加拿大一枝黃花粗提液對(duì)豚草化感作用研究

吳 帆，李樹(shù)成，趙顯陽(yáng)，陳 越，王印寶，朱 峻，向妙蓮

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江西 南昌330045）

植物的化感作用是指一種植物或微生物（供體）釋放某些化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中，以此影響其他有機(jī)體生長(zhǎng)和發(fā)育的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象，化感作用普遍存在自然界中，包括促進(jìn)和抑制兩方面作用[1]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，基于植物化感作用對(duì)入侵雜草進(jìn)行研究與應(yīng)用，若能低成本投入使入侵雜草相互抑制生長(zhǎng)，又對(duì)農(nóng)產(chǎn)品無(wú)害，那對(duì)防控農(nóng)田雜草和促進(jìn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

外來(lái)有害生物入侵形勢(shì)日趨嚴(yán)重，加拿大一枝黃花（Solidago canadensis）和豚草（Ambrosia artemisiifolia）作為嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)生態(tài)的外來(lái)物種，對(duì)我國(guó)原有生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響[2]。二者共同具有強(qiáng)烈化感作用，繁殖力強(qiáng)，傳播速度快，生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)明顯，生態(tài)適應(yīng)性廣闊的特點(diǎn)，對(duì)生物多樣性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，并且豚草產(chǎn)生的花粉還會(huì)引發(fā)各種變態(tài)反應(yīng)癥，對(duì)人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害[2-6]。目前對(duì)其防治方法主要有物理防治、化學(xué)防治和生物防治等，相對(duì)而言物理防治成本高、效率低，化學(xué)防治雖然經(jīng)濟(jì)有效，但容易造成二次環(huán)境污染，而生物防治因地制宜，以物治物，經(jīng)濟(jì)安全，可持續(xù)無(wú)污染，通過(guò)生物化感作用防治雜草蔓延將是研究的熱點(diǎn)[8-11]。李榮金等[12]研究表明利用致病微生物百日草鏈格孢菌（Alternaria zinniae）對(duì)防治加拿大一枝黃花可起到一定效果，蘆葦則影響加拿大一枝黃花的光合作用[13]。在永州廣聚螢葉甲和豚草卷蛾能成功建立種群安全越冬，并且可以自行擴(kuò)散，從而可持續(xù)控制野外豚草的發(fā)生[14]。菊芋（Heliabthus tuberosus）的殘株對(duì)三裂葉豚草的生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的抑制作用[15]。

前人對(duì)加拿大一枝黃花和豚草的防治研究表明利用生物防治控制二者蔓延更加安全高效，但目前關(guān)于利用加拿大一枝黃花粗提液防治豚草報(bào)道較少，本研究擬以加拿大一枝黃花為試驗(yàn)材料，通過(guò)研究其粗提液對(duì)豚草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，探索加拿大一枝黃花粗提液對(duì)豚草的化感作用，為外來(lái)入侵惡性雜草的生態(tài)防治提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

加拿大一枝黃花和豚草種子為江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物保護(hù)系提供。

1.2 加拿大一枝黃花浸提液制備

采集生長(zhǎng)良好的加拿大一枝黃花地上和地下組織若干，去除病老殘組織后于室溫風(fēng)干，地上和地下部分剪碎后各分別取20，40，80 g，于500 mL 蒸餾水中浸泡48 h，間歇振蕩，經(jīng)滅菌的三層紗布過(guò)濾后，分別得到質(zhì)量濃度為0.04，0.08，0.16 g/mL 的浸提液，冷藏（4 ℃）備用。

1.3 加拿大一枝黃花粗提液對(duì)豚草種子萌發(fā)的影響

取10 mL 不同部位、不同質(zhì)量濃度的加拿大一枝黃花水浸提液分別加入鋪有2 層濾紙的培養(yǎng)皿中，以加蒸餾水為對(duì)照，每皿均勻播種90 粒勻稱飽滿的豚草種子，播種前用10%的次氯酸鈉浸泡1 h，無(wú)菌水沖洗3 次，各處理3 次重復(fù)。將培養(yǎng)皿置于人工氣候箱中恒溫培養(yǎng)，溫度（25±0.5）℃、濕度70%、每天光照12 h。播種次日開(kāi)始，逐日記錄發(fā)芽數(shù)（以芽長(zhǎng)超過(guò)種子長(zhǎng)度一半為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)），并及時(shí)補(bǔ)充等量的水浸提液或蒸餾水使濾紙保持濕潤(rùn)。第5 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，第7 天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，并測(cè)量地上部長(zhǎng)(苗長(zhǎng))、根長(zhǎng)、地上和地下部分苗鮮質(zhì)量。按以下公式統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率：

1.4 加拿大一枝黃花粗提液對(duì)豚草植株生長(zhǎng)的影響

將1.3 方法處理后的豚草種子置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，放入(30±1)℃人工氣候箱中催芽，待種子露白后，采用沙培法培養(yǎng)。培養(yǎng)皿內(nèi)先放入50 g 滅菌砂，然后放置90 粒催芽種子，每個(gè)處理3 次重復(fù)，置于25～30 ℃、光周期L12∶D12的生長(zhǎng)室中培養(yǎng)。

1.5 豚草幼苗相關(guān)指標(biāo)測(cè)定

在豚草幼苗長(zhǎng)至7 d 左右，每盆隨機(jī)取樣，調(diào)查有代表性20 株豚草苗，測(cè)量株高、根長(zhǎng)以及地上和地下部分的鮮質(zhì)量，比較不同處理對(duì)豚草幼苗生長(zhǎng)的影響。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel2003 和DPS7.05 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，用單因素方差分析統(tǒng)計(jì)各處理平均值的差異，Duncan 氏新復(fù)極差法比較各處理間的差異顯著性。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用SSR 法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 粗提液浸種對(duì)豚草種子萌發(fā)的影響

從表1可知，豚草種子經(jīng)不同濃度加拿大一枝黃花粗提液處理后，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)隨粗提液濃度增大先升高后降低，與對(duì)照相比差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。當(dāng)粗提液濃度為0.08 g/mL 時(shí)，豚草種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)均達(dá)到最高值，其中地上部分粗提液處理后豚草最大發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)分別比對(duì)照增加8.14%和14.42%，地下部分粗提液處理后發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)依次比對(duì)照增加4.83%、11.84%。地上部分與地下部分粗提液對(duì)豚草種子萌發(fā)的影響相差不大。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，粗提液浸種對(duì)豚草種子萌發(fā)的影響主要與粗提液濃度有關(guān)。

表1 粗提液對(duì)豚草種子萌發(fā)的影響 %

2.2 粗提液浸種對(duì)豚草幼苗生長(zhǎng)的影響

從表2可以看出，一定濃度的粗提液浸種能夠增加豚草幼苗的總根數(shù)、株高、根長(zhǎng)、地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量，但隨著浸種濃度升高，粗提液對(duì)豚草幼苗則有一定的抑制作用。粗提液濃度為0.08 g/mL時(shí)，以上5 項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到最高，且與對(duì)照差異顯著。其中，地上和地下部粗提液分別處理后，豚草幼苗地上部鮮質(zhì)量與對(duì)照相比分別增加了32.85%，10.53%，地下部鮮質(zhì)量與對(duì)照相比分別增加了14.08%，83.78%，根長(zhǎng)與對(duì)照相比分別增加11.68%，58.93%。由此可見(jiàn)，粗提液濃度為0.08 g/mL 時(shí)，地下部提取液對(duì)豚草幼苗地下部（根）生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用，遠(yuǎn)大于對(duì)豚草幼苗地上部生長(zhǎng)的促進(jìn)。

表2 粗提液浸種濃度對(duì)豚草幼苗生長(zhǎng)的影響

3 小結(jié)與討論

種子萌發(fā)是豚草生長(zhǎng)的第一步，種子活力的高低直接影響豚草幼苗的生長(zhǎng)是否健壯，進(jìn)而影響豚草抵御生理性或非生理性逆境脅迫的能力。同時(shí)，豚草不同植株部位種子的萌發(fā)率、初始萌發(fā)時(shí)間、萌發(fā)持續(xù)時(shí)間具有不同的趨勢(shì)[16]?；凶饔镁哂须p重效應(yīng)普遍存在于多種植物中，雷威肖等[17]研究發(fā)現(xiàn)鐵桿蒿對(duì)紅豆草、沙打旺、百脈根等豆科牧草的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)總體上均呈現(xiàn)“低質(zhì)量濃度促進(jìn)，高質(zhì)量濃度抑制”的效應(yīng)。葶蔥化感作用也存在雙重效應(yīng)，研究表明實(shí)葶蔥凋落葉片浸提液濃度在0～10 mg/mL 時(shí)，對(duì)蕪菁，鷹嘴豆，萵苣等6 種種子的萌發(fā)具有雙重效應(yīng)[18]。劉勇等[19]探究了頭花蓼整株及根際土壤水浸提液的化感自毒作用，發(fā)現(xiàn)頭花蓼整株水浸提液濃度≤10 mg/mL 時(shí)對(duì)其種子發(fā)芽速率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)等均起不同程度的促進(jìn)作用，但隨著濃度升高各項(xiàng)指標(biāo)值變?yōu)樨?fù)值，化感自毒作用十分明顯。方芳等[20]研究發(fā)現(xiàn)：在低濃度時(shí)加拿大一枝黃花水提取液多表現(xiàn)為一定的促進(jìn)作用，高濃度則表現(xiàn)出顯著的抑制作用。加拿大一枝黃花葉片凋落物浸提液對(duì)黑麥草的生長(zhǎng)同樣表現(xiàn)為低促高抑[21]，與本研究結(jié)果相符。加拿大一枝黃花粗提液對(duì)豚草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的作用表現(xiàn)出明顯的“雙重性”，試驗(yàn)中0.08 g/mL 粗提液處理豚草種子，可提高種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)，促進(jìn)豚草幼苗總根數(shù)、株高、根長(zhǎng)、地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量等生長(zhǎng)指標(biāo)，當(dāng)加拿大一枝黃粗提液超過(guò)0.16 g/mL 時(shí)，則抑制豚草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，表現(xiàn)毒害作用。進(jìn)一步說(shuō)明粗提液對(duì)豚草生長(zhǎng)具有明顯的雙重效應(yīng)，同時(shí)也暗示粗提液對(duì)增強(qiáng)豚草抗逆境脅迫具有積極的意義。綜合各種研究結(jié)果，化感物質(zhì)對(duì)受體植物生長(zhǎng)的“低促高抑”效應(yīng)具有普遍性，因此可能在種間相互作用過(guò)程中具有一定的生態(tài)學(xué)意義。

化感作用是植物種間相互作用的重要途徑，土壤中化感物質(zhì)的濃度可能是受體植物感知施加者脅迫能力的一種信號(hào)。低濃度的化感物質(zhì)可能意味著化感作用施加者脅迫能力較弱，受體植物對(duì)此作出適應(yīng)性的反應(yīng)；高濃度的化感物質(zhì)可能表明化感作用施加者脅迫能力較強(qiáng)，因此受體植物會(huì)減緩生長(zhǎng)速率，降低生長(zhǎng)消耗，提高其存活率。不同部位浸提液對(duì)同一受體植物的不同部位（根、莖、葉）有不同的化感效應(yīng)（促進(jìn)、抑制、無(wú)影響），在本試驗(yàn)中，地上部粗提液對(duì)豚草幼苗根生長(zhǎng)促進(jìn)作用顯著高于促進(jìn)莖生長(zhǎng)，根較莖表現(xiàn)更敏感，這與劉勇等[19]和董沁方等[20]研究相符。

加拿大一枝黃花水提液的“低促高抑”效應(yīng)的生態(tài)學(xué)意義目前還并不清楚。基于植物化感作用，有研究者認(rèn)為在低水平有毒物質(zhì)作用下，不同植物體化感作用不會(huì)都呈現(xiàn)雙重效應(yīng)，植物體不可能所有性狀都會(huì)表現(xiàn)出促進(jìn)效應(yīng)。陳茂光等[23]研究表明在同一濃度下竹葉浸提液對(duì)香果樹(shù)幼苗具有“促莖抑葉”的化感效應(yīng)。紅薯葉片水浸液對(duì)稗草的化感抑制作用變化趨勢(shì)不規(guī)律，只有在高濃度0.1 g/mL 具有抑制作用，其余濃度均具有促進(jìn)作用[24]。加拿大一枝黃花提取液對(duì)東海原甲藻生長(zhǎng)表現(xiàn)為抑制作用，且隨水提液濃度增加而增強(qiáng)[25]。因此，植物體總的適合性不大可能會(huì)得到提高，但是“低促高抑”效應(yīng)至少存在于植物生活史中某一階段，并且表現(xiàn)出對(duì)某一方面的適應(yīng)性。

本文通過(guò)研究加拿大一枝黃花粗浸提液對(duì)豚草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，闡明了加拿大一枝黃花抑制豚草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的化感作用機(jī)制（粗提液濃度閾值），呈現(xiàn)顯著的“低促高抑”效應(yīng)，但是植物的化感作用機(jī)制是一個(gè)十分復(fù)雜的生理生化過(guò)程，需進(jìn)一步探索。