黃良偉，傅蝶子，白 婧，彭友林，楊澤良

(1.湖南人文科技學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，湖南婁底 417000；2.湖南文理學(xué)院 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南常德 415000)

雜草對(duì)農(nóng)業(yè)危害巨大，其通過種間競(jìng)爭(zhēng)，占領(lǐng)農(nóng)作物所處生態(tài)環(huán)境位置，逐漸掠奪作物光照、溫度、土壤養(yǎng)分、水分及空間等資源，導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)量及品質(zhì)發(fā)生變化[1-2]。細(xì)葉旱芹屬傘形科1 a生草本，為中國(guó)廣泛分布的一種惡性入侵雜草，已經(jīng)對(duì)中國(guó)的作物經(jīng)濟(jì)、生物多樣性和環(huán)境生態(tài)都造成了嚴(yán)重影響[3]。

細(xì)葉旱芹植株高70～120 cm，葉卵形，細(xì)小，邊緣具有細(xì)齒；花傘形，著生于頂端或葉腋處；7月進(jìn)入結(jié)果期，一直持續(xù)到9月。實(shí)地觀察發(fā)現(xiàn)，細(xì)葉芹在蔬菜地、果園、人工草坪及牧草中近年來大量出現(xiàn)，主要是由于其生長(zhǎng)期雨水較多，生長(zhǎng)速度比作物快，造成細(xì)葉旱芹快速侵占空間及營(yíng)養(yǎng)資源，嚴(yán)重影響了作物的生長(zhǎng)，造成作物長(zhǎng)勢(shì)弱小、抗性差，導(dǎo)致產(chǎn)量的低下[4-5]。出現(xiàn)這種現(xiàn)象，推測(cè)化感作用在幫助細(xì)葉旱芹的入侵和擴(kuò)張過程中起了重要作用。國(guó)內(nèi)對(duì)細(xì)葉旱芹的研究較少，因此研究細(xì)葉旱芹對(duì)其他草本植物的化感作用是非常必要的。本研究從化學(xué)方式即化感作用方面入手，以湖南婁底人工草坪中細(xì)葉旱芹為研究對(duì)象，通過細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)對(duì)4種草坪草和5種牧草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，為進(jìn)一步探索細(xì)葉旱芹入侵的機(jī)制和有效防除提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

細(xì)葉旱芹的收集：2017年4—5月，在湖南婁底市湖南人文科技學(xué)院人工草坪，采集連根帶土整株細(xì)葉旱芹，帶回實(shí)驗(yàn)室備用。去除細(xì)葉旱芹地下部，選取地上(植株莖、葉)部分作為浸提液的來源。

受體材料：選擇目前草坪景觀常用的狗牙根(CynodondactylonL.Pers.)、馬尼拉(Zoysiamatrella)、白三葉(TrifoliumrepensL.)和紅三葉(TrifoliumpratenseL.)4種草坪草種子，以及選用容易栽培的紫云英(AstragalussinicusL.)、黑麥草(LoliumperenneL.)、高丹草(Sorghum-Sudangrass)、蘇丹草(Sorghumsudanense(Piper) Stapf)和苜蓿(MedicagosativaL.)5種牧草種子為受體植物，播種前選擇飽滿、大小均一的種粒，用φ=0.1%高錳酸鉀消毒15 min，蒸餾水沖洗5次，晾干待用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.2 粗分離物的制備 分別用石油醚、氯仿(三氯甲烷)、乙酸乙酯和正丁醇4種極性遞增的溶劑依次對(duì)“1.2.1”所制取的乙醇浸提液進(jìn)行萃取，等體積萃取3次后合并萃取液，再用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海一恒旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RV-211A)制成膏狀，最后用1 L蒸餾水溶解配制成質(zhì)量濃度為0.5 g·L-1溶液備用。

1.2.3 種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn) 采用濾紙培養(yǎng)皿法進(jìn)行試驗(yàn)，在有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中加入20 mL“1.2.2”制備的粗餾分物溶液，每個(gè)培養(yǎng)皿均各自放30粒已消毒的9種草種，以20 mL蒸餾水處理為對(duì)照，每種處理設(shè)4個(gè)重復(fù)。播種后，將培養(yǎng)皿置于智能人工氣候箱(浙江托普公司RTOP-400Y)培養(yǎng)7 d，白天溫度25 ℃，濕度80%；晚上20 ℃，濕度70%，每天12 h光照，每24 h觀察并記錄種子萌發(fā)情況，第3天測(cè)定種子發(fā)芽勢(shì)(第3天發(fā)芽種子數(shù)占供測(cè)種子數(shù)的百分比)，第7天測(cè)定種子發(fā)芽率(發(fā)芽種子數(shù)占供測(cè)種子數(shù)的百分比)以及幼苗的根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)，每皿取20株幼苗測(cè)量，取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

依據(jù)化感作用抑制率(Inhibitory rate，IR)反映細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)對(duì)4種草坪草和5種牧草是否存在抑制或促進(jìn)作用[8-9]。

IR=(C-T)×100%

式中:C對(duì)照值，T為處理值。IR≤0表示促進(jìn)作用； IR>0表示抑制作用， IR絕對(duì)值越大，其化感作用越大。

綜合效應(yīng)(SE)[10-11]計(jì)算公式為：

SE=RI1+RI2+RI3+RI4

式中：RI為化感效應(yīng)指數(shù)值，RI=1-C/T (T≥C)或T/C-1(T0表示總體表現(xiàn)為促進(jìn)；SE<0 表示總體表現(xiàn)為抑制作用。

據(jù)村民反映，當(dāng)?shù)卣罱执蛩阒貑⒙糜伍_發(fā)，并且強(qiáng)制要求沿途村民將“有礙觀瞻”的老舊房屋拆除。村民對(duì)此頗有意見，石城原是江西的煙草大縣，家家戶戶都生產(chǎn)烤煙，道路沿途不少房屋正是村民們的烤煙房，大家不免擔(dān)心起來，拆除烤煙房后收入能有保障嗎？村民們普遍表示，真希望上面的領(lǐng)導(dǎo)不要想到一出是一出，多考慮考慮當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，少點(diǎn)折騰。

采用DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析，用LSD方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物對(duì)4種草坪草和5種牧草種子萌發(fā)的影響

2.1.1 粗分離物對(duì)4 種草坪草種子萌發(fā)的影響 由圖1和圖2可知，5種餾分對(duì)4 種草坪草種子萌發(fā)均有一定的抑制作用，表現(xiàn)為發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的化感效應(yīng)指數(shù)都有部分為負(fù)值或化感抑制率大于0；從對(duì)種子萌發(fā)的影響結(jié)果來看，石油醚相對(duì)狗牙根、馬尼拉、白三葉和紅三葉4種草坪草種子萌發(fā)勢(shì)都產(chǎn)生了較強(qiáng)的抑制作用，與其他餾分相比達(dá)到顯著差異，抑制率分別為78.12%、 88.89%、42.37%和26.31%；從發(fā)芽率來看，馬尼拉和白三葉顯著受到石油醚相的抑制，抑制率分別為18.6%和31.7%，而紅三葉受到石油醚相抑制作用不明顯。以上說明，細(xì)葉旱芹影響 4 種草坪草種子萌發(fā)的化感物質(zhì)主要存在于石油醚相中，其他 4 種餾分產(chǎn)生的抑制作用沒有石油醚相產(chǎn)生的強(qiáng)烈。

不同小寫字母表示同品種不同處理劑處理下差異顯著(P<0.05),下同

圖2 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物下4種草坪草的發(fā)芽率Fig.2 Germination percentage of four turfgrasses under crude extracts of allelopathic substances from aboveground part of Cyclospermum leptophyllum

2.1.2 粗分離物對(duì)5種牧草種子萌發(fā)的影響 由圖3和圖4可知，5種餾分物對(duì)5種牧草種子萌發(fā)均有抑制作用，表現(xiàn)為發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率兩種指標(biāo)化感效應(yīng)指數(shù)均為負(fù)值或化感作用抑制率均為正值。石油醚相、氯仿相、乙酸乙酯相和正丁醇相4種餾分都能顯著抑制5種牧草的發(fā)芽勢(shì)；其中紫云英、黑麥草、高丹草和蘇丹草4種牧草的兩種指標(biāo)受到石油醚相的影響最強(qiáng)，而苜蓿則是受到正丁醇相的抑制作用最明顯。用石油醚相處理5種牧草，其發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率都受到強(qiáng)烈的抑制作用，抑制率都高于50%，其中受影響最嚴(yán)重的是高丹草，抑制率達(dá)96.3%和80.0%，其次是黑麥草，抑制率為92.6%和71.0%，紫云英、蘇丹草和苜蓿受抑制程度接近。以上說明，細(xì)葉旱芹化感物質(zhì)的5種餾分對(duì)5種牧草的種子萌發(fā)都有抑制作用，而作用最強(qiáng)的是石油醚相。

2.2 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物對(duì)4種草坪草和5種牧草幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 粗分離物對(duì)4種草坪幼苗生長(zhǎng)的影響 由圖5和圖6可知，5種餾分對(duì)4種草坪草幼苗生長(zhǎng)都有不同程度的影響，其中馬尼拉和白三葉都受到5種餾分的抑制作用，而狗牙根根長(zhǎng)在乙酸乙酯相處理下和紅三葉苗長(zhǎng)在水相處理下出現(xiàn)低微的促進(jìn)作用；馬尼拉根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)在石油醚相處理下，受到抑制作用比其他4種餾分都強(qiáng)，達(dá)到顯著條件，抑制率為70.65%和82.67%；狗牙根根長(zhǎng)在氯仿相處理下最嚴(yán)重，抑制率為90.27%；紅三葉根長(zhǎng)受抑制最嚴(yán)重的是在正丁醇相，抑制率為80.1%。以上說明，細(xì)葉旱芹化感物質(zhì)對(duì) 4種草坪草幼苗產(chǎn)生抑制的物質(zhì)主要存在于石油醚相、氯仿相和正丁醇相3種餾分中。

圖3 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物下5種牧草發(fā)芽勢(shì)Fig.3 Germination potential of five herbages under crude extracts of allelopathic substances from aboveground part of Cyclospermum leptophyllum

圖4 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物下5種牧草發(fā)芽率Fig.4 Germination percentage of five herbages under crude extracts of allelopathic substances from aboveground part of Cyclospermum leptophyllum

圖5 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物下4種草坪草的根長(zhǎng)Fig.5 Root length of four turfgrasses under crude extracts of allelopathic substances from aboveground part of Cyclospermum leptophyllum

圖6 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物下4種草坪草的苗長(zhǎng)Fig.6 Stem length of four turfgrasses under crude extracts of allelopathic substances from aboveground part of Cyclospermum leptophyllum

2.2.2 粗分離物對(duì)5種牧草幼苗生長(zhǎng)的影響 由圖7和圖8可知，5種餾分對(duì)5種牧草幼苗生長(zhǎng)都產(chǎn)生一定的抑制作用，只有紫云英在水相處理下的苗長(zhǎng)和苜蓿在氯仿處理下的根長(zhǎng)、苗長(zhǎng)有低微的促進(jìn)作用，但都不顯著；與對(duì)照相比，紫云英在石油醚相處理下，根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)都明顯受到抑制，其次是乙酸乙酯相處理；黑麥草在石油醚相處理下，根長(zhǎng)和苗長(zhǎng)受抑制作用最顯著，抑制率達(dá)到91.1%和90.5%；高丹草、蘇丹草和苜蓿在石油醚相處理下，比在其他4種餾分處理受到抑制作用更強(qiáng)，其次是在乙酸乙酯相和氯仿相。以上說明，細(xì)葉旱芹化感物質(zhì)對(duì)5種牧草幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制的物質(zhì)主要存在于石油醚和乙酸乙酯中。

圖7 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物下5種牧草的根長(zhǎng)Fig.7 Root length of five herbages under crude extracts of allelopathic substances from aboveground part of Cyclospermum leptophyllum

圖8 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物下5種牧草的苗長(zhǎng)Fig.8 Stem length of five herbages under crude extracts of allelopathic substances from aboveground part of Cyclospermum leptophyllum

2.3 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物對(duì)4種草坪草和5種牧草化感作用的綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 粗分離物對(duì)4種草坪草綜合評(píng)價(jià) 由圖9可以看出，細(xì)葉旱芹地上部提取物的5種粗分離物對(duì)狗牙根和紅三葉化感作用為：石油醚相>氯仿相>正丁醇相>乙酸乙酯相>水相；5種粗餾分物對(duì)馬尼拉化感作用為：石油醚相>氯仿 相>乙酸乙酯相>正丁醇相>水相；而對(duì)白三葉化感作用為：石油醚相>氯仿相>正丁醇相>水相>乙酸乙酯相。從對(duì)4種草坪草化感作用的綜合影響來看，說明主要存在于石油醚相和氯仿相這2個(gè)餾分中的化感物質(zhì)對(duì)4種草坪草的影響較大。

圖9 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物下4種草坪草化的綜合效應(yīng)Fig.9 Comprehensive evaluation of crude extracts of allelopathic substances from aboveground part of Cyclospermum leptophyllum of four turfgrasses

2.3.2 粗分離物對(duì)5種牧草綜合評(píng)價(jià) 由圖10可知，細(xì)葉旱芹地上部提取物的 5 種粗分離物對(duì)紫云英、黑麥草和高丹草化感作用的強(qiáng)弱的順序?yàn)椋菏兔严?乙酸乙酯相>氯仿相>正丁醇 相>水相；5 種粗餾分物對(duì)蘇丹草化感作用的強(qiáng)弱的順序?yàn)椋菏兔严?氯仿相>乙酸乙酯相>正丁醇 相>水相；而對(duì)白三葉化感作用強(qiáng)弱的順序?yàn)椋菏兔严?正丁醇相>乙酸乙酯相>氯仿相>水相。從對(duì) 5 種牧草化感作用的綜合影響來看，說明主要存在于石油醚相、乙酸乙酯相和氯仿相這3種餾分中的化感物質(zhì)對(duì) 5 種牧草的影響較大。

圖10 細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)粗分離物對(duì)5種牧草的綜合效應(yīng)Fig.10 Comprehesive evaluation of crude extracts of allelopathic substances from above ground part of Cyclospermum leptophyllum of five herbages

3 結(jié)論與討論

外來入侵植物通過化感作用，抑制其他植物的生長(zhǎng)發(fā)育，逐漸成為本地的優(yōu)勢(shì)單一種群，嚴(yán)重威脅著入侵地的生物多樣性，降低了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并對(duì)生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)都產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響[12-13]。通過筆者前期實(shí)地調(diào)查研究，細(xì)葉旱芹近年來已入侵中國(guó)南方地區(qū)大部分草坪、草地和農(nóng)田等農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，危害當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)細(xì)葉旱芹的研究很少，本試驗(yàn)利用相似相溶原理，以細(xì)葉旱芹地上部分作為試驗(yàn)材料，使用4種極性大小不同的有機(jī)溶劑(石油醚<三氯甲烷<乙酸乙酯<正丁醇)萃取地上部分的化感物質(zhì)。通過生物測(cè)定比較5種餾分對(duì)4種草坪草和5種牧草受體植物的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，得出細(xì)葉旱芹地上部分物質(zhì)中含有一定的化感物質(zhì)，且不同極性大小有機(jī)溶劑的萃取物質(zhì)對(duì)受體植物的化感作用強(qiáng)弱不同?；行?yīng)指數(shù)常作為評(píng)價(jià)供體植物對(duì)受體植物某一項(xiàng)指標(biāo)的化感作用強(qiáng)度一項(xiàng)重要指標(biāo)，綜合化感效應(yīng)指數(shù)則從整體衡量供體植物對(duì)受體植物的綜合化感作用強(qiáng)度[14-16]。從化感作用的綜合影響來看，說明主要存在于石油醚相和氯仿相這2個(gè)餾分中的化感物質(zhì)對(duì)4種草坪草和5 種牧草的影響較大，是深入研究細(xì)葉旱芹化感物質(zhì)有效的提取劑。試驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步研究細(xì)葉旱芹化感作用和有效防除提供了理論依據(jù)。

細(xì)葉旱芹地上部提取物萃取分離提純得到的5種餾分對(duì)受體植物種子及幼苗具有一定的抑制作用。其中對(duì)馬尼拉和高丹草的發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率影響比較顯著，能明顯抑制種子的萌發(fā)，使馬尼拉和高丹草發(fā)芽不整齊及延遲發(fā)芽，表明植物化感的抑制作用存在受體植物選擇效應(yīng)和化感作用具有多樣性的特點(diǎn)，與前人的研究結(jié)果一致[16-18]。試驗(yàn)結(jié)果還表明石油醚餾分對(duì)草坪草和牧草受體植物的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的抑制作用最強(qiáng)，細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)主要存在于石油醚餾分中，為進(jìn)一步從中分離提取化感活性物質(zhì)提供了理論依據(jù)。細(xì)葉旱芹為主根系植物，地下部主根發(fā)達(dá)，須根多，使其能在地下部爭(zhēng)取更多的資源；而對(duì)于地上部莖和葉，細(xì)葉旱芹主要是通過淋溶釋放化感物質(zhì)，在湘中地區(qū)4月開始進(jìn)入雨季，細(xì)葉旱芹正好進(jìn)入生殖生長(zhǎng)過程中，通過雨水的淋溶將細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)融入土壤中，對(duì)草坪草產(chǎn)生抑制影響，逐漸擴(kuò)大侵入空間，隨著時(shí)間和空間及其他環(huán)境因子相互作用下，細(xì)葉旱芹慢慢變?yōu)椴萜褐械膬?yōu)勢(shì)種，從而加快了草坪退化速度，破壞了草坪景觀的美觀，造成損失[19-20]。因此，當(dāng)草坪或草原出現(xiàn)斑塊景觀時(shí)，應(yīng)當(dāng)及時(shí)在斑塊處尋找與草坪或牧草品種不同的雜草挖除工作，避免雜草長(zhǎng)時(shí)間累積更多的化感物質(zhì)抑制草坪草和牧草的生長(zhǎng)，造成巨大的損失。

岳茂峰等[21]通過研究雜草的生態(tài)位寬度，對(duì)廣州多地綠化草坪進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)分析，通過計(jì)算不同草類的生態(tài)寬度得出，春季雜草優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)位比冬季雜草優(yōu)勢(shì)種寬，說明春季雜草優(yōu)勢(shì)種能夠利用更多種多樣的資源，能力更強(qiáng)。而細(xì)葉旱芹正屬于春季雜草，因此，在防止雜草侵入草坪之前可提前進(jìn)行對(duì)草坪的修剪，可以阻礙雜草的生長(zhǎng)速度來可以防止細(xì)葉旱芹地上部化感物質(zhì)的釋放量。

生物檢測(cè)是研究化感作用中一種重要的手段，需要根據(jù)研究目的來確定受體植物，常選擇對(duì)化感物質(zhì)反應(yīng)較敏感的植物作為受體。本研究選擇的4種草坪草和5 種牧草是研究草坪草中較有代表性的植物。但細(xì)葉旱芹是否對(duì)草坪草其周圍生長(zhǎng)的雜草植物都具有一定化感作用還需要進(jìn)一步研究。