4種草本植物浸提液對長柄扁桃種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

張瑞琦，王進鑫 ，王秀青，狄 龍

種子萌發(fā)是植物生存與繁衍的首要及必經(jīng)階段，幼苗期也是植物生長過程中較為脆弱的階段［1］。在這些階段中受到其他植物的抑制或促進作用，將會影響自身種子萌發(fā)或幼苗生長［2］，最終影響植物在群落中的多度，甚至種群的動態(tài)［3］。有研究表明，絕大多數(shù)植物會對其他植物或自身有一定影響［4］，利用這一特性，可進行森林保護［5］、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)［6］、生物除草［7-8］、生態(tài)修復［9］以及營造林草復合系統(tǒng)［10］。

在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中充分利用化感物質(zhì)的正效應(positive effect)，避免負效應(negative effect)［11］，對于建立可持續(xù)農(nóng)業(yè)體系具有重要作用，因而被認為是一項重要的生態(tài)農(nóng)業(yè)技術［12］。

長柄扁桃(Amygdalus pedunculata)是桃屬落葉、旱生灌木，又名野櫻桃或柄扁桃，高 1.5～2.0 m［13］，多分布于干草原地帶的固定或半固定沙地［14］。長柄扁桃為瀕危保護植物［15］，具有適應范圍廣、抗旱、固沙、抗風蝕能力強等優(yōu)良特性［16］。在干旱地區(qū)栽培長柄扁桃既有生態(tài)效益，又有一定的經(jīng)濟效益，尤其對保土固沙具有重要意義［17］。

苜蓿(Medicago sativa)、苦豆子(Sophora alopecuroides)、沙打旺(Astragalus adsurgens)和紅豆草(Onobrychis viciaefolia)是多年生豆科植物，常被作為人工草地栽培的重要草種，是我國北方各地種植的優(yōu)良牧草、綠肥作物［18-19］。其中苜蓿是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)飼料來源，有“牧草之王”之稱［20］?？喽棺痈捣植紡V，具有一定的耐鹽堿、耐旱性，可作為飼料牧草、豆科固氮植物及中藥材，具有固沙抗風、保持水土、恢復植被的作用，是我國西部生態(tài)防護工程的重要組成部分［21］。這4種草本植物都是我國北方地區(qū)常見的豆科草本植物，具有較高的經(jīng)濟價值以及生物固氮、培肥地力、改良土壤結(jié)構(gòu)、防治水土流失等生態(tài)功能。

研究表明，豆科植物對不同受體植物表現(xiàn)出不同的化感效應。李志華［22］等研究發(fā)現(xiàn)紅三葉、白三葉和紫花苜蓿在一定的播量下，對蘿卜、青菜、番茄等受體植物生長表現(xiàn)出明顯的抑制作用。但在決明屬豆科牧草品種化感潛力研究中發(fā)現(xiàn):決明屬牧草8個品種開花期浸提液化感抑制作用隨著濃度的降低而減弱，但結(jié)莢期浸提液的化感促進作用隨濃度降低逐漸加強;決明屬牧草8個品種化感作用受濃度、生長時期和品種的影響［23］，因此豆科草本植物的化感作用研究還需進一步細化。

目前對長柄扁桃的研究主要集中在生物學特性、引種栽培、生態(tài)經(jīng)濟價值等方面，關于長柄扁桃與其他植物種間關系還未見相關報道。豆科植物存在較強的化感潛力，對不同受體植物表現(xiàn)出不同的化感效應，對種子萌發(fā)、幼苗生長、生物量的積累、根系生長等都有一定程度的影響［22］。而長柄扁桃種子的正常萌發(fā)和幼苗健康生長是恢復長柄扁桃群落，促進長柄扁桃生長的重要條件。因此，研究草本植物浸提液對長柄扁桃種子萌發(fā)、幼苗生長的影響對人工營造長柄扁桃林具有重要意義。本試驗以苜蓿、苦豆子、沙打旺、紅豆草為供體植物，研究對長柄扁桃種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以更好地了解荒漠區(qū)植物間的關系，為長柄扁桃群落恢復、礦業(yè)跡地林草植被復合系統(tǒng)的構(gòu)建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試種子:長柄扁桃種子為2015年冬季由榆林市榆陽區(qū)林業(yè)站提供。草本植物樣品于2016年秋季采自榆林沙區(qū)。選擇健康植株的地上部分，將枝葉陰干后粉碎，過1 mm篩后于塑封袋內(nèi)密封保存?zhèn)溆?。發(fā)芽試驗濾紙采用Whatman定性濾紙。幼苗培養(yǎng)基質(zhì)由珍珠巖與蛭石1∶1拌和制成。

草本植物浸提液的制備:稱取15 g草本植物粉末，加入250 mL蒸餾水，在25℃下封口浸提24 h后過濾、離心后取上清液即得到60 mg·mL－1母液，保存于4℃冰箱中，用時添加蒸餾水稀釋至所需濃度，至其中出現(xiàn)絮狀沉淀后重新制備。

長柄扁桃種子于2017年1月去殼，取完整健康的保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

1.2.1.1 種子萌發(fā)試驗 試驗于2017年3月在陜西省楊凌示范區(qū)西北農(nóng)林科技大學南校區(qū)光照培養(yǎng)室和實驗室進行，采用培養(yǎng)皿，濾紙做發(fā)芽床進行培養(yǎng)。培養(yǎng)前，用1%KMnO4消毒種子15 min，再將種子用蒸餾水沖洗3～5次后浸種36 h。

每種草本浸提液的濃度設置為0(CK)、5、15、30、60 mg·mL－1。4種浸提液共 17個處理，每個處理重復3次。每培養(yǎng)皿播種50粒籽粒飽滿、大小均一的種子，于人工氣候箱中培養(yǎng)(光照培養(yǎng)箱光照設置為3 000 lx，12 h·d－1，溫度 25℃)。培養(yǎng)期內(nèi)每皿每天補充對應濃度的浸提液1 mL并記錄發(fā)芽數(shù)(胚根突破種皮1 mm視為萌發(fā))。按照林木種子檢驗規(guī)程［24］，萌發(fā)末期連續(xù)3 d種子萌發(fā)數(shù)不足供試種子總數(shù)的1%時，規(guī)定為發(fā)芽終止時間。萌發(fā)結(jié)束后，計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢。

1.2.1.2 幼苗培養(yǎng)試驗 種子萌發(fā)試驗結(jié)束后，挑選每個處理發(fā)芽情況相同、長勢均一的幼苗30株，移植于裝有基質(zhì)的穴盤內(nèi)培養(yǎng)。溫度設定為25℃，光照為 3 000 lx，10 h·d－1，空氣濕度為 75%的人工氣候室內(nèi)培養(yǎng)20 d。每日每株幼苗補充5 mL對應濃度的浸提液。培養(yǎng)期結(jié)束后，隨機選取10株幼苗測量苗高，測量主根根長，測定苗鮮重和根鮮重。

1.2.2 指標測定與計算

發(fā)芽率=規(guī)定發(fā)芽終止時間種子發(fā)芽數(shù)/供試種子數(shù)×100% (1)

發(fā)芽勢=發(fā)芽高峰期發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%(發(fā)芽高峰期為種子在1 d內(nèi)發(fā)芽數(shù)最多的時候) (2)

幼苗主根根長、苗高采用直尺測量;根鮮重、苗鮮重采用分析天平稱量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用Excel整理計算，采用SigmaPlot 12.5軟件作圖，采用SPSS 22.0軟件進行 one-way ANOVE單因素方差分析，以Duncan法進行多重比較(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 草本植物浸提液對長柄扁桃種子發(fā)芽率的影響

發(fā)芽率是檢測種子質(zhì)量的重要指標。從圖1可知，不同草種浸提液對長柄扁桃種子發(fā)芽率影響不同。紅豆草浸提液4個濃度作用下長柄扁桃發(fā)芽率均有不同程度下降，在濃度為5 mg·mL－1時抑制作用最強，發(fā)芽率與對照相比降低了14.49%，但所有濃度與對照相比差異均不顯著。而供體植物為苜蓿、沙打旺及苦豆子時，長柄扁桃種子的發(fā)芽率整體呈上升趨勢。隨著浸提液濃度的變化，苜蓿及沙打旺浸提液在濃度為30 mg·mL－1時發(fā)芽率達到最大值，與對照相比，分別高出52.61%、44.72%且有顯著的促進作用(P＜0.05)。在苦豆子浸提液作用下濃度為15 mg·mL－1時種子發(fā)芽率達到最大，與對照相比增加了31.57%。3種浸提液對種子發(fā)芽率的促進作用在達到最大值后減小，呈先升后降趨勢。紅豆草浸提液的抑制作用隨濃度升高強度沒有改變。

2.2 草本植物浸提液對長柄扁桃種子發(fā)芽勢的影響

發(fā)芽勢是判斷出苗整齊度及健壯度的一項指標。研究結(jié)果顯示(圖2)，浸提液為苦豆子及苜蓿時，長柄扁桃發(fā)芽勢整體呈現(xiàn)增加的趨勢，并在浸提液的濃度為5 mg·mL－1時，2種處理的發(fā)芽勢均顯著＞對照(P＜0.05)。紅豆草浸提液作用下，長柄扁桃的發(fā)芽勢呈逐漸下降趨勢，高處理濃度(30、60 mg·mL－1)時與對照差異顯著，平均降低了44.99%。當沙打旺浸提液濃度為30 mg·mL－1時，發(fā)芽勢較對照增加17.47%，其余濃度處理下發(fā)芽勢均＜對照且差異不顯著，沙打旺浸提液對種子發(fā)芽勢同時有促進作用和抑制作用，因此變化規(guī)律并不明顯。所有處理中，苜蓿浸提液濃度為5 mg·mL－1時，長柄扁桃發(fā)芽勢最大值為40%，而紅豆草浸提液濃度60 mg·mL－1時發(fā)芽勢最小為14.67%。

2.3 草本植物浸提液對長柄扁桃幼苗生長的影響

在苗高方面，各草本浸提液對長柄扁桃幼苗的影響整體呈現(xiàn)為:在較低的 5、15、30 mg·mL－1濃度，各草本植物浸提液對苗高有促進作用，當浸提液濃度增加至60 mg·mL－1時，促進作用強度降低，較浸提液濃度為30 mg·mL－1時，促進作用平均降低了32.89%。苦豆子浸提液各濃度與對照相比，苗高平均增加了56.74%，在濃度為5 mg·mL－1時促進作用最強，與對照相比增加了93.22%。在苜蓿浸提液的各處理中，苗高平均增加了56.10%，浸提液濃度為30 mg·mL－1時促進作用最強。草本供體植物為沙打旺及紅豆草時，浸提液的促進作用在15 mg·mL－1濃度時最強，苗高較對照平均增加 81.56%及76.59%，且與對照相比差異顯著。所有處理中，僅在處理為紅豆草浸提液60 mg·mL－1濃度時，長柄扁桃苗高受到了抑制，但差異不顯著(表1)。

圖1 草本植物浸提液對長柄扁桃種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of herb extract on seed germination rate of A.pedunculata

圖2 草本植物浸提液對長柄扁桃種子發(fā)芽勢的影響Fig.2 Effects of herb extract on seed germination potential of A.pedunculata

在根長方面，幾種浸提液對長柄扁桃根長的影響各不相同。其中沙打旺浸提液在各濃度都對根長具有促進作用，在濃度為30 mg·mL－1時促進作用最強且與對照相比差異顯著;苦豆子浸提液對長柄扁桃幼苗根長整體呈抑制作用，各濃度根長比對照平均降低了12.00%;紅豆草浸提液在30 mg·mL－1濃度時對長柄扁桃根長有抑制作用，比對照長度減少了18.50%但差異不顯著，其余濃度作用下根長與對照基本一致;苜蓿浸提液作用下，根長除在濃度為30 mg·mL－1時有輕度增加，其余濃度均為抑制作用，在濃度為60 mg·mL－1時，與對照相比差異顯著(P＜0.05)。

對苗鮮重分析，幾種浸提液中，苦豆子、沙打旺所有處理影響下長柄扁桃幼苗苗鮮重均＞對照?？喽棺犹幚硐?，對幼苗苗鮮重在低濃度5 mg·mL－1時促進強度最高，在高濃度時促進強度減弱。沙打旺浸提液作用下，幼苗鮮重整體隨著浸提液濃度升高而增加，濃度為 15 mg·mL－1和 60 mg·mL－1時與對照差異顯著，濃度為30 mg·mL－1時，與對照差異極顯著，增加了149.55%;紅豆草浸提液在低濃度和高濃度時對苗鮮重都有抑制作用，但均與對照差異不顯著;苜蓿的生物量總體呈上升趨勢，除在濃度為15 mg·mL－1時，其余濃度的苗鮮重均與對照差異顯著(P＜0.05)。幾種草本植物浸提液對長柄扁桃苗鮮重影響各異，其中苦豆子浸提液為5 mg·mL－1濃度時，長柄扁桃的苗鮮重達到全部處理中的最大值(270.94 mg)，高于對照 304.56%。

對根鮮重進行分析，在苦豆子浸提液作用下，長柄扁桃根鮮重隨濃度升高而增加，在浸提液濃度為30 mg·mL－1和 60 mg·mL－1時，根鮮重與對照差異顯著;沙打旺的根鮮重在各濃度作用下均＞對照，整體呈增加的趨勢，且在濃度為 15、30、60 mg·mL－1與對照差異顯著;苜蓿浸提液作用下，長柄扁桃根鮮重比對照平均增加了40.02%，在濃度為60 mg·mL－1時與對照差異顯著;各草本浸提液中僅紅豆草浸提液對長柄扁桃的根鮮重有抑制作用，但效果不顯著。長柄扁桃根鮮重在沙打旺浸提液濃度30 mg·mL－1時達到所有處理中的最大值(201.20 mg)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

研究結(jié)果初步證實了紅豆草、苦豆子、苜蓿、沙打旺4種草本植物與長柄扁桃間具有一定的化感作用:苜蓿在4種草本植物中對長柄扁桃種子萌發(fā)具有最強的促進作用，其次為苦豆子;綜合根長、苗高、根鮮重、苗鮮重指標，沙打旺對長柄扁桃幼苗生長具有最強的促進作用，其次為苦豆子;苜蓿、沙打旺、苦豆子與長柄扁桃混播、間播效果要比紅豆草與長柄扁桃混、間播以及長柄扁桃獨播效果好。

3.2 討論

通過4種草本植物浸提液對長柄扁桃種子萌發(fā)的效應分析發(fā)現(xiàn)，紅豆草浸提液對長柄扁桃的種子萌發(fā)有抑制作用，對發(fā)芽勢的影響要高于發(fā)芽率且浸提液的抑制作用種子發(fā)芽期＞幼苗生長期。

通過分析發(fā)現(xiàn)，苜蓿、苦豆子及沙打旺浸提液對長柄扁桃種子萌發(fā)具有促進作用，但促進強度不一致。這可能與幾種草本植物中化感物質(zhì)成分及濃度的差異性有關。其中，苜蓿在幾種草本植物中促進作用最強，處理后長柄扁桃種子發(fā)芽率及發(fā)芽勢均高于對照及其余草本植物。有研究表明，苜?？赏ㄟ^化感作用，產(chǎn)生和釋放化感物質(zhì)從而影響其他作物的萌發(fā)和生長［25］。本試驗中，苜蓿浸提液可提高長柄扁桃種子的發(fā)芽率，說明在長柄扁桃種子萌發(fā)過程中受到了苜蓿浸提液中的化感物質(zhì)影響，產(chǎn)生了化感作用。這與其他研究中苜蓿對某些作物種子萌發(fā)具有促進作用的研究結(jié)果一致。如草原2號雜花苜蓿葉浸提液對扁穗冰草種子萌發(fā)具有促進作用［26］。袁莉［27］的研究表明，苜蓿提取液對玉米種子發(fā)芽率表現(xiàn)為化感促進作用，在水浸液濃度為25、50、100 mg·mL－1等 3 個濃度時，促進率在 7.14%～20%。

表1 4種草本植物浸提液影響下長柄扁桃的生長指標Table 1 Growth indicators of A.pedunculata under the influence of four herb extract

隨著草本植物浸提液濃度增大，對發(fā)芽率發(fā)芽勢的促進幅度開始下降或者抑制作用幅度開始增大。本試驗中，苦豆子浸提液對長柄扁桃的種子萌發(fā)也具有一定的促進，發(fā)芽率在浸提液濃度為15 mg·mL－1時促進作用最強，但浸提液的促進作用隨濃度的增加開始降低。在紅豆草浸提液為供體時，對長柄扁桃種子發(fā)芽勢的抑制作用也隨浸提液濃度增加而升高。這可能與浸提液中化感物質(zhì)的積累有關，隨著生長密度的不斷提高，釋放化感物質(zhì)的濃度也越來越高，對周圍植物的化感作用也隨之增強［28］。

幾種草本植物浸提液對長柄扁桃生長的影響表現(xiàn)不同。草本浸提液對苗鮮重與苗高的影響整體變化趨勢基本一致。其中苦豆子浸提液在低濃度時具有顯著的促進作用，沙打旺、苜蓿浸提液在高濃度具有一定的促進作用;而紅豆草對地上部分的影響表現(xiàn)為在浸提液低濃度時促進、高濃度時抑制苗鮮重及苗高。

除紅豆草為供體時長柄扁桃的根鮮重呈輕微下降趨勢，其余3種草本植物對根鮮重的積累都具有促進作用且強度隨濃度升高而加大。

供體植物中除沙打旺對長柄扁桃根長在較低濃度有促進作用外，苦豆草、紅豆草、苜蓿浸提液都對長柄扁桃根長生長具有一定抑制作用。有研究表明，苜蓿葉的浸提液和其中毒性物質(zhì)——香豆素處理后，稗草(Echinochloa crusgalli)根出現(xiàn)不正常的橫向增粗，而根的伸長生長則顯著受到抑制;苜蓿葉浸出液和香豆素顯著抑制根尖細胞伸長生長和細胞分裂［29］。浸提液對長柄扁桃幼苗生長具有不同程度的影響，這可能與幾種草本植物浸提液中所含化感物質(zhì)成分不同、化感物質(zhì)濃度差異有關。

幾種草本植物對長柄扁桃種子萌發(fā)及幼苗生長產(chǎn)生不同的影響，說明在草本植物中含有某些親水性的化感物質(zhì)，可對長柄扁桃種子萌發(fā)及植株生長產(chǎn)生不同的化感效應，需繼續(xù)研究以明確所含化感物質(zhì)的成分，促進或抑制作用的機理還需深入提取其中的化感物質(zhì)進行鑒定以及大量的田間試驗加以證實。