火炬樹浸提液對(duì)兩種草坪草種子萌發(fā)的影響

左 郎， 王樹森， 馬迎梅*， 溫蘇雅勒?qǐng)D， 白 剛， 郁鑫明

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)沙漠治理學(xué)院， 荒漠生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2. 烏拉特后旗林業(yè)與草原局, 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015500)

園林系統(tǒng)中，喬木結(jié)合地被植物是一種常見的景觀配置方式[1]。火炬樹(RhustyphinaNutt.)每年9月成熟，葉片變紅，顏色鮮艷，有很好的景觀價(jià)值[2]。在人工生態(tài)系統(tǒng)中，火炬樹作為與地被植物搭配的一種喬木類型，通過種間化學(xué)生物關(guān)系(化感效應(yīng))對(duì)其周圍地被植物有一定程度的影響，易形成單優(yōu)種群[3]，導(dǎo)致景觀格局失去原有的美學(xué)效應(yīng)并造成當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)生物多樣性降低[4-5]。因此，厘清火炬樹對(duì)各種地被草坪草的影響可以有效避免此種配置方式對(duì)美化環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響并為提高其合理的景觀配置提供理論依據(jù)。

許多植物被證實(shí)具有明顯的化感作用[6]。化感作用主要是由一種供體植物通過枝條或葉揮發(fā)、滲出，根系分泌等方式將一些化學(xué)物質(zhì)釋放到環(huán)境中，對(duì)其它植物產(chǎn)生直接或間接的有害作用[7]。化感作用通過抑制種子萌發(fā)過程中關(guān)鍵酶的活性[8-9]、引起生物膜功能和通透性的變化[10]、抑制細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)，進(jìn)而抑制種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[11-12]。

化感物質(zhì)對(duì)種子萌發(fā)的影響與化感物質(zhì)、濃度和受體植物物種密切相關(guān)[13]。化感物質(zhì)首先通過影響種子發(fā)芽數(shù)量、速度，從而影響受體植物的生長(zhǎng)[14]，因此通過種子萌發(fā)試驗(yàn)可以判斷并篩選具有耐某種化感物質(zhì)的種子。韋忠剛等人在研究火炬樹與草坪草的配置系統(tǒng)中，采用火炬樹葉片及根的浸提液對(duì)高羊茅(FestucaelataKeng ex E. B. Alexeev.)種子萌發(fā)的影響進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)火炬樹內(nèi)存在化感物質(zhì)并且對(duì)草坪草的正常生長(zhǎng)產(chǎn)生影響[15]。張曉珂等分析了東北不同來源的33個(gè)小麥(TriticumaestivumL.)品種對(duì)黑麥草的化感作用，根據(jù)小麥品種對(duì)黑麥草的化感效應(yīng)，將其分為強(qiáng)、中、弱3類[16]。申時(shí)才等研究了紅薯(Ipomoeabatatas(L.) Lam.)葉片浸提液對(duì)田間5種雜草種子和幼苗的化感作用，發(fā)現(xiàn)紅薯葉片浸提液對(duì)種子的發(fā)芽率影響不明顯，但對(duì)幼苗的發(fā)芽勢(shì)有很明顯的抑制作用[17]。為了研究火炬樹對(duì)草坪草種子的化感效應(yīng)，本文以火炬樹為化感供體材料，以兩種常見的草坪草——多年生黑麥草(LoliumperenneL.)和草地早熟禾(PoapratensisL.)為化感受試植物，分析不同的火炬樹浸提液對(duì)兩種草坪草種子萌發(fā)的影響，以期為火炬樹適宜綠化配置草種的確立提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為火炬樹的當(dāng)年生枝條、種子、種皮，采集于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)新校區(qū)。受試材料為當(dāng)年新采集的多年生黑麥草、草地早熟禾，購(gòu)于遼寧省開原市種子批發(fā)中心并貯藏于4℃冰箱備用。

1.2 火炬樹浸提液制備

于2019年3月中旬采集火炬樹的當(dāng)年生枝條、種子、種皮，并將枝條剪成1 cm小段。將供試材料放入60℃烘箱內(nèi)烘干2 h后，用粉碎機(jī)粉碎[4]。用天平各稱取100 g，裝入試劑瓶中并用1 000 mL蒸餾水浸提24 h。浸提液通過采用雙層紗布過濾取得粗提液，然后用定性濾紙進(jìn)行二次過濾，最終得到0.1 g·L-1火炬樹浸提母液。母液分別被稀釋得到0.025 g·L-1和0.005 g·L-1的火炬樹浸提液。

1.3 種子萌發(fā)試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)置3種浸提液，每種浸提液設(shè)置4個(gè)濃度：0(CK)，0.005 g·L-1，0.025 g·L-1，0.1 g·L-1，每個(gè)處理4次重復(fù)。采用培養(yǎng)皿進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)，先將洗干凈的培養(yǎng)皿和濾紙?jiān)诟邏簻缇亙?nèi)滅菌4 min，然后在每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)裝入100粒消毒后的草坪草種子。用移液器按照對(duì)應(yīng)濃度加入火炬樹浸提液5 mL，對(duì)照組加入蒸餾水5 mL，在溫度為25℃，光照15 h，濕度60%的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)[18]，每天在固定時(shí)間給培養(yǎng)皿內(nèi)補(bǔ)充5 mL浸提液，對(duì)照組補(bǔ)充5 mL蒸餾水。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

待種子萌發(fā)后(發(fā)芽已經(jīng)突破種皮的種子為標(biāo)準(zhǔn))，每天在固定時(shí)間統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽數(shù)、胚根、胚芽長(zhǎng)，待種子萌發(fā)穩(wěn)定后開始統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、胚根、胚芽抑制率、發(fā)芽指數(shù)。

種子發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)Gi=∑(Gt/Dt)

式中，Gt為時(shí)間t日的萌發(fā)數(shù)，Dt為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)[19]。

用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行單因素方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，用Origin 2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 火炬樹不同濃度浸提液處理對(duì)草坪草種子發(fā)芽率的影響

多年生黑麥草種子在火炬樹種子浸提液濃度為0.025 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最高，為97.5%，與CK差異不顯著(圖1A)。種子浸提液濃度為0.1 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最低，為87%，與其它處理差異顯著(圖1A；P<0.05)。火炬樹種皮浸提液濃度為0.005 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最高，為97.75%，與CK差異不顯著(圖1B)。隨著浸提液濃度增加，發(fā)芽率呈下降的趨勢(shì)，種皮浸提液濃度為0.1 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最低，為0%，顯著低于其它處理(圖1B；P<0.05)。火炬樹當(dāng)年生枝條浸提液濃度為0.025 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最高，為99%，與CK差異不顯著(圖1C)，枝條浸提液濃度為0.1 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最低，為83.25%，顯著低于其它處理(圖1C；P<0.05)。

圖1 不同濃度火炬樹浸提液對(duì)多年生黑麥草種子萌發(fā)的影響

草地早熟禾種子在火炬樹種子浸提液濃度為0.005 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最高，為16%，與CK差異顯著(圖2A；P<0.05)，隨著浸提液濃度增加，種子發(fā)芽率呈下降的趨勢(shì)，種子浸提液濃度為0.1 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最低，為5.5%(圖2A；P<0.05)。火炬樹種皮浸提液濃度為0.005 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最高，為7.25%，與CK差異不顯著(圖2B)，隨著浸提液濃度增加，發(fā)芽率呈下降的趨勢(shì)，種皮浸提液濃度為0.1 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最低，為0%(圖2B)。火炬樹當(dāng)年生枝條浸提液濃度為0.005 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最高，為9.25%，與CK差異不顯著(圖2C)，隨著枝條浸提液濃度增加，發(fā)芽率呈下降的趨勢(shì)，枝條浸提液濃度為0.1 g·L-1時(shí)發(fā)芽率最低，為0%(圖2C)。

圖2 不同濃度火炬樹浸提液對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)的影響

2.2 火炬樹不同濃度不同浸提液對(duì)草坪草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

多年生黑麥草種子在不同濃度火炬樹種子浸提液處理下，發(fā)芽指數(shù)的排序?yàn)椋? g·L-1>0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(圖3A)；在不同濃度火炬樹種皮浸提液處理下，發(fā)芽指數(shù)的排序?yàn)? g·L-1>0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(圖3B)；在不同濃度火炬樹當(dāng)年生枝條浸提液處理下，發(fā)芽指數(shù)的排序?yàn)椋?.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0 g·L-1>0.1 g·L-1(圖3C)。

圖3 不同濃度火炬樹浸提液對(duì)多年生黑麥草種子發(fā)芽指數(shù)的影響

草地早熟禾種子在不同濃度種子浸提液處理下，發(fā)芽指數(shù)的排序?yàn)?.005 g·L-1>0 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(圖4A)；在不同濃度種皮浸提液處理下，發(fā)芽指數(shù)的排序?yàn)? g·L-1>0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(圖4B)；在不同濃度當(dāng)年生枝條浸提液處理下，發(fā)芽指數(shù)的排序?yàn)? g·L-1>0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(圖4C)。

圖4 不同濃度火炬樹浸提液對(duì)草地早熟禾種子發(fā)芽指數(shù)的影響

2.3 火炬樹不同濃度不同浸提液對(duì)草坪草種子胚根的抑制作用

火炬樹浸提液濃度為0.005 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最強(qiáng)烈，抑制率最高為9%；當(dāng)年生枝條浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最低，抑制率最低為—147%(圖5A)。浸提液濃度為0.025 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最強(qiáng)烈，抑制率最高為100%；種子浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最低，抑制率最低為—25.1%(圖5B)。浸提液濃度為0.1 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最強(qiáng)烈，抑制率最高為100%；當(dāng)年生枝條浸提液對(duì)多年生黑麥草種子的抑制作用最低，抑制率最低為64.08%(圖5C)。

圖5 不同濃度火炬樹浸提液對(duì)多年生黑麥草種子胚根抑制率的影響

火炬樹浸提液濃度為0.005 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)草地早熟禾種子抑制作用最強(qiáng)烈，抑制率最高為100%；種子浸提液對(duì)草地早熟禾種子的抑制作用最低，抑制率最低為—96%(圖6A)。浸提液濃度為0.025 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)草地早熟禾種子抑制作用最強(qiáng)烈，抑制率最高為100%；種子浸提液對(duì)草地早熟禾種子的抑制作用最低，抑制率最低為—152%(圖6B)。0.1 g·L-1種子、種皮、枝條浸提液對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)的抑制作用為100%。(圖6C)。

圖6 不同濃度火炬樹浸提液對(duì)草地早熟禾種子胚根抑制率的影響

2.4 火炬樹不同濃度不同浸提液對(duì)草坪草種子胚芽的抑制作用

火炬樹浸提液濃度為0.005 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最顯著，抑制率最高為4%；當(dāng)年生枝條浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最低，抑制率最低為—149%(圖7A)。浸提液濃度為0.025 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最顯著，抑制率最高為100%；當(dāng)年生枝條浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最低，抑制率最低為—128%(圖7B)。浸提液濃度為0.1 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最顯著，抑制率最高為100%；枝條浸提液對(duì)多年生黑麥草種子抑制作用最低，抑制率最低為63%(圖7C)。

圖7 不同濃度火炬樹浸提液對(duì)多年生黑麥草種子胚芽抑制率的影響

火炬樹浸提液濃度為0.005 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)草地早熟禾種子抑制作用最顯著，抑制率最高為100%；種子浸提液對(duì)草地早熟禾種子的抑制作用最低，抑制率最低為—235%(圖8A)。浸提液濃度為0.025 g·L-1時(shí)，種皮浸提液對(duì)草地早熟禾種子抑制作用最顯著，抑制率最高為100%；當(dāng)年生枝條浸提液對(duì)草地早熟禾種子的抑制作用最低，抑制率最低為—216%(圖8B)。0.1 g·L-1種子、種皮、枝條浸提液對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)的抑制作用為100%(圖8C)。

圖8 不同濃度火炬樹浸提液對(duì)草地早熟禾種子胚芽抑制率的影響

3 討論

喬木配置地被植物是在喬木冠下成片種植地被植物達(dá)到裝飾林下地面的目的[20]。喬木冠下生長(zhǎng)的地被植物生存環(huán)境比較惡劣(如缺水、少肥、弱光、化感效應(yīng)等)[21]，本研究發(fā)現(xiàn)火炬樹浸提液對(duì)多年生黑麥草、草地早熟禾種子的萌發(fā)均表現(xiàn)為抑制作用，并且隨不同部位浸提液濃度的升高，抑制作用增強(qiáng)。說明火炬樹浸提液對(duì)草坪草種子萌發(fā)的影響與火炬樹浸提液濃度相關(guān)，該結(jié)果與李怡瑩等人研究火炬樹不同部位浸提液對(duì)四種菊科植物化感作用的影響結(jié)果一致[22]。類似的研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)桉(EucalyptusglobulusLabill.)葉片水抽提物對(duì)幼苗生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的抑制作用[23]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)火炬樹水浸液對(duì)草地早熟禾種子萌發(fā)的抑制作用大于多年生黑麥草，因此，在火炬樹草坪草景觀配置中，多年生黑麥草宜作為火炬樹的冠下草坪種類。

化感效應(yīng)抑制植物種子的萌發(fā)過程的機(jī)制主要是利用化感物質(zhì)通過抑制種子胚的生長(zhǎng)來抑制種子萌發(fā)[24-25]。這個(gè)過程導(dǎo)致發(fā)芽過程緩慢，出苗時(shí)間延長(zhǎng)，影響植物對(duì)地上和地下資源的利用和競(jìng)爭(zhēng)[26]。通過本研究發(fā)現(xiàn)，火炬樹浸提液對(duì)多年生黑麥草和草地早熟禾種子萌發(fā)、胚根生長(zhǎng)、胚芽生長(zhǎng)的抑制作用呈現(xiàn)出濃度依賴性，即濃度越高，抑制作用越強(qiáng)。說明火炬樹浸提液中有抑制草坪草種子萌發(fā)的物質(zhì)，從而影響其冠下草坪草的生長(zhǎng)。相同濃度的火炬樹浸提液，種皮浸提液比枝條和種子浸提液的抑制作用高(圖1-2)。張寧等人研究不同濃度的火炬樹浸提液對(duì)(VitexnegundoL.var.hereophylla(Franch.) Rehd.)種子的萌發(fā)的化感效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，高濃度火炬樹浸提液對(duì)荊條種子的萌發(fā)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用[27]；董芳瑾等人研究發(fā)現(xiàn)，高濃度火炬樹果穗、樹皮、根浸提液對(duì)蘇丹草(Sorghumsudanense(Piper) Stapf.)和狗尾草(Setariaviridis(L.) Beauv.)種子的萌發(fā)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用，并且果穗、樹皮、根對(duì)蘇丹草和狗尾草的化感效應(yīng)強(qiáng)弱不同[28]。本文研究結(jié)果將為城市綠化的植物景觀配置中火炬樹冠下草坪草種類的選擇提供理論參考和實(shí)踐指導(dǎo)。

4 結(jié)論

火炬樹不同部位不同濃度的浸提液對(duì)草坪草種子的抑制作用隨浸提液濃度增加而逐漸增強(qiáng)。按照浸提液對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用從大到小排序?yàn)椋悍N皮>當(dāng)年生枝條>種子，說明火炬樹對(duì)種子的抑制物質(zhì)主要存在于種皮中。0.1 g·L-1火炬樹浸提液處理對(duì)兩種草坪草種子的抑制作用都顯著高于對(duì)照，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的種子萌發(fā)抑制作用。