摘 要:火炬樹(shù)的化感作用已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn),關(guān)于火炬樹(shù)化感作用的研究越來(lái)越活躍。本實(shí)驗(yàn)研究火炬樹(shù)浸提液對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響,分別用濃度為20g/L、2g/L、0.2g/L、0.02g/L的火炬樹(shù)葉片及根的提取液對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響進(jìn)行研究。火炬樹(shù)葉片及根的提取液對(duì)高羊茅草種發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、化感效應(yīng)指數(shù)有不同程度的抑制作用。當(dāng)濃度為0.2g/L時(shí),火炬樹(shù)葉片的浸提液對(duì)高羊茅種子發(fā)芽抑制最明顯,其化感效應(yīng)指數(shù)為-0.614;當(dāng)火炬樹(shù)根的浸提液濃度為20g/L時(shí),火炬樹(shù)根的浸提液對(duì)高羊茅種子發(fā)芽抑制最明顯,其化感效應(yīng)指數(shù)為-0.574。結(jié)果表明:火炬樹(shù)內(nèi)存在化感物質(zhì),且對(duì)高羊茅種子的萌發(fā)有抑制作用。
關(guān)鍵詞:火炬樹(shù);浸提液;化感作用;高羊茅
中圖分類號(hào):S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.11974/nyyjs.20180631014
前言
“化感作用”(Allelopathy)源于希臘語(yǔ)”Allelon(相互)”和”P(pán)athos(損害、妨礙)”,是森林生態(tài)系統(tǒng)中廣泛存在的一種生態(tài)化學(xué)現(xiàn)象,植物生態(tài)學(xué)新的分支學(xué)科生態(tài)生化學(xué)(Ecological Biochemistry)研究?jī)?nèi)容的一部分,對(duì)森林植物種群生長(zhǎng)發(fā)育、結(jié)構(gòu)功能乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)群落演替意義重大[1]。1937年德國(guó)科學(xué)家H.Molish首先提出植物化感作用的概念,并將其定義為:所有類型植物(含微生物)之間生物化學(xué)物質(zhì)的相互作用。20世紀(jì)70年代中期E.L.Rice對(duì)植物化感作用的進(jìn)一步深入研究認(rèn)為:植物化感作用是指植物(含微生物)通過(guò)釋放化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中而產(chǎn)生的對(duì)其他植物(含微生物)直接或間接的有害作用[2]。而現(xiàn)在的研究表明,化感物質(zhì)作用的對(duì)象不僅僅是其他植物或微生物,也會(huì)對(duì)同種植物產(chǎn)生化感作用,而且其結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生一些促進(jìn)作用。因此,有些人將化感作用歸結(jié)為植物間的相生相克。1984年Rice將化感作用重新定義為:植物或微生物的代謝分泌物對(duì)環(huán)境中其他植物或微生物有利或不利的作用?,F(xiàn)已被廣泛接受。
火炬樹(shù)(Rhus Typhina Nutt)漆樹(shù)科鹽膚木屬(Rhus)落葉小喬木。其果實(shí)9月份成熟后,長(zhǎng)久不衰,在秋后樹(shù)葉會(huì)變得火紅,場(chǎng)景壯闊絢爛,十分好看。原產(chǎn)于歐美地區(qū),經(jīng)常生長(zhǎng)在開(kāi)闊的沙質(zhì)土或礫質(zhì)土上。具有喜光,耐寒,耐旱,抗逆性強(qiáng),耐澇,耐鹽堿的特性。根系發(fā)達(dá),萌蘗性強(qiáng),對(duì)土壤適應(yīng)性強(qiáng)。根系淺,生長(zhǎng)迅速,但壽命較短。在我國(guó)主要分布于東北南部,華北、西北北部的暖溫帶落葉闊葉林區(qū)、溫帶草原區(qū)。Richard把火炬樹(shù)列為加拿大南部地區(qū)和美國(guó)的雜草之一,劉全儒[3]等2002年將火炬樹(shù)列為北京的入侵樹(shù)種之一,蔣高明[4]認(rèn)為火炬樹(shù)為入侵物種,危害農(nóng)田、公路、果園、也危害本地生態(tài)環(huán)境;但另外一些專家認(rèn)為火炬樹(shù)對(duì)北京當(dāng)?shù)貑棠救郝?、自然山區(qū)、半自然森林生態(tài)系統(tǒng)并沒(méi)有產(chǎn)生入侵危害或是構(gòu)成威脅。目前,火炬樹(shù)的入侵性已經(jīng)為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)火炬樹(shù)的繁殖擴(kuò)散、光合作用等做了大量研究,但對(duì)于火炬樹(shù)的化感方面研究較少。目前火炬樹(shù)化感作用的研究?jī)H見(jiàn)吳長(zhǎng)虹對(duì)側(cè)柏和紫穗槐的研究[5],少見(jiàn)對(duì)常見(jiàn)植物或農(nóng)作物的研究[6]。因此,本實(shí)驗(yàn)以高羊茅為實(shí)驗(yàn)材料,研究火炬樹(shù)根及葉片對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響,旨在為研究火炬樹(shù)入侵性與化感作用提供理論支撐。
1 材料與方法
1.1 材料
于2017年5月份在山東省泰安市邱家店鎮(zhèn)西郭莊基地采集火炬樹(shù)(Rhus Typhina Nutt)葉片和火炬樹(shù)的根部若干,以及高羊茅(Festuca arundinace )種子若干。
1.2 方法
1.2.1 火炬樹(shù)葉片水浸液的制備
2017年5月10日取火炬樹(shù)新鮮幼嫩葉片20g,碾碎,加1000mL蒸餾水恒溫25℃浸泡48h。用雙重濾紙過(guò)濾后得到植株葉片的浸提液,濃度為20g/L。取母液100mL于燒杯中,再加入蒸餾水體積到1000mL,得到2g/L葉片浸提液,再分別取100mL 2g/L葉片浸提液于燒杯中,再加入蒸餾水體積到1000mL,得到0.2g/L葉片浸提液,同理得到0.02g/L的葉片浸提液,靜置待用。
1.2.2 火炬樹(shù)根水浸液的制備
另取火炬樹(shù)根20g,配制根的水浸液,方法同1.2.1
1.3 種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的測(cè)定
挑選籽粒飽滿、大小均一的高羊茅種子,用3%的雙氧水消毒0.5h,然后用蒸餾水沖洗干凈。用培養(yǎng)皿培養(yǎng),選用醫(yī)用消毒紗布,折疊3層置于培養(yǎng)皿內(nèi)備用。每組設(shè)置4個(gè)濃度梯度,一個(gè)對(duì)照組,每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)在醫(yī)用消毒紗布上放置50粒高羊茅種子。分別取葉片浸提液和根的浸提液,完全浸透紗布及浸沒(méi)種子。對(duì)照組將50粒種子整齊的紗放在布上,再將紗布轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿里,用蒸餾水完全浸透紗布及潤(rùn)濕種子。貼上標(biāo)簽,注明名稱和日期。設(shè)置3次重復(fù)。每天觀察高羊茅種子的萌發(fā)情況,補(bǔ)滴蒸餾水和相應(yīng)濃度的浸提液,觀察發(fā)芽勢(shì),第7天完成統(tǒng)計(jì),計(jì)算發(fā)芽率(GR)、發(fā)芽勢(shì)、化感指數(shù)(RI),C為對(duì)照值,T為處理值。計(jì)算公式如下。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同濃度火炬樹(shù)葉片的浸提液對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響
采用不同濃度火炬樹(shù)葉片的浸提液對(duì)高羊茅種子進(jìn)行處理,結(jié)果表明(表1),葉片浸提液為0.2g/L時(shí),對(duì)高羊茅種子萌發(fā)抑制效果最為明顯,僅6粒發(fā)芽(圖1),為對(duì)照組的22.2%,化感指數(shù)為-0.614。濃度向兩級(jí)擴(kuò)散時(shí),抑制效果逐漸降低。
2.2 不同濃度火炬樹(shù)根的浸提液對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響
采用不同濃度火炬樹(shù)根的浸提液對(duì)高羊茅種子進(jìn)行處理,結(jié)果表明(表2),火炬樹(shù)根的浸提液對(duì)高羊茅種子火炬樹(shù)根的浸提液對(duì)高羊茅種子的萌發(fā)抑制作用比較強(qiáng),僅3粒種子發(fā)芽,化感指數(shù)為-0.574,而在濃度為0.02g/L時(shí),高羊茅種子萌發(fā)率最高,達(dá)到14粒,發(fā)芽勢(shì)最好,化感指數(shù)為-0.750。
3 討論
早在2000年前,人們就已發(fā)現(xiàn)黑胡桃對(duì)其他高等植物生長(zhǎng)起到了抑制作用,如蘋(píng)果、松、雜草等在黑胡桃下不能生長(zhǎng)[8]。1925年,Massey從黑胡桃樹(shù)干開(kāi)始知道27m外才能種植番茄和苜蓿,16m以內(nèi)不能生長(zhǎng)其他植物,離黑胡桃較遠(yuǎn)植株的卻生長(zhǎng)良好,且死亡線就是黑胡桃的分布線,極其統(tǒng)一。1935年阿莫索娃觀察到,在同一個(gè)房間內(nèi),不通風(fēng)的情況下,一瓶中插盛開(kāi)的丁香,另一瓶中插盛開(kāi)的鈴蘭,發(fā)現(xiàn)丁香花多迅速萎蔫甚至凋謝,而把丁香換成薔薇則無(wú)明顯變化[9]。
自然界中植物群落中存在各種各樣的資源競(jìng)爭(zhēng),這些競(jìng)爭(zhēng)殘忍并且激烈。除了這類競(jìng)爭(zhēng)之外,還存在一種“化學(xué)競(jìng)爭(zhēng)”[10]。這種競(jìng)爭(zhēng)就是指化感作用?;凶饔檬侵钢参镌谏L(zhǎng)過(guò)程中,通過(guò)植物、微生物或殘?bào)w分解產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì),對(duì)該種植物或周圍植物產(chǎn)生簡(jiǎn)介或直接的作用[11]。植物化感作用需要向周圍環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì),這些起作用的物質(zhì)稱為化感物質(zhì)[12]。如上所述黑胡桃和丁香花的事例,體現(xiàn)了化感作用。
本試驗(yàn)表明,火炬樹(shù)通過(guò)向環(huán)境釋放特定的化學(xué)物質(zhì)從而對(duì)高羊茅種子萌發(fā)起到抑制作用,而不同濃度的浸提液對(duì)高羊茅種子有不同程度的抑制作用?;鹁鏄?shù)葉片的浸提液的抑制效果比根的浸提液的抑制作用要明顯一些。
種子的萌發(fā)在植物整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育期中至關(guān)重要,種子的發(fā)芽率低,活力指數(shù)低對(duì)于植物的早期資源競(jìng)爭(zhēng)存在很大的劣勢(shì)在群落中的地位也繼而受到影響?;形镔|(zhì)對(duì)胚根的生長(zhǎng)抑制使植株無(wú)法正常發(fā)育生長(zhǎng),大大降低了本地種對(duì)資源的有效利用率,進(jìn)而直接影響本地物種的生長(zhǎng)發(fā)育及其在群落中的地位和作用[13]。
孔垂華[14]提到化感物質(zhì)是指植物所產(chǎn)生的影響其他生物生長(zhǎng)、行為和種群生物學(xué)的化學(xué)物質(zhì),不僅包括植物間的化學(xué)作用物質(zhì),也包括植物和動(dòng)物間的化學(xué)作用物質(zhì),而且這些化學(xué)物質(zhì),不一定進(jìn)入環(huán)境,有些可以在體內(nèi)進(jìn)行;現(xiàn)已發(fā)現(xiàn),許多化感物質(zhì)不僅影響植物生長(zhǎng),而且對(duì)動(dòng)物甚至是微生物都有影響,對(duì)昆蟲(chóng)的影響更多,起到應(yīng)對(duì)昆蟲(chóng)侵襲的作用?;形镔|(zhì)是某些生物體內(nèi)產(chǎn)生的非營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì),對(duì)其他植物生長(zhǎng)、健康、行為或群體關(guān)系都有影響[15]?;形镔|(zhì)是化感作用的媒介,主要是植物的次生代謝產(chǎn)生的物質(zhì),植物化感作用的媒體是化學(xué)物質(zhì),植物化感物質(zhì)主要包括萜類、酚類、生物堿等次生代謝物質(zhì)[16]。植物通常通過(guò)葉、莖、根向周圍環(huán)境中釋放出化學(xué)物質(zhì),一些腐爛的枝葉也同樣可以向周圍釋放化學(xué)物質(zhì),這些物質(zhì)會(huì)抑制或促進(jìn)周圍其他植物的生長(zhǎng)發(fā)育[17]。
4 結(jié)論
火炬樹(shù)的葉片及根的浸提液對(duì)高羊茅草種絕對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、化感效應(yīng)指數(shù)有不同程度的抑制作用。當(dāng)濃度為0.2g/L時(shí),火炬樹(shù)葉片浸提液對(duì)高羊茅種子發(fā)芽抑制最明顯,其化感效應(yīng)指數(shù)為-0.614;當(dāng)濃度為20g/L時(shí),火炬樹(shù)根的浸提液對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的抑制效果最明顯,其化感效應(yīng)指數(shù)為-0.574。結(jié)果表明:火炬樹(shù)內(nèi)存在化感物質(zhì),且對(duì)高羊茅種子的萌發(fā)有抑制作用。
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作者簡(jiǎn)介:韋忠剛(1962-),男,山東泰安人,助理工程師,研究方向:園林植物與觀賞園藝研究。