紅葉李水浸液對4種草坪植物的化感作用

朱強，安黎，鄒夢輝，田曾元，郭予琦

（鄭州大學生命科學學院，河南鄭州 450001）

紅葉李水浸液對4種草坪植物的化感作用

朱強，安黎，鄒夢輝，田曾元，郭予琦

（鄭州大學生命科學學院，河南鄭州 450001）

研究了園林植物紅葉李Prunusceraifera不同器官及根際土壤水浸液對白三葉Trifoliumrepens，紫花苜蓿Medicagosativa，剪股穎Agrostistenuis和黑麥草Loliumperenne等種子萌發和幼苗生長的影響，其中種子萌發實驗采用培養皿濾紙法，幼苗生長實驗采用溫室盆栽法。結果表明：在50 g·L-1浸提液質量濃度下，紅葉李根、莖、葉水浸液對白三葉種子萌發具有極顯著的抑制作用，強弱順序為葉＞根＞莖；紅葉李落葉和根際土壤水浸液對白三葉種子萌發也具有較強抑制作用；在測試質量濃度范圍內，紅葉李葉片水浸液對白三葉和紫花苜蓿種子萌發表現為抑制作用，對剪股穎和黑麥草則表現出“低促高抑”效應；紅葉李葉片水浸液對白三葉和紫花苜蓿幼苗的生長主要表現為促進作用，對剪股穎和黑麥草則主要表現為抑制作用；4種植物對紅葉李化感作用的平均敏感性強弱順序為剪股穎＞黑麥草＞白三葉＞紫花苜蓿，其中紫花苜蓿的平均敏感指數為正值，其余均為負值。結果為從化感角度提高紅葉李的園林配置水平提供了依據。圖1表6參18

植物學；園林植物；紅葉李；草坪植物；化感作用

植物化感作用是植物通過淋溶、揮發、殘體分解和根系分泌等方式向環境釋放化學物質，從而對周圍植物產生直接或間接的、有害或有利的作用［1］。植物間的這種化學作用對作物增產、森林撫育、植物保護和生物防治等方面有著廣泛的影響［2］。目前，植物化感作用已經成為一個十分活躍的研究領域，并且無論在廣度還是深度上都取得了重要進展。在廣度上，研究范圍從集中于作物和入侵雜草不斷向林木、園林綠化植物及水生植物拓展，以至幾乎涵蓋所以植物類群，植物與微生物間的化感作用也引起人們的廣泛重視［3-8］；在深度上經歷了由化感現象的簡單描述和證明到化感機制的闡釋，再到初步應用于生產實踐的過程［9］。雖然已經取得了許多成果，但植物化感作用領域依然存在大量空白，亟須開展更多更為系統深入的研究。園林植物是指具有一定觀賞價值，適用于室內外布置，美化環境，改善環境，并豐富人們生活的植物。園林植物化感作用的研究對于園林植物配置的科學性和植物群落演替有著直接影響，同時也影響園林人工生態系統的穩定和功能發揮［10］。近年，園林植物化感作用逐漸引起人們的關注，白三葉Trifoliumrepens［2］，百里香Thymemandschuricus［11］，小佛肚竹Bambusaventricosa［12］，火炬樹Rhusttyphina［8］，萬壽菊Tageteserecta［13］等被報道具有較強化感作用。筆者曾篩選對44種常見園林植物的化感作用，發現紅葉李Prunusceraifera葉片水浸液具有較強的化感作用。紅葉李為薔薇科Rosaceae落葉喬木，又稱紫葉李、櫻桃李，其葉片常年紫紅，是著名色葉樹種。原產中亞及中國新疆天山一帶，現作為園林植物栽培分布于北京以及山西、陜西、河南、江蘇、山東等省的各大城市［14］。除用于園林綠化外，未見有關于紅葉李其他用途的報道，這使得針對紅葉李的研究和開發利用受到極大限制。紅葉李化感作用的發現無疑有利于充分開發其應用潛力。本實驗對紅葉李的化感作用進行了更為全面的研究。以紅葉李在園林中的伴生草坪植物白三葉，紫花苜蓿Medicagosativa，剪股穎Agrostistenuis和黑麥草Loliumperenne等為受體，研究了紅葉李不同器官及根際土壤水浸液的化感作用，旨在探究紅葉李對伴生草坪植物的化感作用，為提高其園林配置水平提供可靠依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供體：紅葉李的根、莖、葉及根際土壤，2013年9月采于鄭州大學校園內。紅葉李樹高約3 m，胸徑10 cm左右。受體：白三葉、紫花苜蓿、剪股穎和黑麥草。種子購于鄭州陳寨花卉市場。

1.2 方法

1.2.1 浸提液的制備①不同器官水浸液置備。用清水將紅葉李新鮮根、莖、葉沖洗干凈，平鋪晾干，剪成1 cm2小片（或1 cm小段），稱取一定量并加入20倍蒸餾水，室溫浸提24 h。4層紗布過濾得比例為50 g·L-1（鮮質量/體積）的浸提液，稀釋為30，10，5 g·L-1。4℃冰箱保存備用。以上浸提液用于種子萌發實驗，考慮到浸提液在土壤中作用可能減弱，將盆栽生長實驗測試比例調整為100，50，30，10 g· L-1。②根際土壤水浸液置備。取適量紅葉李根毛區的土壤，篩出雜質后風干，加入2倍于土樣質量的蒸餾水室溫浸提24 h，期間攪拌數次。雙層濾紙過濾后比例定為500 g·L-1（質量/體積），梯度稀釋為250，125 g·L-1，4℃冰箱保存備用。

1.2.2 生物測定①種子萌發實驗。以濾紙為載體測試紅葉李不同部位及根際土壤水浸液對4種草坪植物種子萌發的化感作用。將籽粒健康均一的受體種子沖洗干凈，質量分數為10%次氯酸鈉消毒2min，再用蒸餾水洗5次，置于墊有2層濾紙的培養皿（直徑d=9 cm）中。擺放種子30粒·皿-1，3次重復。加入浸提液6mL·皿-1，用蒸餾水作對照。人工氣候培養箱中25℃暗培養2～3 d（預實驗確定白三葉2 d，其他3 d），每天記錄發芽數，統計發芽率和發芽指數。②盆栽幼苗生長實驗。以土壤為載體在光照培養室內測定紅葉李鮮葉水浸液對4種草坪植物株高和生物量的影響。土壤選用砂性土壤，除雜風干，混勻后裝于直徑為8 cm的塑料盆中，播種一定量的種子，加適量清水培養。待幼苗出土后留長勢一致的幼苗5株·盆-1，澆灌浸提液，清水為空白對照，重復4次。20 d后取10株·處理-1測量株高及鮮干質量。

1.2.3 數據處理與分析采用Williamson等［15］的化感效應指數（IRI）來評價化感作用。計算公式為IRI=1-C/T（T＞C）；IRI=T/C-1（T≤C）。其中C為對照，是以蒸餾水培養的受體植物各項指標的平均值。T為處理值，是以浸提液培養的受體植物各項指標的平均值。當IRI＞0時表示浸提液具有促進作用，IRI＜0時具有抑制作用。IRI的絕對值代表作用強度的大小。另外，為了綜合評價受體植物對紅葉李的敏感效應，采取鮑根生等［16］的相加平均法。采用SPSS 16.0軟件進行統計分析，用平均數和標準誤表示測定結果，分別對各項測試結果進行單因素方差分析，并用Duncan法對各測定數據進行多重比較：采用Excel 2007作圖。

2 結果與分析

2.1 紅葉李不同器官水浸液對白三葉種子萌發的影響

由表1可知：在測試比例下紅葉李不同器官水浸液對白三葉種子萌發都具有極顯著的抑制作用，且不同器官的抑制程度有所差異。發芽率和發芽指數能一致地反應出不同器官的強弱次序，但發芽指數更為敏感（落葉除外）。葉片的作用最強，綜合效應（ESE）為-0.96，其次是根，莖的作用相對最弱，ESE值為-0.51。葉與根的化感活性間沒有顯著差異，但都極顯著高于莖的化感活性。這反應出化感物質在紅葉李體內的分布情況，可能葉片和根是化感物質合成或聚集的重要場所。紅葉李落葉同樣具有較高的化感作用，這說明落葉分解可能是紅葉李化感物質釋放的一種途徑。

表1 紅葉李不同器官水浸液對白三葉種子萌發的影響Table 1 Effect of 50 g·L-1water extract from different organs of Prunus ceraifera on seed germination of Trifolium repens

2.2 紅葉李根際土壤水浸液對白三葉種子萌發的影響

隨著紅葉李根際土壤水浸液濃度的增加，白三葉種子的發芽率和發芽指數呈現出逐漸下降的趨勢（圖1），且發芽指數下降更明顯，但對發芽率的抑制作用在各比例下都沒有達到顯著水平。發芽指數在125 g·L-1時即受到顯著抑制，在250，500 g·L-1時抑制作用達到極顯著水平，IRI值分別為-0.39，-0.41。這再次證明發芽指數對化感作用較發芽率敏感，說明紅葉李化感物質延緩種子萌發的作用要強于遏止種子萌發。

圖1 紅葉李根際土壤水浸液對白三葉萌發的影響Figure 1 Effect of aqueous extract from rhizosphere soil of Prunus ceraifera on seed germination of Trifolium repens

2.3 紅葉李葉片水浸液對4種草坪植物種子萌發的影響

結合表2和表3可知：紅葉李葉片水浸液對不同植物種子萌發的作用不同，且在不同比例浸提液時的作用效果也存在較大差別。整體上可分為2種情況：對白三葉和紫花苜蓿的抑制作用及對剪股穎和黑麥草的“低促高抑”效應。白三葉和紫花苜蓿的發芽率及發芽指數隨浸提液比例的升高而逐漸降低（但在10 g·L-1時抑制作用卻異常降低甚至出現促進作用），對白三葉的影響明顯比紫花苜蓿大。白三葉的發芽率在5 g·L-1時即受到顯著的抑制，IRI值為-0.33；紫花苜蓿的發芽率只有在最高比例50 g·L-1時受到的抑制作用才達到顯著水平，IRI值為-0.20。在5 g·L-1時，剪股穎和黑麥草種子萌發受到不同程度的促進作用，但都未達到顯著水平；在50 g·L-1時，發芽率和發芽指數受到顯著或極顯著的抑制作用。這提示紅葉李化感物質對單子葉植物和雙子葉植物可能具有不同的作用機制。

2.4 紅葉李葉片水浸提對4種草坪植物幼苗生長的影響

由表4和表5可以看出：在測試比例范圍內，紅葉李對白三葉和紫花苜蓿幼苗的生長主要表現為促進作用，對剪股穎和黑麥草則主要表現為抑制作用，而這正好與對4種植物種子萌發的作用效果截然相反。這可能是由于紅葉李化感物質對單子葉植物和雙子葉植物幼苗生長的作用機制不同，且與對種子萌發的作用機制不同。白三葉幼苗的干質量隨浸提液比例在升高受到的促進作用逐漸增強，在100 g·L-1時促進了101%，對株高的促進作用不明顯。紫花苜蓿的株高、鮮質量和干質量隨比例在升高受到的促進作用則都逐漸減弱，株高受到的促進作用由32%減為1%，干質量由127%減為18%。剪股穎和黑麥草的幼苗生長大體上隨比例升高受到的抑制作用逐漸增強，剪股穎受到抑制程度較黑麥草高。

表2 紅葉李葉片水浸液對4種草坪植物種子萌發的影響Table 2 Effect of water extract from leaves of Prunus ceraifera on seed germination of four turfgrass plants

表3 紅葉李葉片水浸液對4種草坪植物種子萌發的化感作用Table 3 Allelopathic effects of water extract from leaves of Prunus ceraifera on seed germination of four turfgrass plant

表4 紅葉李葉片水浸提對4種草坪植物幼苗生長的影響Table 4 Effect ofwater extract from leavesof Prunus ceraifera on seeding growth of four turfgrass plants

2.5 4種植物對紅葉李水浸液化感作用的敏感指數

一級敏感指數（M1）反應了4種植物不同測定指標對紅葉李化感作用的敏感性，5項指標受抑制程度為萌發率＞萌發指數＞株高＞株干質量＞株鮮質量，其中株高、株干質量、株鮮質量表現為輕微的促進作用。4種植物發芽率受抑制程度強弱次序為剪股穎＞白三葉＞紫花苜蓿＞黑麥草，其中剪股穎最敏感，敏感指數為-0.55；黑麥草最不敏感。敏感指數為-0.09。二級敏感指數（M2）反應了4種植物種子萌發期和幼苗生長期對紅葉李水浸液化感作用的平均敏感指數，分別為-0.28，0.05。表明紅葉李化感物質對種子萌發主要表現為強烈抑制作用，對幼苗生長表現為輕微促進作用。4種植物萌發期受抑制最強的是白三葉，平均敏感指數為-0.41，其次是剪股穎，黑麥草最弱。白三葉和紫花苜蓿在生長期受到強烈的促進作用，剪股穎和黑麥草則受到不同程度的抑制作用。值得注意的是，白三葉和紫花苜蓿在萌發期和生長期受到的作用恰好相反。三級敏感指數（M3）反應了4種植物在物種水平上對紅葉李水浸液化感作用的綜合敏感性，平均敏感指數為-0.12。說明紅葉李的化感物質對4種植物主要表現為抑制作用。4種植物對紅葉李化感作用的敏感性強弱順序為剪股穎＞黑麥草＞白三葉＞紫花苜蓿，其中紫花苜蓿的平均敏感指數為正值，其余均為負值（表6）。

表5 紅葉李葉片水浸提對4種草坪植物幼苗生長的化感作用Table 5 Allelopathic effects ofwater extract from leaves ofPrunusceraiferaon seeding growth of four turfgrass plants

表6 4種植物對紅葉李水浸液化感作用的敏感指數Table 6 Assessment of sensitivity of four turfgrass plants to allelopathy ofwater extract from leavesofPrunusceraifera.

3 討論

植物的化感物質幾乎分布在各個部位，但主要存在于葉片和根內，這是與植物主要通過葉片和根系釋放其化感物質相一致［17］。紅葉李葉片和根水浸液的化感作用最強。根際土壤也具有一定的化感作用，這說明其化感物質確實釋放到了環境中且能夠抑制其他植物種子的萌發。化感作用對受體植物的影響是多方面的，能抑制或延緩種子萌發、影響幼苗正常生長發育。已有研究表明：化感物質首先作用于植物根細胞的細胞膜，通過細胞膜功能的改變進而影響植物的生理生化代謝活動，包括呼吸作用、光合作用、離子吸收、蛋白質合成、激素代謝、基因表達等，最終抑制（或促進）植物的生長發育。紅葉李水浸液能延緩和抑制白三葉、紫花苜蓿、黑麥草和剪股穎種子的萌發，但其對4種植物生長的影響卻不同。對白三葉和紫花苜蓿表現出促進作用，而抑制黑麥草和剪股穎幼苗的生長。這說明紅葉李的化感物質對不同植物生長的影響存在較大差異，且對某些植物在其不同生長期的效應可能完全相反。化感作用對不同植物的影響不同與前人研究結果一致［18］，但抑制種子萌發促進生長的現象比較少見，很值得注意。在園林配置中可以巧妙地利用這些關系；紅葉李附近不宜播種這4種草坪植物，也不宜移栽黑麥草和剪股穎，但栽植白三葉和紫花苜蓿則會有利于幼苗生長。

本實驗只測試了紅葉李對受體萌發和生長影響的一些形態學指標，其化感作用的生理生化機制，尤其對萌發期和生長期不同作用的機制有待深入研究。紅葉李的化感物質也需要進行分離鑒定。

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Allelopathic effects ofPrunuscerasiferaon four turfgrass plants

ZHU Qiang，AN Li，ZOU Menghui，TIAN Zengyuan，GUO Yuqi
（College of Life Science，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，Henan，China）

To understand the chemical relationships ofPrunuscerasiferawith others turfgrass plants，the allelopathic effects of an aqueous extract from different organs and rhizosphere soil ofP.cerasiferaon seed germination and seedling growth of four turfgrass plants：Trifoliumrepens，Medicagosativa，Agrostistenuis，andLolium perenne，were studied.Seed germination was tested indoors using a biologicalmonitoringmethod，and seedling growth was tested in a pot experiment.Results indicated that the root，stem，and leaf aqueous extracts ofP. cerasiferaat 0.05 g·m L-1concentration significantly inhibited（P＜0.01）seed germination ofT.repenswith leaf＞root＞stem.Leaf litter and rhizosphere soil extracts ofP.cerasiferaalso had a strong inhibition on seed germination ofT.Repens.Leaf extracts inhibited seed germination ofT.repensandM.SativawithA. tenuisandL.perennebeing promoted at lower concentration and being inhibited at higher concentration.For seedling growth，leaf extracts promotedT.repensandM.sativa，and inhibitedA.tenuisandL.perenne.Overall the allelopathic sensitivity was in the order ofA.tenuis＞L.perenne＞T.repens＞M.sativa.Additionally，the overall allelopathic sensitivity ofM.sativawas positive，but the otherswere negative.These results provide a basis for allelopathic application ofP.cerasifera.［Ch，1 fig.6 tab.18 ref.］

botany；garden plants；Prunuscerasifera；turfgrass plants；allelopathy

S718.3

A

2095-0756（2014）05-0710-06

2013-11-13；

2014-03-19

鄭州大學2013年度大學生創新創業訓練計劃項目（2013xjxm031）

朱強，從事植物學研究。E-mail：zhuqiang21@163.com。通信作者：郭予琦，副教授，博士，從事植物化學與分子生物學研究。E-mail：guoyuqi@zzu.edu.cn