蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭的化感作用

楊 柳，王新宇，張 航，張廷秀，楊成君

（東北林業(yè)大學林學院，哈爾濱 150040）

0 引言

蒙古櫟樹(Quercus mongolica)為殼斗科櫟屬落葉喬木。國家二級保護樹種，是東北次生落葉闊葉林的主要組成樹種[1-3]。蒙古櫟廣泛分布在北美至中美及南美北部、亞歐及周圍地區(qū)[4]。在中國主要分布于東北、華北和西北各地，華中地區(qū)也有小范圍分布[5]。蒙古櫟喜光、耐嚴寒且耐干旱性強，對于酸至中性的土壤均可適應(yīng)[6]。蒙古櫟是營造防風林、防火林、水源涵養(yǎng)林的優(yōu)良樹種，也常作為觀賞樹種而被廣泛應(yīng)用于城市的綠化中[7]，對國民經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境都具有很高的價值。蒙古櫟樹的根蘗繁殖和適應(yīng)能力強，能夠影響植物多樣性，其林下及其周圍少有其他植物能夠健康生長。目前對于蒙古櫟的研究集中在林分結(jié)構(gòu)、林分撫育[8]、生理生態(tài)特性[9]、凋落物分解[10]等方面，有關(guān)蒙古櫟化感作用的研究很少。二月蘭廣泛分布于國內(nèi)東北及華北地區(qū)，常為野生狀態(tài)，適應(yīng)性和自播能力強，少有病蟲害，常作為園林陰處或林下植被。二月蘭對環(huán)境要求低，可適應(yīng)中性或弱堿性土壤，在陰濕環(huán)境中也能正常生長、開花、結(jié)實。綜合考慮二月蘭的生長性狀后，選擇其作為研究蒙古櫟枯葉化感作用的受體植物。

化感作用(allelopathy)是指植物在生長發(fā)育的過程中，一種植物通過淋溶、根系分泌、揮發(fā)和植物分解等多種方式向周圍環(huán)境中釋放化感活性物質(zhì)，進而影響自身或鄰近有機體（受體）生長和發(fā)育的化學生態(tài)學現(xiàn)象[11]。化感現(xiàn)象廣泛存在于植物界中，如禾本科、豆科和十字花科等都具有化感作用[12]，因此化感作用對生態(tài)系統(tǒng)有著重要的影響[13]。通常使用植物器官的浸提液處理其他植物，從而探究化感效應(yīng)，推斷是否具有化感活性物質(zhì)[14-15]。如麻櫟枯落物水提液對火炬樹種子發(fā)芽率具有抑制作用[16]；英國櫟和輻射松的枯落物可產(chǎn)生CO2和甲烷氣體，這對植物生長產(chǎn)生明顯的抑制作用，影響植物種子的萌發(fā)[17]；核桃鮮葉揮發(fā)的物質(zhì)明顯抑制小麥和黃瓜種子的萌發(fā)[18]；香樟凋落葉分解會對矮牽牛的生長產(chǎn)生影響[19]。筆者以蒙古櫟枯葉為對象，以二月蘭為受體植物，研究不同的濃度梯度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以明確蒙古櫟樹對二月蘭的化感方向及化感效應(yīng)，為合理定制種植模式提供實驗依據(jù)，同時改善蒙古櫟樹林下植被稀少、生物多樣性低等問題，充分發(fā)揮蒙古櫟樹的利用價值，為其在造林中的合理應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為生長良好、無病蟲害且長勢大致相同的蒙古櫟樹植株的枯葉，采集于哈爾濱市東北林業(yè)大學主樓前。2019年12月從主樓前取蒙古櫟枯葉帶回實驗室，沖洗干凈，在通風處陰干，裝袋密封，貯藏備用。受體材料選擇粒大飽滿的二月蘭種子，于2019年9月采集于東北林業(yè)大學校園內(nèi)。裝袋避光保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗方法

1.2.1 蒙古櫟枯葉水浸提液的制備 準確稱取100 g健康的蒙古櫟枯葉用粉碎機粉碎成粉末，放入1500 mL錐形瓶中，加入1000 mL無菌水，在室溫下浸泡48 h（期間每隔12 h搖動5 min）。所得溶液用4層紗布過濾，將濾液收集到離心管內(nèi)，4000 r/min離心10 min，然后將上層清液吸出，得到濃度為0.10 g/mL的母液，保存在冰箱4℃條件下備用。試驗前將粗提液分別用無菌水配制成0.10、0.08、0.06、0.04、0.02 g/mL濃度梯度處理組，以蒸餾水為對照。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗 選取籽粒飽滿、大小均勻的二月蘭種子，用濃度為75%的乙醇消毒3 min，再用無菌水沖洗3～5次，將種子用無菌濾紙瀝干水備用。將處理好的二月蘭種子均勻放置在墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿中放30粒均勻一致的種子，每個處理3次重復(fù)，分別定量加入5 mL不同濃度的蒙古櫟枯葉水浸提液，同一濃度重復(fù)3次，以蒸餾水為對照[20]，置于(25±1)℃的培養(yǎng)箱中進行種子發(fā)芽試驗，光周期條件為16 h光照和8 h黑暗。依據(jù)濾紙濕度情況，每1～2天補充相應(yīng)濃度的處理液，保持濾紙濕潤。每天觀察記錄種子發(fā)芽數(shù)，標準為胚根突出種皮的長度為種子長度的一半，待種子發(fā)芽恒定后（5天內(nèi)不再有新種子萌發(fā)）統(tǒng)計發(fā)芽總數(shù)。試驗結(jié)束時用刻度尺測量萌發(fā)后的根長、苗長，每個處理隨機測量5株，求得平均值，最后分析其化感綜合效應(yīng)。通過采用Williamson提出化感響應(yīng)敏感指數(shù)(RI)衡量化感作用指標[式(4)]，化感綜合效應(yīng)(SE)為各項化感效應(yīng)指數(shù)的算術(shù)平均值[21]。

式中，C是對照值，T是處理值，RI是化感作用的強度，正向是促進效應(yīng)，負向是抑制，其絕對值反映了化感作用的強度。

1.2.3 試驗的試劑與儀器 研究中所使用到的主要試劑有蒸餾水、75%的乙醇。儀器包括萬能粉碎機、離心機、恒溫震蕩搖床、100目篩。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計，運用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和鄧肯法比較，顯著性水平設(shè)定為a=0.05，運用Microsoft Excel 2003作圖。

2 結(jié)果與分析

由圖1～2可知，不同濃度梯度的蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭種子發(fā)芽率整體的表現(xiàn)為抑制作用，并表現(xiàn)出明顯的濃度效應(yīng)。表1分析表明，在濃度為0.02、0.04 g/mL時對種子發(fā)芽率表現(xiàn)出輕微的抑制作用，分別比對照組降低了2.2%、11.1%，與對照組相比抑制作用不顯著(P＞0.05)。在濃度為0.06、0.08、0.10 g/mL時，分別比對照組降低了23.2%、36.7%、65.6%，且與對照相比差異顯著(P＜0.05)。由化感效應(yīng)指數(shù)結(jié)果也可看出，水提液濃度增加，化感效應(yīng)指數(shù)不斷減小，表現(xiàn)為抑制作用。

圖1 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭發(fā)芽率的影響

圖2 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭種子萌發(fā)的影響的對比

由圖3可知，枯葉水浸提液處理組二月蘭種子的發(fā)芽勢均低于對照組，且隨著水浸提液濃度的逐漸提升，二月蘭種子的發(fā)芽勢逐漸降低。說明在發(fā)芽初期，隨著蒙古櫟枯葉水浸提液的濃度逐漸增大，抑制作用逐漸加強。表1分析表明，枯葉水浸提液處理二月蘭發(fā)芽勢分別比對照組降低了29.9%、71.3%、79.3%、95.4%和100%，與對照組差異顯著(P＜0.05)。由化感效應(yīng)指數(shù)結(jié)果也可看出，水浸提液濃度增加，化感效應(yīng)指數(shù)不斷減小，在濃度為0.10 g/mL時，化感效應(yīng)指數(shù)達到了-1.00，抑制作用最強。

表1 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭種子萌發(fā)的影響

圖3 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭發(fā)芽勢的影響

由圖4可知，不同濃度梯度的蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭種子發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)為抑制作用，并表現(xiàn)出明顯的濃度效應(yīng)，即隨著濃度的升高，其發(fā)芽指數(shù)不斷降低，呈負相關(guān)關(guān)系。表1分析表明，在濃度為0.02 g/mL時枯葉水浸提液對種子發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)出輕微的抑制作用，比對照組降低了13.8%，與對照組相比抑制作用不顯著(P＞0.05)。在濃度為 0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL時，分別比對照組降低了44.9%、59.8%、75.5%、92.9%，且與對照相比差異顯著(P＜0.05)。由化感效應(yīng)指數(shù)結(jié)果也可看出，枯葉水浸提液濃度增加，化感效應(yīng)指數(shù)不斷減小，表現(xiàn)為抑制作用。

圖4 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭發(fā)芽指數(shù)的影響

圖5 結(jié)果表明，水浸提液對二月蘭種子根長的影響存在濃度效應(yīng)。隨著水浸提液質(zhì)量濃度的增加，二月蘭種子的根長整體表現(xiàn)出降低的趨勢，且當濃度達到最大0.10 g/mL時，根長為0.00，種子僅處于發(fā)芽初始狀態(tài)。由表2分析可知，在水浸提液濃度為0.02 g/mL時，根長比對照組降低了5.76%，與對照相比不顯著(P＞0.05)；水浸提液濃度為0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL時，分別比對照組降低了41.0%、79.1%、87.1%、100%，各濃度間差異顯著(P＜0.05)。水浸提液處理組在濃度為0.10 g/mL時化感指數(shù)最高為-1.00。二月蘭種子根長對蒙古櫟枯葉水浸提液濃度變化比較敏感，表現(xiàn)出了明顯的抑制效果。

圖5 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭根長的影響

表2 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭幼苗生長的影響

由圖6可知，不同濃度的蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭苗長表現(xiàn)出低濃度促進、高濃度抑制的作用。分析表2可知，水浸提液在0.02、0.04 g/mL濃度下對幼苗苗長生長有促進作用，相比于對照組的苗長增加了28.3%和18.9%；當水浸提液濃度達到0.06、0.08、0.10 g/mL時，對苗長的生長產(chǎn)生抑制作用，與對照組相比降低了4.7%、51.2%、100%。隨著濃度的增加，化感作用不斷增強，濃度為0.10 g/mL時，化感指數(shù)為-1.00，種子僅處于發(fā)芽初始狀態(tài)，抑制作用極顯著(P＜0.05)。

圖6 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭苗長的影響

采用發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、根長、苗長5個指標的化感效應(yīng)指數(shù)計算蒙古櫟枯葉水浸液對二月蘭種子的化感綜合效應(yīng)(SE)。由圖7可知，化感綜合效應(yīng)均為負值，且隨著濃度的升高，絕對值變大，因此蒙古櫟枯葉水浸液對二月蘭種子的影響均表現(xiàn)為抑制作用，且表現(xiàn)出明顯的濃度效應(yīng)。

圖7 不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭的化感綜合效應(yīng)

3 結(jié)論

試驗采用培養(yǎng)皿濾紙法，對二月蘭種子在不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液處理后的化感作用做了初步研究。發(fā)現(xiàn)處理后的二月蘭種子無論是在種子萌發(fā)及幼苗生長上都受到了不同程度的影響，且不同濃度的蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭存有不同程度的化感作用，具有濃度效應(yīng)。二月蘭種子萌發(fā)方面，不同濃度梯度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)整體表現(xiàn)為抑制作用，它可以降低二月蘭種子的發(fā)芽率，影響發(fā)芽整齊度，抑制根長和苗長的增長。當濃度為0.02 g/mL時，蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭的抑制作用不顯著，隨著濃度的增加，抑制作用增強，當濃度＞0.02 g/mL時抑制作用顯著，濃度最高時化感作用最強。在幼苗生長方面，各處理組蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭種子根長生長均有抑制作用，當濃度＞0.02 g/mL時化感作用達到顯著水平。而蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭苗長的生長表現(xiàn)出“低促高抑”的效果，水浸提液在0.02、0.04 g/mL濃度下對幼苗苗長生長有促進作用；當水浸提液濃度達到0.06、0.08、0.10 g/mL時，對苗長的生長產(chǎn)生抑制作用，且隨著濃度的增加，化感作用不斷增強；濃度為0.10 g/mL時，根長、苗長的化感指數(shù)均為-1，種子僅處于發(fā)芽初始狀態(tài)，抑制作用極顯著。不同濃度蒙古櫟枯葉水浸提液對二月蘭的化感綜合效應(yīng)值為負值，且表現(xiàn)出明顯的濃度效應(yīng)。

4 討論

化感作用是植物在生態(tài)系統(tǒng)中的一種競爭方式，植物產(chǎn)生的分泌物影響受體植物的種子萌發(fā)和幼苗生長，進而形成了種間競爭關(guān)系[22]。通過有機溶劑浸提植物器官或組織來驗證化感潛力的方法嚴格來說是不科學的，植物在自然生長環(huán)境中，水作為溶劑將植物中的化學物質(zhì)通過淋溶作用溶解于土壤等環(huán)境中[23]，化感物質(zhì)在水中的飽和溶解度是植物所能釋放的最高濃度。因此本研究選用水浸提液設(shè)計化感驗證實驗，這與趙勇等[24-28]選用的方法一致。

植物通過向周圍環(huán)境釋放化感活性物質(zhì)，影響種子萌發(fā)及幼苗生長發(fā)育的程度被視為衡量化感效應(yīng)強弱的重要指標[29-31]。本研究結(jié)果表明，蒙古櫟枯葉的水浸提液對二月蘭的化感作用是隨濃度變化而變化的，具有一定的濃度效應(yīng)。說明蒙古櫟枯葉中存在抑制種子萌發(fā)的物質(zhì)，影響種子的正常生理進程。

國內(nèi)森林資源總量豐富，森林經(jīng)營是林業(yè)建設(shè)的重要方式[32]，不正常、不健康的森林經(jīng)營方式會對森林生態(tài)系統(tǒng)有負面作用。植物間的化感抑制作用常會對森林經(jīng)營產(chǎn)生干擾。故而對蒙古櫟枯葉水浸提濃度梯度進行研究，較好地模擬自然條件下蒙古櫟樹對受體植物的化感作用。但是筆者僅從種子萌發(fā)和幼苗生長階段對蒙古櫟枯葉的化感作用作了初步研究，后期將會對生理指標及成分進行測定，進而更加全面地探討蒙古櫟樹的化感方向，為其在造林中的合理應(yīng)用提供參考。