蒼耳屬外來入侵植物與本土蒼耳化感作用研究

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(1.安徽中醫(yī)藥大學 藥學院， 合肥 230012；2.安徽省中醫(yī)藥科學院 中藥資源保護與開發(fā)研究所， 合肥 230012)

蒼耳屬(XanthiumL.)植物全世界有 25～30 種，主要分布于美洲北部和中部、歐洲、亞洲及非洲北部，其中我國境內(nèi)的本土種蒼耳(X.sibiricumPatrin.)的干燥成熟帶總苞的果實是中藥材蒼耳子的正品來源[1-2]，蒙古蒼耳(X.mongolicumKitag.)和意大利蒼耳(X.italicumMoretti)先后侵入我國并且逐漸擴散，對生態(tài)環(huán)境也造成一定的影響[3-4]。

研究發(fā)現(xiàn)，不同蒼耳屬植物均具有一定程度的化感作用。蒼耳水浸提物對小麥、高粱、黃瓜、油菜和蘿卜等5種植物種子的萌發(fā)和生長均有較強的抑制作用[5]，外來入侵植物意大利蒼耳莖、葉、種的揮發(fā)油也表現(xiàn)出較強的化感作用[6]，并且還可以改變土壤養(yǎng)分的供求平衡，提高其對本地植物的相對競爭力[7]。蒼耳屬植物為種子繁殖，野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，外來入侵蒼耳種蒙古蒼耳、意大利蒼耳入侵性強，繁殖力迅速，而關(guān)于外來入侵蒼耳與同屬本地蒼耳的化感作用強弱，以及外來種蒼耳對本地種蒼耳的化感作用研究未見相關(guān)報道。

因此，本研究采用培養(yǎng)皿濾紙法，以小白菜種子為受試對象，比較蒼耳屬外來入侵植物蒙古蒼耳、意大利蒼耳及本土種蒼耳的成熟總苞果對小白菜種子化感作用強弱；同時，以藥用蒼耳子為受試對象，研究2種外來入侵蒼耳的總苞果對本土蒼耳子的化感作用大小。通過記錄種子發(fā)芽數(shù)，測量幼苗苗高、鮮重，計算發(fā)芽勢、發(fā)芽率、化感效應(yīng)指數(shù)，并對結(jié)果進行統(tǒng)計學分析，研究蒼耳屬外來入侵植物與本地藥用植物資源間化感作用的差異，為科學探討外來植物入侵對其近緣藥用植物資源的生態(tài)競爭性大小提供方法和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

蒼耳屬3種植物總苞果于2016年9月采自北京市朝陽區(qū)長店鄉(xiāng)附近，經(jīng)中國科學院李振宇研究員鑒定為蒙古蒼耳、意大利蒼耳及蒼耳的成熟總苞果；小白菜(BrassicarapaL.Chinese Group.)種子于2017年1月購自合肥豐樂種業(yè)。

1.2 方 法

1.2.1 蒼耳浸提液的制備

蒼耳子浸提液采用水提法[5,8]。分別取意大利蒼耳子、蒙古蒼耳子、蒼耳子適量，清水洗凈表面塵土，65 ℃烘至恒重，稱定后粉碎，分別加入10倍量的蒸餾水，期間間隔震蕩， 72 h后超聲提取20 min，過濾，即得濃度為0.1 g/mL的浸提液，置于4 ℃冰箱中冷藏備用。實驗時采用倍量稀釋法，用蒸餾水稀釋成0.05，0.025，0.012 5 g/mL濃度梯度，另取蒸餾水作為對照。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗

以蒼耳屬3種植物來源的蒼耳子水提液作為供體，小白菜種子為受體，考察不同植物來源蒼耳子對小白菜種子的化感作用；同時，以2種入侵蒼耳總苞果水提液作為供體，本地種蒼耳種子作為受體，考察不同外來入侵蒼耳對本地種蒼耳的化感作用大小。

采用生物測定方法中的培養(yǎng)皿濾紙法進行研究[9-11]。在培養(yǎng)皿(直徑90 mm)內(nèi)以2層濾紙為萌發(fā)基質(zhì)。選取大小均勻、籽粒飽滿的供試受體種子(小白菜種子、蒼耳種子)，分別用10%NaClO溶液浸泡10 min，再用蒸餾水沖洗3次，根據(jù)種子大小每皿接種20粒，分別均勻播種，每個處理重復3次。在受體種子發(fā)芽實驗期間，每天加入5 mL相應(yīng)濃度浸提液，對照組加入相應(yīng)體積蒸餾水，智能光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)(白天：25 ℃，12 h；黑夜：15 ℃，12 h；光照度3 600 lx)，每隔24 h觀察并記錄種子發(fā)芽數(shù)，7 d后統(tǒng)計各不同受體種子的發(fā)芽粒數(shù)，計算發(fā)芽率，每皿處理隨機挑選3粒發(fā)芽種子，測量株高和鮮重。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

不同來源蒼耳子水浸提液的化感強度以受體種子的發(fā)芽率計算化感效應(yīng)指數(shù)。

發(fā)芽率(%)=規(guī)定日期時全部發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%

化感效應(yīng)敏感指數(shù)RI=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1(C≥T)，式中：C為對照發(fā)芽率，T為處理發(fā)芽率；RI表示化感作用強度大小，當RI>0表示化感促進作用，RI<0表示存在抑制作用，絕對值大小反映化感作用的強弱[12]。

采用SPSS 11.0、Excel等軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析和制圖，利用單因素方差分析結(jié)合多重比較進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蒼耳屬3種蒼耳子浸提液對小白菜種子萌發(fā)的影響

2.1.1 對小白菜種子萌發(fā)率的影響

每天觀察并記錄小白菜種子發(fā)芽數(shù)，7 d后統(tǒng)計小白菜種子的發(fā)芽粒數(shù)(受體種子60粒)，計算發(fā)芽率，不同種蒼耳子、不同濃度提取液對小白菜種子發(fā)芽率及發(fā)芽化感效應(yīng)指數(shù)的影響見圖1、圖2。

從圖1可以看出，3種蒼耳總苞果浸提液、不同濃度處理下的化感作用強度不同，其中意大利蒼耳子處理下小白菜種子發(fā)芽率隨浸提液濃度的增加呈先升后降的趨勢，蒙古蒼耳子處理則下降趨勢明顯。當浸提液濃度為0.1 g/mL時，意大利蒼耳子、蒙古蒼耳子和本地蒼耳子處理下小白菜種子發(fā)芽率較ck分別下降56.60%、75.47%、75.47%，此濃度下蒙古蒼耳子和本地蒼耳子對小白菜種子萌發(fā)的影響最大。

圖1 不同種來源蒼耳子浸提液處理對小白菜種子發(fā)芽率比較

圖2 不同種來源蒼耳子浸提液、不同濃度處理對小白菜種子化感效應(yīng)指數(shù)比較

RI值的正負代表著化感作用的促進或抑制，而其絕對值大小則反映著化感作用的強弱，從圖2可看出，蒙古蒼耳子浸提液對小白菜種子的萌發(fā)始終呈化感抑制作用，且隨浸提液濃度的增加而增大；意大利蒼耳子浸提液表現(xiàn)出低濃度促進、高濃度抑制的化感作用現(xiàn)象；當浸提液濃度為0.1 g/mL時，蒙古蒼耳子和本地蒼耳子處理小白菜種子萌發(fā)的化感抑制作用最強。

2.1.2 對小白菜幼苗生長的影響

不同種蒼耳子、不同濃度浸提液對小白菜種子幼苗苗高及苗高化感效應(yīng)指數(shù)的影響大小比較見圖3、圖4。

圖3 不同種來源蒼耳子浸提液、不同濃度處理對小白菜種子苗高比較

圖4 不同種來源蒼耳子浸提液、不同濃度處理對小白菜種子苗高化感效應(yīng)指數(shù)比較

由圖3和圖4可以看出，不同浸提液、不同濃度的處理對小白菜幼苗苗高均有一定影響，且差異顯著。苗高RI值顯示，供體種類不同，抑制的起始濃度不同。低濃度中，以蒙古蒼耳浸提液濃度為0.012 5 g/mL時促進作用最大，其次是意大利蒼耳；高濃度則以意大利蒼耳浸提液濃度為0.1 g/mL時化感抑制作用最大，其次是蒙古蒼耳。

不同種蒼耳子、不同濃度浸提液對小白菜種子幼苗鮮重及其化感效應(yīng)指數(shù)的影響大小比較見圖5、圖6。

圖5 不同種來源蒼耳子浸提液、不同濃度處理對小白菜種子苗鮮重比較

圖6 不同種來源蒼耳子浸提液、不同濃度處理對小白菜幼苗鮮重化感效應(yīng)指數(shù)比較

由圖5、圖6可看出，小白菜幼苗鮮重在意大利蒼耳子和蒙古蒼耳子處理中均呈先升后降的趨勢。鮮重RI值顯示，本地蒼耳子水浸提液對小白菜幼苗鮮重始終具有化感抑制作用，意大利蒼耳子和蒙古蒼耳子2種供體則呈低促高抑的化感作用，其中化感抑制作用均隨浸提液濃度的增加而增大，浸提液濃度處理為0.1 g/mL時，以意大利蒼耳子處理抑制作用最大，其次是蒙古蒼耳子。

2.2 2種外來入侵蒼耳對本土種藥用蒼耳化感作用比較

2.2.1 對本土蒼耳種子發(fā)芽勢的影響

每天觀察并記錄蒼耳種子發(fā)芽數(shù)，7 d后統(tǒng)計蒼耳種子的發(fā)芽粒數(shù)，計算發(fā)芽率，2種外來入侵蒼耳子浸提液、不同濃度提取液對本土蒼耳種子發(fā)芽率及發(fā)芽化感效應(yīng)指數(shù)的影響見圖7、圖8。

圖7 2種外來入侵蒼耳子浸提液、不同濃度處理對本土蒼耳種子發(fā)芽率比較

圖8 2種外來入侵蒼耳子浸提液、不同濃度處理對本土蒼耳種子發(fā)芽率化感指數(shù)比較

由圖7、圖8可看出，2種外來入侵蒼耳子浸提液處理后的蒼耳種子發(fā)芽率始終呈化感抑制作用；當濃度為0.1 g/mL時，蒙古蒼耳子浸提液處理比意大利蒼耳子浸提液處理對本地蒼耳種子的化感抑制作用更強。

2.2.2 對本土蒼耳種子幼苗生長的影響

2種外來入侵蒼耳子浸提液對受體本土蒼耳種子幼苗生長的苗高及苗高化感效應(yīng)指數(shù)(RI值)的影響大小比較見圖9、圖10。

圖9 2種外來入侵蒼耳子浸提液、不同濃度處理對本土蒼耳幼苗生長苗高比較

圖10 2種外來入侵蒼耳子浸提液、不同濃度處理對本土蒼耳幼苗苗高化感效應(yīng)指數(shù)比較

由圖9、圖10可看出，本土蒼耳苗高顯示，蒙古蒼耳子水浸提液對蒼耳幼苗苗高呈低促高抑的化感作用，而意大利蒼耳子處理化感抑制作用隨濃度的增加而增大。

2種外來入侵蒼耳子浸提液、不同濃度對本土蒼耳種子苗高幼苗鮮重及其化感效應(yīng)指數(shù)的影響大小比較見圖11、圖12?？梢钥闯觯?種外來入侵蒼耳處理對本地蒼耳幼苗的鮮重無明顯影響。

圖11 2種外來入侵蒼耳子浸提液、不同濃度處理對本土蒼耳幼苗鮮重的比較

圖12 2種外來入侵蒼耳子浸提液、不同濃度處理對本土蒼耳幼苗鮮重化感效應(yīng)指數(shù)比較

3 結(jié)論與討論

種子活力是種子發(fā)芽率和出芽率、幼苗生長的潛勢等的總和，是種子品質(zhì)的重要指標，常用TTC法進行檢測[13-16]，為了考察和保證受試小白菜種子、蒼耳子的種子活力，實驗前對其進行了種子活力檢測，結(jié)果表明小白菜種子、成熟蒼耳總苞果中的種子活力良好，而近成熟的蒼耳種子活力較弱。

化感作用活性測定中最常用的生物測定方法，是測定對種子發(fā)芽是否具有抑制或促進作用，具有簡單、快速的優(yōu)點。董芳慧等[8]研究發(fā)現(xiàn)，不同構(gòu)件的水浸提液對種子萌發(fā)的化感抑制作用不同，但是化感效應(yīng)強度都隨浸提液濃度的增加而增大。本研究中，蒙古蒼耳子對小白菜種子的萌發(fā)呈現(xiàn)顯著的化感抑制作用，且隨浸提液濃度的增加而增大，意大利蒼耳子和蒙古蒼耳子對本地蒼耳種子的萌發(fā)均呈現(xiàn)化感抑制作用。

種子萌發(fā)對物種的更新至關(guān)重要，種子發(fā)芽率的下降則將降低受體在植物群落中的多度和早期競爭力，相應(yīng)地提高供體植物對地上和地下資源的競爭能力。由此可知，外來入侵植物意大利蒼耳和蒙古蒼耳可以通過抑制本地蒼耳種子的萌發(fā)，從而提高其各自對生態(tài)環(huán)境資源的競爭力。從發(fā)芽率RI值可以看出，濃度為0.1 g/mL時，蒙古蒼耳處理比意大利蒼耳處理對本地蒼耳子的化感抑制作用更強。

幼苗期作為植物生命周期中較為關(guān)鍵的時期之一，該階段對外界逆境較為敏感?；形镔|(zhì)對莖生長的抑制作用，將導致植株矮小、瘦弱，從而影響其對光的競爭。3種不同蒼耳浸提液處理中， 同一浸提液處理、不同濃度對小白菜幼苗苗高均有一定影響，差異顯著。且植物種類不同，抑制的起始濃度不同；此外，小白菜幼苗鮮重同樣也受到不同程度的抑制作用，且意大利蒼耳子和蒙古蒼耳子2種浸提液處理小白菜幼苗呈現(xiàn)低促高抑的化感作用，對本地蒼耳子的苗高也有一定影響。

供體種類不同，受體小白菜種子和本地蒼耳種子受到的化感抑制的起始濃度不同，這可能與小白菜和蒼耳子2種不同植物的敏感程度不同。2種入侵蒼耳子浸提液對蒼耳子的萌發(fā)具有一定抑制作用，在同一生境下可能是造成藥用蒼耳資源減少的原因之一，與實際野外觀察呈現(xiàn)一致性。本研究通過室內(nèi)實驗對蒼耳屬入侵植物和本土藥用植物總苞果水浸提液的化感作用大小差異進行了對比性研究，為探討外來植物入侵對其近緣藥用植物資源的生態(tài)競爭性大小提供了研究方法，而對于室外條件下3種蒼耳總苞果混生狀態(tài)彼此間的化感作用還有待進一步研究。