蔣智林, 楊麗萍, 申 科，劉萬學(xué)

(1. 普洱學(xué)院農(nóng)林學(xué)院, 云南 普洱 665000; 2. 復(fù)旦大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合研究院傳統(tǒng)藥物比較研究所, 上海 200040; 3. 植物病蟲害生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 北京 100094)

【研究意義】在替代控制和生態(tài)恢復(fù)中，替代植物的選擇與應(yīng)用往往是能否成功建群和生態(tài)抵御的關(guān)鍵。研究替代植物的種子對(duì)入侵植物影響的反應(yīng)方式和程度，則是闡明替代植物抵御入侵植物或替代控制入侵植物機(jī)制的首要環(huán)節(jié)。因而，研究入侵植物提取液對(duì)狗牙根種子萌發(fā)的影響，可為應(yīng)用狗牙根抵御入侵植物入侵及替代控制相關(guān)入侵植物的可行性及技術(shù)開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論參考?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】植物的化感作用是植物通過淋溶、揮發(fā)、殘?bào)w分解和根系分泌等方式向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)，從而對(duì)周圍植物(包括微生物)產(chǎn)生直接或間接有害作用，及可能產(chǎn)生的有益作用和自毒效應(yīng)[1]。外來入侵植物能夠通過與本地植物的直接生長競爭爭奪資源，還可通過釋放化感物質(zhì)對(duì)入侵生境的土著生物進(jìn)行抑制、排擠和毒殺，從而獲得豐富的生存資源，在與新生境物種的生長競爭中取勝[2]?；凶饔帽徽J(rèn)為是外來植物入侵成功的重要因素之一[3]。如：紫莖澤蘭(AgeratinaadenophoraSpreng.)[4]、飛機(jī)草[Chromolaenaodoratum(L.) R. King et H. Rob.][5]、豚草(Ambrosiaartemisiifolia)[6]、薇甘菊(Mikaniamicrantha)[7]、腫柄菊(Tithoniadiversifolia)[8]、五爪金龍(Ipomoeacairica)[9]、小飛蓬(ConyzaCanadensis)[10]、加拿大一枝黃花(Solidagocanadensis)[11]和馬纓丹(Lantanacamara)[12]均能夠通過釋放出各種化感物質(zhì)而抑制土著植物種子萌發(fā)或生長從而獲得自身的生長競爭優(yōu)勢(shì)。研究表明，不同入侵植物不同部位的浸提液能夠抑制受體植物種子的萌發(fā)與生長；如腫柄菊的根、莖、葉水浸液對(duì)玉米(ZeamaysL.)、水稻(OryzasativaL.)、油菜(BrassicacampestrisL.)、豌豆(PisumsativumL.)、綠豆[Vignaradiata(Linn.) Wilczek]5 種植物種子發(fā)芽和生長均具有化感作用[13]；紫莖澤蘭葉片水浸提取物對(duì)6種豆科植物的種子發(fā)芽率和幼苗有化感作用[14]；小飛蓬水提物不同萃取液對(duì)剪股穎(AgrostisgiganteanRoth) 和萵苣(LactvacsaivaL.)的發(fā)芽和幼苗生長具有不同強(qiáng)度的化感效應(yīng)[15]；飛機(jī)草浸提液對(duì)豇豆(VignasinensisL.)、青瓜(CucumissativusL.)、蘿卜(RaphanussativaL.)、菜心(BrassicaparachinensisL.)、小白菜(BrassicachinensisL.)、大白菜(Brassicaperkinensis)、水稻(OryzasativaL.)、稗草[Echinochloaoryzicola(Vasing) Ohwi.]、任豆(ZeniainsignisChun)和熱研二號(hào)柱花草(Stylosanthesguianensiscv. Reyan Ⅱ)種子發(fā)芽和幼苗生長均具有化感效應(yīng)[5,16-17]。狗牙根(Cynodondactylon)為禾本科狗牙根屬草本植物，是最具代表性的暖季型草坪草，廣泛分布于歐洲、亞洲的熱帶及亞熱帶地區(qū)，在中國華北、西南及長江中下游等地有著廣泛應(yīng)用[18]。由于其繁殖力和匍匐莖蔓延力很強(qiáng)，在地面平鋪性能好，且具有抗旱、抗鹽及耐重金屬等優(yōu)點(diǎn)[19]，因而被廣泛用作固堤保土[20]、鋪建草坪等綠地的建植[21]和生態(tài)恢復(fù)[22]。但狗牙根能否抵御紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊等入侵植物的入侵或可否通過狗牙根發(fā)揮替代控制作用恢復(fù)已被這些物種入侵生境的生態(tài)，目前尚少有研究?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究采用室內(nèi)生物監(jiān)測(cè)法，應(yīng)用不同濃度的紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊等4種菊科入侵植物葉水浸提液對(duì)狗牙根種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和化感效應(yīng)影響進(jìn)行比較研究【擬解決的關(guān)鍵問題】評(píng)價(jià)4種入侵植物對(duì)狗牙根的化感效應(yīng)及其作用規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)用紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊4種入侵植物植株的葉均于2018年4-11月采自云南省普洱市思茅區(qū)郊區(qū)；狗牙根種子購自于普洱當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種子公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 供試材料處理 將采集到的植物葉在60 ℃溫度下烘干，用粉碎機(jī)粉碎過40目篩后，在干燥處保存。

1.2.2 浸提液制備 參照桂富榮等[4]、林春蕊等[5]、高興祥等[10]、及梁曉華等[13]的方法，分別稱取供試材料各10 g，按W(樣品)∶V(蒸餾水)=1∶10加入蒸餾水，在常溫條件下用搖床振蕩提取48 h，依次用4層紗布和定性濾紙過濾，濾液即為水浸提液母液(0.10 g·mL-1)，置于4 ℃冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆?。?shí)驗(yàn)時(shí)，將母液配置成0.25、0.50、1.00和2.00 g·L-14個(gè)濃度梯度溶液，以蒸餾水作為對(duì)照處理。

1.2.3 種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn) 采用培養(yǎng)皿濾紙法進(jìn)行種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)[23]。隨機(jī)選取成熟、籽粒飽滿的狗牙根種子置于鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿放50粒種子，然后分別加入適量的處理液(對(duì)照則加入適量蒸餾水)，以濾紙充足吸水,濾紙周邊無余水，種子周圍不形成液膜為度；在25 ℃、80%濕度、光照度1600 lx和光照時(shí)間12 h·d-1的條件下培養(yǎng)，每隔24 h檢查濾紙干燥情況，如發(fā)現(xiàn)濾紙有部分干燥，即補(bǔ)充處理液或蒸餾水(對(duì)照)至上述標(biāo)準(zhǔn)，以胚根突破種皮1 mm，胚芽為種子長1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每日記錄發(fā)芽數(shù)；共記錄28 d；實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

種子發(fā)芽率(Seed germination rate, GR)、發(fā)芽勢(shì)(Seed germination potential, GP)及化感效應(yīng)指數(shù)(Response Index of allelopathic effect, RI)按下列公式計(jì)算：

GR%=SN1/SN0×100

(1)

GP%=SNmax/SN0×100

(2)

RI=1-C/T(T≥C)或RI=C/T-1(T

(3)

式中：SNl為供試種子發(fā)芽粒數(shù)，SN0為供試種子總粒數(shù)，SNmax為種子發(fā)芽達(dá)到最高峰時(shí)種子發(fā)芽粒數(shù)，以最初7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)計(jì)；C為對(duì)照種子發(fā)芽率，T為處理種子發(fā)芽率。RI表示化感作用強(qiáng)度，正值表示促進(jìn)效應(yīng)，負(fù)值表示抑制效應(yīng)，其絕對(duì)值大小反映化感作用的強(qiáng)弱。

不同物種在不同濃度條件下各指標(biāo)的差異采用單因變量多因素方差分析(General Linear, Univariate)；不同物種參數(shù)間或同一物種間不同濃度間差異采用單因素方差分析(One-way ANOVA)，統(tǒng)計(jì)分析軟件為SPSS(SPSS 19.0 Inc., Chicago, USA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種入侵植物葉水提液對(duì)狗牙根種子發(fā)芽率的影響

由表1可知，4種入侵植物葉水浸提液對(duì)狗牙根種子發(fā)芽率的化感抑制作用差異顯著(F=1558.18,P<0.05)，且隨著浸提液濃度的升高，其化感抑制效應(yīng)均表現(xiàn)出遞增效應(yīng)(F=2552.58，P<0.05)。狗牙根種子在0.00 g·L-1(CK)下的發(fā)芽率為39.3 %，隨著處理濃度升高，紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊水浸提液使狗牙根種子發(fā)芽率與對(duì)照相比分別降低2.7 %～34.0 %； 8.0 %～34.7 %；13.3 %～36.0 %；及24.0 %～34.7 %。

在浸提液同一濃度下，4種入侵植物對(duì)狗牙根種子發(fā)芽率的抑制效應(yīng)差異顯著(P<0.05)。在0.25、0.50和1.00 g·L-1濃度條件下，其抑制強(qiáng)度大小為紫莖澤蘭<小飛蓬<飛機(jī)草<腫柄菊(P<0.05)；在2.00 g·L-1濃度條件時(shí)，4種入侵植物總體上對(duì)狗牙根種子表現(xiàn)出顯著的抑制效應(yīng)(F=6.33，P=0.02)，飛機(jī)草在該濃度下對(duì)狗牙根種子發(fā)芽率抑制強(qiáng)度最大(P<0.05)，而其他3種入侵植物間對(duì)狗牙根種子發(fā)芽率抑制效應(yīng)無顯著差異(P>0.05)。

2.2 4種入侵植物葉水提液對(duì)狗牙根種子發(fā)芽勢(shì)的影響

由表2可知，狗牙根種子的發(fā)芽勢(shì)在4種入侵植物葉水浸提液處理下均表現(xiàn)出顯著差異(F=1222.86,P<0.05)，且隨著浸提液濃度的升高，狗牙根種子的發(fā)芽勢(shì)均表現(xiàn)出明顯遞減效應(yīng)(F=2465.52,P<0.05)。狗牙根種子在0.00 g·L-1(CK)下的發(fā)芽勢(shì)為33.3；與對(duì)照條件相比，在0.25、0.50、1.00和2.00 g·L-1處理濃度下，紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊水浸提液使狗牙根種子發(fā)芽勢(shì)分別降低6.0 %、11.3 %、15.3 %和31.3 %；11.3 %、15.3 %、20.0 %和21.3 %；11.3 %、26.0 %、30.0 %和32.7 %；及22.7 %、29.3 %、30.0 %和30.7 %。

表1 不同濃度入侵植物葉水浸提液對(duì)狗牙根種子發(fā)芽率的影響

表2 不同濃度入侵植物葉水浸提液對(duì)狗牙根種子發(fā)芽勢(shì)的影響

表3 不同濃度入侵植物葉水浸提液對(duì)狗牙根種子發(fā)芽的化感效應(yīng)

在浸提液同一濃度下，狗牙根種子發(fā)芽勢(shì)在4種入侵植物間的差異顯著(F=2465.52,P<0.05)。在0.25、0.50、1.00和2.00 g·L-1濃度條件下，4種入侵植物浸提液所對(duì)應(yīng)處理的狗牙根種子發(fā)芽勢(shì)大小分別為紫莖澤蘭>小飛蓬=飛機(jī)草>腫柄菊、紫莖澤蘭>小飛蓬=飛機(jī)草>腫柄菊、紫莖澤蘭>小飛蓬=飛機(jī)草>腫柄菊和紫莖澤蘭>小飛蓬=飛機(jī)草>腫柄菊。

2.3 4種入侵植物葉水浸提液對(duì)狗牙根種子萌發(fā)的化感效應(yīng)

由表3可知，4種入侵植物葉水浸提液對(duì)狗牙根種子發(fā)芽率的化感效應(yīng)敏感指數(shù)值差異顯著(F=52.47,P<0.05)，均隨浸提液濃度的升高，其化感效應(yīng)敏感指數(shù)值均呈顯著升高趨勢(shì)(F=309.77,P<0.05)。在0.25 g·L-1濃度下，狗牙根種子對(duì)紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊水浸提液的化感效應(yīng)敏感指數(shù)值負(fù)值(-RI)分別為0.07、0.26、0.51和1.74；隨著濃度的升高，在濃度為0.50、1.00和2.00 g·L-1時(shí)，狗牙根種子對(duì)紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊水浸提液的-RI分別為0.25 g·L-1時(shí)的4.28、6.04和87.66倍，2.16、2.69和29.10倍，3.05、4.11和21.06倍，2.03、3.66和4.26倍。

在浸提液同一濃度下，狗牙根種子化感效應(yīng)指數(shù)值(-RI)在紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊4種入侵植物間的差異顯著(F=52.47,P<0.05)。在0.25、0.50、1.00和2.00 g·L-1濃度條件下，4種入侵植物浸提液所對(duì)應(yīng)處理的狗牙根種子-RI值大小分別為紫莖澤蘭<小飛蓬<飛機(jī)草<腫柄菊、紫莖澤蘭<小飛蓬<飛機(jī)草<腫柄菊、紫莖澤蘭<小飛蓬<飛機(jī)草<腫柄菊和紫莖澤蘭<小飛蓬=腫柄菊<飛機(jī)草。

3 討 論

外來入侵植物通過化感作用抑制入侵生境植物種子的萌發(fā)和生長是其成功入侵的重要原因，且這種化感作用對(duì)受體植物的影響效應(yīng)強(qiáng)度與其濃度有密切關(guān)聯(lián)[13, 24-25]。外來入侵植物的化感作用可使其自身在與其他植物的生長競爭中據(jù)于有利地位，從而提高其生態(tài)競爭力而不斷擴(kuò)散或形成單優(yōu)群落[2, 26]。不同入侵植物不同部位的浸提液能夠抑制受體植物種子的萌發(fā)與生長。本研究中紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊4種入侵植物葉水浸提液在不同濃度下對(duì)狗牙根種子的萌發(fā)均具有化感抑制效應(yīng)，且隨著其濃度的增大其抑制效應(yīng)越強(qiáng)(表1, 表2)。已有研究亦表明，腫柄菊的根、莖、葉水浸液對(duì)玉米(ZeamaysL.)等5 種植物[21]、紫莖澤蘭對(duì)豆科與蘆科植物[14]、小飛蓬水提物不同萃取液對(duì)剪股穎(AgrostisgiganteanRoth) 和萵苣(LactvacsaivaL.)[15]、飛機(jī)草浸提液對(duì)豇豆(VignasinensisL.)等9種植物[5,16-17]的種子發(fā)芽和幼苗生長均具有化感效應(yīng)，總體表現(xiàn)出低促高抑現(xiàn)象[31]，且隨著其濃度增大而其抑制效應(yīng)越強(qiáng)?？梢姡鈦砣肭种参镒锨o澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊在一定條件下對(duì)狗牙根種子萌發(fā)均會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的化感抑制作用。

本研究表明，不同入侵植物浸提液化感作用對(duì)狗牙根種子萌發(fā)的抑制作用強(qiáng)度也表現(xiàn)出了明顯的差異，在低濃度下，腫柄菊浸提液的抑制作用最強(qiáng)，最弱的是紫莖澤蘭；在高濃度下，小飛蓬浸提液的抑制作用最強(qiáng)，紫莖澤蘭最弱。此外，紫莖澤蘭對(duì)狗牙根種子萌發(fā)抑制作用的濃度依賴性最強(qiáng)，其次為小飛蓬和飛機(jī)草，而腫柄菊的濃度依賴性最弱；因而在狗牙根面臨4種入侵植物入侵或考慮利用狗牙根進(jìn)行替代控制時(shí)，我們需要充分考慮這一因素，及時(shí)采取措施，避免和降低4種入侵植物化感物質(zhì)的積累對(duì)狗牙根種子萌發(fā)造成的不利影響。

入侵植物的化感作用主要形式是以掉落物進(jìn)入自然生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中而產(chǎn)生影響。一方面掉落物會(huì)分解成為有機(jī)質(zhì)和各種養(yǎng)分，從而提供營養(yǎng)而促使植物的生長；另一方面，掉落物在分解的過程中會(huì)釋放各種化學(xué)物質(zhì)，或者結(jié)合土壤生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)與有機(jī)生命體，從而改變物種間的競爭效應(yīng)[27-29]。本研究中紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊4種入侵植物葉水浸提物在0.25 g·L-1這一低濃度時(shí)就對(duì)狗牙根種子表現(xiàn)出顯著的化感抑制效應(yīng)，而有相關(guān)研究表明，在比本研究高的濃度下，入侵植物浸提液對(duì)部分植物種子的萌發(fā)沒有顯著影響，甚至有輕微促進(jìn)作用，如腫柄菊葉水提取物在20和10 g·L-1濃度下對(duì)豌豆和綠豆種子萌發(fā)率無影響[13]，豚草的莖葉提取物在100 g·L-1濃度下對(duì)小麥的萌發(fā)有輕微促進(jìn)作用[6]；飛機(jī)草在2、100 g·L-1濃度下對(duì)稗草種子的萌發(fā)，在2、10 和100 g·L-1下對(duì)青瓜種子的萌發(fā)有輕微促進(jìn)作用[16]，說明入侵植物浸提液對(duì)不同植物種子的作用規(guī)律可能存在差異。此外，與其他研究一般將處理濃度設(shè)在2～200 g·L-1相比，本研究雖已將實(shí)驗(yàn)濃度設(shè)置在較低的水平(0.25～2.0 g·L-1)，但在現(xiàn)實(shí)生態(tài)系統(tǒng)中，入侵植物的化感物質(zhì)通過掉落物緩慢釋放，在初期時(shí)其濃度會(huì)比較低，其濃度會(huì)與凋落物的量和堆積程度密切相關(guān)[30]，這樣產(chǎn)生的化感效應(yīng)往往會(huì)呈現(xiàn)出時(shí)序效應(yīng)，因而浸提液低濃度(0.25 g·L-1)仍可能高于現(xiàn)實(shí)生態(tài)系統(tǒng)中入侵植物入侵初期凋落物的溶解濃度，需在進(jìn)一步研究中進(jìn)行更低濃度的試驗(yàn)設(shè)置對(duì)其化感效物質(zhì)是否存在促進(jìn)效應(yīng)予以驗(yàn)證。因此，在研究紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊4種入侵植物以及其他入侵植物化感作用對(duì)受體植物種子萌發(fā)與幼苗生長的影響中，可以由低到高設(shè)置更寬幅度的濃度梯度，或者在自然界取入侵程度不等區(qū)域的土壤直接研究其對(duì)受體植物的化感影響，以便更好明確其化感效應(yīng)的作用強(qiáng)度與規(guī)律，從而更好為入侵植物機(jī)理的闡述和生態(tài)恢復(fù)策略的運(yùn)用提供更加科學(xué)的理論參考。

4 結(jié) 論

紫莖澤蘭、小飛蓬、飛機(jī)草和腫柄菊葉片水浸提液(0.25～2.00 g·L-1)對(duì)狗牙根種子發(fā)芽均有顯著抑制效應(yīng)，隨著濃度的升高，葉水浸提液對(duì)狗牙根種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)抑制作用和化感效應(yīng)均依次增強(qiáng)，且在高濃度(2.00 g·L-1)處理時(shí)，飛機(jī)草的抑制作用最強(qiáng)，其它3種間無顯著差異。4種菊科入侵植物均對(duì)狗牙根的種子萌發(fā)產(chǎn)生較強(qiáng)的化感效應(yīng)，在應(yīng)用狗牙根進(jìn)行替代控制和生態(tài)恢復(fù)時(shí)需充分考量這一因素，采取相應(yīng)措施加以應(yīng)對(duì)。