褐黃水灰蘚對圓葉牽牛種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用

劉俊華， 陳印平

(濱州學(xué)院 山東省黃河三角洲生態(tài)環(huán)境重點實驗室， 濱州 256603)

作為由水生到陸生的過渡種類及高等植物中的最原始類群[1]，苔蘚植物雖然形體矮小、結(jié)構(gòu)簡單，但具有強的適應(yīng)性，因此廣泛分布于世界各地，幾乎可存在于所有陸地生態(tài)系統(tǒng)[1-4]。許多苔蘚種類能夠在不良環(huán)境中生存繁衍，嚴(yán)酷的外部環(huán)境條件常使其體內(nèi)產(chǎn)生豐富的次生代謝成分，而黃酮類物質(zhì)則常常作為苔蘚植物特征成分存在[1-2,4]。苔蘚植物是森林等生態(tài)系統(tǒng)的重要組分和初級生產(chǎn)力的重要貢獻(xiàn)者，且在群落中常與其他植物物種間建立復(fù)雜的相互作用關(guān)系[2,5-7]。已有研究發(fā)現(xiàn)，多種苔蘚植物配子體的粗提物或粗提液，具有促進(jìn)或抑制維管植物種子萌發(fā)、地上部和地下部生長、生物量累積以及幼苗活力水平的類似植物生長調(diào)節(jié)劑作用[2,8-15]，但因研究不夠深入而對其作用機理尚不明確。

我國有著豐富的苔蘚植物資源，總物種數(shù)約占全球的十分之一[1-2]。長期以來，國內(nèi)學(xué)者對苔蘚植物的研究主要集中于區(qū)系、生態(tài)及分子系統(tǒng)學(xué)領(lǐng)域，而對苔蘚植物資源保護與利用的研究相對較少[1,3]。國外學(xué)者對苔蘚植物的研究雖較為系統(tǒng)深入，但在苔蘚植物資源開發(fā)研究方面仍十分滯后[2-9]。由此可見，圍繞區(qū)域性優(yōu)勢苔蘚物種開展應(yīng)用生態(tài)學(xué)、資源化學(xué)等方面的研究，對實現(xiàn)苔蘚植物資源的有序開發(fā)和永續(xù)利用具有重要意義。

褐黃水灰蘚為黃河三角洲地區(qū)主要的山地苔蘚物種，前期研究發(fā)現(xiàn)其配子體粗提液具有較強的抑菌作用[16]，推測其體內(nèi)可能含有具較強生物活性的次生物質(zhì)。圓葉牽牛為原產(chǎn)于熱帶美洲地區(qū)的一年生草本植物，通常以種子繁殖，適應(yīng)性強且耐干旱瘠薄，現(xiàn)成為廣泛分布于我國絕大多數(shù)地區(qū)的入侵植物[17]，對鄉(xiāng)土物種的生長產(chǎn)生不利影響。本研究以褐黃水灰蘚(配子體)為供體植物，以其水提液為處理液，分析對牽牛種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，以初步闡明褐黃水灰蘚可能具有的化感抑草作用，旨在為區(qū)域優(yōu)勢苔蘚資源開發(fā)利用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以采自山東鄒平境內(nèi)鶴伴山區(qū)的褐黃水灰蘚(Hygrohypnumochraceum)為供體植物材料；以采自山東濱州當(dāng)?shù)氐狞S河三角洲地區(qū)常見外來入侵雜草圓葉牽牛(Ipomoeapurpurea)種子為生測材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 褐黃水灰蘚水提液的制備

將野外采集的褐黃水灰蘚配子體除雜后用清水沖洗干凈, 再用蒸餾水清洗3次,自然晾干后于40℃恒溫條件下烘干, 取出后用剪刀將褐黃水灰蘚剪成小于1 cm長的小段,用千分之一電子天平準(zhǔn)確稱取20 g置于三角瓶中，加入蒸餾水，在55℃恒溫水浴鍋中浸提4 h(間歇振蕩)，經(jīng)多次過濾后定容至250 mL，即為濃度為80 mg/mL的褐黃水灰蘚水提液，再依次稀釋得到40、20、10和5 mg/mL水提液，于4℃條件下冷藏，備用。

1.2.2 種子萌發(fā)實驗

每天固定時間記錄種子的發(fā)芽情況，以連續(xù)48 h種子發(fā)芽粒數(shù)不再增加視為萌發(fā)實驗結(jié)束。于第4天測定圓葉牽牛種子發(fā)芽勢，第7天測定發(fā)芽率，同時測量圓葉牽牛幼苗長度、幼苗生物量(鮮重、干重)，并計算活力指數(shù)。相關(guān)計算公式如下：

發(fā)芽勢(%)=(S日/S總)×100%

(1)

發(fā)芽率(%)=(S終/S總)×100%

(2)

上式(1)、(2)中：S日為第4天的發(fā)芽種子粒數(shù)；S總為種子總粒數(shù)；S終為最終正常發(fā)芽種子粒數(shù)。

活力指數(shù)1=發(fā)芽率(%)×幼苗長度

(3)

活力指數(shù)2=發(fā)芽率(%)×幼苗鮮重

再說去醫(yī)院。中醫(yī)是我信賴的。這個基礎(chǔ)，不是因為中醫(yī)藥是國學(xué)，而是我至今還相信，陰陽平衡乃至內(nèi)宇宙所說。因為，世界乃至浩渺的太空，從來就是如此的遙遠(yuǎn)、博大和幽深，但它還是一個整體，這個星球，與我們，甚至與外星人等不可見的事物，從來也都是一種相互依存、生克制化的關(guān)系，盡管我們此時此刻還沒有和他們迎頭相遇。《黃帝內(nèi)經(jīng)·素問》中說：“陰陽者，天地之道也，萬物之綱紀(jì)，變化之父母，生殺之本始，神明之府也，治病必求于本?！?/p>

(4)

1.2.3 化感作用測定[18-19]

采用化感作用響應(yīng)指數(shù)(response index，RI)測度褐黃水灰蘚對圓葉牽?；凶饔妙愋秃妥饔盟?。依據(jù)下面公式進(jìn)行計算：

RI= 1-C/T(當(dāng)T≥C時)

(5)

RI=T/C-1(當(dāng)T

(6)

上式(5)、(6)中C為對照值，T為處理值。當(dāng)RI<0 時為抑制效應(yīng)，RI>0 時為促進(jìn)效應(yīng)。RI的絕對值大小則表示化感作用的強弱。

化感綜合效應(yīng)(Synthetic effect，SE)用褐黃水灰蘚對圓葉牽牛種子發(fā)芽率、幼苗長度、幼苗鮮重等3個測試項目RI的算術(shù)平均值進(jìn)行評價。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

本試驗中所有數(shù)據(jù)在Windows 7.0操作系統(tǒng)下用Excel 2007進(jìn)行整理匯總及初步分析；運用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件包進(jìn)行One-Way ANOVA方差分析和LSD多重比較以及Duncan′s檢驗(P=0.05)，并對褐黃水灰蘚提取液濃度和圓葉牽牛幼苗相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析和顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛種子萌發(fā)的影響

2.1.1 水提液對圓葉牽牛種子發(fā)芽勢的影響

注：小寫字母不同表示處理間差異顯著(P<0.05)；下同

圖1褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛種子發(fā)芽勢的影響

Fig 1 Effects of aqueous extracts fromHygrohypnumochraceum

on germination energy ofIpomoeapurpureaseeds

由表1可知，褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛種子發(fā)芽勢具有顯著影響，隨提取液濃度的升高呈單調(diào)遞減趨勢，即圓葉牽牛種子發(fā)芽勢受到褐黃水灰蘚水提液較為強烈的抑制，當(dāng)提取液濃度為40 mg/mL和80 mg/mL時，圓葉牽牛種子發(fā)芽勢顯著低于對照組(P<0.05)，且在80 mg/mL時受抑制水平達(dá)到最高(70.17%)。

2.1.2 水提液對圓葉牽牛種子發(fā)芽率的影響

與對圓葉牽牛種子發(fā)芽勢的影響相一致，褐黃水灰蘚水提液對牽牛種子發(fā)芽率也同樣表現(xiàn)出較為顯著的抑制作用：在較低濃度時(5和10 mg/mL)圓葉牽牛種子萌發(fā)尚未受到顯著抑制，但當(dāng)提取液濃度達(dá)到20 mg/mL時，圓葉牽牛種子發(fā)芽率已明顯低于對照組(P<0.05)，而后隨水提液濃度的進(jìn)一步升高而繼續(xù)下降，在80 mg/mL時圓葉牽牛種子發(fā)芽率達(dá)到最低，僅為17.8%(圖2)。

圖2 褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛種子發(fā)芽率的影響

2.2 褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛幼苗生長的影響

2.2.1 水提液對圓葉牽牛幼苗生長的影響

由圖3可以看出，高濃度褐黃水灰蘚配子體水提液對圓葉牽牛幼苗生長具有強烈的抑制作用，當(dāng)提取液濃度為40 mg/mL時，圓葉牽牛幼苗長度已顯著低于對照組(P<0.05)，且當(dāng)提取液濃度為80 mg/mL時達(dá)到最低值，僅有1.1 cm。

圖3 褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛幼苗生長的影響

進(jìn)一步對提取液濃度與幼苗全長作相關(guān)性分析，結(jié)果顯示：圓葉牽牛幼苗生長明顯受到褐黃水灰蘚提取液抑制，即隨著提取液濃度的增加，對牽牛幼苗長度的抑制作用愈加強烈，80 mg/mL對其幼苗長度的抑制率達(dá)到80%以上(81.12%)。褐黃水灰蘚水提液濃度與牽牛幼苗長度相關(guān)關(guān)系方程(Pearson相關(guān)性分析)為y=0.0001x2-0.0703x+5.9694(R2=0.994,P=0.000)，由此可見，褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛幼苗生長的抑制作用表現(xiàn)出顯著的濃度效應(yīng)。

2.2.2 褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛幼苗生物量的影響

由圖4可以看出，褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛幼苗生物量的影響表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的化感效應(yīng)：在5 mg/mL時，幼苗鮮重高于對照組并達(dá)到最大值(3.266 g)，而后隨提取液濃度的升高而急劇減小，在80 mg/mL時達(dá)到最低(0.2488 g)，抑制率達(dá)到90%以上(91.07%)；圓葉牽牛幼苗干重對褐黃水灰蘚水提液濃度變化的響應(yīng)也表現(xiàn)出類似規(guī)律。

圖4 褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛幼苗生物量的影響

經(jīng)對水提液濃度與圓葉牽牛幼苗生物量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(圖5)發(fā)現(xiàn)褐黃水灰蘚水提液濃度與圓葉牽牛幼苗干重間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，且二者之間相關(guān)性(R2=0.9851，P=0.000)比水提液濃度與圓葉牽牛鮮重間的相關(guān)性(R2=0.9288，P=0.002)更加顯著。

圖5 褐黃水灰蘚水提液濃度與圓葉牽牛幼苗生物量相關(guān)性分析

2.2.3 褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛幼苗活力指數(shù)的影響

如圖6所示，褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛種子萌發(fā)和幼苗生長的綜合作用十分明顯。以活力指數(shù)1(發(fā)芽率×幼苗長度)來看，所有處理組均顯著低于對照組(P<0.05)；活力指數(shù)2(發(fā)芽率×幼苗鮮重)雖有不同(5 mg/mL時高于對照組)，但在隨后的中高濃度處理條件下，圓葉牽牛活力指數(shù)顯著低于對照組(P<0.05)。經(jīng)對圓葉牽?；盍χ笖?shù)和褐黃水灰蘚水提液濃度進(jìn)行相關(guān)性分析，得到二者間相關(guān)關(guān)系方程：活力指數(shù)1為y1= -0.0596x+ 4.5297(R2= 0.9384,P=0.001)；活力指數(shù)2為y2= -0.0305x+ 2.226 (R2=0.8784,P=0.006)。

2.2.4 褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛的化感效應(yīng)

植物化感作用通?？煞譃榇龠M(jìn)或抑制兩種結(jié)果，其一般規(guī)律為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制[4,22-24]。本研究中，褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛種子萌發(fā)與幼苗生長具有明顯的化感效應(yīng)(表1)：5 mg/mL的褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛種子萌發(fā)與幼苗生長具有一定的促進(jìn)作用(SE=0.014)，而隨著水提液濃度的升高，圓葉牽牛受到的化感抑制效應(yīng)逐漸增強，至80 mg/mL時，圓葉牽牛幼苗生長所受到的綜合抑制指數(shù)達(dá)到-0.837(±0.038)。

表1 褐黃水灰蘚對圓葉牽牛化感響應(yīng)指數(shù)

注：表中SE(綜合效益)指數(shù)數(shù)值為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”，小寫字母不同代表組間差異顯著(P<0.05)；大寫字母不同代表組間差異極顯著(P<0.01)

圖6 不同濃度褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛幼苗活力的影響

3 結(jié)論

植物化感作用(Allelopathy)是指供體植物產(chǎn)生并通過特定途徑(如揮發(fā)、淋溶、分泌和分解等多種方式)向外界環(huán)境釋放某些化學(xué)成分(化感物質(zhì)),從而影響周圍受體植物生長發(fā)育的現(xiàn)象[20]。植物化感作用廣泛存在于自然界中，且在農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)中也十分普遍，故日益成為生態(tài)學(xué)家研究的熱點。

圖7 褐黃水灰蘚水提液濃度與圓葉牽牛SE水平相關(guān)性分析

本研究中，圓葉牽牛種子萌發(fā)及幼苗生長受到褐黃水灰蘚配子體提取液化感抑制，在較低濃度處理下不明顯，但隨水提液濃度的升高，其所受抑制水平逐漸增強，在水提液濃度為80 mg/mL時圓葉牽牛所受抑制作用達(dá)到最強。從幼苗生長狀況來看，圓葉牽牛幼苗全長及生物量指標(biāo)對褐黃水灰蘚提取液濃度變化更為敏感，在中高濃度條件下(≥40 mg/mL)，其所受抑制作用十分強烈。就化感作用響應(yīng)指數(shù)來看，褐黃水灰蘚配子體其化感作用主要體現(xiàn)在抑制圓葉牽牛種子萌發(fā)和幼苗生長方面，整體趨勢是隨水提液濃度的升高化感作用的抑制能力增強，對多數(shù)指標(biāo)表現(xiàn)為單一抑制效應(yīng)。再經(jīng)化感綜合效應(yīng)分析，顯示褐黃水灰蘚水提液對圓葉牽牛種子萌發(fā)和幼苗生長表現(xiàn)出很強的化感作用趨勢(圖7)，且受抑制水平與褐黃水灰蘚水提液濃度間相關(guān)性十分顯著(P<0.01)。上述結(jié)果表明，褐黃水灰蘚在利用化感作用防控圓葉牽牛等雜草方面具有潛在應(yīng)用價值，但有關(guān)其雜草化感防控作用機理方面還需進(jìn)一步研究。