDA含量，幼苗的SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性可表明，“甜查理”品种对紫茎泽兰的化感作用最为敏感，而“白雪公主”品种的耐受性最强。本研究为草莓新品种培育亲本的选择和生产栽培提供了借鉴和参考。