草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)3種花卉植物種子萌發(fā)的影響

胡 婧， 李德穎， 朱慧森*， 董寬虎， 馬承澤

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院， 山西 太谷 030801； 2. 北達(dá)科他州立大學(xué)植物科學(xué)系， 美國(guó) 法戈 58108)

草坪和花卉混播是模擬天然植被的一種重要方法[1]，也用于園林綠化中的草坪綠地植物配置。草坪和花卉混播可選擇的植物多樣性較高，包括野生花卉和來(lái)自不同氣候帶的花卉栽培種[2]。為了達(dá)到預(yù)期的不同綠地植物配置比例和理想的綠化美化效果，所選擇的幾種植物協(xié)同存活至關(guān)重要。然而在綠地建植過(guò)程中，或者自然狀態(tài)下，由于植物群體生長(zhǎng)的自我調(diào)節(jié)，實(shí)際存活的植物種類和比例往往與預(yù)期不相符，主要是由于憑借經(jīng)驗(yàn)配置植物，缺乏對(duì)植物之間自然競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的了解[3]。

植物個(gè)體間的競(jìng)爭(zhēng)是自然界普遍存在的一種作用過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，植物通過(guò)和其他個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)獲取各自所需資源，從而求得生存和生長(zhǎng)，而其獲取資源的行為主要與其形態(tài)和生理特性有關(guān)[4]。植物間的競(jìng)爭(zhēng)作用對(duì)植物的生長(zhǎng)、形態(tài)和存活產(chǎn)生重要影響，是塑造群落結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵因子之一[5]。植物競(jìng)爭(zhēng)包括直接競(jìng)爭(zhēng)和間接競(jìng)爭(zhēng)，直接競(jìng)爭(zhēng)即化感作用[6]；化感作用(allelopathy)是指一種植物(含微生物)通過(guò)自身釋放到環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)對(duì)另一種植物產(chǎn)生直接或間接的促進(jìn)或抑制作用[7]。植物化感物質(zhì)進(jìn)入到環(huán)境的主要方式有葉的雨霧淋溶、根系分泌和殘根分解、自然揮發(fā)及植株殘?bào)w分解4種途徑[8]。種子萌發(fā)是植物生命周期中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，植物分泌的化感物質(zhì)會(huì)影響周圍植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)繁殖，并在一定程度上影響植物之間資源的競(jìng)爭(zhēng)[9-10]。植物化感作用研究作為一門新興的交叉學(xué)科，已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)[11]、雜草防控[12]、植物入侵[13]等方面取得不少成果，但關(guān)于草坪綠地植物配置中的化感作用研究尚不多見。

草地早熟禾(Poapratensis)屬于禾本科早熟禾屬多年生草本植物，又名肯塔基草、藍(lán)草、肯塔基藍(lán)草、六月禾等。由于它具有繁殖力強(qiáng)、再生性好、適應(yīng)性強(qiáng)、返青早、綠色期長(zhǎng)等特點(diǎn)[14]，在世界涼爽濕潤(rùn)地區(qū)及過(guò)渡地帶廣泛引種栽培，是最重要和應(yīng)用最廣泛的冷季型草坪草之一。草地早熟禾充當(dāng)綠地景觀的背景色，是綠地植物配置中的基調(diào)和主體[15]。目前，草地早熟禾的研究主要集中于育種栽培、抗性及遺傳等方面[16-18]，對(duì)其化感效應(yīng)少有涉及。

二月蘭(Orychophragmusviolaceus)、百日草(Zinniaelegans)和孔雀草(Tagetespatula)是園林綠化中較為常見的草本花卉，本試驗(yàn)旨在研究草地早熟禾對(duì)3種植物種子萌發(fā)的影響，評(píng)價(jià)不同部位草地早熟禾浸提液對(duì)3種供試植物化感效應(yīng)的差異，探討草地早熟禾水浸提液與花卉植物生長(zhǎng)的關(guān)系，為草坪綠地植物的配置提供新思路和理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)穩(wěn)定草坪綠地植物群落的構(gòu)建具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2017年6月，在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技試驗(yàn)站草坪標(biāo)本區(qū)中挖取生長(zhǎng)健康的草地早熟禾植株，分離葉和根莖，清洗后風(fēng)干并粉碎。二月蘭、百日草和孔雀草種子購(gòu)于北京綠冠草業(yè)股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1浸提液的制備 分別稱取草地早熟禾葉、根莖干燥物粉末各200 g，置于400 mL蒸餾水中，在28℃水浴保溫箱中浸泡48 h，經(jīng)雙層紗布過(guò)濾后，用孔徑為0.45 μm的濾膜抽濾，得到濃度為0.5 g·mL-1的葉和根莖浸提液，4℃冰箱保存。

1.2.2種子萌發(fā)試驗(yàn) 用1% H2O2消毒種子1 min，洗凈，吸取5 mL上述濃度的浸提液加入放有鋪好濾紙的直徑為9 cm培養(yǎng)皿中，每皿均勻放置50粒(百日草和孔雀草)或100粒(二月蘭)種子，以蒸餾水為對(duì)照，各處理4次重復(fù)。在光照12 h溫度25℃的培養(yǎng)箱中浸種48 h，種子吸脹后，密封，放在25℃恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照12 h，濕度80%，萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)為胚根突破種皮1 mm，每24 h記錄發(fā)芽情況，第14 d結(jié)束發(fā)芽試驗(yàn)，每皿隨機(jī)挑選10株苗，用尺子(精度為0.1 mm)測(cè)量根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)，用電子天平(精度為0.0001 g)稱量根鮮重、芽鮮重，各處理測(cè)定40株，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。測(cè)量指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》[19]測(cè)定發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率：

發(fā)芽率(%)=(種子發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

發(fā)芽勢(shì)(%)=(前5 d內(nèi)發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%

參照Abdul-Baki[20]的方法計(jì)算活力指數(shù)(SVI)：

SVI=GI×S，GI為發(fā)芽指數(shù)，GI=Σ(Gt/Dt)，Gt表示在第t天種子的發(fā)芽數(shù)，Dt代表相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)，S為第14 d測(cè)得的整株幼苗鮮重(g)。

參照Williamson和Richandson[21]的方法計(jì)算化感效應(yīng)指數(shù)(RI)：

RI=1—C/T(T≥C)或RI=T/C—1(T0時(shí)，表示促進(jìn)作用；當(dāng)RI<0時(shí)，表示抑制作用。并且RI的絕對(duì)值越大，化感效應(yīng)強(qiáng)度就越大。

綜合化感效應(yīng)指數(shù)(SE)：同一供試植物的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、活力指數(shù)、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根鮮重、芽鮮重的RI的算術(shù)平均值[22]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

Excel 2013整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)；應(yīng)用SPSS 19.0進(jìn)行雙因素方差分析，文章中的圖用SigmaPlot 12.5制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)3種花卉植物發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)的影響

由表1可知，與對(duì)照相比，3種供試植物種子發(fā)芽率均顯著下降，且根莖浸提液抑制作用顯著大于葉浸提液(P<0.05)。草地早熟禾根莖浸提液處理下二月蘭發(fā)芽率最高，為23.67%，受到的抑制作用最弱。葉浸提液處理下，百日草的發(fā)芽率僅為28.00%，較二月蘭和孔雀草降低19.24%

和17.65%。草地早熟禾浸提液對(duì)3種供試植物的發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率影響一致，根莖和葉浸提液處理下3種供試植物的發(fā)芽勢(shì)均顯著低于對(duì)照(P<0.05)，且根莖浸提液的抑制作用明顯大于葉浸提液。草地早熟禾根莖浸提液處理下，二月蘭的發(fā)芽勢(shì)為20.00%，較百日草和孔雀草高57.14%和56.98%。葉浸提液對(duì)百日草的發(fā)芽勢(shì)抑制最強(qiáng)。從表1可以看出，與對(duì)照相比，3種供試植物的活力指數(shù)顯著下降(P<0.05)。草地早熟禾葉浸提液處理下，二月蘭的活力指數(shù)比百日草和孔雀草分別高86.20%和50.00%，根莖浸提液處理下，二月蘭的活力指數(shù)顯著高于百日草和孔雀草(P<0.05)。

表1 不同處理對(duì)3種花卉植物發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)的影響Table 1 Effect of different treatments on the germination rate,germination potential,and vigor index of three herbaceous ornamentals

注：同列不同小寫字母表示同一供試植物在不同浸提液處理下對(duì)應(yīng)各指標(biāo)差異顯著(P<0.05)，同行不同大寫字母表示同種浸提液處理下不同供試植物對(duì)應(yīng)各指標(biāo)差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different lowercase letters in the same column indicate the same treated plants of different extracts are significantly different at 0.05 probability level. Different capital letters in the same row means the different treated plants of the same extracts are significantly different at 0.05 probability level,the same as below

雙因素方差分析表明(表2)，不同供試植物品種、不同部位浸提液處理下3種植物的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)均存在極顯著差異(P<0.01)，二者的交互作用下3種植物的活力指數(shù)差異極顯著(P<0.01)，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)差異顯著(P<0.05)。

表2 品種和浸提液對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)的雙因素方差分析Table 2 Variance analysis of species and extractions on germination rate,germination potential,and vigor index

注：*表示在0.05水平下差異顯著，**表示在0.01水平下差異顯著，下同

Note:* indicate significant difference at the 0.05 level;**indicate significant difference at the 0.01 level,the same as below

2.2 草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)3種花卉植物根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響

由表3可以看出，與對(duì)照相比，草地早熟禾根莖浸提液顯著抑制3種供試植物的根長(zhǎng)。葉浸提液處理下，二月蘭的根長(zhǎng)受到的抑制最弱。根莖浸提液對(duì)孔雀草的根長(zhǎng)的抑制作用最強(qiáng)，相較于二月蘭和孔雀草分別降低55.00%和50.68%。芽長(zhǎng)數(shù)據(jù)表明，與對(duì)照相比，除孔雀草外，草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)其他兩種植物的芽長(zhǎng)均有顯著抑制作用(P<0.05)，且根莖浸提液抑制作用顯著高于葉浸提液。根莖浸提液處理下，二月蘭的芽長(zhǎng)受到的抑制作用最強(qiáng)，相較于百日草和孔雀草分別降低47.65%和49.48%，且百日草和孔雀草二者間無(wú)顯著差異。葉浸提液處理下，二月蘭芽長(zhǎng)受抑制的程度最大，相比百日草和孔雀草分別降低35.18%和21.60%，且3種植物芽長(zhǎng)存在顯著差異(P<0.05)。

表3 不同處理對(duì)3種花卉植物根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的影響Table 3 Effect of different treatments on the root length and coleoptile length of three herbaceous ornamentals

雙因素方差分析表明(表4)，不同供試植物、不同部位浸提液處理下3種植物的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)差異極顯著(P<0.01)，二者的交互作用顯著抑制供試植物的根長(zhǎng)(P<0.05)，極顯著抑制其芽長(zhǎng)(P<0.01)。

表4 品種和浸提液對(duì)根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的雙因素方差分析Table 4 Variance analysis of species and extractions on root length and coleoptile length

2.3 草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)3種花卉植物根鮮重和芽鮮重的影響

表5顯示，與對(duì)照相比，草地早熟禾葉和根莖浸提液顯著降低3種植物的根鮮重(P<0.05)。同種浸提液處理下，3種植物的根鮮重差異不顯著。與對(duì)照相比，草地早熟禾葉和根莖浸提液均顯著抑制3種供試植物的芽鮮重(P<0.05)。草地早熟禾根莖浸提液處理下，二月蘭芽鮮重受到的抑制最強(qiáng)，比百日草和孔雀草分別降低40.51%和35.48%。葉浸提液處理下3種植物芽鮮重的敏感性和根莖浸提液一致。

表5 不同處理對(duì)3種花卉植物根鮮重和芽鮮重的影響Table 5 Effect of different treatments on root fresh weight and coleoptile fresh weight of three herbaceous ornamentals

由表6可以看出，不同供試植物品種處理下3種植物的根鮮重差異不顯著，芽鮮重差異極顯著(P<0.01)。草地早熟禾不同部位浸提液處理下3種植物的根鮮重和芽鮮重差異極顯著(P<0.01)，二者的交互作用對(duì)3種植物的根鮮重和芽鮮重?zé)o顯著影響。

表6 品種和浸提液對(duì)根鮮重和芽鮮重的雙因素方差分析Table 6 Variance analysis of species and extractions on root fresh weigh and coleoptile fresh weight

2.4 草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)3種花卉植物的綜合化感效應(yīng)

表7結(jié)果表明，草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)3種植物具有不同的化感效應(yīng)。草地早熟禾葉浸提液處理下，二月蘭發(fā)芽率的化感效應(yīng)指數(shù)明顯低于百日草和孔雀草，而百日草發(fā)芽勢(shì)的化感效應(yīng)指數(shù)顯著高于二月蘭。二月蘭根長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)則高于孔雀草?？兹覆菅块L(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)顯著高于二月蘭和百日草。3種植物間活力指數(shù)、根鮮重和芽鮮重的化感效應(yīng)指數(shù)無(wú)明顯差異。草地早熟禾根莖浸提液處理下，3種植物間發(fā)芽率的化感效應(yīng)指數(shù)無(wú)明顯差異，二月蘭發(fā)芽勢(shì)的化感效應(yīng)指數(shù)顯著低于百日草，其活力指數(shù)的化感效應(yīng)指數(shù)則顯著低于其他兩種供試植物。3種供試植物間根長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)差異均顯著，其中百日草根長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)最高，二月蘭次之，孔雀草最低。而孔雀草芽長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)顯著高于二月蘭和百日草。3種植物間根鮮重和芽鮮重的化感效應(yīng)指數(shù)無(wú)明顯差異。

從3種供試植物發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、根鮮重和芽鮮重的化感效應(yīng)指數(shù)的綜合對(duì)比來(lái)看，二月蘭、百日草、孔雀草的綜合化感效應(yīng)指數(shù)都為負(fù)值，說(shuō)明3種植物都受到草地早熟禾浸提液的明顯抑制，且根莖浸提液的抑制作用大于葉浸提液。二月蘭受草地早熟禾根莖浸提液和葉浸提液的抑制效應(yīng)最強(qiáng)，綜合化感效應(yīng)指數(shù)顯著低于其他兩種植物。

表7 不同處理對(duì)3種花卉植物的化感效應(yīng)指數(shù)Table 7 Comprehensive allelopathic effect index of different treatments of three herbaceous ornamentals

3 討論

本研究結(jié)果表明，根據(jù)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)、芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、根鮮重、芽鮮重等指標(biāo)分析，草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)二月蘭、百日草、孔雀草的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、活力指數(shù)均有抑制作用。已有研究也發(fā)現(xiàn)，草地早熟禾莖葉浸提液對(duì)白三葉(Trifoliumrepens)的發(fā)芽率有較強(qiáng)的抑制作用[23]?；形镔|(zhì)通過(guò)抑制胚根的生長(zhǎng)，導(dǎo)致植株根系生長(zhǎng)受阻，影響根系對(duì)水分和土壤養(yǎng)分的吸收能力，抑制胚軸生長(zhǎng)從而導(dǎo)致植株低矮，這些均會(huì)造成植株生長(zhǎng)緩慢并且影響其在群落中的競(jìng)爭(zhēng)能力。例如化感物質(zhì)對(duì)大豆(Glycinemax)幼苗根生長(zhǎng)的抑制導(dǎo)致植株根系吸肥能力降低[24]，對(duì)玉米(Zeamays)幼苗生長(zhǎng)的抑制導(dǎo)致植株矮小、瘦弱，影響其對(duì)光的競(jìng)爭(zhēng)[25]。黑芥(Brassicanigra)的根、莖、葉以及花的浸提液均能抑制野燕麥(Avenafatua)胚根和胚軸的伸長(zhǎng)，其中胚根對(duì)浸提液的響應(yīng)最為敏感[26]。在本研究中，3種供試植物根的生長(zhǎng)較芽的生長(zhǎng)對(duì)草地早熟禾浸提液更敏感，說(shuō)明草地早熟禾浸提液主要通過(guò)抑制胚根的生長(zhǎng)從而抑制種子萌發(fā)。

已有研究表明，加拿大一枝黃花(Solidagocanadensis)葉浸提液能顯著抑制雞眼草(Acalyphabrachystachya)、萵苣(Lactucasativa)、蘿卜(Raphanussativus)等種子的萌發(fā)，根部浸提液顯著降低雞眼草的發(fā)芽率，但對(duì)萵苣和蘿卜種子萌發(fā)影響不顯著[27-28]。生姜(Zingiberofficinale)的莖和葉浸提液均能抑制大豆(Glycinemax)及洋蔥(Alliumcepa)種子萌發(fā)，但不同部位的浸提液抑制作用不同[29]。本研究中，草地早熟禾葉和根莖浸提液對(duì)二月蘭、百日草和孔雀草種子萌發(fā)均有顯著抑制作用，但不同部位浸提液的抑制效果有差異。這表明，同一植株的不同部位產(chǎn)生的化感物質(zhì)對(duì)不同植物種子萌發(fā)的生理效應(yīng)有所不同。植物間的化感作用機(jī)理復(fù)雜，同一植物不同部位浸提液產(chǎn)生的化感效應(yīng)也會(huì)有不同[30]，本研究中，草地早熟禾浸提液處理的3種花卉種子化感綜合效應(yīng)均表現(xiàn)出根莖>葉，這可能與不同部位的化感成分不同有關(guān)。草地早熟禾的根莖可能是化感物質(zhì)產(chǎn)生的場(chǎng)所，根莖所含的化感物質(zhì)高于葉片，同時(shí)主要通過(guò)根系向外界環(huán)境中釋放化感物質(zhì)。

化感物質(zhì)通過(guò)抑制胚根和胚軸的伸長(zhǎng)，破壞亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致植物激素及活性氧不能正常合成與代謝，阻礙種子中儲(chǔ)存物質(zhì)的代謝以及種子萌發(fā)過(guò)程中的物質(zhì)以及能量轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致種子萌發(fā)受阻[31]。種子萌發(fā)對(duì)物種更新至關(guān)重要，種子發(fā)芽率和發(fā)芽速度降低可能會(huì)降低植物在群落中的多度和早期競(jìng)爭(zhēng)力，種子萌發(fā)速度越快，發(fā)芽效率越高，種間競(jìng)爭(zhēng)力越強(qiáng)[32-33]。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，草地早熟禾對(duì)二月蘭、百日草和孔雀草具有化感效應(yīng)，對(duì)二月蘭的抑制作用最強(qiáng)。在應(yīng)用草地早熟禾進(jìn)行草坪綠地搭配時(shí)應(yīng)充分考慮其化感作用，在進(jìn)行綠地植物配置前，建議用草地早熟禾浸提液評(píng)定不同花卉植物種子的萌發(fā)特性。且注重搭配植物的選擇以及配置方式，選擇對(duì)草地早熟禾化感作用不敏感的植物混栽。此外，草地早熟禾化感物質(zhì)種類及作用機(jī)制等，尚需進(jìn)一步探討。