草地早熟禾對丁香園裸地或麥冬土壤浸提液的響應(yīng)

許志宇，季聯(lián)琦，郭繼承，梁銀萍，3，高文俊，3，許慶方，3

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院，山西 太谷 030801；2.北京綠京華生態(tài)園林股份有限公司，北京 102209；3.草地生態(tài)保護(hù)與鄉(xiāng)土草種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點實驗室，山西 太谷 030801）

植物化感作用（allelopathy）[1]是自然界普遍存在的一種現(xiàn)象[2]。植物化感作用在雜草防除、作物生產(chǎn)、病蟲防治、生物入侵等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。李善魁等[3]研究表明，圓柏（Sabina chinensis）具有良好的抑草活性，對作物影響較小。LI等[4]研究表明，艾蒿具有良好的除草活性，且不會對大田作物產(chǎn)生不利影響。高玉蓮等[5]研究表明，瑞香狼毒（Stellera chamaejasme）提取液低濃度處理促進(jìn)了高粱（Sorghum bicolor）、燕麥（Avena sativa）的根長和莖長。ISTIANTO等[6]研究表明，香茅油可減輕山竹（Garcinia mangostanaL.）果薊馬所致的疤痕癥狀和控制螞蟻對山竹的攻擊。吳娜[7]研究表明，不同濃度加拿大一枝黃花（Solidago canadensisL.）的根系分泌物——咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯對立枯絲核菌和西瓜枯萎病菌都有顯著的抑制作用。鄧麗麗等[8]研究表明，紅薯（Ipomoea batatas）水提物對入侵雜草喜旱蓮子草（Alternanthera philoxeroides）具有一定的化感抑制作用。目前，對園林植物化感作用的研究較少[9]，園林植物配置中存在設(shè)計感不強(qiáng)、層次感不高、缺乏獨特性和生物間的相互關(guān)系考慮不全面等多種問題[10-11]，因此，園林植物化感作用的研究有助于園林植物的合理搭配，對構(gòu)建人工植物群落具有重要意義[12]。

丁香（Syzygium aromaticum）屬木犀科丁香屬落葉灌木或小喬木，原產(chǎn)于我國華北地區(qū)，具有極高的觀賞價值，是一種優(yōu)良的園林植物，具有較高的觀賞價值，被廣泛種植于世界各地[13]。在園林植物配置中，丁香常列植于草坪中。麥冬（Ophiopogon japonicus）和草地早熟禾（Poa pratensisL.）是北方城市綠地常見草本植物[14]。針對山西農(nóng)業(yè)大學(xué)太谷校區(qū)內(nèi)草地早熟禾在丁香樹下不能正常生長，而麥冬能夠較好生長的現(xiàn)象，本研究以丁香園裸地土壤和丁香園麥冬土壤為試驗材料，研究未滅菌或滅菌的丁香園裸地和丁香園麥冬土壤浸提液對草地早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長及生理生化指標(biāo)的影響，以期探究丁香的化感作用、麥冬土壤的緩解效應(yīng)，為園林植物配置提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試丁香園裸地土壤與丁香園麥冬土壤均采集于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)太谷校區(qū)校園內(nèi)。受體材料肯塔基草地早熟禾種子采購于北京正道種業(yè)有限公司。

1.2 試驗方法

試驗于2020年5—12月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)舊動科樓實驗室內(nèi)進(jìn)行。

1.2.1 土壤浸提液的制備 參考袁文雅等[15]的方法，以距丁香樹樹干0.5、1.0、1.5 m為半徑的圓上隨機(jī)各取3個點，用土鉆取表層土壤（0～20 cm），以同樣的方法取丁香園麥冬土壤。土樣均勻混合，裝入牛皮袋，自然風(fēng)干過0.42 mm篩。取250 g土樣，加入無菌水250 mL，150 r/min振蕩60 min，先用濾紙過濾，再以0.45μm濾膜過濾，得1 g/mL土壤浸提液，然后稀釋成0.1、0.2、0.4、0.8 g/mL，共5種質(zhì)量濃度，分別進(jìn)行滅菌和不滅菌處理，得到未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液（L）、滅菌的丁香園裸地土壤浸提液（L'）、未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液（M）、滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液（M'），于4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 種子發(fā)芽試驗 采用培養(yǎng)皿濾紙法，選取健康、均一的草地早熟禾種子，用1%次氯酸鈉消毒30 min，用蒸餾水沖洗干凈，放入鋪有經(jīng)不同類型和不同質(zhì)量濃度土壤浸提液浸泡過的發(fā)芽紙的培養(yǎng)皿（13 cm×13 cm）中。每皿100粒，以蒸餾水浸泡作為對照處理，共21個處理，每個處理重復(fù)4次，置于光照培養(yǎng)箱（溫度25℃，12 h/12 h光暗周期）中隨機(jī)區(qū)組培養(yǎng)。

1.2.3 幼苗生長試驗 將草地早熟禾種子用1%次氯酸鈉消毒30 min，用蒸餾水沖洗干凈，放入鋪有2層發(fā)芽紙的培養(yǎng)皿中，每皿100粒，共21個處理，每個處理重復(fù)4次，置于光照培養(yǎng)箱中隨機(jī)區(qū)組培養(yǎng)，定時補(bǔ)充Hoagland營養(yǎng)液。待9 d出苗后，往培養(yǎng)皿中分別加入不同類型和不同質(zhì)量濃度的土壤浸提液，30 d后，對幼苗的苗長、根長、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性進(jìn)行測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

參照《草種子檢驗規(guī)程》[15]，進(jìn)行發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的測定；隨機(jī)取10株幼苗，測定其苗長和根長；丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法；分別采用氮藍(lán)四唑法、愈創(chuàng)木酚法和紫外吸收法進(jìn)行超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性測定[16]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013進(jìn) 行 數(shù) 據(jù)整 理，SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析（單因素方差分析，Duncan法進(jìn)行多重比較），Origin 2021作圖。

式中，Gt為第幾日的發(fā)芽數(shù)；Dt為發(fā)芽試驗第幾日。T≥C時，化感指數(shù)（RI）=1-C/T；T0為化感促進(jìn)，RI<0為化感抑制，絕對值越大表示化感作用越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 丁香園裸地與丁香園麥冬土壤浸提液對草地早熟禾種子萌發(fā)的影響

不同類型、不同質(zhì)量濃度土壤浸提液對草地早熟禾發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響如圖1所示。

圖1 不同類型、不同質(zhì)量濃度土壤浸提液對草地早熟禾發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.1 Effects of different types and concentrations of soil extracts on germination rate，germination potential，and germination index of Poa pratensis L.

由圖1可知，不同類型和濃度的土壤浸提液對草地早熟禾的種子萌發(fā)存在不同程度的影響。土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1、0.2、0.4 g/mL時，各處理的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均與對照無顯著差異，隨土壤浸提液質(zhì)量濃度的升高，部分類型土壤浸提液對草地早熟禾種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)產(chǎn)生抑制作用。未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.8 g/mL時，發(fā)芽率顯著低于對照（P<0.05）；滅菌的丁香園裸地土壤浸提液質(zhì)量濃度為1.0 g/mL時，發(fā)芽率顯著低于對照（P<0.05）。未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為1.0 g/mL時，發(fā)芽率顯著低于對照（P<0.05）；滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為1.0 g/mL時，發(fā)芽率顯著低于對照（P<0.05）。

2.2 丁香園裸地和丁香園麥冬土壤浸提液對草地早熟禾幼苗生長的影響

由圖2可知，不同類型和質(zhì)量濃度的土壤浸提液對草地早熟禾幼苗生長的影響不同。未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，草地早熟禾幼苗的苗長和根長較對照顯著增加（P<0.05）；當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.4 g/mL時，幼苗的根長顯著低于對照（P<0.05）；隨土壤浸提液質(zhì)量濃度的升高，幼苗受到的抑制程度加重，當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度升高到0.8 g/mL時，幼苗的苗長和根長均顯著低于對照（P<0.05）。滅菌的丁香園裸地土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.2 g/mL時，幼苗的根長較對照顯著降低（P<0.05）；隨土壤浸提液質(zhì)量濃度升高，幼苗的苗長和根長逐漸降低，當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度升高到0.4 g/mL時，幼苗的苗長和根長均顯著低于對照（P<0.05）。未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，幼苗的苗長較對照顯著增加（P<0.05）；質(zhì)量濃度升高到0.4 g/mL時，幼苗的根長受到抑制，顯著低于對照（P<0.05）；隨土壤浸提液質(zhì)量濃度升高，抑制程度加重。滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，幼苗的苗長較對照顯著降低（P<0.05）；質(zhì)量濃度升高到0.4 g/mL時，幼苗的苗長和根長較對照均顯著降低（P<0.05）；隨土壤浸提液質(zhì)量濃度升高，幼苗受到的抑制程度加重。

圖2 不同類型、不同質(zhì)量濃度土壤浸提液對草地早熟禾幼苗苗長、根長的影響Fig.2 Effects of different types and concentrations of soil extracts on seedling and root length of Poa pratensis L.

2.3 丁香園裸地和丁香園麥冬土壤浸提液對草地早熟禾幼苗細(xì)胞膜透性的影響

MDA含量是衡量細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)，其含量越高，細(xì)胞受傷害程度越嚴(yán)重。從圖3可以看出，未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，草地早熟禾幼苗MDA含量顯著低于處理（P<0.05）。滅菌的丁香園裸地土壤浸提液濃度為0.8、1.0 g/mL時，幼苗MDA含量顯著高于對照（P<0.05）。未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1、0.2 g/mL時，幼苗MDA含量顯著低于各處理（P<0.05），且質(zhì)量濃度為0.8、1.0 g/mL時，幼苗MDA含量顯著高于對照（P<0.05）。滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，幼苗MDA含量顯著低于各處理（P<0.05），且質(zhì)量濃度為1.0 g/mL時，幼苗MDA含量顯著高于對照（P<0.05）。

圖3 不同類型、不同質(zhì)量濃度土壤浸提液對草地早熟禾幼苗MDA含量的影響Fig.3 Effects of different types and concentrations of soil extracts on MDA content of Poa pratensis L.seedlings

2.4 丁香園裸地和丁香園麥冬土壤浸提液對草地早熟禾幼苗抗氧化酶活性的影響

抗氧化酶在植物清除活性氧中發(fā)揮著重要作用，其活性越高，清除活性氧的能力越強(qiáng)。由圖4可知，未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.2 g/mL時，SOD活性較對照顯著降低（P<0.05），且隨質(zhì)量濃度的升高，SOD活性逐漸降低。滅菌的丁香園裸地土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.2 g/mL時，SOD活性較對照顯著降低（P<0.05）；隨土壤浸提液質(zhì)量濃度的升高，SOD、POD、CAT活性逐漸降低，土壤浸提液質(zhì)量濃度為1.0 g/mL時，SOD、POD、CAT活性均顯著低于對照（P<0.05）。未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，SOD活性較對照顯著增加（P<0.05），土壤浸提液質(zhì)量濃度升高到1.0 g/mL時，SOD活性較對照顯著降低（P<0.05）。滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，SOD活性較對照顯著增加（P<0.05），且隨土壤浸提液質(zhì)量濃度的升高，SOD、POD、CAT活性逐漸降低，土壤浸提液質(zhì)量濃度升高到1.0 g/mL時，SOD活性較對照顯著降低（P<0.05）。

圖4 不同類型、不同質(zhì)量濃度土壤浸提液對草地早熟禾幼苗抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effects of different types and concentrations of soil extracts on antioxidant enzyme activities of Poa pratensis L.seedlings

2.5 綜合效應(yīng)分析

采用單一指標(biāo)不能準(zhǔn)確評價和量化化感效應(yīng)[17]，因此，采用草地早熟禾的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、苗長、根長、MDA含量及SOD、POD、CAT活性共9個指標(biāo)對其化感效應(yīng)進(jìn)行綜合評價。由表1可知，未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，對幼苗有化感促進(jìn)效應(yīng)，其余4個質(zhì)量濃度均表現(xiàn)為化感抑制效應(yīng)，且隨質(zhì)量濃度的升高，化感抑制作用加強(qiáng)。滅菌的丁香園裸地土壤浸提液各處理對草地早熟禾均表現(xiàn)化感抑制效應(yīng)，且質(zhì)量濃度越高，化感抑制作用越強(qiáng)。未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1、0.2 g/mL時，對草地早熟禾幼苗有化感促進(jìn)效應(yīng)，且0.1 g/mL處理下化感促進(jìn)作用更強(qiáng)。滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，對幼苗有化感促進(jìn)效應(yīng)，其余4種質(zhì)量濃度均表現(xiàn)化感抑制，且質(zhì)量濃度越高，化感抑制作用越強(qiáng)。

表1 不同類型、不同質(zhì)量濃度的土壤浸提液對草地早熟禾的化感綜合效應(yīng)Tab.1 Synthetical allelopathic effects of different types and concentrations of soil extracts on Poa pratensis L.

未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液在質(zhì)量濃度為0.2、0.4、0.8、1.0 g/mL時，對草地早熟禾幼苗的化感抑制作用均低于同質(zhì)量濃度的滅菌的丁香園裸地土壤浸提液處理。未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液在質(zhì)量濃度為0.4、0.8、1.0 g/mL時，對草地早熟禾幼苗的化感抑制作用均低于滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理。未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液在質(zhì)量濃度為0.1 g/mL時，對草地早熟禾幼苗的化感促進(jìn)作用低于未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理，質(zhì)量濃度為0.2 g/mL時，未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液對草地早熟禾幼苗有化感抑制作用，而未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液對草地早熟禾幼苗有化感促進(jìn)作用。滅菌的丁香園裸地土壤浸提液在質(zhì)量濃度為0.2、0.4、0.8、1.0 g/mL時，對草地早熟禾幼苗的化感抑制作用均高于未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理。

3 結(jié)論與討論

化感作用在自然界中廣泛存在，是植物生存競爭的主要方式之一[19-20]。植物在生長過程中對鄰近植物的種子萌發(fā)、生長發(fā)育及生理生化指標(biāo)產(chǎn)生顯著影響[21]。本研究中，低質(zhì)量濃度未滅菌的丁香園裸地、未滅菌的丁香園麥冬和滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理均提高了草地早熟禾種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)，4種類型的高質(zhì)量濃度土壤浸提液均抑制了草地早熟禾種子的萌發(fā)。低質(zhì)量濃度未滅菌的丁香園裸地和未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理均促進(jìn)了草地早熟禾幼苗的苗長、根長，4種類型的高質(zhì)量濃度土壤浸提液均顯著抑制了草地早熟禾幼苗的苗長和根長，這與王田濤等[22]關(guān)于燈盞花（Erigeron breviscapu（Vant.）Hand-Mazz）根、莖、葉浸提液對小麥（Triticum aestivum）和蘿卜（Raphanus sativus）的影響，以及申時才等[23]關(guān)于紅薯葉片水浸液對云南省農(nóng)田5種惡性雜草牛膝菊（Galinsoga parviflora）、藿香薊（Ageratum conyzoides）、鬼針草（Bidens pilosa）、馬唐（Digitaria sanguinalis）和稗草（Echinochloa crusgalli）影響的研究結(jié)果一致。

植物在遭遇逆境脅迫時，體內(nèi)會產(chǎn)生大量的活性氧，如果不及時清除便會對細(xì)胞產(chǎn)生毒害，導(dǎo)致細(xì)胞膜透性增強(qiáng)[24-25]。MDA含量是衡量細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)，其含量越高表明細(xì)胞受傷害程度越嚴(yán)重。SOD、POD和CAT是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，在清除體內(nèi)活性氧中發(fā)揮重要作用[26-27]。本研究中，低質(zhì)量濃度未滅菌的丁香園裸地、未滅菌的丁香園麥冬和滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理MDA含量均顯著低于對照，4種類型的高質(zhì)量濃度土壤浸提液MDA含量均高于對照，且隨質(zhì)量濃度的提高，MDA含量逐漸升高。低質(zhì)量濃度未滅菌的土壤浸提液處理時，抗氧化酶活性均高于對照，而高質(zhì)量濃度處理時，均低于對照，這與毛美琴等[9]關(guān)于滇重樓（Paris polyphyllavar.Yunnanensis（Fr.）Hand）水浸提液對孔雀草（Tagetes patula）影響的研究結(jié)果一致。這可能是低濃度的化感物質(zhì)脅迫下，植物體內(nèi)的抗氧化防御機(jī)制被激活，抗氧化酶活性升高，從而促進(jìn)了種子萌發(fā)和幼苗生長。而植物對逆境的耐受范圍有限，在高濃度土壤浸提液處理下，酶系統(tǒng)受損，抗氧化酶活性降低，活性氧大量積累，抑制了植物的生長。本研究中，低質(zhì)量濃度未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液和滅菌的丁香園裸地土壤浸提液處理后草地早熟禾幼苗的MDA含量均高于未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液、滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理；低質(zhì)量濃度未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液、滅菌的丁香園裸地土壤浸提液處理后草地早熟禾幼苗的SOD、POD、CAT活性均低于未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液、滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理。

化感效應(yīng)綜合評價結(jié)果表明，低質(zhì)量濃度的未滅菌的丁香園裸地、未滅菌的丁香園麥冬和滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理均對草地早熟禾有化感促進(jìn)作用，低質(zhì)量濃度的滅菌的丁香園裸地土壤浸提液處理對草地早熟禾有化感抑制作用，4種類型的高質(zhì)量濃度土壤浸提液均對草地早熟禾有化感抑制作用，且隨土壤浸提液質(zhì)量濃度的提高，化感作用加強(qiáng)，呈現(xiàn)低促高抑規(guī)律，這與毛祥忠等[28]關(guān)于云南切梢小蠹非寄主植物川滇榿木（Alnus ferdinandi-coburgii）、緬桂（Michelia×alba）、滇樸（Celtis kunmingensis）、樟樹（Cinnamomum camphora）、麻櫟（Quercus acutissima）和山茶（Camellia japonica）6種闊葉樹種葉片不同濃度的水浸提液對云南松（Pinus yunnanensis）種子萌發(fā)及幼苗生長影響的研究結(jié)果一致。高質(zhì)量濃度的未滅菌的丁香園裸地土壤、丁香園麥冬土壤浸提液處理對草地早熟禾幼苗的化感抑制作用均低于滅菌的丁香園裸地土壤、丁香園麥冬土壤浸提液處理，這與KAUR等[29]關(guān)于化感物質(zhì)間酪氨酸處理的滅菌和未滅菌土壤對萵苣（Lactuca sativa）、小籽虉草（Phalaris minor）、印度簕竹（Bambusa arundinacea）生長影響的研究結(jié)果一致，可能是由于土壤微生物減少了化感物質(zhì)的含量，從而減輕了對草地早熟禾種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，低質(zhì)量濃度的未滅菌的丁香園裸地土壤浸提液處理的化感促進(jìn)作用弱于未滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理，滅菌的丁香園裸地土壤浸提液在低質(zhì)量濃度時作用效果與滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理相反，在高質(zhì)量濃度時，化感抑制作用高于滅菌的丁香園麥冬土壤浸提液處理。綜合種子萌發(fā)、幼苗生長和生理生化等指標(biāo)，表明麥冬可以一定程度上緩解丁香對草地早熟禾的化感作用。

不同類型、不同質(zhì)量濃度土壤浸提液對草地早熟禾的化感效應(yīng)不同，各質(zhì)量濃度滅菌的丁香園裸地土壤浸提液處理對草地早熟禾均有化感抑制作用，且隨土壤浸提液質(zhì)量濃度的升高，化感抑制作用加強(qiáng)，其余3種類型的土壤浸提液處理對草地早熟禾的化感作用均呈低促高抑的規(guī)律，且未滅菌土壤浸提液處理對草地早熟禾的化感作用低于滅菌土壤浸提液處理。丁香園裸地土壤浸提液處理對草地早熟禾的化感作用高于丁香園麥冬土壤浸提液處理，麥冬對于緩解丁香對草地早熟禾的化感作用可能有一定效果。