馬文生，魚小軍，徐長林，許國暉

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

化感作用是自然界普遍存在的一種重要的化學(xué)生態(tài)防御機(jī)制[1-2]。植物與周圍的生物群落以次生代謝物質(zhì)為媒介建立了穩(wěn)固的化學(xué)作用關(guān)系，它們通過莖葉揮發(fā)、莖葉淋溶、根系分泌以及植物殘株的腐解等途徑向環(huán)境中釋放化感物質(zhì)，來影響周圍植物生長和發(fā)育[3]。研究和掌握這種化學(xué)作用規(guī)律，對認(rèn)識(shí)草地植物群落結(jié)構(gòu)、演替、合理開發(fā)和利用具有重要意義。

黃花棘豆(Oxytropisochrocephala)為豆科棘豆屬一種多年生草本植物，主要分布于我國西藏、青海、甘肅、寧夏及內(nèi)蒙等地[4]。有關(guān)黃花棘豆的研究已有諸多報(bào)道，涉及毒性[5-6]、病害[7]、生物堿[8]等，也有關(guān)于黃花棘豆甲醇提取液對油菜(Brassicacampestris)、燕麥(Avenasativa)、反枝莧(Amaranthusretroflexus)和狗尾草(Setariaviridis)種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[9]，以及黃花棘豆水浸提液對其他植物化感作用的少量報(bào)道[10]。本研究探討了黃花棘豆水提掖對垂穗披堿草(Elymusnutans)、醉馬草(Achnatheruminebrians)和多葉老芒麥(E.sibiricuscv.‘Duoye’)的化感作用，為進(jìn)一步解釋退化草地黃花棘豆群落的形成、蔓延和揭示高寒草地退化的原因提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1材料 2007年8月于甘肅省天?？h高寒草地上采集開花期的黃花棘豆地上部分，在實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后貯藏。樣品采集區(qū)域位于甘肅省武威市天祝縣抓喜秀龍鄉(xiāng)(37°40′ N，102°32′ E)，天然植被為寒溫潮濕類高寒草甸，年均氣溫-0.1 ℃，年均降水量416 mm，集中于7-9月。土壤為高山草甸土，土層厚度40～80 cm，土壤pH值為7.0～8.2。

1.2方法

1.2.1提取液的制備 于2008年1月將風(fēng)干的黃花棘豆地上部分剪成1 cm的小段，稱取20 g在室溫下(20～24 ℃)于蒸餾水中浸泡48 h(每隔8 h搖晃1次)后，過濾，沖洗，定溶至500 mL。

1.2.2提取液對種子萌發(fā)的影響 將黃花棘豆的水浸提液作為母液，配成4%、20%和100%的溶液，即質(zhì)量濃度0.001 6、0.008和0.04 g·mL-1。以蒸餾水作對照，利用不同濃度的水浸液浸濕濾紙，在25 ℃下進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。垂穗披堿草、醉馬草和多葉老芒麥均采自甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)天祝高山草原試驗(yàn)站。發(fā)芽試驗(yàn)采用TP法，每皿50粒，3次重復(fù)。每天用稱量法補(bǔ)充因蒸發(fā)損失的水分。于第12天測定根長和芽長，試驗(yàn)?zāi)┢?，測定種子發(fā)芽率(發(fā)芽率為發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束時(shí)正常種苗數(shù)占供試發(fā)芽種子數(shù)的百分比)。萌發(fā)數(shù)、根長和莖長測定結(jié)果根據(jù)李美等[11]的方法計(jì)算：

綜合效應(yīng)是供體對同一受體各個(gè)測試項(xiàng)目的對照抑制百分率的算術(shù)平均值[12]。

1.3數(shù)據(jù)分析 采用SPSS 13.0進(jìn)行方差分析，利用Excel作圖。

2 結(jié)果

2.1黃花棘豆水浸提液對3種植物種子發(fā)芽率的影響 與對照相比，4%、20%和100%的黃花棘豆水浸提液均抑制了3種植物的發(fā)芽率(圖1)，但抑制程度因受體植物不同而不同。黃花棘豆水浸提液均顯著抑制了垂穗披堿草和多葉老芒麥種子的發(fā)芽率(P<0.05)。20%和4%的黃花棘豆水浸提液降低了醉馬草種子的發(fā)芽率，但差異不顯著(P>0.05)；100%的水浸提液顯著抑制了醉馬草種子的發(fā)芽率(P<0.05)。

2.2黃花棘豆水浸提液對3種植物幼苗生長的影響 與對照相比，4%、20%和100%的黃花棘豆水浸提液均顯著抑制了垂穗披堿草根和芽的生長(P<0.05)(圖2)。

4%的黃花棘豆水浸提液顯著抑制了醉馬草根和多葉老芒麥芽、根的生長，但對醉馬草芽的生長抑制作用不顯著。20%和100%的黃花棘豆水浸提液均顯著抑制了2個(gè)草種根和芽的生長(P<0.05)，且100%時(shí)，根長幾乎為0。

2.3黃花棘豆水浸提液對3種植物的化感綜合效應(yīng)分析 黃花棘豆水浸提液對受體垂穗披堿，草、醉馬草和多葉老芒麥均有較強(qiáng)的抑制生長作用且濃度越高抑制率越高，但濃度不同，受到的抑制作用強(qiáng)弱各異(表1)。100%黃花棘豆水浸提液下，垂穗披堿草、醉馬草和多葉老芒麥的綜合效應(yīng)值分別為40.51%、40.34%和49.79%。

圖1 不同濃度的黃花棘豆水浸提液對3種植物發(fā)芽率的影響

圖2 不同濃度的黃花棘豆水浸提液對3種植物幼苗生長的影響

表1 黃花棘豆水浸提液對3種植物的化感綜合效應(yīng)

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果顯示，高濃度的黃花棘豆水浸提液對垂穗披堿草、醉馬草和多葉老芒麥種子的發(fā)芽和幼苗生長具有抑制作用(P<0.05)，說明黃花棘豆對上述3種植物具有化感作用潛勢，據(jù)此推斷，在退化草地中黃花棘豆成為優(yōu)勢種群，與黃花棘豆向外界釋放化感物質(zhì)有著密切的關(guān)系。在自然界中，水溶性的化感物質(zhì)主要通過雨水和霧滴等的淋溶而進(jìn)入土壤[13]，土壤中化感物質(zhì)的含量受到多因素的影響，包括枯落物的多少、分解速度以及降水量等[14-15]。當(dāng)化感物質(zhì)在土壤中積累一定量后，就會(huì)抑制植物種子萌發(fā)、幼苗生長、植物的競爭力[16]，進(jìn)而在植物群落演替中起重要作用，才會(huì)在生態(tài)系統(tǒng)中扮演植物間相互競爭作用[17-18]。張寶琛等[19]曾報(bào)道，植物間的化感作用可能是導(dǎo)致高寒草甸栽培草地退化過程的重要原因；馬瑞君等[20]對高寒草地的黃帚橐吾(Ligulariavirgaurea)研究發(fā)現(xiàn)，黃帚橐吾水浸液對同域分布的牧草種子萌發(fā)以及幼苗生長均表現(xiàn)出明顯的抑制作用，并認(rèn)為黃帚橐吾的化感作用在其生存競爭、種群擴(kuò)大與入侵中起著重要作用，是造成高寒草地退化的重要原因。王玉芝等[21]曾報(bào)道，冷蒿(Artemisiafrigida)莖葉水浸提液對蘇丹草(Sorghumsudanense)等植物幼芽長和幼根長的抑制作用呈顯著或極顯著水平，并認(rèn)為在退化草地中冷蒿成為優(yōu)勢種群可能與冷蒿向環(huán)境中釋放化感物質(zhì)有著密切關(guān)系。發(fā)育時(shí)期不同，化感作用對植物的影響不同，通常對幼苗生長期的影響更大于種子萌發(fā)期[22]。已有研究[13]表明，紫莖澤蘭(Eupatoriumcoelestinum)水浸提液對苜蓿(Medicagosativa)和一年生黑麥草(Loliummultiflorum)等植物幼苗的抑制作用要強(qiáng)于對種子萌發(fā)的作用；冷蒿浸提液對植物苗期生長的抑制作用也大于種子萌發(fā)期[21]。本研究也證實(shí)了這一點(diǎn)。另外，黃花棘豆對垂穗披堿草、醉馬草和多葉老芒麥根長的抑制作用要明顯大于對芽長的影響，這可由試驗(yàn)中當(dāng)水浸提液的濃度較大時(shí)牧草根部發(fā)生霉?fàn)€甚至壞死的現(xiàn)象得以證實(shí)。

種子萌發(fā)是種群生長、繁衍和更新的重要途徑，種子萌發(fā)率降低必然會(huì)影響植物種群擴(kuò)散，使植物個(gè)體數(shù)量減少。低濃度黃花棘豆莖葉提取液對3種受試植物的生長影響不明顯，隨著浸提液濃度的增加抑制率明顯提高。在自然條件下，通過一定時(shí)期的累積，勢必會(huì)使植株的正常生長發(fā)育受到抑制，進(jìn)而改變生物量的分配及總生物量[22]。另外，雨水等的沖刷帶進(jìn)土壤的不僅是入侵植物的化感物質(zhì)，還有其他植物的代謝產(chǎn)物以及塵土等，這樣的水溶液不僅滲透勢降低，且溶質(zhì)極為復(fù)雜，所以這種水液與實(shí)驗(yàn)室采用蒸餾水配制的植物浸提液有本質(zhì)的區(qū)別[23]，而高寒草地植物的多樣性導(dǎo)致了溶質(zhì)的復(fù)雜性，這些都有待于進(jìn)一步研究。

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