青海云杉及伴生樹種枝葉浸提物對其種子萌發(fā)的化感作用研究

張君霞

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，蘭州 730070）

本文采用種子萌發(fā)法，通過青海云杉枝、葉和伴生樹種浸提物對青海云杉種子萌發(fā)影響的研究，以揭示青海云杉自然更新不良的根本原因。結(jié)果表明：青海云杉的枝、葉浸提物對其種子萌發(fā)均存在自毒作用，且隨著浸提物濃度增高自毒效應(yīng)加強，相對而言，葉浸提物的自毒效應(yīng)更大，說明其自毒物質(zhì)主要存在于葉中，經(jīng)凋落并釋放自毒物質(zhì)從而影響其種子的萌發(fā)，造成自然更新不良；自然伴生樹種山楊、白樺，青杄枝葉浸提液對青海云杉種子萌發(fā)同樣也存在一定的他感抑制作用，而圓柏在中高濃度時表現(xiàn)微弱的促進作用。

青海云杉；自毒作用；伴生樹種；化感作用；種子萌發(fā)

青海云杉是我國青藏高原的特有樹種，屬松科云杉屬，主要分布于甘肅、青海、寧夏、內(nèi)蒙等省區(qū)，是祁連山、壽鹿山、賀蘭山、大青山水源涵養(yǎng)林的主要組成群系[1]，對我國西北地區(qū)的水土保持、水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)、生態(tài)平衡等方面有重要意義。但近年來，由于青海云杉的天然更新不良，造成了天然面積急劇減少，白星曾報道青海云杉在林冠下的天然更新極差，更新不良和無更新的面積在祁連山西營河試驗區(qū)達47.2%以上，有些林場占85%左右[2]。另有大量文獻報道表明，一些樹種天然更新不良和重建的失敗與植物本身的化感作用有關(guān)：Fisher在上世紀80年代研究發(fā)現(xiàn)：樸樹影響草本、桉樹影響灌草木植物、黑胡桃影響樹和草灌木等的化感現(xiàn)象，造成樹木重建失敗[3]；Gallet（1994）指出，亞高山帶的越桔—云杉林中，越桔和云杉中的酚類抑制云杉幼苗的生長，使得云杉的重建失敗[4]；Rice（1984）發(fā)現(xiàn)，蠟楊的葉、芽、枯落物的水浸液強烈抑制加拿大北部荒地上的先鋒樹種綠愷木的種子發(fā)芽、幼苗根莖和下胚軸的生長、根瘤產(chǎn)生的數(shù)量和固氮能力[5]。在國內(nèi)，有關(guān)林木化感方面的研究，南方主要是圍繞水杉[6-7]自毒及其伴生樹種與杉木之間的化感作用進行[8-11]；在北方則主要研究油松[12]、紅松[13-15]等混交林[16-17]內(nèi)各樹種之間的化感作用。因此，本文采用種子萌發(fā)法，通過研究青海云杉不同部位浸提液對其種子萌發(fā)的自毒作用及伴生樹種對青海云杉的化感作用，旨在闡明青海云杉天然更新不良的原因，從微觀生化效應(yīng)方面揭示青海云杉自然更新困難的生化機理，為克服青海云杉自然退化奠定理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

材料采集于甘肅省永登縣連城自然保護區(qū)大土魯溝內(nèi)的天然青海云杉林內(nèi)，采集青海云杉種子、枝、葉，青海云杉伴生樹種山楊、白樺的枝，青杄、圓柏枝葉，在室內(nèi)自然陰干，置塑料袋中于4℃冰箱中備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 青海云杉及伴生樹種浸提液的制備

將陰干的青海云杉枝、葉，山楊、白樺枝，青杄、圓柏枝葉等樣品分別粉碎，各稱取4份50 g，分別放入150 ml、300 ml、450 ml、600 ml蒸餾水中浸泡48 h；過濾后，得到1 : 3，1 : 6，1 : 9，1 : 12等4種濃度的浸提液，并在4℃冰箱中貯藏備用。>

1.2.2 自毒及化感作用測定

從青海云杉的種子中各精選大小基本一致經(jīng)升汞及酒精消毒種子50粒，均勻擺放在90 mm鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中，加入不同濃度、不同浸提物質(zhì)的浸提液10 ml（對照加入蒸餾水10 ml），放入人工氣候箱培養(yǎng)（光周期20 ℃、16 h，暗周期15 ℃、8 h），每處理3個重復(fù)，種子萌發(fā)以胚根突破種皮為標準，每天等量補充少量浸提液。安置發(fā)芽的當天為第1 d，第3 d后觀察、統(tǒng)計并記錄種子發(fā)芽數(shù)。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽勢=（發(fā)芽初期15 d的發(fā)芽粒數(shù)/50）×100%；

發(fā)芽指數(shù)=Σ（Gt/Dt）其中；Gt為在t天的種子發(fā)芽數(shù)；Dt為相對應(yīng)的種子發(fā)芽天數(shù)。

根據(jù)測定各處理值（T）和對照值（C），計算自毒和化感作用效應(yīng)指數(shù)R：

RI=（T-C）/C

T為發(fā)芽率；發(fā)芽勢；發(fā)芽指數(shù)

當RI＞0時表示存在促進作用，當RI＜0時表示存在抑制作用，其絕對值大小與作用強度一致。

試驗數(shù)據(jù)的差異性統(tǒng)計分析采用LSD多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 青海云杉葉浸提物對種子萌發(fā)的影響

表1顯示，不同濃度的青海云杉葉浸提物均對其種子萌發(fā)產(chǎn)生自毒作用，且隨浸提液濃度的增高，自毒效應(yīng)有增強趨勢；說明葉浸提物中存在自毒化感物質(zhì)，對其種子發(fā)芽率、發(fā)芽速度及整齊度均存在抑制作用，且在1 : 3濃度下，與對照進行多重比較，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢的差異達顯著水平。

2.2 青海云杉枝浸提物對種子萌發(fā)的影響

從表2中可以看出，青海云杉枝浸提物對其種子萌發(fā)也存在自毒作用，但整體來看，其自毒作用效應(yīng)均較弱，且與對照差異不顯著；相對而言，青海云杉枝浸提物對其種子的發(fā)芽指數(shù)（即整齊度）的影響較其他指標要高。同時發(fā)現(xiàn)，就發(fā)芽率，其浸提物濃度與自毒作用效應(yīng)明顯呈正相關(guān)關(guān)系。

表1 青海云杉葉浸提物對種子萌發(fā)的自毒作用

表2 青海云杉枝浸提物對種子萌發(fā)的自毒作用

2.3 伴生樹種對青海云杉種子萌發(fā)的影響

2.3.1 伴生樹種浸提物對青海云杉種子發(fā)芽率的影響

青海云杉化感作用主要研究其伴生樹種對其種子萌發(fā)的影響。從表3中可以看出：伴生樹種山楊、青杄、圓柏、白樺的枝葉浸提物對青海云杉發(fā)芽率表現(xiàn)不同的化感作用，其中圓柏在中高濃度時表現(xiàn)促進作用，RI最高為0.03，而在低濃度（1 : 12）時表現(xiàn)抑制作用，其余3種伴生樹種枝浸提物表現(xiàn)抑制作用，但抑制作用并不強。

表3 伴生樹種枝葉浸提物對青海云杉種子發(fā)芽率的影響

2.3.2 青海云杉伴生樹種浸提液對其種子發(fā)芽勢的影響

伴生樹種浸提物對青海云杉種子發(fā)芽勢影響由表4可見：白樺枝葉浸提物各濃度均產(chǎn)生抑制作用，山楊和青杄在高濃度狀態(tài)下有抑制作用，而低濃度時表現(xiàn)促進作用，其中以山楊在1 : 3濃度下，對青海云杉種子萌發(fā)的發(fā)芽勢抑制效果最高，其他感效應(yīng)指數(shù)RI為－0.30，與對照比差異達極顯著；圓柏枝葉浸提物在1 : 6和1 : 9濃度時表現(xiàn)較高的促進作用。

表4 伴生樹種枝浸提液對青海云杉種子發(fā)芽勢的影響

2.3.3 青海云杉伴生樹種浸提液對其種子發(fā)芽指數(shù)的影響

伴生樹種浸提物對青海云杉種子萌發(fā)的發(fā)芽指數(shù)化感作用表明（表5）：山楊高濃度浸提物對青海云杉發(fā)芽整齊度表現(xiàn)極顯著抑制作用，白樺均產(chǎn)生他感抑制作用，但他感抑制效果并不明顯；圓柏和青杄在中濃度情況表現(xiàn)促進作用，在高濃度和低濃度又表現(xiàn)抑制作用。

表5 伴生樹種枝葉浸提物對青海云杉種子發(fā)芽指數(shù)的影響

3 結(jié)論與討論

1）青海云杉種子萌發(fā)存在自毒作用，且其主要自毒物質(zhì)存在于葉中。結(jié)合同項目組成員對凋落物及根際土浸提物所做的自毒作用研究結(jié)果[18]，說明青海云杉及其伴生樹種白樺、青扦、山楊枝浸提物的活立木樹冠淋洗液中含有抑制云杉種子發(fā)芽的物質(zhì)，濃度越高抑制作用越強。至于這是不是云杉林自然更新乏力的主要原因，則需進一步試驗研究。另外，研究發(fā)現(xiàn)，圓柏枝葉浸提物對青海云杉種子萌發(fā)的發(fā)芽率表現(xiàn)一定促進作用，但對發(fā)芽勢及發(fā)芽指數(shù)有一定抑制作用。因此，就植物生化關(guān)系（化感作用）來看，白樺、青扦、山楊、圓柏4種樹種均不是青海云杉的優(yōu)良混交樹種。

2）本文在實驗室條件研究了青海云杉不同部位浸提物對種子萌發(fā)的影響，而在自然環(huán)境下，自毒物質(zhì)的產(chǎn)生和釋放受到溫度、光照、水分和其它植物的影響，要弄清在具體情況下自毒物質(zhì)是怎樣產(chǎn)生的、通過什么樣的方式釋放的，以及怎樣作用于周圍植物還有待深入研究。

[1] 劉建泉，屈永才，王學(xué)福，王零，朱高，郭澤勇.青海云杉群落空間結(jié)構(gòu)特征研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009（7）：121-125.

[2] 白星，曲永寧，曲亞玲. 祁連山水源涵養(yǎng)林更新方式的定量評估[J]. 甘肅林業(yè)科技，1996，21（1）：29-30，52.

[3] FISHE R F. Allelopathy: A potential cause of regeneration failure [J]. Forest, 1980（18）：346-348.

[4] GALLET C. Allelopathic potential in bilberry-spruce forests: influence of phenolic compounds on spruce seedling [J]. Chem Ecol, 1994, 20(5): 1009-1024.

[5] RICE E L. Allelopathy [M]. Irland Florida: Academic Press, 1984, 207-225.

[6] 翟明普，賈黎明. 森林植物間的他感作用[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1993，15（3）：138-147.

[7] 衛(wèi)春，張紀林. 復(fù)合農(nóng)林系統(tǒng)中水杉他感作用的生物測定[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，27（4）：85-88.

[8] 馬祥慶，劉愛琴，黃寶. 杉木人工林自毒作用研究[J]. 南京林業(yè)大學(xué)報，2000，24（1）：12-16.

[9] 黃志群，廖利平，汪思龍，黃志群. 幾種伴生樹種對杉木的化感效應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2000，11（S）：216-218.

[10] 杜玲，曹光球，林思祖，鄭燕萍.杉木根際土壤提取物對杉木種子發(fā)芽的化感效應(yīng)[J]. 西北植物學(xué)報，2003，14（2）：323-327.

[11] 林思祖，黃世國，曹光球，黃志群. 杉木自毒作用的研究[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1999，10（6）：661-664.

[12] 賈黎明，翟明普，尹偉倫，高立鵬.油松白樺混交林中生化他感作用的生物測定[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1996，18（4）：1-8.

[13]賈黎明. 油松、遼東櫟混交林中生化他感作用的研究[J].林業(yè)科學(xué)，1995，31（6）：491-497.

[14]徐震邦. 主要伴生樹種樹葉對紅松生長的影響[J]. 林業(yè)科技，1972（4）：357-360.

[15] 勒月華，杜英君. 紅松苗自身相克的模擬試臉研究[J].林業(yè)科技通訊，1992（3）：4-7.

[16] 駱世明，林象聯(lián). 華南農(nóng)區(qū)典型植物的他感作用研究[J].生態(tài)科學(xué)，1995，27（2）：114-128.

[17] 王俊杰，劉麗萍，郭鵬飛. 他感作用及其林學(xué)意義與思考[J].甘肅林業(yè)科技，2014，39（3）：11-17.

[18] 黃浦娜. 青海云杉根際土壤及凋落物浸提液對種子萌發(fā)的自毒作用[J]. 陜西林業(yè)科技，2014（2）：10-13.

Study on Allelopathy of the Extract of the Branches and Leaves of Picea crassifoliat and its Associated Tree Species

ZHANG Jun-xia
( Forestry College of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

By method of seed germination, the main reasons had revealed for the natural regeneration of Picea crassifolia. The results show: the extracts of leaves and branches of Picea crassifolia had autotoxicity, and with the increase of the concentration of the extract, the autotoxicity effect was strengthened. Relatively, the autotoxicity effect of the extracts of leaves was stronger. It is explained that the autotoxicity substance released from the natural decomposition of leaves, and caused the bad nature regeneration; On the other hand, we studied also the allelopathy of natural associated tree species (Populus davidiana, Betula platyphylla, Picea wilsonii, and Sabina chinensis) of Picea crassifolia. The results showed that the Populus davidiana, Betula platyphylla, Picea wilsonii leaves leaching extract has certain allelopathic inhibition, and Sabina chinensis has weake promoting role in medium and high concentration.

Picea crassifolia; autotoxicity; associated tree species; allelopathy; seed germination

S791.18

A

10.3969/j.issn. 1006-0960.2016.03.003

1006-0960（2016）03-0010-04

2016-08-23

甘肅省高等學(xué)?？蒲许椖浚?0871478）；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)盛彤笙科技創(chuàng)新基金項目（gsau-sts-1426）。

張君霞（1981—），女，甘肅甘谷人，講師，主要從事森林保護專業(yè)相關(guān)研究。