黄花刺茄茎提取物对其种子萌发的影响研究

1. 研究背景与意义

1.1 外来入侵植物黄花刺茄的现状

1.1.1 黄花刺茄的入侵途径与分布

• 黄花刺茄原产于美国西北部及墨西哥，现已蔓延至加拿大、澳大利亚、俄罗斯、韩国和中国等多个国家和地区。
• 最早于1982年在中国辽宁省被发现，目前已经扩散到吉林、北京、河北、新疆等地区。
• 黄花刺茄的传播主要通过果实成熟后干裂，种子散落于植株周围以及断裂的主茎携带进行。

1.1.2 黄花刺茄的危害

• 黄花刺茄具有极高的竞争能力和适应性，极易在新的生境中占领地盘，与本土物种争夺资源。
• 导致当地植物丧失竞争能力，乃至灭绝，给当地的生物多样性及生态环境造成了极大的威胁。
• 黄花刺茄被列入《国家重点管理外来入侵物种名录第一批》，是一种极具挑战性的外来入侵植物。

1.2 研究目的与意义

1.2.1 研究目的

• 通过对黄花刺茄茎提取物对自身种子萌发的影响研究，探究其化感作用机制，为黄花刺茄的防治提供理论依据。
• 明确黄花刺茄各个部位凋落物产生的化感作用，为后期分离得到化感物质奠定基础。

1.2.2 研究意义

• 深入研究黄花刺茄的化感作用，有助于揭示其入侵机制，为防治外来入侵植物提供科学依据。
• 研究黄花刺茄茎提取物中的化感物质，有助于发现新的生物农药或生物防治手段。
• 通过研究黄花刺茄茎提取物对自身种子萌发的影响，为黄花刺茄的生物防治提供新思路。

2. 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 样品采集

• 样品采收期为黄花刺茄果实成熟期，株高平均约36cm，采集时间为2023年9月2日，采集地点为新疆乌鲁木齐市水磨沟区。
• 采集大量黄花刺茄的整株植株和土壤，采集回来的黄花刺茄将植株和土壤置于室温条件下阴干。

2.1.2 样品处理

• 植株阴干后按根、茎、叶分开，选取茎部进行研磨，过60目筛，备用。

2.2 方法

2.2.1 黄花刺茄茎的乙醇粗提物的制备

• 在室温下，将黄花刺茄茎的研磨物用95％乙醇(1:4 w/v)浸泡24h后过滤并收集浸提液，提取过程重复7次。
• 在50℃下旋转蒸发得到乙醇粗提物，在50℃下置于电热恒温鼓风干燥箱中48h，得到的茎的浸膏33.95g，产率为6.28%。

2.2.2 种子萌发实验

• 使用之前必须对种子进行灭菌。将已成熟的种子浸于3%次氯酸钠溶液中，摇匀10分钟，蒸馏水清洗3~5次，75%乙醇10分钟，蒸馏水3~5次。
• 称取茎乙醇粗提物20g，加入无水乙醇5mL溶解，加入蒸馏水保持20ml，得到100g/L的母液，对其进行梯度稀释，得到0.1、1、10、100g/L的溶液。
• 在每个培养皿(直径为90mm)铺设两层滤纸后加入100粒黄花刺茄种子，并分别加入5 mL上述溶液(以蒸馏水为对照)，并在恒温30°C的光照和黑暗各12h的光照培养箱中培养。

2.2.3 测定指标

• 发芽率(%) = (发芽种子数/供试种子总数) × 100%
• 发芽势(%) = 日平均发芽数达到最高那一天为止正常发芽种子数/供试种子总数 × 100%
• 发芽指数 = ∑(Gt/Dt)，其中Gt为当天的萌发数，Dt为萌发日数
• 化感指数 RI = 1− C/T（当T ≥ C时），或 RI = T/C −1（当T＜C时），其中C为对照值，T为处理值

2.3 数据处理

• 采用Microsoft Excel 2019进行数据记录与统计，运用SPSS 25对数据进行方差分析和差异显著性检验，再用Microsoft Excel 2019和Origin 2021软件作图。

3. 结果与分析

3.1 黄花刺茄茎的乙醇粗提物对自身种子萌发的影响

3.1.1 黄花刺茄茎的乙醇粗提物对自身种子发芽率的影响

• 从图1可以看出，不同浓度茎提取物对种子发芽率的影响不同，对照与处理间差异显著(p < 0.05)。
• 从总体上看，这种抑制效果随浓度的增大而增强。当浓度在0.1，1，10 g/L的茎浸提液处理下，发芽率为80.67%，77.6%，58.67%，比对照降低12.9%，16%，36.6%。

3.1.2 黄花刺茄茎的乙醇粗提物对自身种子发芽势的影响

• 从图2可以看出，黄花刺茄茎的乙醇粗提物各浓度溶液对自身种子发芽势与对照组相比均有显著的抑制作用。
• 对照组(CK)中，黄花刺茄种子的发芽势为81%，茎浸提物浓度为0.1、1、10g/L时，发芽指数显著低于对照组，分别为55.67%、64%、30.67%。

3.1.3 黄花刺茄茎的乙醇粗提物对自身种子发芽指数的影响

• 由图3可知，黄花刺茄茎的乙醇粗提物各浓度溶液对自身种子发芽指数影响为：当浓度0.1 g/L时种子的发芽指数与对照组比降低了11.2%，有抑制作用，二者均达到显著差异（p<0.05）；当浓度增加到 1、10g/L 时，对种子的发芽指分别下降为24.7%，57.8%，有显著差异（p<0.05）。

3.1.4 黄花刺茄茎的乙醇粗提物对自身幼根和幼茎的影响

• 本研究对各处理组黄花刺茄茎的乙醇粗提物对自身幼根和幼茎的生长指标做了相应的统计分析量化处理如图4所示：
• 对照组(CK)中，黄花刺茄根长为3.29cm ，茎浸提物浓度为0.1、1、10g/L时，幼根长度低于对照组，分别为2.47cm，2.09cm，2.2cm，分别降低了24.9%，36.3%，32.9%；
• CK处理时的根的生长情况最好，其他处理组随着浓度升高根长降低，有显著差异（p<0.05）。

3.1.5 黄花刺茄茎的乙醇粗提物对自身种子化感指数的影响

• 从图5中可以看出，与对照组相比，各浓度的黄花刺茄茎乙醇粗提物对其自身种子萌发指数的化感作用都有化感作用，且随着浓度的增加抑制作用更为明显。
• 不同浓度的乙醇粗提物对种子萌发和生长的影响在浓度小于1g/L时有促进效应，在浓度达到10g/L时表现为基本抑制。

3.2 黄花刺茄茎提取物中的代谢物含量分析

3.2.1 正离子模式下的代谢物含量

• 从图6可以看出，通过非靶代谢组学分析，在正离子模式下共鉴定出50个关键代谢物(相对丰度较高)。
• 包括氨基酸和多肽类9种，生物碱类6种，脂质类5种，有机酸类4种，酰胺类4种，黄酮类3种，其他代谢物19种。

3.2.2 负离子模式下的代谢物含量

• 从图7可以看出，通过非靶点代谢组学分析，在负离子模型下共鉴定出50个关键代谢物(相对丰度较高)。
• 检测到的代谢物包括15种有机酸类、9种氨基酸和多肽类、6种碳水化合物、3种黄酮类化合物、3种生物碱类、2种脂质和12种其他代谢物。

3.2.3 与种子萌发和生长指标间的相关性分析

• 从图8可以看出，从100种相对丰度较高的代谢物中筛选出脂肪、磷脂、氨基酸、酚类和苯醌类6种与种子萌发和生长有关的代谢物，进行冗余分析。
• 结果表明白三烯酰胺、叶鞘磷脂和酪胺化合物与根长和茎长呈显著负相关；2-羟基-2,4-5-二烯酸类化合物的萌发势呈负