几种林木浸提液对小麦籽粒发芽的影响
摘 要：对植物源天然物质（五种常见林木枝叶）分别用自来水进行煎煮浸提，获取浸提液母液M1、M2、M3、M4和M5，并分别按照280、200、120和40 g/L的浓度梯度配成处理液，针对其种子萌发抑制效应进行了防治小麦籽粒发芽试验，以求解决小麦等休眠期较短的作物成熟后期收获前遇连阴雨天气而发生的穗发芽现象。本试验结果表明，采用的5种天然材料的浸提液对小麦籽粒的萌发均具有抑制效应，其抑制作用M1较为持久，M4、M5和M2次之，M3较为短暂；各材料的抑制作用强度为：M1>M4>M5>M2>M3；浓度的抑制作用强度为：280 g/L>200 g/L>120 g/L>40 g/L。
关键词：植物源，抑制效应，小麦，穗发芽
引言
水稻、小麦、玉米、大麦、油菜等作物在收获季节如遇连阴雨，在田间植株穗上发芽，这种现象称为穗发芽。作物种子穗发芽是世界性灾害。
在我国的长江中下游、西南、黄淮冬麦区和东北春麦区小麦穗发芽频繁发生，近年来，北部冬麦区也遭受了严重的危害。小麦穗发芽因α-淀粉酶活性上升，促使籽粒淀粉降解，造成籽粒品质劣化，同时蛋白酶的水解活动使蛋白酶降解为麦谷朊和小分子氨基酸，从而导致筋力下降。
防治小麦种子穗发芽，最经济有效的途径就是选育和种植抗穗发芽品种。在目前白皮小麦品种抗穗发芽能力普遍较弱的情况下，化控成为防治小麦穗发芽的另一途径，具有简便、快速而有效的优点。我国防治小麦穗发芽已利用的一些生长延缓剂、激素类药剂，又成本过高，对人体健康危害严重。
据研究，种子发芽抑制物质广泛存在于一些天然植物中，尤其在某些林木种子中含量丰富，其种类非常多，作用迅速，而且许多发芽抑制物质对抑制种子萌发无专一性，因此，可以从休眠期长，发芽抑制物质含量高的林木种子、果实或枝叶中提取抑制物质来防治小麦籽粒发芽。本研究在广泛筛选的基础上，以来源充足，含水杨酸（SA）等有效抑制成分且提取简便的几种林木枝叶为原料，分别研究其浸提液对小麦籽粒发芽的抑制效应，以期筛选出安全有效的小麦籽粒发芽抑制剂，
为防治小麦穗发芽以及做到安全使用提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料
在广泛筛选的基础上，选择杨树、柳树等含水杨酸（SA）等抑制成分较为丰富的五种常见林木枝叶YS，LS，TS，DX和SL为提取植物源种子萌发抑制剂的天然材料。
以当年收获，保存良好的小麦种子（偃师4110、矮抗58）为试验用种。
1.2 试验方法
1.2.1林木枝叶浸提液的提取 将采集的五种常见林木的新鲜枝叶用电子天平（JA5002）分别称取10 g，放入温度设定为75℃的电热恒温培养箱（DHP-420型），烘干3 h左右，待干物质重量不再随烘干时间而发生变化为止，再用电子天平称量各材料的干物质重，计算出各种材料的含水量。
根据各种材料的含水量，折算出配制200 mL浓度为280 g/L的母液所需要的各材料鲜重，用电子天平称取。
将称好的新鲜材料放入铝锅中，加入1 L自来水，置于电炉上进行煎煮浓缩（约4 h），直至浓缩到200 mL，彻底取出浸提液，以备用。
1.2.2处理液浓度的配制 用各材料的浸提液母液稀释配制成280 g/L,200 g/L,120 g/L和40 g/L四个浓度梯度。
1.2.3小麦籽粒发芽抑制效应鉴定 取保存良好的当年收获的小麦种子（偃师4110、矮抗58），精选籽粒饱满、大小均匀、无病虫害、胚部无损伤的小麦种子，先放入1%的NaCl O溶液中消毒30 min，然后用蒸馏水反复冲洗。
将消过毒的小麦种子用蒸馏水浸泡12 h，然后将种子放入事先准备好的4个浓度梯度下的各处理液中浸泡12 h，CK则继续在蒸馏水中浸泡12 h。
将种子从各处理液中取出，将其腹沟向下置于垫有单层湿润滤纸的培养皿中，每个培养皿排放50粒种子，每个处理一个重复。
培养皿放入设定为26℃的电热恒温培养箱中培养，每天定时补充水分，使培养皿中的滤纸保持湿润。每隔12 h观察一次并记录萌动和发芽种子数，3 d后每天观察记录一次，直到第7 d，以胚部破裂露白为萌动，以胚芽鞘达种子长度一半时为发芽。3d后根据发芽的籽粒数目计算发芽势，7 d后根据发芽的籽粒数目计算发芽率。
1.2.4试验统计方法和计算公式 方差分析和相关分析采用SAS6.12统计软件和Excel2003数据处理软件。
发芽抑制率（%）=（对照-处理）/对照×100 …………………………… (1)
发芽势（%）=第3d发芽籽粒数/籽粒总数×100 ………………………… (2)
发芽率（%）=第7d发芽籽粒数/籽粒总数×100 ………………………… (3)
2 结果与分析
2.１ 各材料浸提母液不同时间段对小麦籽粒发芽的抑制效应
表1 各材料浸提母液不同时间段对小麦籽粒发芽的影响
| 指 标 | 发芽观察时间（h）/（d）
12h 24h 36h 48h 60h 3d 4d 5d 6d 7d |
萌动率（%）
处理
CK
M3
M2
M5
M4
M1 | 84 97A 97aA 99A 99aA 100aA 100aA 100aA 100aA 100aA
5 40B 83bB 88B 92bA 92bA 93bA 93bA 93bA 93bA
0 9C 15cC 21C 24cB 28cB 30cB 38cB 57cB 69cB
0 5C 12cC 18C 22cdB 25cdB 28cdB 37cB 49dB 62dB
0 3C 6dD 16C 17dB 21dB 23dB 33cB 38eC 42eC
0 0D 0eD 0D 0eC 2eC 3eC 3dC 3fD 3fD |
发芽率（%）
处理
CK
M3
M2
M5
M4
M1 | 0 93 96 97A 99A 100aA 100A 100A 100aA 100A
0 0 2 20B 77B 88bB 91B 91B 91bB 91B
0 0 2 10C 17C 24cC 29C 37C 55cC 61C
0 0 1 10C 17C 19cdC 25C 32C 46dC 58C
0 0 0 9C 12C 17dC 22C 31C 33eD 36D
0 0 0 0D 0D 1eD 2D 3D 3fE 3E |
注：1.小写字母表示0.05水平下的差异显著性，不同字母间表示差异显著；大写字母表示0.01水平下的差异显著性，不同字母间表示差异极显著。（下同） 2.表中各数值均为两个重复的平均值。（下同）
从表1中可以看出，除了培养12 h时的发芽率各处理均为0外，其余观察时间各材料浸提液母液的萌动率和发芽率均低于CK，且随时间的延长而升高，特别是M3萌动率和发芽率随时间延长增长最为明显，其萌动率在24 ～36 h之间由40%迅速增加到83%，发芽率在48～60 h之间由20%迅速增加到77%。M2，M5和M4的萌动率和发芽率在6d前随时间的延长增加平稳，在6 d时M2和M5突增并与M4差异显著，M4则增加基本稳定。M1随时间延长其萌动率和发芽率变化不大。经方差分析可知，除培养12 h时的发芽率各处理均为0，其余观察时间各材料浸提液母液的萌动率和发芽率均与CK差异显著；M5和M4在5d前萌动率和发芽率差异不显著；从整个观察时间的结果来看，可以将各材料的萌动率和发芽率大致分为M1一个，M4、M5和M2一个，M3一个3个水平；48 h以后，M1的萌动率和发芽率均与CK和其它处理差异极显著，72 h时种子萌动率仅为2%。
分析结果表明，M1对籽粒发芽抑制持效期长，M4、M5和M2次之，M3对籽粒发芽抑制持效期短。由于经M1处理过的小麦种子在7 d后萌动率和发芽率仍非常低，因此，需要对它的有效成分、抑制机理、田间防治等方面进一步研究，为在实际生产中的安全应用奠定基础。
2.２ 浓度均为280g/L时不同材料的浸提液对小麦籽粒发芽的抑制效果
表2 浓度均为280g/L时不同材料的浸提液对小麦籽粒发芽的抑制效果
| 处理 （280g/L） | 发芽势 （%） | 相对抑制率 （%） | 发芽率 （%） | 相对抑制率 （%） |
| M1 M4 M5 M2 M3 CK | 1 17 19 24 88 100 | 99aA 83bB 81bcB 76cB 12dC 0eD | 3 36 58 61 91 100 | 97aA 64bB 42cC 39cC 9dD 0eE |
从表2中可以看出，各材料的浸提液相对抑制率不为0，都具有抑制作用；根据表中的相对抑制率可知抑制作用强度为M1>M4>M5>M2>M3。对表中数据进行方差分析可知，各材料的浸提液相对抑制率均与CK差异显著；M1与其它处理方式的相对抑制率差异均达到极显著水平；发芽势相对抑制率Ｍ4与M5、M5与M2差异不显著，M4与M2、M3与其它处理差异均显著；发芽率相对抑制率M5与M2差异不显著，其它各处理间差异均显著。分析结果表明各处理方式对小麦种子的发芽均存在不同程度的抑制作用，相同条件下M1的对小麦籽粒发芽的抑制作用强，M3的抑制效果不令人满意。初步筛选出M1是提取植物源小麦穗发芽抑制剂较好的天然材料。
2.３ M1不同浓度的处理液对小麦籽粒发芽的抑制效果
表3 M1不同浓度的处理液对小麦籽粒发芽的抑制效果
| 处理 （g/L） | 发芽势 （%） | 相对抑制率 （%） | 发芽率 （%） | 相对抑制率 （%） |
| 280 200 120 40 CK | 2 14 88 98 100 | 98a 86b 12c 2d 0d | 3 25 88 98 100 | 97a 75b 12c 2d 0d |
从表3中可以看出，发芽势和发芽率的相对抑制率有随着处理液浓度降低而降低的趋势，280 g/L的浓度对发芽率的相对抑制率很高，达到97%，与其它浓度梯度下的发芽抑制率差异显著，200 g/L时抑制效果虽不及280 g/L，但其发芽率的相对抑制率也达到75%，效果相对较好。方差分析表明，280 g/L浓度时的发芽抑制率与其它浓度发芽抑制率差异均达到显著水平；200 g/L,120 g/L浓度水平下的发芽抑制率与CK也存在差异，但不及280 g/L时显著；40 g/L浓度水平对发芽的抑制率与CK差异不显著。说明M1浓度作用强度为280 g/L>200 g/L>120 g/L>40 g/L，在280g/L的浓度水平下M1的发芽抑制效果好，40 g/L的浓度水平抑制效果不理想。由于浸提液中产生抑制效应的主要成分为水杨酸（SA），所以说明SA对小麦种子发芽的抑制作用可能具有剂量效应，高浓度的SA具有较好的抑制效果。
3 讨论
小麦穗发芽既是遗传性状，又是受生理生化因素调节的生理性状，抗穗发芽能力与GA、IAA、ABA等激素以及α-淀粉酶活性、籽粒吸水速率等有关，因此通过外源化学物质调节小麦籽粒激素平衡或改变种胚的水分、氧气等状况，可以达到控制穗发芽的目的。在目前小麦品种抗穗发芽能力普遍较弱的情况下，利用天然植物提取穗发芽抑制物质，是防治穗发芽简便、快速、安全的有效途径，例如，中科院生态环境研究中心的祝心如、王大力曾以桃树、杨树、苹果树、泡桐树等的根水浸液作为抑制剂，来研究其对小麦种子萌发的抑制影响，结果表明各材料水浸液均可抑制小麦种子萌发及其幼苗根的伸长。薛香、王巧玲曾利用某些植物的果皮（GP）浸提液进行抑制小麦籽粒发芽的试验，结果表明植物果皮中含有抑制小麦种子发芽的有效物质且抑制效果显著。而本试验则是利用几种常见林木的枝叶提取浸提液来抑制小麦种子发芽，结果表明，所取林木枝叶浸提液对小麦籽粒发芽具有显著的抑制效果，且原料充足，提取简便，有很好的发展前景。此外，有关研究还表明某些小麦品种成熟植株的颖壳中、穗轴、叶片和茎杆中均存在抑制成分，但这些器官中抑制成分含量低，抑制效果均不理想。
本试验在抑制小麦籽粒发芽试验中所用种子是已度过休眠期的种子，排除了种子休眠期这一重要因素对本试验的影响。试验所取林木枝叶浸提液对小麦籽粒发芽虽具有显著的抑制效果，但仍需要对其起抑制作用的主要成分、抑制机理和田间使用等方面进行深入研究，为其在生产上的利用奠定基础，因为利用外源化学物质控制收获前种子的穗发芽是一项技术难度较大的课题，高浓度的抑制处理对种子的抑制，播种时可能导致生活力低下，生长受阻的不正常苗出现，这是应用抑制剂应注意的一个重要问题。
在广泛追求绿色、安全食品的今天，用纯天然绿色安全的抑制物质防止小麦种子发芽有广阔的市场前景，如将此抑制物质与其它防病虫的天然抑制剂进行复配从而兼治小麦的病虫害或经过进一步的研究其作用机理进行更新以提高抑制效果，那么在小麦种子发芽抑制史上将会有新的更大突破。
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