艾蒿水浸提液對冰草和披堿草種子萌發(fā)及幼苗生長的化感作用

劉桂霞，王靜，王謙謙，馬妍妍

(河北大學 生命科學學院，河北 保定 071002)

艾蒿水浸提液對冰草和披堿草種子萌發(fā)及幼苗生長的化感作用

劉桂霞，王靜，王謙謙，馬妍妍

(河北大學 生命科學學院，河北 保定 071002)

為研究艾蒿對冰草和披堿草生長的化感作用，采用培養(yǎng)皿濾紙法，以蒸餾水作對照，研究3種不同梯度(50，100，200 g/m2)的艾蒿莖、葉水浸提液對冰草和披堿草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響.結(jié)果表明： 在種子萌發(fā)時期，艾蒿莖、葉水浸提液對冰草和披堿草的化感作用不明顯，只有冰草的萌發(fā)指數(shù)受到艾蒿莖不同處理水浸提液的影響顯著；在幼苗生長時期，艾蒿莖、葉水浸提液對冰草和披堿草幼苗芽長和根長的化感作用顯著，其中冰草和披堿草的根長受到了艾蒿水浸提液的顯著抑制，且抑制作用隨水浸提液梯度升高而加強，另外發(fā)現(xiàn)冰草的干重隨水浸提液梯度升高而增加，隨水浸提液梯度降低而減少.這說明：艾蒿莖、葉對披堿草和冰草存在一定的化學抑制作用，有可能會通過雨水淋溶后抑制受體植物幼根的生長，從而來擴大自身種群而抑制其他植物的生長.因此，為了恢復和擴大天然草地優(yōu)良牧草的比重，建議在天然草場中應盡量減少艾蒿凋落物量的積累.

艾蒿水浸提液；化感作用；種子萌發(fā)；幼苗生長

化感作用(allelopathy)是指植物(含微生物)釋放化學物質(zhì)到外部環(huán)境從而影響(抑制或促進)鄰近植物(異種個體或同種個體)的生長和發(fā)育的過程[1-2].而雨水淋溶作為植物活體和殘體釋放化感物質(zhì)的主要途徑，在許多植物中得到證實[3-4]，它是農(nóng)業(yè)生態(tài)學研究的一個領域,對生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義.艾蒿(Artemisiaargyi)為菊科多年生草本植物，在我國分布廣泛.觀察表明，艾蒿根系發(fā)達，耐寒耐旱，對土壤氣候生長適應性強，種子和地下根莖均可以繁殖，繁衍能力較強，而且發(fā)現(xiàn)其可迅速在田間、路旁、住宅四周形成優(yōu)勢種群，所在之處幾乎無其他雜草生長，現(xiàn)研究往往把這種現(xiàn)象歸因于艾蒿能在自然界通過揮發(fā)途徑對鄰近其他植物產(chǎn)生化感作用.冰草(Agropyroncristatum)和披堿草(Elymusdahuricus) 均為禾本科多年生旱生禾草，具備抗旱、耐寒、耐牧以及種子產(chǎn)量多等特性，在放牧地補播和建立旱地人工草地中具有重要的作用；又因返青早，能較早地為放牧家畜提供飼料，對良好發(fā)展畜牧業(yè)和維持草原多樣性方面有重要意義.近年來，大部分文章主要側(cè)重于研究艾蒿的莖和葉產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)的化感作用，還有針對艾蒿提取物的生物活性[5-6]以及其揮發(fā)油的抗菌、抗病毒特性[7]等方面的研究，很少研究其水溶性化感物質(zhì)通過雨水和霧滴等的淋溶而進入土壤對其周圍的物種種子萌發(fā)所產(chǎn)生的化感作用.本實驗根據(jù)已有資源，模擬在生有冰草及披堿草的天然草地中存在的不等堆積數(shù)量的艾蒿凋落物，通過觀察其不同梯度水浸提液對冰草與披堿草的種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，來探討艾蒿凋落物對冰草及披堿草的化感作用，并研究凋落物的量和化感作用強弱的關(guān)系，揭示冰草及披堿草在天然草地中的種群動態(tài)的影響機制，為合理管理天然草地提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1材料來源

艾蒿與野生冰草、披堿草種子均采集于河北省張家口市塞北管理區(qū)天然草地，其中艾蒿莖、葉采樣日期為2009年艾蒿生長季末，將采集后的艾蒿于室溫下自然晾干，低溫干燥保存；受試植物冰草、披堿草種子的采集年份分別為2008年和2007年，精選后放于紙袋中保存?zhèn)溆?從中挑選顆粒飽滿、均勻的種子作為實驗對象，其中冰草千粒重為2.56 g，披堿草千粒重為4.41 g.

1.2實驗方法

1.2.1 水浸提液的制備

在自然圍欄封育草地中，根據(jù)圍欄年限調(diào)查結(jié)果，即圍欄年限最長時田間平均凋落物的量為200 g/m2，圍封年限為三四年時凋落物量為100 g/m2，圍封年限較短時凋落物量為50 g/m2，以及當?shù)?，8月的平均降水量(90.39 mm)來設定不同處理梯度以進行自然模擬.具體制備過程為稱取艾蒿莖、葉各3 g，剪成1～2 cm的小段，分別置于白瓷盤中鋪平，倒入蒸餾水于室溫下浸提72 h，確保蒸餾水將艾蒿全部浸沒，不足時可添加蒸餾水，然后使用粗棉布過濾去除艾蒿凋落物，并將所得水浸提液定容至500 mL.經(jīng)計算可得，此時制備出的水浸提液就相當于自然狀態(tài)下圍欄年限最長時田間平均凋落物的量(200 g/m2)，而后將之稀釋1倍得圍封年限為三四年時凋落物量(100 g/m2)，稀釋2倍得圍封年限較短時凋落物量(50 g/m2)，并以蒸餾水為對照，對應標記為D，C，B，A.

1.2.2 測定項目及方法

1.2.2.1 發(fā)芽勢、發(fā)芽率、根芽長度以及干重

采用培養(yǎng)皿濾紙法測定，具體操作是：使用直徑為12 cm，事先用5 g/L 高錳酸鉀殺過菌的培養(yǎng)皿作為培養(yǎng)容器，每皿鋪2層濾紙作床，每床分別加入100粒對應供試種子，初始依次加入15 mL的A，B，C，D溶液，每個處理4個重復.將培養(yǎng)皿放到光照培養(yǎng)箱中，在25 ℃ 40%光照16 h，20 ℃ 0%光照8 h，光照變溫的條件下發(fā)芽，每日使用蒸餾水補充蒸發(fā)掉的水分，保持濾紙表面濕潤.記錄每天發(fā)芽的種子數(shù).

露白后，待皿中種子萌發(fā)一致時，從中挑選出30～40個相應處理梯度的種子，將其均勻擺放在鋪有2層濾紙的12 cm培養(yǎng)皿中，并分別用對應水浸提液處理，5 d后測其芽長、根長.

將幼苗10個一組，放于烘箱中，65 ℃烘烤48 h，測干重.

1.2.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

(1)研究采用發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)3個指標進行生物測定：

發(fā)芽率=(發(fā)芽數(shù)/總種子數(shù))×100%；

發(fā)芽勢=(發(fā)芽初期5 d的發(fā)芽粒數(shù)/總種子數(shù))×100%；

萌發(fā)指數(shù)=∑(Gt/Dt).其中：Gt為在t天的種子發(fā)芽數(shù)；Dt為相對應的種子發(fā)芽天數(shù).

(2)采用Williamson提出的敏感指數(shù)RI作為衡量化感強度的指標：

RI=1-C/T(當T≥C)；RI=T/C-1(當Tlt;C)，其中C是對照值，T是處理值，RI則代表化感效應,當RIgt;0時表現(xiàn)為促進作用，當RIlt;0時表現(xiàn)為抑制作用，RI的絕對值代表作用強度的大小.

(3)實驗結(jié)果以(平均值±標準誤差)表達，通過SPSS 16.0對實驗數(shù)據(jù)進行單因素方差分析(One-way ANOVA)；在滿足方差齊性的情況下，利用Duncan檢驗進行多重比較，以確定各因子內(nèi)部不同水平平均值之間的差異顯著性.

2 結(jié)果與分析

2.1艾蒿莖水浸提液對冰草、披堿草種子萌發(fā)的化感作用

從表1可以看出，艾蒿莖除對冰草種子的萌發(fā)指數(shù)有顯著影響外，對冰草和披堿草種子萌發(fā)的其他測定指標均無顯著影響.冰草的發(fā)芽勢和萌發(fā)指數(shù)均受到艾蒿莖不同處理水浸提液的抑制(表2)，其中發(fā)芽勢的平均RI值為-14.33，在50，100，200 g/m2不同處理下，分別比對照組低8%，23%，12%；發(fā)芽率的平均RI值為-3.67，在50，100，200 g/m2不同處理下，分別比對照組低3%，3%，5%；萌發(fā)指數(shù)的平均RI值為-9.67，在50，100，200 g/m2不同處理下，分別比對照組低8%，13%，8%，表現(xiàn)為發(fā)芽勢、萌發(fā)指數(shù)對化感作用較為敏感.披堿草的種子萌發(fā)中各測定指標均對化感作用不敏感(表2).

表1 艾蒿莖、葉水浸提液對冰草和披堿草化感作用的單因素方差分析

2.2艾蒿葉水浸提液對冰草和披堿草種子萌發(fā)的化感作用

從表1可以看出，艾蒿葉不同處理水浸提液對冰草和披堿草種子萌發(fā)的各測定指標均無顯著影響.對冰草、披堿草種子萌發(fā)各測定指標做Duncan檢驗進行多重比較(表2)，發(fā)現(xiàn)各因子內(nèi)部不同水平平均值之間的差異均不顯著，均無明顯抑制或促進作用，符合表1的方差分析結(jié)果.

表2 艾蒿莖、葉水浸提液對冰草和披堿草的種子萌發(fā)的化感作用敏感指數(shù)

表中同一列中同一觀測指標，字母不同表示在0.05水平上有顯著差異，字母相同表示差異不顯著.

2.3艾蒿莖水浸提液對冰草和披堿草幼苗生長的化感作用

艾蒿莖水浸提液對冰草和披堿草的根長均有顯著影響，同時對披堿草的芽長也有顯著影響(表1).冰草的根長受到了不同處理艾蒿莖水浸提液顯著的抑制作用(表3)，平均RI值為-34.67，在50，100，200 g/m2不同處理下，分別比對照組低23%，40%和41%.披堿草的根長也受到了不同處理艾蒿莖水浸提液的抑制(表3)，平均RI值為-15.67，在50，100，200 g/m2不同處理下，分別比對照組低4%，19%，24%；披堿草的芽長則對不同處理水浸提液的化感作用表現(xiàn)為不同的反應，在水浸提液為50 g/m2和100 g/m2時表現(xiàn)為抑制，且抑制強度隨梯度增加而增加，在200 g/m2時反而有促進作用.

2.4艾蒿葉水浸提液對冰草和披堿草幼苗生長的化感作用

艾蒿葉水浸提液對冰草、披堿草的芽長和根長均有顯著影響，同時對冰草的干重也有顯著影響(表1).冰草的根長受到了不同處理艾蒿葉水浸提液很強的抑制(表3)，平均RI值為-36，在50，100，200 g/m2不同處理下，分別比對照組低40%，32%和36%；冰草的芽長則對不同處理水浸提液的化感作用表現(xiàn)為不同的反應，在50 g/m2的處理下表現(xiàn)為抑制，100 g/m2時表現(xiàn)為無影響，200 g/m2時表現(xiàn)為促進；冰草干重也對不同處理水浸提液的化感作用表現(xiàn)為不同的反應，50，100 g/m2時表現(xiàn)為抑制，200 g/m2時表現(xiàn)為促進.披堿草的根長同樣受到了不同處理艾蒿葉水浸提液的抑制(表3)，其平均RI值為-20，在50，100，200 g/m2不同處理下，分別比對照組低11%，21%和28%；披堿草的芽長反而對高梯度艾蒿葉水浸提液的化感作用表現(xiàn)為促進，其平均RI值為4.33，在200 g/m2處理下，比對照組高9%.

表3 艾蒿莖、葉水浸提液對冰草和披堿草幼苗生長的化感作用敏感指數(shù)

表中同一列中同一觀測指標，字母不同表示在0.05水平上有顯著差異，字母相同表示差異不顯著.

3 結(jié)果與討論

本實驗結(jié)果顯示，在種子萌發(fā)時期，冰草和披堿草對艾蒿的化感作用表現(xiàn)為很強的適應性，除冰草的發(fā)芽勢和萌發(fā)指數(shù)受到艾蒿莖不同處理水浸提液的抑制外，其他各測定指標均對艾蒿化感作用表現(xiàn)為不敏感，有的還表現(xiàn)出輕微的促進作用.在種子幼苗生長時期，冰草與披堿草對艾蒿的化感作用表現(xiàn)較為敏感，其中冰草和披堿草的芽長、干重對其化感作用表現(xiàn)為促進和抑制2個方面，呈現(xiàn)出高梯度促進，低梯度抑制或促進強度減弱的規(guī)律，冰草和披堿草的根長均受到了艾蒿水浸提液的顯著抑制作用，且抑制作用隨水浸提液梯度升高而加強.可見冰草與披堿草幼苗生長期對化感作用的敏感性強于種子萌發(fā)期，尤其根長受化感作用的影響明顯，甚至使幼根出現(xiàn)形態(tài)上的畸變和顏色加深.該結(jié)果與許多研究結(jié)果相符[9]，即認為植物在不同的發(fā)育時期對化感作用的敏感性不同，而且幼苗生長期可能會比種子萌發(fā)期更敏感.但本研究與我國其他有關(guān)艾蒿化感作用研究結(jié)果存在一定差異，其中張中信[10]等人在文章中指出野艾蒿的水浸提液對受試植物萌發(fā)主要表現(xiàn)抑制作用，而且抑制作用隨水浸提液梯度升高而加強，對幼苗苗高和根長則有低梯度促進生長，高梯度抑制生長的現(xiàn)象.造成這一差異的原因可能與艾蒿采集地點的不同、艾蒿水浸提液梯度的不同以及不同物種對艾蒿化感作用適應能力的不同有關(guān)，另外也可能與實驗側(cè)重點不同有關(guān)系.這也客觀反映了單純通過1次實驗來檢測植物化感作用存在一定的局限性.

本實驗結(jié)果還顯示，艾蒿葉水浸提液對冰草和披堿草的化感作用強于艾蒿莖對其的化感作用：艾蒿葉對冰草根長的平均RI值為-36，而艾蒿莖對冰草根長的平均RI值為-34.67；同時艾蒿葉對披堿草根長的平均RI值為-20，而艾蒿莖對披堿草根長的平均RI值只為-15.67.說明同一植物不同器官之間的化感作用通常不同，這可能與不同器官化感物質(zhì)的含量不同有關(guān)[11]；在配制艾蒿莖與艾蒿葉水浸提液時發(fā)現(xiàn)同一梯度的艾蒿葉水浸提液比艾蒿莖顏色深得多，這也可看出不同器官里物質(zhì)的含量不同，而這種物質(zhì)可能會引起化感作用，有關(guān)這方面問題有必要進一步深入研究.另外，同一處理對同一物種既存在對芽長的促進又存在對根長的抑制，表明艾蒿的化感作用，無論是促進作用還是抑制作用都是相當復雜的，有待于進一步深入研究.另外本實驗只研究了艾蒿對冰草和披堿草初級生長的影響，對于它們其后生長過程中存在的限制因素及其影響究竟如何，仍需進一步的野外實驗加以驗證.

綜上分析，可以看出艾蒿水浸提液對冰草和披堿草的確存在化感作用，且極有可能是通過抑制受體植物幼根的生長以及使其幼根發(fā)生形態(tài)的畸變來增強生存競爭力，從而擴大種群和入侵草場的，而且艾蒿對冰草和披堿草幼根的抑制作用隨水浸提液梯度的增加而增強.因此，為促進冰草和披堿草等優(yōu)良牧草的種群擴繁、增加優(yōu)良牧草在天然草地中的比例，建議在天然草地中應盡量減少艾蒿凋落物量的積累，及時割除或摟除艾蒿植株及其凋落物.

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(責任編輯：趙藏賞)

AllelopathiceffectsofArtemisiaargyiwaterextractsontheseedgerminationandseedlinggrowthofAgropyroncristatumandElymusdahuricus

LIUGui-xia，WANGJing，WANGQian-qian，MAYan-yan

(College of Life Sciences, Hebei University, Baoding 071002,China)

To research the allelopathy ofArtemisiaargyiaboutAgropyroncristatumandElymusdahuricus, three kinds of different level ofArt.argyi’sstem and leaf aqueous(50，100，200 g/m2)were got, comparing with distilled water, their effects on seed germination and seedling growth ofAgr.cristatumandE.dahuricuswere studied with the method of bioassay.In the period of seed germination,Art.argyi’sstem and leaf aqueous allelopathy was not obvious, except the germination index ofAgr.cristatum; In the period of seedling growth,Art.argyi’sstem and leaf aqueous allelopathy, which was related to the length of sprout and root aboutAgr.cristatumandE.dahuricuswas obvious ,it showed the phenomenon thatAgr.cristatum’sdry weight increased when aqueous gradient rised,or it decreased.The root length ofAgr.cristatumandE.dahuricuswas inhibited byArt.argyiaqueous, while this effect strengthened when aqueous gradient rised.Art.argyi’sstem and leaf had chemical inhibition onAgr.cristatumandE.dahuricus, it is likely that it would restrain the growth of the young plant root while it was soakin by the rain, as a result, it expanded its population and inhibited the growth of other plants.Therefore, in order to restore and expand the proportion of natural excellent grassland, the accumulation ofArt.argyilitter in natural pasture were reduced.

Artemisiaargyiwater extracts；allelopathy；seed germination；seedling growth

Q948.12

A

1000-1565(2012)01-0081-06

2011-07-20

國家自然科學基金資助項目(31072069)；河北省自然科學基金資助項目(C2010000270)；河北省教育廳重點資助項目(ZD2010141)

劉桂霞(1971-)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，河北大學副教授，博士，主要從事草地生態(tài)學、恢復生態(tài)學研究.

E-mail:liu_guixia@yahoo.com