草地早熟禾葉和根莖浸提液對3種花卉植物種子萌發的影響

胡 婧， 李德穎， 朱慧森*， 董寬虎， 馬承澤

(1. 山西農業大學動物科技學院， 山西 太谷 030801； 2. 北達科他州立大學植物科學系， 美國 法戈 58108)

草坪和花卉混播是模擬天然植被的一種重要方法[1]，也用于園林綠化中的草坪綠地植物配置。草坪和花卉混播可選擇的植物多樣性較高，包括野生花卉和來自不同氣候帶的花卉栽培種[2]。為了達到預期的不同綠地植物配置比例和理想的綠化美化效果，所選擇的幾種植物協同存活至關重要。然而在綠地建植過程中，或者自然狀態下，由于植物群體生長的自我調節，實際存活的植物種類和比例往往與預期不相符，主要是由于憑借經驗配置植物，缺乏對植物之間自然競爭機制的了解[3]。

植物個體間的競爭是自然界普遍存在的一種作用過程。一般來說，植物通過和其他個體競爭獲取各自所需資源，從而求得生存和生長，而其獲取資源的行為主要與其形態和生理特性有關[4]。植物間的競爭作用對植物的生長、形態和存活產生重要影響，是塑造群落結構和動態的關鍵因子之一[5]。植物競爭包括直接競爭和間接競爭，直接競爭即化感作用[6]；化感作用(allelopathy)是指一種植物(含微生物)通過自身釋放到環境中的化學物質對另一種植物產生直接或間接的促進或抑制作用[7]。植物化感物質進入到環境的主要方式有葉的雨霧淋溶、根系分泌和殘根分解、自然揮發及植株殘體分解4種途徑[8]。種子萌發是植物生命周期中的關鍵環節，對植物生長發育至關重要，植物分泌的化感物質會影響周圍植物種子萌發和幼苗生長繁殖，并在一定程度上影響植物之間資源的競爭[9-10]。植物化感作用研究作為一門新興的交叉學科，已成為國內外學者的研究熱點，在農業增產[11]、雜草防控[12]、植物入侵[13]等方面取得不少成果，但關于草坪綠地植物配置中的化感作用研究尚不多見。

草地早熟禾(Poapratensis)屬于禾本科早熟禾屬多年生草本植物，又名肯塔基草、藍草、肯塔基藍草、六月禾等。由于它具有繁殖力強、再生性好、適應性強、返青早、綠色期長等特點[14]，在世界涼爽濕潤地區及過渡地帶廣泛引種栽培，是最重要和應用最廣泛的冷季型草坪草之一。草地早熟禾充當綠地景觀的背景色，是綠地植物配置中的基調和主體[15]。目前，草地早熟禾的研究主要集中于育種栽培、抗性及遺傳等方面[16-18]，對其化感效應少有涉及。

二月蘭(Orychophragmusviolaceus)、百日草(Zinniaelegans)和孔雀草(Tagetespatula)是園林綠化中較為常見的草本花卉，本試驗旨在研究草地早熟禾對3種植物種子萌發的影響，評價不同部位草地早熟禾浸提液對3種供試植物化感效應的差異，探討草地早熟禾水浸提液與花卉植物生長的關系，為草坪綠地植物的配置提供新思路和理論依據，同時對穩定草坪綠地植物群落的構建具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2017年6月，在山西農業大學動物科技試驗站草坪標本區中挖取生長健康的草地早熟禾植株，分離葉和根莖，清洗后風干并粉碎。二月蘭、百日草和孔雀草種子購于北京綠冠草業股份有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1浸提液的制備 分別稱取草地早熟禾葉、根莖干燥物粉末各200 g，置于400 mL蒸餾水中，在28℃水浴保溫箱中浸泡48 h，經雙層紗布過濾后，用孔徑為0.45 μm的濾膜抽濾，得到濃度為0.5 g·mL-1的葉和根莖浸提液，4℃冰箱保存。

1.2.2種子萌發試驗 用1% H2O2消毒種子1 min，洗凈，吸取5 mL上述濃度的浸提液加入放有鋪好濾紙的直徑為9 cm培養皿中，每皿均勻放置50粒(百日草和孔雀草)或100粒(二月蘭)種子，以蒸餾水為對照，各處理4次重復。在光照12 h溫度25℃的培養箱中浸種48 h，種子吸脹后，密封，放在25℃恒溫光照培養箱中培養，光照12 h，濕度80%，萌發標準為胚根突破種皮1 mm，每24 h記錄發芽情況，第14 d結束發芽試驗，每皿隨機挑選10株苗，用尺子(精度為0.1 mm)測量根長、芽長，用電子天平(精度為0.0001 g)稱量根鮮重、芽鮮重，各處理測定40株，結果以平均值±標準誤表示。測量指標的計算公式如下：

參照《國際種子檢驗規程》[19]測定發芽勢和發芽率：

發芽率(%)=(種子發芽總數/供試種子總數)×100%

發芽勢(%)=(前5 d內發芽總數/供試種子總數)×100%

參照Abdul-Baki[20]的方法計算活力指數(SVI)：

SVI=GI×S，GI為發芽指數，GI=Σ(Gt/Dt)，Gt表示在第t天種子的發芽數，Dt代表相應的發芽天數，S為第14 d測得的整株幼苗鮮重(g)。

參照Williamson和Richandson[21]的方法計算化感效應指數(RI)：

RI=1—C/T(T≥C)或RI=T/C—1(T0時，表示促進作用；當RI<0時，表示抑制作用。并且RI的絕對值越大，化感效應強度就越大。

綜合化感效應指數(SE)：同一供試植物的發芽勢、發芽率、活力指數、根長、芽長、根鮮重、芽鮮重的RI的算術平均值[22]。

1.3 數據分析

Excel 2013整理試驗數據；應用SPSS 19.0進行雙因素方差分析，文章中的圖用SigmaPlot 12.5制作。

2 結果與分析

2.1 草地早熟禾葉和根莖浸提液對3種花卉植物發芽率、發芽勢和活力指數的影響

由表1可知，與對照相比，3種供試植物種子發芽率均顯著下降，且根莖浸提液抑制作用顯著大于葉浸提液(P<0.05)。草地早熟禾根莖浸提液處理下二月蘭發芽率最高，為23.67%，受到的抑制作用最弱。葉浸提液處理下，百日草的發芽率僅為28.00%，較二月蘭和孔雀草降低19.24%

和17.65%。草地早熟禾浸提液對3種供試植物的發芽勢與發芽率影響一致，根莖和葉浸提液處理下3種供試植物的發芽勢均顯著低于對照(P<0.05)，且根莖浸提液的抑制作用明顯大于葉浸提液。草地早熟禾根莖浸提液處理下，二月蘭的發芽勢為20.00%，較百日草和孔雀草高57.14%和56.98%。葉浸提液對百日草的發芽勢抑制最強。從表1可以看出，與對照相比，3種供試植物的活力指數顯著下降(P<0.05)。草地早熟禾葉浸提液處理下，二月蘭的活力指數比百日草和孔雀草分別高86.20%和50.00%，根莖浸提液處理下，二月蘭的活力指數顯著高于百日草和孔雀草(P<0.05)。

表1 不同處理對3種花卉植物發芽率、發芽勢和活力指數的影響Table 1 Effect of different treatments on the germination rate,germination potential,and vigor index of three herbaceous ornamentals

注：同列不同小寫字母表示同一供試植物在不同浸提液處理下對應各指標差異顯著(P<0.05)，同行不同大寫字母表示同種浸提液處理下不同供試植物對應各指標差異顯著(P<0.05)，下同

Note:Different lowercase letters in the same column indicate the same treated plants of different extracts are significantly different at 0.05 probability level. Different capital letters in the same row means the different treated plants of the same extracts are significantly different at 0.05 probability level,the same as below

雙因素方差分析表明(表2)，不同供試植物品種、不同部位浸提液處理下3種植物的發芽率、發芽勢、活力指數均存在極顯著差異(P<0.01)，二者的交互作用下3種植物的活力指數差異極顯著(P<0.01)，發芽率和發芽勢差異顯著(P<0.05)。

表2 品種和浸提液對發芽率、發芽勢和活力指數的雙因素方差分析Table 2 Variance analysis of species and extractions on germination rate,germination potential,and vigor index

注：*表示在0.05水平下差異顯著，**表示在0.01水平下差異顯著，下同

Note:* indicate significant difference at the 0.05 level;**indicate significant difference at the 0.01 level,the same as below

2.2 草地早熟禾葉和根莖浸提液對3種花卉植物根長和芽長的影響

由表3可以看出，與對照相比，草地早熟禾根莖浸提液顯著抑制3種供試植物的根長。葉浸提液處理下，二月蘭的根長受到的抑制最弱。根莖浸提液對孔雀草的根長的抑制作用最強，相較于二月蘭和孔雀草分別降低55.00%和50.68%。芽長數據表明，與對照相比，除孔雀草外，草地早熟禾葉和根莖浸提液對其他兩種植物的芽長均有顯著抑制作用(P<0.05)，且根莖浸提液抑制作用顯著高于葉浸提液。根莖浸提液處理下，二月蘭的芽長受到的抑制作用最強，相較于百日草和孔雀草分別降低47.65%和49.48%，且百日草和孔雀草二者間無顯著差異。葉浸提液處理下，二月蘭芽長受抑制的程度最大，相比百日草和孔雀草分別降低35.18%和21.60%，且3種植物芽長存在顯著差異(P<0.05)。

表3 不同處理對3種花卉植物根長和芽長的影響Table 3 Effect of different treatments on the root length and coleoptile length of three herbaceous ornamentals

雙因素方差分析表明(表4)，不同供試植物、不同部位浸提液處理下3種植物的根長和芽長差異極顯著(P<0.01)，二者的交互作用顯著抑制供試植物的根長(P<0.05)，極顯著抑制其芽長(P<0.01)。

表4 品種和浸提液對根長和芽長的雙因素方差分析Table 4 Variance analysis of species and extractions on root length and coleoptile length

2.3 草地早熟禾葉和根莖浸提液對3種花卉植物根鮮重和芽鮮重的影響

表5顯示，與對照相比，草地早熟禾葉和根莖浸提液顯著降低3種植物的根鮮重(P<0.05)。同種浸提液處理下，3種植物的根鮮重差異不顯著。與對照相比，草地早熟禾葉和根莖浸提液均顯著抑制3種供試植物的芽鮮重(P<0.05)。草地早熟禾根莖浸提液處理下，二月蘭芽鮮重受到的抑制最強，比百日草和孔雀草分別降低40.51%和35.48%。葉浸提液處理下3種植物芽鮮重的敏感性和根莖浸提液一致。

表5 不同處理對3種花卉植物根鮮重和芽鮮重的影響Table 5 Effect of different treatments on root fresh weight and coleoptile fresh weight of three herbaceous ornamentals

由表6可以看出，不同供試植物品種處理下3種植物的根鮮重差異不顯著，芽鮮重差異極顯著(P<0.01)。草地早熟禾不同部位浸提液處理下3種植物的根鮮重和芽鮮重差異極顯著(P<0.01)，二者的交互作用對3種植物的根鮮重和芽鮮重無顯著影響。

表6 品種和浸提液對根鮮重和芽鮮重的雙因素方差分析Table 6 Variance analysis of species and extractions on root fresh weigh and coleoptile fresh weight

2.4 草地早熟禾葉和根莖浸提液對3種花卉植物的綜合化感效應

表7結果表明，草地早熟禾葉和根莖浸提液對3種植物具有不同的化感效應。草地早熟禾葉浸提液處理下，二月蘭發芽率的化感效應指數明顯低于百日草和孔雀草，而百日草發芽勢的化感效應指數顯著高于二月蘭。二月蘭根長的化感效應指數則高于孔雀草。孔雀草芽長的化感效應指數顯著高于二月蘭和百日草。3種植物間活力指數、根鮮重和芽鮮重的化感效應指數無明顯差異。草地早熟禾根莖浸提液處理下，3種植物間發芽率的化感效應指數無明顯差異，二月蘭發芽勢的化感效應指數顯著低于百日草，其活力指數的化感效應指數則顯著低于其他兩種供試植物。3種供試植物間根長的化感效應指數差異均顯著，其中百日草根長的化感效應指數最高，二月蘭次之，孔雀草最低。而孔雀草芽長的化感效應指數顯著高于二月蘭和百日草。3種植物間根鮮重和芽鮮重的化感效應指數無明顯差異。

從3種供試植物發芽率、發芽勢、活力指數、根長、芽長、根鮮重和芽鮮重的化感效應指數的綜合對比來看，二月蘭、百日草、孔雀草的綜合化感效應指數都為負值，說明3種植物都受到草地早熟禾浸提液的明顯抑制，且根莖浸提液的抑制作用大于葉浸提液。二月蘭受草地早熟禾根莖浸提液和葉浸提液的抑制效應最強，綜合化感效應指數顯著低于其他兩種植物。

表7 不同處理對3種花卉植物的化感效應指數Table 7 Comprehensive allelopathic effect index of different treatments of three herbaceous ornamentals

3 討論

本研究結果表明，根據發芽率、發芽勢、活力指數、芽長、根長、根鮮重、芽鮮重等指標分析，草地早熟禾葉和根莖浸提液對二月蘭、百日草、孔雀草的發芽勢、發芽率、活力指數均有抑制作用。已有研究也發現，草地早熟禾莖葉浸提液對白三葉(Trifoliumrepens)的發芽率有較強的抑制作用[23]。化感物質通過抑制胚根的生長，導致植株根系生長受阻，影響根系對水分和土壤養分的吸收能力，抑制胚軸生長從而導致植株低矮，這些均會造成植株生長緩慢并且影響其在群落中的競爭能力。例如化感物質對大豆(Glycinemax)幼苗根生長的抑制導致植株根系吸肥能力降低[24]，對玉米(Zeamays)幼苗生長的抑制導致植株矮小、瘦弱，影響其對光的競爭[25]。黑芥(Brassicanigra)的根、莖、葉以及花的浸提液均能抑制野燕麥(Avenafatua)胚根和胚軸的伸長，其中胚根對浸提液的響應最為敏感[26]。在本研究中，3種供試植物根的生長較芽的生長對草地早熟禾浸提液更敏感，說明草地早熟禾浸提液主要通過抑制胚根的生長從而抑制種子萌發。

已有研究表明，加拿大一枝黃花(Solidagocanadensis)葉浸提液能顯著抑制雞眼草(Acalyphabrachystachya)、萵苣(Lactucasativa)、蘿卜(Raphanussativus)等種子的萌發，根部浸提液顯著降低雞眼草的發芽率，但對萵苣和蘿卜種子萌發影響不顯著[27-28]。生姜(Zingiberofficinale)的莖和葉浸提液均能抑制大豆(Glycinemax)及洋蔥(Alliumcepa)種子萌發，但不同部位的浸提液抑制作用不同[29]。本研究中，草地早熟禾葉和根莖浸提液對二月蘭、百日草和孔雀草種子萌發均有顯著抑制作用，但不同部位浸提液的抑制效果有差異。這表明，同一植株的不同部位產生的化感物質對不同植物種子萌發的生理效應有所不同。植物間的化感作用機理復雜，同一植物不同部位浸提液產生的化感效應也會有不同[30]，本研究中，草地早熟禾浸提液處理的3種花卉種子化感綜合效應均表現出根莖>葉，這可能與不同部位的化感成分不同有關。草地早熟禾的根莖可能是化感物質產生的場所，根莖所含的化感物質高于葉片，同時主要通過根系向外界環境中釋放化感物質。

化感物質通過抑制胚根和胚軸的伸長，破壞亞細胞結構，導致植物激素及活性氧不能正常合成與代謝，阻礙種子中儲存物質的代謝以及種子萌發過程中的物質以及能量轉換，導致種子萌發受阻[31]。種子萌發對物種更新至關重要，種子發芽率和發芽速度降低可能會降低植物在群落中的多度和早期競爭力，種子萌發速度越快，發芽效率越高，種間競爭力越強[32-33]。

4 結論

本研究結果表明，草地早熟禾對二月蘭、百日草和孔雀草具有化感效應，對二月蘭的抑制作用最強。在應用草地早熟禾進行草坪綠地搭配時應充分考慮其化感作用，在進行綠地植物配置前，建議用草地早熟禾浸提液評定不同花卉植物種子的萌發特性。且注重搭配植物的選擇以及配置方式，選擇對草地早熟禾化感作用不敏感的植物混栽。此外，草地早熟禾化感物質種類及作用機制等，尚需進一步探討。