苗期勁直黃芪根浸提液對8 種西藏野生植物化感作用的研究

包賽很那 ，王向濤 ，武俊喜 ，苗彥軍 *，賈祥 ，田彥婷

（1. 西藏農牧學院，西藏 林芝 860000；2. 中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101）

目前，毒草化已成為西藏自治區天然草地嚴重退化的重要原因之一。在西藏的一些天然牧場，有毒植物已逐漸發展成為優勢種群，種類繁多。據統計，全區天然草地飼用植物有83 科557 屬2672 種，其中有毒植物有18 科33 屬 72 種［1］。危害嚴重的主要有豆科黃芪屬的勁直黃芪（Astragalus strictus）、西藏黃芪（Astragalus tibetanus）；棘豆屬的冰川棘豆（Oxytropis glacialis）、毛瓣棘豆（Oxytropis sericopetala）；瑞香科狼毒屬的瑞香狼毒（Stellera chamaejasme）及毛莨科烏頭屬的工布烏頭（Aconitum kongboense）等。由于自然條件的不同，有毒植物在分布上表現出明顯的地帶性差異，以藏北東部地區分布種類較多且集中，而在藏東南地區卻較分散。

勁直黃芪是豆科黃芪屬的多年生草本植物，主要分布在西藏各地及青海、四川部分地區。其主要有毒成分為苦馬豆素（swainsonine）［2］，與棘豆屬（Oxytropis）的一些有毒植物統稱為瘋草［3］。該類植物不僅使家畜中毒死亡［4］，且毒性物質致使家畜出現不孕不育、流產、弱胎、畸胎等問題［5］，從而嚴重影響畜種改良，導致畜群結構失衡［6］。為此，有毒植物已經成為當前天然草地畜牧業發展的嚴重制約因素［7?8］。

西藏天然草地上勁直黃芪等有毒植物滋生蔓延，使草地生產力急劇下降，導致草地生境日趨惡化。有研究表明，有毒植物可以向環境中釋放大量的化感物質，抑制周圍植物的生長而導致草地退化［9?11］，這種現象被稱為他感作用（allelopathy），主要包括促進作用和抑制作用［12］，其中抑制作用是天然草地退化的一個重要因素而成為熱點問題。胡遠彬等［13］研究表明，勁直黃芪地上部分水浸提液對燕麥（Avena sativa）、反枝莧（Amaraanthus retro?flexus）、白三葉（Trifolium repens）和薺菜（Capsella bursa-pastoris）等受體種子萌發生長以及對燕麥和白三葉幼苗體內超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）活性及丙二醛（malondialde?hyde，MDA）含量均具有明顯的化感作用。目前，關于勁直黃芪的研究主要集中在資源調查、有毒成分分析［14］、毒性機理和中毒治療［15］以及遺傳多樣性等方面［16?19］，而對其化感作用方面的研究還處于起始階段。

基于西藏極為脆弱的生態環境，響應國家“免耕補播，改良植被”，“改善生境，綜合治理”的政策，遵循生態系統內在的機理和規律，堅持自然恢復為主的方針，本研究從化感現象著手研究西藏有毒植物勁直黃芪對高寒地區不同草地類型的野生優勢植物天藍苜蓿（Medicago lupulina）、垂穗披堿草（Elymus nutans）、小葉棘豆（Oxytropis microphylla）、羊茅（Festuca ovina）、紫花針茅（Stipa purpurea）、絲穎針茅（Stipa capillacea）、藏北嵩草（Kobresia littledalei）和黑穗畫眉草（Eragrostis nigra）8 種鄉土植物的促進和抑制作用，分析不同野生植物對勁直黃芪化感作用的響應，以揭示有毒植物繁殖蔓延導致天然草地草場退化的可能性，并篩選出適合用于勁直黃芪型退化草地植被修復的鄉土優勢植物種類，從而為西藏毒草型退化草地的合理補播改良及植被修復工作提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 受體處理

供體材料苗期勁直黃芪于2019 年3 月12 日采自西藏林芝市工布江達縣。受體材料為高寒地區不同草地類型的野生優勢植物天藍苜蓿、垂穗披堿草、小葉棘豆、羊茅、紫花針茅、絲穎針茅、藏北嵩草和黑穗畫眉草（表1），以上8 種受體是與勁直黃芪共生的野生植物。使用前，選取籽粒飽滿、大小均勻的受體植物種子用10%的次氯酸鈉溶液浸泡10 min，再用蒸餾水漂洗5 次，晾干備用。

表1 供試植物來源Table 1 Source of plants

1.2 試驗方法

1.2.1 勁直黃芪根浸提液的制備 稱取勁直黃芪新鮮植株根部50 g，剪成2 cm 的小段后加入3 倍的蒸餾水，浸提48 h。水浸提液經過定量濾紙和孔徑0.45 μm 的濾膜雙重過濾后，溶液定容至質量濃度為0.1 g·mL?1，再將浸提液用無菌蒸餾水分別稀釋至質量濃度為0.05、0.025、0.0125 g·mL?（1以鮮物質質量計算）的浸提液。調節各濃度浸提液的pH 值與蒸餾水（pH=6.58）一致后，保存于4 ℃冰箱中備用。

1.2.2 勁直黃芪化感作用的測定 采用室內生物學測定法［20］，于2019 年3 月15 日，吸取3 mL 配制好的不同濃度的浸提液，加入墊有兩層濾紙的培養皿中，每個培養皿內均勻放置50 粒受體植物種子，以加等量的蒸餾水為對照（CK）。試驗采取完全隨機區組設計，每處理4 次重復。將培養皿置于人工氣候箱中恒溫（20±0.5）℃培養，每天光照/黑暗12 h/12 h 交替進行，定期補充適量的浸提液。

1.2.3 測定指標和方法 每24 h 記錄萌發種子數（以胚根突破種皮并達種子長度的1/2 為發芽標準），培養第7 天時計算發芽勢（germination vigor，GV），第14 天統計發芽率（germination rate，GR），計算發芽指數（germina?tion index，Gi）、活力指數（vigor index，Vi），同時從每個培養皿中隨機選取10 個幼苗植株，用直尺測量其根長、苗高，再分別將幼苗及根在105 ℃殺青0.5 h，然后調至65 ℃烘干至恒重，用電子天平稱重并計算其苗干重（g·株?1）和根干重（g·株?1），計算各指標的平均值。

各指標計算公式具體如下：

式中：Gt為第“t”天種子發芽的數量；Dt為種子發芽試驗第“t”天。

式中：S表示幼苗的生長量（長度或重量）；Gi表示種子發芽指數。

化感效應指數（response index，RI）參照 Williamson 等［21］提出的方法進行計算。

式中：T為測試項目的處理值，T0為對照值；當RI＞0 時，表示促進作用；當RI＜0 時，表示抑制作用，RI的絕對值代表作用強度的大小。

化感綜合效應指數（synthetical allelopathic index，SE）為勁直黃芪浸提液的同一處理對同一受體植物各個測試指標RI的算術平均值［22?24］。

式中：SE表示化感綜合效應指數；a為數據項RI；j為數據項RI的序數；n為該級別數據項RI的總個數。當SE＞0時，為促進作用；反之，則為抑制作用。

1.3 數據處理

采用Excel 2003 作圖，用SPSS 17.0 軟件對各處理間種子萌發生長特性的數據進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 苗期勁直黃芪不同濃度根浸提液對8 種植物種子萌發及幼苗生長的影響

苗期勁直黃芪根浸提液對西藏8 種野生植物種子萌發特性具有明顯的化感作用（表2）。在發芽率方面，天藍苜蓿和小葉棘豆種子發芽率均高于對照，尤其在0.1 g·mL?1浸提液濃度處理時，其種子發芽率分別比對照提高72.70%和28.58%。相反，垂穗披堿草、羊茅、紫花針茅和絲穎針茅種子發芽率均低于對照，除羊茅外，均達到顯著或極顯著水平（P＜0.05 或P＜0.01）。在0.05～0.1 g·mL?1時，垂穗披堿草、紫花針茅和絲穎針茅種子發芽率與對照相比明顯降低，為抑制作用。其中，浸提液對紫花針茅種子發芽率的抑制性最強，為47.94%～73.98%；其次為絲穎針茅，抑制率為72.60%；對垂穗披堿草種子發芽率的抑制率為37.33%～39.62%。藏北嵩草種子發芽率隨著根浸提液濃度的增高而逐漸提高，在0.0125～0.025 g·mL?1時，抑制率達顯著水平（P＜0.05）。黑穗畫眉草種子發芽率在0.05 g·mL?1時最高，為49.17%，與對照相比差異顯著（P＜0.05）。

發芽勢是測試種子發芽速度和整齊度的主要指標。苗期勁直黃芪根浸提液對8 種植物種子發芽勢的化感作用有很大差異。在根浸提液不同濃度處理下，絲穎針茅和藏北嵩草發芽勢均為0。在高濃度（0.1 g·mL?1）時，天藍苜蓿、小葉棘豆和黑穗畫眉草發芽勢均高于對照，且達到處理間的最高值。其中，天藍苜蓿和黑穗畫眉草發芽勢與對照相比差異極顯著（P＜0.01），而小葉棘豆發芽勢與對照差異不顯著（P＞0.05）。垂穗披堿草、羊茅、紫花針茅和絲穎針茅發芽勢均低于對照，表現為抑制作用。其中，羊茅發芽勢與對照差異極顯著（P＜0.01），而紫花針茅和絲穎針茅發芽勢與對照差異不顯著（P＞0.05）。垂穗披堿草發芽勢在0.0125～0.05 g·mL?1處理時，與對照差異極顯著（P＜0.01），且根浸提液0.025～0.1 g·mL?1時，其發芽勢呈逐漸提高趨勢。

由發芽指數結果來看，不同濃度勁直黃芪根浸提液對8 種植物發芽指數的化感作用不同。垂穗披堿草、紫花針茅、絲穎針茅和藏北嵩草的發芽指數均低于對照，表現為明顯的抑制作用。在0.0125 g·mL?1時，垂穗披堿草、紫花針茅和絲穎針茅發芽指數均達處理間的最高值，而在0.05～0.1 g·mL?1時，發芽指數明顯降低。藏北嵩草發芽指數隨著勁直黃芪根浸提液濃度的增高而呈提高趨勢，在低濃度（0.0125～0.025 g·mL?1）時，發芽指數均為0.42，而在高濃度（0.05～0.1 g·mL?1）時，發芽指數為0.62～0.87。小葉棘豆和羊茅發芽指數隨著處理濃度的增高呈先升高后降低的趨勢。在0.0125～0.025 g·mL?1時，小葉棘豆發芽指數低于對照，而在0.05～0.1 g·mL?1時高于對照，呈“低抑高促”雙重效應。天藍苜蓿和黑穗畫眉草發芽指數無明顯規律。

勁直黃芪根浸提液對8 種植物活力指數的化感作用差異也很大?；盍χ笖凳欠从撤N子正常發芽的一個綜合指標。垂穗披堿草、紫花針茅和藏北嵩草的活力指數均低于對照，表現為抑制作用。天藍苜?；盍χ笖翟诮嵋翰煌瑵舛忍幚頃r均高于對照，但差異不顯著（P＞0.05）。小葉棘豆活力指數在0.0125～0.05 g·mL?1時高于對照，而在0.1 g·mL?1時低于對照，產生“低促高抑”雙重效應。根浸提液除0.025 g·mL?1濃度以外，其他濃度均對羊茅和絲穎針茅活力指數具有抑制作用，對黑穗畫眉草活力指數的作用無明顯規律。

從苗期勁直黃芪根浸提液對8 種植物幼苗生長的化感作用結果來看，不同濃度根浸提液處理時，天藍苜蓿苗高和根長均高于對照，尤其在0.0125～0.05 g·mL?1時更明顯，表現為促進作用。垂穗披堿草和羊茅苗高及紫花針茅苗高、根長均低于對照，且0.05 g·mL?1時，前2 種植物苗高與對照相比差異顯著（P＜0.05）。垂穗披堿草根長無明顯規律。羊茅根長在根浸提液不同濃度處理時均高于對照，在0.1 g·mL?1時與對照差異極顯著（P＜0.01）。小葉棘豆根長在 0.0125～0.05 g·mL?1時均高于對照，而在 0.1 g·mL?1時低于對照，差異不顯著（P＞0.05），苗高無明顯規律。絲穎針茅苗高和根長在0.025 g·mL?1處理時均高于對照，但差異不顯著（P＞0.05），在其他濃度處理時均低于對照。藏北嵩草苗高在0.0125～0.05 g·mL?1處理時均低于對照，且差異顯著（P＜0.05），而在0.1 g·mL?1時其高于對照，但差異不顯著（P＞0.05）；藏北嵩草根長除0.05 g·mL?1以外，其他濃度處

理均低于對照，尤其在0.0125～0.025 g·mL?1時根長明顯降低。根浸提液對黑穗畫眉草苗高和根長的作用無明顯規律，在0.05 g·mL?1時苗高和根長均明顯高于對照且達到最高值。

表2 苗期勁直黃芪根浸提液對8 種植物種子萌發生長的影響Table 2 Effects of water extract of A.strictus root in the seeding stage on seed germination and growth of 8 plants（mean±SD）

勁直黃芪根浸提液對8 種植物苗干重和根干重的化感作用差異很大。在根浸提液不同濃度處理時，天藍苜蓿苗干重和根干重均低于對照，且苗干重隨浸提液濃度的增高呈升高趨勢，但除0.0125 g·mL?1時根干重與對照差異顯著外（P＜0.05），其余濃度下均不顯著（P＞0.05）。垂穗披堿草苗干重在浸提液處理下均低于對照，根干重無明顯規律。反之，小葉棘豆和羊茅苗干重均高于對照，根干重在0.0125～0.025 g·mL?1處理時低于對照，而在0.05～0.1 g·mL?1處理時高于對照。紫花針茅苗干重和根干重在浸提液0.0125～0.025 g·mL?1處理時，均低于對照，而在0.05～0.1 g·mL?1處理時均高于對照，但差異不顯著（P＞0.05）。絲穎針茅苗干重和根干重在浸提液不同濃度處理時均低于對照，反之，藏北嵩草苗干重均高于對照，根干重在0.025～0.1 g·mL?1處理時高于對照。黑穗畫眉草苗干重在0.0125 g·mL?1時高于對照，且差異顯著（P＞0.05），而在0.025～0.1 g·mL?1時低于對照，根干重無明顯規律。

2.2 苗期勁直黃芪不同濃度根浸提液對8 種植物化感效應指數的影響

苗期勁直黃芪根浸提液對垂穗披堿草、羊茅、紫花針茅和絲穎針茅種子發芽率均具有明顯的抑制作用（RI＜0，表3）；而對天藍苜蓿、小葉棘豆種子發芽率具有促進作用（RI＞0），尤其在0.1 g·mL?1浸提液處理時促進作用更明顯，與對照相比，促進率分別為：天藍苜蓿72.70%、小葉棘豆28.58%。浸提液對藏北嵩草和黑穗畫眉草種子發芽率具有低濃度抑制、高濃度促進的作用。這可能是由于勁直黃芪高濃度根浸提液中的化感物質促進了種子在萌發初期所需的胚乳中主要儲存物質（主要為淀粉）的水解，從而起到促進其種子萌發的作用。根浸提液對不同植物種子發芽率的化感指數由強至弱的順序為：絲穎針茅＞紫花針茅＞垂穗披堿草＞藏北嵩草＞羊茅，對黑穗畫眉草、小葉棘豆和天藍苜蓿種子發芽率具有促進作用。

苗期勁直黃芪根浸提液對小葉棘豆發芽勢具有促進作用（RI＞0），而對垂穗披堿草、羊茅、紫花針茅和絲穎針茅發芽勢均具有抑制作用（RI＜0），對其他植物的發芽勢無明顯的化感作用。根浸提液對8 種植物發芽勢的化感指數由強至弱的順序為：垂穗披堿草＞羊茅＞紫花針茅＞絲穎針茅，對天藍苜蓿和小葉棘豆發芽勢具有促進作用。

浸提液對羊茅發芽指數表現為促進作用，對紫花針茅發芽指數在0.0125～0.025 g·mL?1時促進，0.05～0.1 g·mL?1時抑制，具有“低促高抑”的雙重效應。浸提液對絲穎針茅和藏北嵩草發芽指數均為抑制作用（RI＜0），因而導致兩種植物種子發芽時間嚴重滯后于其他植物，但差異均不顯著（P＞0.05）。根浸提液對其他植物發芽指數的影響無明顯規律?？傊?，根浸提液對8 種植物發芽指數的化感作用由強至弱的順序為：絲穎針茅＞藏北嵩草＞紫花針茅＞黑穗畫眉草＞垂穗披堿草＞天藍苜蓿，對小葉棘豆和羊茅發芽指數具有促進作用。

根浸提液對天藍苜?；盍χ笖稻哂写龠M作用，而對紫花針茅和藏北嵩草活力指數表現為抑制作用（RI＜0）。0.1 g·mL?1根浸提液對紫花針茅活力指數的抑制作用最明顯，差異極顯著（P＜0.01），而0.0125～0.025 g·mL?1對藏北嵩草活力指數的抑制作用最顯著（P＜0.05）。0.0125 g·mL?1根浸提液對羊茅活力指數表現為抑制作用（RI＜0），而0.025～0.1 g·mL?1時產生促進作用（RI＞0）。浸提液對垂穗披堿草、小葉棘豆、絲穎針茅和黑穗畫眉草活力指數的作用無明顯規律?？傊嵋簩? 種植物活力指數的化感指數由強至弱的順序為：紫花針茅＞藏北嵩草＞絲穎針茅＞垂穗披堿草＞黑穗畫眉草，對天藍苜蓿、小葉棘豆和羊茅活力指數具有促進作用。

根浸提液對天藍苜蓿苗高和根長、小葉棘豆和羊茅的根長均具有促進作用（RI＞0），反之對羊茅苗高和紫花針茅苗高、根長均具有抑制作用（RI＜0）。浸提液對紫花針茅苗高和根長的抑制作用隨著處理濃度的增高逐漸增強，在 0.1 g·mL?1時，抑制作用最明顯。0.0125～0.05 g·mL?1浸提液對小葉棘豆苗高為促進作用（RI＞0），而0.1 g·mL?1時產生抑制作用（RI＜0）。反之，對藏北嵩草苗高在0.1 g·mL?1時產生促進作用，而在0.0125～0.05 g·mL?1時為抑制。綜上，根浸提液對8 種植物苗高的化感指數由強至弱的順序為：藏北嵩草＞紫花針茅＞羊茅＞垂穗披堿草；對根長的化感指數由強至弱的順序為：紫花針茅＞藏北嵩草＞垂穗披堿草，對其他植物的苗高和根長具有促進作用。

表3 苗期勁直黃芪根浸提液對8 種植物化感效應指數（RI）的影響Table 3 Effects of water extract of A.strictus root in the seeding stage on response index of 8 plants（mean±SD）

苗期勁直黃芪根浸提液對8 種植物苗干重和根干重的影響來看，浸提液對天藍苜蓿根干重和垂穗披堿草苗干重具有抑制作用。0.0125 g·mL?1根浸提液對天藍苜蓿苗干重和藏北嵩草根干重具有抑制作用，而在0.025～0.1 g·mL?1時為促進作用。根浸提液對小葉棘豆、羊茅和藏北嵩草苗干重具有促進作用（RI＞0），對小葉棘豆根干重、紫花針茅和絲穎針茅苗干重和根干重在0.05～0.1 g·mL?1時產生促進作用，而在0.0125～0.025 g·mL?1時為抑制。對黑穗畫眉草苗干重在0.0125 g·mL?1時為促進，而在0.025～0.1 g·mL?1時為抑制。浸提液對垂穗披堿草、羊茅和黑穗畫眉草根干重無明顯的影響。

從苗期勁直黃芪根浸提液對8 種植物種子萌發生長的綜合化感指數來看（表3），浸提液對天藍苜蓿、小葉棘豆和羊茅種子萌發生長具有促進作用（SE＞0），而對垂穗披堿草和紫花針茅種子萌發生長具有抑制作用（SE＜0）。其中，0.05～0.10 g·mL?1時對垂穗披堿草種子萌發生長的抑制作用大于0.0125～0.025 g·mL?1；反之對紫花針茅的抑制作用在0.0125～0.025 g·mL?1時較強，但與對照相比差異均不顯著（P＞0.05）。0.0125 g·mL?1根浸提液對藏北嵩草種子萌發生長具有明顯的抑制作用（SE＜0），而0.025～0.1 g·mL?1時，表現為促進作用（SE＞0）。浸提液對絲穎針茅和黑穗畫眉草種子萌發生長的作用無明顯規律。

進一步用植物平均敏感指數分析勁直黃芪根浸提液對8 種植物種子萌發生長的化感作用發現（圖1），8 種野生植物對勁直黃芪根浸提液的平均敏感性趨勢總體為：垂穗披堿草＞紫花針茅＞絲穎針茅，促進作用順序為：小葉棘豆＞藏北嵩草＞黑穗畫眉草＞羊茅＞天藍苜蓿。

圖1 8 種植物對苗期勁直黃芪根浸提液的平均敏感指數Fig.1 The average sensitivity index of 8 plants to the root ex?tract of A. strictus

3 討論與結論

植物化感作用主要通過影響植物種子的萌發和幼苗生長，最終導致植物種群被抑制［25］。研究表明，植物化感作用的強度與浸提液濃度、化感物質種類和受體植物的種類密切相關［26］。本研究中，苗期勁直黃芪根浸提液對西藏野生優勢植物天藍苜蓿、垂穗披堿草、小葉棘豆、羊茅、紫花針茅、絲穎針茅、藏北嵩草和黑穗畫眉草種子萌發及幼苗生長具有明顯的化感作用，且不同植物對勁直黃芪根浸提液化感作用的響應不同。從苗期勁直黃芪根浸提液對這8 種植物萌發生長的綜合化感指數來看，浸提液對天藍苜蓿、小葉棘豆和羊茅種子萌發生長具有促進作用（SE＞0），反之，其對垂穗披堿草和紫花針茅種子萌發生長具有抑制作用（SE＜0），對絲穎針茅和黑穗畫眉草種子萌發生長的作用無明顯規律。這與姚樹寬等［27］研究假蒼耳（Cyclachaena xanthiifolia）不同部位水浸提液對5 種十字花科植物化感作用的結果一致，說明勁直黃芪根浸提液中起化感作用的化感物質具有選擇性和依賴性，這可能與物種的進化歷史有關［28］，在長期的協同進化過程中，土著植物更習慣于相互之間的化感作用，而當外來植物入侵到一個新的生境時，向環境中釋放化感物質，土著植物對其敏感性表現出相對差異性［29］。還有研究表明，同一種植物對不同濃度的化感物質也會產生不同的響應，一般在高濃度時表現為顯著的抑制性，而在低濃度時無顯著作用或者起到促進作用［30］。本試驗中，小葉棘豆活力指數及紫花針茅發芽指數呈現“低促高抑”的雙重效應，申時才等［31］研究紅薯（Ip?omoea batatas）葉片浸提液對5 種主要農田雜草種子萌發及幼苗生長的化感作用中，發現浸提液對受體植物具有在高濃度時抑制、低濃度時促進的雙重效應，本研究與此相一致。

本研究僅在實驗室條件下，探討苗期勁直黃芪根浸提液對8 種西藏野生植物種子萌發生長的化感效應發現，根浸提液對不同植物具有明顯的化感作用，且具有一定的差異。8 種野生植物對勁直黃芪根浸提液的平均敏感性趨勢總體為：垂穗披堿草＞紫花針茅＞絲穎針茅，促進作用順序為：小葉棘豆＞藏北嵩草＞黑穗畫眉草＞羊茅＞天藍苜蓿。綜上，初步判斷有毒植物勁直黃芪的蔓延導致垂穗披堿草、紫花針茅和絲穎針茅草場退化的可能性大；另外，在生產上，在勁直黃芪型退化草地的補播改良中，可優先選擇藏北嵩草、黑穗畫眉草、羊茅、天藍苜蓿和小葉棘豆等鄉土野生優勢植物作為主要播種材料進行植被修復，從而為合理抑制有毒植物的持續蔓延以及改良退化草原植被，實現生態系統穩定發展提供依據。