入侵程度對日本菟絲子和小葉女貞生長及生理代謝的影響

陳 瑩，蘭 芳，劉金平，萬其松，劉亞西

（西華師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，四川南充 637009）

小葉女貞（Ligustrum quihoui）為木犀科（Oleace?ae）女貞屬常綠多年生灌木，是被廣泛作為綠籬和球灌栽植的園林樹種[1]；其萌枝力強(qiáng)、耐修剪且成型快，是植物造型的優(yōu)良材料[2]。因需定期修剪維持造型的完整性和觀賞性，小葉女貞新枝和新葉占比大，且冠層密度高，是日本菟絲子的主要或常見寄主。日本菟絲子（Cuscuta japonica）為旋花科（Con?volvulaceae）菟絲子屬1年生專性全寄生纏繞草本植物，又名無根藤、金燈藤和無娘藤，俗稱“植物吸血鬼”和“催命絞索”，是世界性的入侵物種和惡性寄生雜草，被列為我國檢疫性有害生物[3-5]。菟絲子入侵可抑制小葉女貞的生長發(fā)育，造成小葉女貞長勢衰弱、再生停滯、抗性降低和易感病，嚴(yán)重威脅小葉女貞壽命，并影響其觀賞價(jià)值。

筆者觀察發(fā)現(xiàn)，城市熱島效應(yīng)、較封閉的環(huán)境條件和人工植物栽植模式可加快日本菟絲子的生長速度和種子發(fā)育，使其種子成熟早、數(shù)量多；相對封閉的水熱循環(huán)空間加速種子的風(fēng)播、鳥播與雨水漂移傳播；小葉女貞綠籬需定期修剪，共用綠化機(jī)具的清理、消毒常有不到位的情況發(fā)生，加速日本菟絲子的入侵和擴(kuò)散，導(dǎo)致小葉女貞綠籬發(fā)病率較高，為城市森林建設(shè)和綠地系統(tǒng)健康運(yùn)轉(zhuǎn)帶來風(fēng)險(xiǎn)。

對于日本菟絲子的寄主種類、侵害方式、危害程度及防治方法已進(jìn)行了大量研究[6-14]，尤其是關(guān)于日本菟絲子化學(xué)防治的藥劑選擇、藥效評價(jià)及防除效果的研究[10-12]。寄生植物對寄主植物的攻擊性和選擇性及寄主植物對寄生植物的抵御性和適應(yīng)性均會影響藥劑對寄生植物的防效和對寄主植物的藥害。對日本菟絲子的入侵量及小葉女貞的生長情況進(jìn)行研究，是合理選擇除草劑、提高防效和降低藥害的前提。

寄生植物可改變植物群落的生物量、組成結(jié)構(gòu)和動態(tài)，對寄主植物的生理、形態(tài)及生長發(fā)育造成影響[15-16]。本研究在調(diào)查日本菟絲子對小葉女貞綠籬入侵的基礎(chǔ)上，將日本菟絲子入侵劃分為4 個嚴(yán)重度，測定不同入侵程度下日本菟絲子的侵染密度、侵染深度和莖性狀，小葉女貞綠籬的枝條密度、莖葉受害率及新葉新莖分化數(shù)量，兩種植物體內(nèi)可溶性糖（SS）、蔗糖（SU）、淀粉（ST）和丙酮酸（PA）含量及硝酸還原酶（NR）活性，分析日本菟絲子入侵程度對自身及寄主植物生長及生理代謝的影響，探究寄生植物與寄主植物間的關(guān)系，以期為日本菟絲子危害度評估、高防效低藥害除草劑選擇及除草劑對日本菟絲子防效和小葉女貞藥害的評價(jià)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在西華師范大學(xué)華鳳校區(qū)梓州路（107°07′E，30°45′N）進(jìn)行。該地屬典型亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年均日照時長1 266.7 h，年均降水量1 020.8 mm，年均氣溫17.4 ℃，最高氣溫40.1 ℃，最低氣溫-2.8 ℃，年均相對濕度80%，年均有霜期13.7 天；土壤為紫色土，pH值6.6。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2001年栽植于單一行道樹秋楓（Bischofia javanica）下的單一小葉女貞綠籬，每年定期修剪，長勢基本一致，綠籬高（1.21 ± 0.15）m、寬（0.82± 0.15）m、長182.62 m；2018年開始被日本菟絲子侵染。

1.3 指標(biāo)測定

將綠籬劃分為3個樣段，每段約（60.00±0.50）m。2019 — 2021年，每年3月底進(jìn)行修剪；每年5月為日本菟絲子的生長旺盛期，選擇該時段調(diào)查日本菟絲子入侵綠籬的長度，取平均值，計(jì)算入侵率（%）和增加率（%）。

按布氏法（Braun-Blanquet），依據(jù)日本菟絲子投影蓋度，將其入侵劃分為4個嚴(yán)重度，分別為輕度（<10%）、中度（10%≤～30%）、重度（30%≤～50%）和超重度（>50%），計(jì)算嚴(yán)重度占比（%）。

2021年5月，分別在4 個嚴(yán)重度上，隨機(jī)測量日本菟絲子分布與小葉女貞綠籬表面的最遠(yuǎn)距離，重復(fù)10 次，取平均值為侵染深度。隨機(jī)設(shè)置5 個20 cm×20 cm×20 cm 樣方，統(tǒng)計(jì)綠籬表層日本菟絲子枝條數(shù)，計(jì)算單位體積枝條數(shù)，取平均值為侵染密度；拉取完整莖各5條，測量莖長、莖粗和吸器直徑，統(tǒng)計(jì)分枝數(shù)和吸器數(shù)。統(tǒng)計(jì)綠籬表層小葉女貞枝條數(shù)（長度> 1 cm 的芽），計(jì)算單位體積枝條數(shù)，取平均值為枝條密度。以小葉女貞老葉退綠或邊緣紅褐色、新葉黃化或干枯、頂芽褐化或干枯、幼莖矮縮或細(xì)弱為傷害表現(xiàn)，計(jì)算受害次數(shù)占總次數(shù)的比例為傷害率，隨機(jī)50次，取平均值。統(tǒng)計(jì)分化形成、未完全展開的小葉女貞新葉數(shù)和新芽（長度≤1 cm的芽）數(shù)。

在每個樣段，隨機(jī)選取小葉女貞成熟葉10片和日本菟絲子5 cm長莖中段10段，沖洗、研磨處理后，采用蘇州格銳思生物科技有限公司生產(chǎn)的試劑盒，測定SS、SU、ST和PA含量及NR活性等代謝指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA）和多重比較（SNK檢驗(yàn)），采用Duncan法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 日本菟絲子的入侵率及嚴(yán)重度

日本菟絲子對小葉女貞綠籬的入侵率和增長率均逐年極顯著增加（P< 0.01）（表1）。2021年的入侵率（28.64%）分別為2020 和2019年的2.96 和7.58 倍；2021年的增長率（196.17%）為2020年的1.26倍。年份對入侵率的影響大于增長率。

表1 日本菟絲子入侵率、增長率和嚴(yán)重度占比Tab.1 Invaded rates,growth rates and proportions of severities of C.japonica

不同年份間，輕度占比差異顯著（P< 0.05），其他嚴(yán)重度占比均差異極顯著（P<0.01）。年份對超重度占比的影響最大，其次為中度占比。重度占比逐年極顯著增加（P< 0.01）；超重度占比在2020年最高；輕度和中度占比均在2019年最高。同一年份不同嚴(yán)重度占比間均差異顯著（P<0.05）；重度占比在3個年份中均最高。

2.2 嚴(yán)重度對日本菟絲子侵染和莖性狀的影響

嚴(yán)重度極顯著影響日本菟絲子對小葉女貞綠籬的侵染深度和侵染密度（P< 0.01）（表2）。隨嚴(yán)重度增加，侵染深度極顯著降低（P<0.01），侵染密度極顯著增加（P<0.01）；輕度時的侵染深度分別為中度、重度和超重度的1.23、1.49 和1.88 倍；超重度時的侵染密度分別為輕度、中度和重度的4.55、2.24和1.31 倍。表明隨日本菟絲子入侵嚴(yán)重度增加，其莖在小葉女貞綠籬上的分布趨于表面化，分布區(qū)域的枝條密度增加，種內(nèi)競爭變強(qiáng)。嚴(yán)重度對日本菟絲子侵染密度的影響大于侵染深度，表現(xiàn)出逃離或覓養(yǎng)特征。

表2 嚴(yán)重度對日本菟絲子生長的影響Tab.2 Effects of severity on growth of C.japonica

嚴(yán)重度極顯著影響寄生于小葉女貞綠籬的日本菟絲子莖性狀（P<0.01），影響力表現(xiàn)為分枝數(shù)>吸器數(shù)>莖長>莖粗>吸器直徑。隨嚴(yán)重度增加，分枝數(shù)極顯著增加（P<0.01），莖則變細(xì)，莖長、吸器數(shù)和吸器直徑均呈先增后減的趨勢。莖在中、重度時極顯著增長（P< 0.01），超重度時極顯著縮短（P<0.01）。吸器數(shù)和吸器直徑在中度時最大，極顯著高于其他嚴(yán)重度（P<0.01）。日本菟絲子可根據(jù)嚴(yán)重度和侵染密度，通過降低莖粗，增加分枝數(shù)，調(diào)整莖長、吸器數(shù)和吸器直徑，進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。

2.3 嚴(yán)重度對小葉女貞綠籬的影響

嚴(yán)重度極顯著影響小葉女貞綠籬的枝條密度、新葉數(shù)和新芽數(shù)（P<0.01），影響力表現(xiàn)為新葉數(shù)>新芽數(shù)> 枝條密度（表3）。隨嚴(yán)重度增加，枝條密度、新葉數(shù)和新芽數(shù)均極顯著減少（P<0.01）；重度時的枝條密度、新葉數(shù)和新芽數(shù)分別為輕度時的67.60%、37.19%和23.69%，超重度時分別為輕度時的35.71%、5.50%和8.05%。日本菟絲子通過影響小葉女貞新芽萌發(fā)和新葉分化降低綠籬的枝條密度。

表3 嚴(yán)重度對小葉女貞生長的影響Tab.3 Effects of severity on growh of L.quihoui

嚴(yán)重度極顯著影響小葉女貞綠籬的老葉、新葉、頂芽和幼莖（P<0.01），影響力表現(xiàn)為幼莖>新葉>老葉>頂芽。隨嚴(yán)重度增加，老葉、新葉、頂芽和幼莖的傷害率均極顯著增加（P<0.01）。輕、中度主要傷害新葉和幼莖，對老葉傷害較?。恢囟燃铀賹先~、新葉、頂芽和幼莖的傷害；超重度時，小葉女貞綠籬的生長和再生能力全面受限。

2.4 嚴(yán)重度對日本菟絲子生理代謝的影響

嚴(yán)重度極顯著影響日本菟絲子的生理代謝（P< 0.01），影響力表現(xiàn)為ST > PA > SU > SS > NR（表4）。隨嚴(yán)重度增加，日本菟絲子莖中的SS、SU和ST 含量及NR 活性均呈下降趨勢，PA 含量呈先增后減的趨勢。輕度和中度時，莖中的SS、SU、ST 和PA含量及NR活性均差異不顯著；其中，SS、SU和ST含量及NR 活性均極顯著高于重度和超重度（P<0.01）。重度時，莖中的PA 含量極顯著高于其他嚴(yán)重度（P<0.01），SS、SU 和ST 含量及NR 活性均極顯著高于超重度（P< 0.01）。超重度時，莖中的SS、SU、ST和PA含量及NR活性均最低。

表4 嚴(yán)重度對日本菟絲子代謝指標(biāo)的影響Tab.4 Effects of severity on metabolic indexes of C.japonica

2.5 嚴(yán)重度對小葉女貞生理代謝的影響

嚴(yán)重度極顯著影響小葉女貞的生理代謝（P<0.01），影響力表現(xiàn)為NR>SS>SU>ST>PA（表5）。隨嚴(yán)重度增加，小葉女貞葉中的ST含量降低，SS、SU和PA 含量及NR 活性均呈先增后減的趨勢。輕度時，葉中的ST 含量極顯著高于其他嚴(yán)重度（P<0.01）；中度時，葉中的PA 含量和NR 活性均極顯著高于其他嚴(yán)重度（P<0.01）；重度時，葉中的SS和SU含量均極顯著高于其他嚴(yán)重度（P< 0.01）；超重度時，葉中的SS、SU、ST和PA含量及NR活性均最低。

表5 嚴(yán)重度對小葉女貞代謝指標(biāo)的影響Tab.5 Effects of severity on metabolic indexes of L.quihoui

3 討論與結(jié)論

日本菟絲子為生長快、傳播易、生命力強(qiáng)、適應(yīng)性廣、危害性大和難防治的廣寄生植物，其分布格局、侵入量和危害方式受寄主特性的影響[17]。小葉女貞綠籬栽植密度高、冠幅大，滿足日本菟絲子初侵喜蔭的要求。對綠籬日常的修剪養(yǎng)護(hù)使綠籬內(nèi)部濕度大，滿足日本菟絲子入侵后喜濕的要求。春季亞熱帶地區(qū)> 27 ℃的高溫、高濕生境，滿足日本菟絲子快速生長和定向拓展的要求。寄生植物與寄主植物相互選擇[15]，小葉女貞成為日本菟絲子的主要寄主。本研究結(jié)果顯示，隨入侵程度增加，日本菟絲子的侵染密度增加，侵染深度減少，趨于覆蓋綠籬表層。日本菟絲子覆蓋綠籬表層，直接影響小葉女貞的光合作用，致其營養(yǎng)不良，限制其莖、葉分化和生長。

小葉女貞應(yīng)對生境脅迫時，將氮優(yōu)先供應(yīng)到幼嫩部位，其幼葉、幼莖和頂芽具有細(xì)長、柔弱的特點(diǎn)，這些部位的含氮量較高且皮層變薄[18]，抗性和抵御力下降，成為日本菟絲子優(yōu)先侵染的部位。日本菟絲子影響寄主的光合作用和分生能力[19]，加之定向向表層拓展侵染幼葉、幼莖的習(xí)性，導(dǎo)致小葉女貞的新葉、幼莖最先受害且受害率較高。寄生植物和寄主植物的基礎(chǔ)代謝過程相同，寄主對寄生植物防御抵抗的物質(zhì)能量消耗影響寄主自身的吸收和同化能力。隨入侵程度增加，日本菟絲子對水分和養(yǎng)分的需求增加，重度侵染快速加劇老葉傷害率。新葉黃化或干枯、頂芽褐化或干枯，致使小葉女貞再生能力下降，進(jìn)而枝梢干枯，枝條密度降低，影響綠籬的結(jié)構(gòu)和功能。

日本菟絲子可依據(jù)小葉女貞受害程度進(jìn)行自身調(diào)節(jié)。輕、中度入侵下，通過增加莖粗、吸器直徑和吸器數(shù)量，強(qiáng)化對小葉女貞?zhàn)B分的掠奪，為生長和繁殖奠定基礎(chǔ)。隨入侵程度增加，小葉女貞各部分傷害率極顯著升高，生產(chǎn)能力和供養(yǎng)能力下降；日本菟絲子則降低吸器直徑和吸器數(shù)量，增加分枝數(shù)，表現(xiàn)出典型的覓食和自疏特點(diǎn)，降低或避免種內(nèi)競爭。寄生植物影響寄主群落的非植物有機(jī)體[15]，菟絲子重度入侵可引發(fā)小葉女貞被真菌感染，出現(xiàn)葉斑病、銹病等伴生病害，寄主資源的有機(jī)體競爭可限制日本菟絲子生長。

可溶性糖是光合產(chǎn)物暫時貯藏和運(yùn)輸?shù)闹饕问?，與植物呼吸作用和抗性密切相關(guān)[20]，蔗糖是可溶性糖在各器官分配和運(yùn)輸?shù)闹饕问?，淀粉積累依賴于高濃度的蔗糖[21]。小葉女貞通過降低儲存態(tài)淀粉、增加運(yùn)輸態(tài)蔗糖，優(yōu)先滿足滲透壓和呼吸作用對可溶性糖的需要，快速提升糖代謝中間產(chǎn)物丙酮酸的含量和氮代謝促進(jìn)酶硝酸還原酶的活性，以應(yīng)對或降低日本菟絲子引起的傷害，與其他脅迫研究結(jié)果相似[22-23]。重度入侵下，小葉女貞的丙酮酸含量和硝酸還原酶活性下降，說明該入侵程度超過了小葉女貞的抵御能力，超重度入侵下小葉女貞的糖代謝、氮代謝和呼吸作用均急劇降低。入侵對小葉女貞生理代謝的抑制增加了日本菟絲子獲取營養(yǎng)的難度，在重度和超重度入侵下，日本菟絲子的糖分含量和硝酸還原酶活性均極顯著降低。日本菟絲子入侵不僅影響小葉女貞生長、分生、再生及生理代謝，也影響日本菟絲子莖和吸器性狀及生理代謝，改變?nèi)毡据私z子對小葉女貞綠籬的侵染深度和侵染密度，反映出寄主健康狀態(tài)影響寄生植物的生長發(fā)育、侵染方式及代謝水平，寄生植物入侵程度影響寄生植物對寄主植物的危害方式和危害度。后續(xù)需重點(diǎn)關(guān)注日本菟絲子和小葉女貞綠籬寄生關(guān)系的平衡、寄生植物避免種內(nèi)競爭的途徑、伴生病害與寄生植物對寄主的協(xié)同危害及相互競爭等問題。

小葉女貞綠籬是日本菟絲子的理想寄主，年入侵增長率超過150%，需早發(fā)現(xiàn)早防治。日本菟絲子可根據(jù)入侵程度對侵染深度和侵染密度進(jìn)行調(diào)節(jié)，入侵程度越高，越趨表層分布；可通過增加分枝數(shù)，降低莖粗，調(diào)節(jié)吸器數(shù)量及直徑，進(jìn)行覓養(yǎng)拓展，避免種內(nèi)競爭。日本菟絲子入侵直接影響小葉女貞新葉、新莖的形成和生長及枝條密度，首先侵害幼莖、頂芽和新葉，重度才引起老葉傷害。入侵極顯著影響小葉女貞和日本菟絲子的生理代謝，重度以上入侵會造成不可逆的傷害。防治日本菟絲子時，可依老葉傷害率判斷受害程度；可依侵染深度決定施藥部位和施藥方式，侵染越重，除草劑施藥部位應(yīng)越趨表面。