问荆化感作用对大豆生殖后期形态、生理和产量性状的影响

隋海霞1，岳中辉1，郭立波1，王慧一1，焦浩1，刘宝林2

（1哈尔滨师范大学生命科学与技术学院/黑龙江省普通高等学校植物生物学重点实验室，哈尔滨150025；2中储粮北方农业开发有限公司，黑龙江嫩江161400）

摘要：为了探讨问荆对大豆生殖后期生长的化感效应，采用温室盆栽法，研究问荆夏枝水浸液对‘北豆42’(BD)、‘北交8032’(BJ)、‘登科1 号’(DK1)、‘登科3 号’(DK3)和‘黑河43’(HH)5 个品种大豆生殖后期形态、生理指标及产量性状的影响。结果表明，问荆水浸液处理后，各品种大豆的株高、叶面积、叶绿素含量、单株粒数、单株结荚数、有效结荚数、结荚高度都降低；MDA含量、WSS含量增加，过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性先升高后降低。‘北交8032’在0.04 kg/L、0.07 kg/L 问荆水浸液处理后产量性状的株高显著降低(P<0.05)，‘北豆42’在0.07 kg/L 问荆水浸液处理后节数显著降低(P<0.05)，其他品种大豆最终株高、节数变化较小。[结论]说明在低浓度问荆水浸液下大豆有一定的抗性，但是问荆的化感效应对大豆生长有很大影响。

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关键词：化感作用；问荆；大豆

中图分类号：Q945.79 文献标志码：A 论文编号：cjas15020001

基金项目：黑龙江省高校重点实验室开放课题“农田问荆(Equisetum arvense)的化感作用机制研究”(ZK201203)；黑龙江省高校科技创新团队研究计划“哈尔滨师范大学科技创新团队研究计划”(KJTD-2011-2)；哈尔滨师范大学国家级预研项目“土壤酶活指标对农田黑土质量的指示作用”(12XYG-10)。

第一作者简介：隋海霞，女，1989 年出生，黑龙江绥棱人，硕士，研究方向为植物生理生态学。通信地址：150025 哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，Tel：0451-88060576，E-mail：suihaixia2013@163.com。

通讯作者：岳中辉，女，1971 年出生，黑龙江讷河人，副教授，博士，研究方向为植物生理生态及土壤生态学。通信地址：150025 哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，Tel：0451-88060576，E-mail：yuezhonghui@163.com。

收稿日期：2015-02-01，修回日期：2015-04-02。

0 引言

问荆(Equisetum arvense L.)为木贼科多年生草本植物[1]，以根茎繁殖为主，蔓延迅速，由于不断从田边地头侵入农田，现已成为黑龙江省农田主要杂草[2]，主要为害大豆、小麦、玉米、马铃薯、油菜等农作物[3-4]。在问荆的生长过程中，问荆与作物竞争生存空间，同时又会向环境中释放某些化感物质影响对方的生长[5]。植物或微生物通过向环境中释放一些特殊的化学物质而对其他植物或微生物产生直接或间接的、有益或有害的作用被称为化感作用[6]，在自然生态系统和农业生态系统中起着关键作用[7]。

有研究发现，问荆具有较强的化感作用：俄罗斯的科学家发现问荆的水提取物可以抑制30 多种杂草种子的萌发[8]；刘亮等[9]研究发现问荆地上部的丙酮、氯仿溶剂提取物可以抑制萝卜、莴苣、马唐、稗草幼苗的株高和根长的生长；郑景瑶等[10]研究发现问荆根茎水浸液可以抑制小麦的种子萌发和幼苗生长；焦浩等[11]研究发现问荆根茎水浸液可以抑制小麦的叶面积、叶长、干物质积累等。可见相关研究主要集中在问荆对小麦、萝卜、莴苣等的种子萌发和幼苗生长的影响，而问荆对大豆生殖后期的化感作用的研究较少。为此，笔者以盆栽大豆为受体，研究了问荆水浸提液对大豆生殖后期生长、生理生化指标及产量的化感作用，旨在明确问荆对大豆生殖生长及产量的影响，减少因问荆化感作用影响大豆生殖生长所造成的减产的危险，以期为大豆抗草品种选育提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2013 年在中储粮北方农业开发有限公司科技园区实验室内进行，以‘北豆42’(BD)、‘北交8032’(BJ)、‘登科1 号’(DK1)、‘登科3 号’(DK3)和‘黑河43’(HH)为试验材料，在盆栽条件下于5 月4 日播种，9 月20 日全部收获，土壤类型为黑土，采自园区农田内，过5 mm筛后拌入二铵、尿素、磷酸钾混合肥，装入直径25 cm，深30 cm的聚乙烯盆内，在每盆中播种6 粒大豆种子，每个品种播100 盆，用于对照和4 个浓度问荆水浸液处理，各20 次重复，共5 个品种500 盆。播种后用井水润湿土壤，每隔5 天浇一次水，待大豆苗高5 cm时，间苗后保证每盆1 株大豆幼苗，每隔10 天浇灌1 次不同浓度的问荆水浸液代替水，其余处理同对照组。问荆水浸液的制备：称取新鲜的问荆夏枝1.0 kg，用剪刀剪成5 mm的小段，加水10 L，充分搅动，室温下浸泡12 h，浸泡期间多次搅动，过滤。将滤液分别配制成0.01、0.02、0.04、0.07 kg/L 的水浸液。

1.2 大豆各指标的测定

在大豆生长的生殖后期用游标卡尺测定大豆的株高，用叶面积仪测定大豆的叶面积。

叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖(WSS)含量、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性的测定参照张志良等的方法[12]。大豆生长发育期间，记载生育进程。大豆成熟后每品种每浓度随机连续取样10 株，自然风干后进行室内考种，调查单株性状（单株粒数、单株结荚数、有效结荚数、株高、结荚高度、节数）。

1.3 数据分析

用Duncan 氏多重差异显著性检验进行同一指标不同处理间差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 问荆水浸液对大豆生殖后期形态的影响

问荆水浸液处理后（表1），大豆株高都呈下降趋势。品种BD、BJ、DK1和DK3的株高在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。但品种HH的株高在各浓度处理后与对照相比差异都不显著。

问荆水浸液处理后（表1），大豆叶面积都有减小的趋势。品种BD、DK3 和HH 的株高在0.02、0.04、0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，品种BJ 在0.04、0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。但品种DK1 的株高在各浓度处理后与对照相比差异都不显著。

2.2 问荆水浸液对大豆生殖后期生理的影响

2.2.1 问荆水浸液对大豆生殖后期叶片叶绿素含量的影响问荆水浸液处理后（图1），生殖后期各品种大豆的叶绿素含量都呈逐渐降低趋势。品种BD、BJ、DK1的叶绿素含量在各浓度处理后与对照相比均显著减少(P<0.05)。品种DK3 的叶绿素含量在0.02、0.04、0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比显著减少(P<0.05)，品种HH的叶绿素含量在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比显著减少(P<0.05)，其余浓度处理后与对照相比差异不显著。

2.2.2 问荆水浸液对大豆生殖后期丙二醛(MDA)含量的影响问荆水浸液处理后（图2），生殖后期各品种大豆的丙二醛含量都呈增加趋势。品种DK1和HH的丙二醛含量在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比显著增加(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。而品种BD在各浓度处理后与对照相比都没有达到差异显著水平。

2.2.3 问荆水浸液对大豆生殖后期期可溶性糖(WSS)含量的影响问荆水浸液处理后（图3），生殖后期各品种大豆的可溶性糖含量都呈增加趋势。品种BJ 的可溶性糖含量在各浓度处理后与对照相比显著增加(P<0.05)。品种DK1 的可溶性糖含量在高浓度(0.04、0.07 kg/L)处理后与对照相比显著增加(P<0.05)，品种DK3的可溶性糖含量在0.02、0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比显著增加(P<0.05)，品种HH的可溶性糖含量在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比显著增加(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。而品种BD在各浓度处理后与对照相比都没有达到差异显著水平。

2.2.4 问荆水浸液对大豆生殖后期期过氧化物酶(POD)活性的影响问荆水浸液处理后（图4），生殖后期各品种大豆的过氧化物酶活性都呈先升高后降低趋势。品种BD、BJ 的过氧化物酶活性在0.02 kg/L 浓度处理后与对照相比显著升高(P<0.05)，DK1 的过氧化物酶活性在0.01、0.02 kg/L 浓度处理后与对照相比显著升高(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。品种DK3的过氧化物酶活性在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。品种HH的过氧化物酶活性在0.01、0.02 kg/L 浓度处理后与对照相比显著升高(P<0.05)，在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。

2.2.5 问荆水浸液对大豆生殖期过氧化氢酶(CAT)活性的影响问荆水浸液处理后（图5），生殖后期各品种大豆的过氧化氢酶活性都呈先升高后降低趋势。品种BD的过氧化氢酶活性在0.02 kg/L 浓度处理后与对照相比显著升高(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。品种DK3 的过氧化氢酶活性在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。品种BJ、DK1和HH的过氧化氢酶活性在各浓度处理后与对照相比均差异不显著。

2.3 问荆水浸液对大豆产量性状的影响

2.3.1 问荆水浸液对大豆单株粒数的影响问荆水浸液处理后，大豆单株粒数都呈减少趋势（表2）。但品种BD和BJ 的单株粒数在各浓度处理后与对照相比差异都不显著。品种DK1和HH的单株粒数在0.02、0.04、0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。品种DK3的株高随浓度升高而逐渐降低，与对照相比都显著降低(P<0.05)。

2.3.2 问荆水浸液对大豆单株结荚数的影响问荆水浸液处理后，大豆单株结荚数都呈减少趋势（表2）。但品种BD、BJ和HH的单株结荚数在各浓度处理后与对照相比差异都不显著。品种DK1 的单株结荚数在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，DK3的单株结荚数在0.04、0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。

2.3.3 问荆水浸液对大豆有效结荚数的影响问荆水浸液处理后，大豆有效结荚数都呈减少趋势（表2）。但品种BD、BJ和HH的有效结荚数在各浓度处理后与对照相比差异都不显著。品种DK1和DK3的有效结荚数在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。

2.3.4 问荆水浸液对大豆株高的影响问荆水浸液处理后，大豆株高都呈降低趋势（表2）。但品种BD、DK1、DK3和HH的株高在各浓度处理后与对照相比差异都不显著。品种BJ 的株高在0.04、0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。

2.3.5 问荆水浸液对大豆结荚高度的影响问荆水浸液处理后，大豆结荚高度都呈降低趋势（表2）。但品种DK3和HH的结荚高度在各浓度处理后与对照相比差异都不显著。品种BD的结荚高度在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，BJ 的结荚高度在0.04、0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。品种DK1的结荚高度随浓度升高而逐渐降低，与对照相比都显著降低(P<0.05)。

2.3.6 问荆水浸液对大豆节数的影响问荆水浸液处理后，大豆节数都呈减少趋势（表2）。但品种BJ、DK1、DK3和HH的节数在各浓度处理后与对照相比差异都不显著。品种BD的节数在0.07 kg/L 浓度处理后与对照相比都显著降低(P<0.05)，在其余浓度处理后与对照相比差异不显著。

3 结论与讨论

生殖生长时期是大豆产量形成的关键时期，本试验通过对盆栽大豆进行问荆水浸液处理，初步研究了问荆水浸液对大豆生殖后期生长、生理生化指标和大豆产量性状的影响。结果发现，问荆夏枝水浸液对各品种大豆的生殖后期株高有一定的抑制作用，这与紫穗槐茎叶水浸液对大豆株高具有抑制作用的研究结果一致[13]，说明问荆夏枝能够释放一定的化感物质进入土壤，影响大豆植株的生长，但是最终产量性状中株高的影响较小，这是本研究中的一个矛盾结果，其原因有待进一步探讨。邵庆勤等[14]研究发现酚酸类物质处理后野燕麦幼苗的叶绿素含量降低，本研究也得到相似结果，问荆水浸液处理后，大豆叶绿素含量呈逐渐降低的趋势，叶面积减小。

CAT和POD是植物抗氧化酶系中的关键酶，它能保护细胞免受H2O2的毒害[15-16]。问荆水浸液处理后，低浓度时大豆体内的CAT 和POD可通过增加活性来抵抗问荆水浸提液的伤害，高浓度时CAT和POD活性下降，这可能是问荆水浸提液的胁迫程度超出大豆保护酶的可调节范围。尽管随着水浸提液浓度的增加，大豆可溶性糖含量增加，却还是导致大豆对问荆水浸提液的抗性降低，大豆清除体内活性氧的能力降低，最终导致MDA含量升高。

产量性状分析发现，问荆水浸液处理后，单株粒数减少、全株结荚数减少、有效结荚数减少、结荚高度降低，株高和节数变化较小；产量分析发现单株粒重随水浸液浓度升高逐渐降低（另有文章阐述）。这可能是问荆水浸液抑制大豆叶片叶绿素含量、促进MDA含量，影响生殖后期株高和叶面积生长，最终表现在了大豆产量性状和产量的变化上。在问荆蔓延的豆田中，建议种植‘北豆42’以避免对产量的影响。由问荆对大豆生殖后期生长、生理特性及产量性状的影响可以看出，问荆化感作用机制是一个比较复杂的生理生化过程，在今后的研究中还需从基因表达等多方面进行更加深入的研究。

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