凋落物浸提液對連香樹種子萌發(fā)的化感作用*

沈文濤　曾敏　黃雪梅　馬永紅

摘要：? 為了明確凋落物是否為連香樹天然居群更新困難的因素，對不同濃度凋落物浸提液條件下的種子萌發(fā)情況進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)?shù)蚵湮锝嵋簼舛容^高時（20～80 g/L），對連香樹種子萌發(fā)表現(xiàn)出抑制作用;當(dāng)濃度較低（10 g/L）時，則表現(xiàn)為促進(jìn)作用，且萌發(fā)率最高。同時，凋落物浸提液在高濃度時（80 g/L），對連香樹種子萌發(fā)的抑制效應(yīng)表現(xiàn)出了極其顯著的差異（p<0.01），說明連香樹林下的凋落物中包含相關(guān)的化感物質(zhì)，并對連香樹種子萌發(fā)有著自毒作用。因此，凋落物中的化感自毒作用可能是連香樹天然林更新困難的因素之一。

關(guān)鍵詞：? 連香樹;? 種子萌發(fā);? 凋落物浸提液;? 化感作用

中圖分類號：? ?S 796， S 722. 3 + 1? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2019）06 - 0005 - 04

連香樹（Cercidiphyllum japonicum），連香樹科連香樹屬植物，為第三紀(jì)古熱帶植物的孑遺種單科植物，也是較古老原始的木本植物，產(chǎn)于日本和中國，僅適生于亞熱帶和暖溫帶氣候條件;我國主要分布于東南部至西南部，常與水青樹（Thetracentron sinense）、珙桐（Davidia involucrate）、銀雀樹（Tapiscia sinensis） 等古老樹種伴生[ 1 ]。連香樹可用作藥材、香料，也可作為觀賞植物，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值及科研價值，近年來已經(jīng)在世界各地廣泛栽種。但由于其自身結(jié)實率低、幼苗易受暴雨病蟲危害以及人為破壞，天然種群更新困難，被列為國家二級重點保護(hù)植物[ 2 ]。目前對連香樹的研究大多集中在生物學(xué)特性[ 3 - 5 ]等方面，很少有關(guān)于連香樹瀕危機(jī)制的研究。

森林凋落物對種子萌發(fā)和幼苗生長有著重要影響，是研究種群動力學(xué)中面臨的主要問題[ 6 - 7 ]。在以往的研究中，對凋落物影響種子萌發(fā)和幼苗生長的物理和化學(xué)機(jī)制做出了介紹，認(rèn)為凋落物對種子萌發(fā)和幼苗生長的影響是物理因子和化學(xué)因子共同作用的結(jié)果[ 8 - 11 ]。一方面，林內(nèi)較厚的凋落物層會阻斷種子與土壤的接觸，對新生幼苗產(chǎn)生機(jī)械損傷[ 12 ]，例如Pierson等對Branus tectorum的研究表明，其種子發(fā)芽率和幼苗生物量在凋落物厚的地區(qū)（6 cm）大于凋落物薄的地區(qū)（1.5 cm）[ 13 ];蔣有緒對川西亞高山冷杉的研究表明，去除凋落物后，其幼苗成活率從1%～2%增長到55%～60%[ 14 ]。另一方面，凋落物在降解過程中會產(chǎn)生化感物質(zhì)，通過化感作用能夠抑制或促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長[ 15 - 16 ]，例如前人對大樹杜鵑（Rhododendron protistum var.giganteum）、馬尾松（Pinus massoniana）、楊樹（Populus）、楓香樹（Liquidambar formosana）等的研究均發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)蚵湮锝嵋簼舛鹊偷臅r候可促進(jìn)種子發(fā)芽，當(dāng)濃度高的時候?qū)ζ浞N子萌發(fā)有著自毒作用或者抑制作用[ 17 - 20 ]。但對于瀕危植物連香樹來說，凋落物化感作用是否會影響其天然更新過程目前還不清楚。本文通過研究凋落物對其種子萌發(fā)的化感效應(yīng)，揭示其對天然更新的作用和影響。

1 材料與方法

1. 1 材料采集

本次試驗所需凋落物試樣于2017年 11月采自四川美姑大風(fēng)頂自然保護(hù)區(qū)，采樣地點的地理坐標(biāo)為103.08°E、28.35°N;海拔2 236～2 257 m。在采樣地選擇12株成熟的連香樹并做標(biāo)記，樣株生長情況為株高2.0～3.5 m、胸徑1.1～2.9 cm。在樣株樹冠下采集當(dāng)年凋落物，并自然風(fēng)干備用;供試種子同樣采集于標(biāo)記的選定植株。

1. 2 浸提液的制備

將風(fēng)干的連香樹凋落物剪碎研磨。稱取80 g凋落物研磨粉放入棕色廣口瓶，加入1 L的蒸餾水振蕩;在室溫下避光浸泡24 h，用離心機(jī)在5 000 r/min下離心15 min;再經(jīng)過濾，配置成10、20、40、80 g/L不同濃度的凋落物浸提液，貯藏于4 ℃冰箱中。

1. 3 發(fā)芽試驗

選取粒度飽滿、大小一致的種子，均勻地擺放在9 cm×9 cm培養(yǎng)皿中，以雙層濾紙為基質(zhì)，每個培養(yǎng)皿中分別加入等量不同濃度的浸提液（對照組加蒸餾水），在溫度25 ℃、光強(qiáng)1 000 lx、照射時間12 h/d的培養(yǎng)箱中進(jìn)行萌發(fā)試驗。種子以胚根突破種皮為萌發(fā)標(biāo)志[ 16 ]，在萌發(fā)過程中每天等量補(bǔ)充各濃度浸提液及蒸餾水，做好萌發(fā)記錄。本次試驗每次100粒種子，重復(fù)3次。

1. 4 數(shù)據(jù)處理與分析

自播種開始第1天起每天記錄發(fā)芽情況，以胚根突破種皮作為發(fā)芽標(biāo)志，連續(xù)5天內(nèi)沒有種子萌發(fā)為發(fā)芽結(jié)束標(biāo)志[ 3 ]。

種子萌發(fā)率（%）=（最終種子萌發(fā)數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

種子發(fā)芽勢（%）=（發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%

依據(jù)Williamson的合成方法，計算RI值，用來度量化感作用。RI<0表示抑制作用，RI>0表示促進(jìn)作用，絕對值|RI|大小與作用強(qiáng)度一致。

式中，C為對照值;T為處理值

采用SPSS25進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析，應(yīng)用Microsoft Excel 2013軟件作圖。圖表中標(biāo)注的不同英文小寫字母表示數(shù)據(jù)結(jié)果存在顯著差異（p<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同濃度浸提液對種子萌發(fā)率的影響

不同濃度連香樹凋落物浸提液對其種子的萌發(fā)率有著不同影響，大體上表現(xiàn)為隨著濃度的增加萌發(fā)率呈先升后降的趨勢（圖1）。其中，在濃度為10 g/L時種子萌發(fā)率最高，達(dá)到了50.3%，比對照組的44%提高了6.3%，且與對照組差異顯著（p<0.05）;而在濃度為80 g/L時種子萌發(fā)率最低，為32.3%，比對照組降低了11.7%，且與對照組差異極顯著（p<0.01）;當(dāng)濃度為20、40 g/L時，種子萌發(fā)率分別為42%和39.7%，與對照組相差較小，差異不顯著。

2. 2 不同濃度浸提液對種子發(fā)芽勢的影響

隨著凋落物浸提液濃度的增加，種子發(fā)芽勢出現(xiàn)先升后降的趨勢（圖2），其中，當(dāng)濃度為10 g/L時發(fā)芽勢最高，為37%，相對于對照組的30.3%提高了6.7%，且與對照組差異顯著（p<0.05）。隨著濃度的增加，發(fā)芽勢呈現(xiàn)出遞減趨勢，當(dāng)濃度為20 g/L時，種子發(fā)芽勢為27.3%，比對照組降低了3%，且差異不顯著;而當(dāng)濃度為40、80 g/L時，種子發(fā)芽勢分別達(dá)到17%、14.7%，較對照組下降了13.7%、15.6%，且與對照組和其他2組對比呈極顯著差異（p<0.01）。

2. 3 不同濃度浸提液對種子萌發(fā)的效應(yīng)

表征化感作用的RI值伴隨著凋落物浸提液濃度的增加逐漸從正數(shù)變?yōu)樨?fù)數(shù)（表1），即當(dāng)浸提液濃度為10 g/L時，其化感效應(yīng)值RI>0;當(dāng)濃度為20、80 g/L時，化感效應(yīng)值RI<0。其中，當(dāng)濃度為80 g/L時，凋落物浸提液對種子萌發(fā)率的效應(yīng)值RI與對照組RI值達(dá)到極顯著差異（p<0.01）;當(dāng)濃度為40、80 g/L時，凋落物浸提液對種子發(fā)芽勢的效應(yīng)值RI與對照組RI值亦達(dá)到了極顯著差異（p<0.01）;|RI|最大值為0.818，出現(xiàn)在濃度為10 g/L時，且表現(xiàn)出對種子發(fā)芽勢的影響。

3 討論與結(jié)論

3. 1 自毒化感物質(zhì)的濃度效應(yīng)是化感作用研究的一個重要內(nèi)容，常見的現(xiàn)象是隨著濃度的降低，自毒物質(zhì)的抑制作用會逐漸減弱乃至消失[ 21 ]。因此本次試驗主要探討不同濃度凋落物浸提液對連香樹種子萌發(fā)的化感效應(yīng)。

3. 2 試驗表明，凋落物浸提液濃度對連香樹種子萌發(fā)過程有著一定的影響，隨著濃度的變化，其對種子萌發(fā)的影響作用也在發(fā)生變化。當(dāng)濃度為10 g/L時，種子萌發(fā)率最高，且其效應(yīng)值RI>0，說明其對連香樹種子萌發(fā)表現(xiàn)出促進(jìn)作用，相比于對照組差異不顯著;隨著凋落物濃度的增加，種子萌發(fā)率依次降低，在濃度20～80 g/L時效應(yīng)值RI<0，相比于對照組差異不顯著，只有當(dāng)濃度達(dá)到80 g/L時，種子萌發(fā)率最低，相對于對照組達(dá)到了極顯著差異（p<0.01），說明相對于低濃度的凋落物浸提液而言，高濃度對種子萌發(fā)有著明顯的抑制作用，表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)萌發(fā)、高濃度抑制萌發(fā)。這與以往關(guān)于凋落物對種子萌發(fā)影響的研究結(jié)果一致：“低促高抑”[ 22 - 26 ]。

3. 3 試驗結(jié)果還表明，|RI|最大值表現(xiàn)在對連香樹種子發(fā)芽勢的影響。當(dāng)濃度為10 g/L時，種子發(fā)芽勢最高（RI>0），且相對于對照組呈差異極顯著（p<0.01）;當(dāng)濃度為20～80 g/L時，化感效應(yīng)值RI<0，且當(dāng)濃度為40、80 g/L時，相對于對照組差異呈極顯著（p<0.01）。說明雖然凋落物濃度對種子萌發(fā)的影響大體上表現(xiàn)為“低促高抑”，但是連香樹種子萌發(fā)過程中各項指標(biāo)對凋落物濃度的敏感性還是有所區(qū)別的。

3. 4 連香樹凋落物中的化感物質(zhì)對其種子萌發(fā)的影響主要表現(xiàn)在，低濃度下（10 g/L）對種子萌發(fā)呈促進(jìn)作用，高濃度下（80 g/L）則呈明顯的抑制作用;同時與對照組RI值相比，高濃度（80 g/L）下的RI值達(dá)到了極顯著水平（p<0.01），說明化感物質(zhì)主要起抑制作用。因此得出：連香樹凋落物具有化感自毒作用，這可能造成其天然種群更新困難。后續(xù)在加強(qiáng)凋落物對種子萌發(fā)物理作用影響研究的同時，還應(yīng)加強(qiáng)幼苗生長的化感效應(yīng)研究。

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第1作者簡介：? 沈文濤（1991-），? 男，? 碩士研究生，? 研究方向：? 植物保護(hù)。

通訊作者：? 馬永紅（1977-），? 男，? 副教授，? 碩士生導(dǎo)師，? 研究方向：? 主要從事瀕危植物保護(hù)工作。

收稿日期： 2019 - 09 - 10

（責(zé)任編輯：? ?潘啟英）

Allelopathic Effect of Litter Aqueous Extracts on Cercidiphyllum

japonicum Seed Germination

SHEN Wentao

（College of Life Science，? China West Normal University，? Sichuan Nanchong 637000）

Abstract In order to determine whether litter is a difficult factor for natural population regeneration of Cercidiphyllum japonicum. The effects of litter extracts of different concentrations on seed germination of Cercidiphyllum japonicum were studied. The results showed that the concentration of litter extracts at 20～80 g/L inhibited the seed germination. The concentration of litter extracts at 10 g/L promoted the seed germination， and the seed germination rate was the highest. At the same time， The inhibiting effect of litter extract on seed germination of Cercidiphyllum japonicum at high concentration showed significant difference（p<0.01）. These studies indicated that the inclusion of the litter extracts of Cercidiphyllum japonicum had some autoxicity effects on its seed germination. Therefore， litter may be one of the reasons for the difficulty of natural forest regeneration.

Key words Cercidiphyllum japonicum;? Seed germination;? Litter aqueous extract;? Allelopathic effect