艾蒿水浸提液对冰草和披碱草种子萌发及幼苗生长的化感作用

刘桂霞，王静，王谦谦，马妍妍

(河北大学 生命科学学院，河北 保定 071002)

艾蒿水浸提液对冰草和披碱草种子萌发及幼苗生长的化感作用

刘桂霞，王静，王谦谦，马妍妍

(河北大学 生命科学学院，河北 保定 071002)

为研究艾蒿对冰草和披碱草生长的化感作用，采用培养皿滤纸法，以蒸馏水作对照，研究3种不同梯度(50，100，200 g/m2)的艾蒿茎、叶水浸提液对冰草和披碱草种子萌发及幼苗生长的影响.结果表明： 在种子萌发时期，艾蒿茎、叶水浸提液对冰草和披碱草的化感作用不明显，只有冰草的萌发指数受到艾蒿茎不同处理水浸提液的影响显著；在幼苗生长时期，艾蒿茎、叶水浸提液对冰草和披碱草幼苗芽长和根长的化感作用显著，其中冰草和披碱草的根长受到了艾蒿水浸提液的显著抑制，且抑制作用随水浸提液梯度升高而加强，另外发现冰草的干重随水浸提液梯度升高而增加，随水浸提液梯度降低而减少.这说明：艾蒿茎、叶对披碱草和冰草存在一定的化学抑制作用，有可能会通过雨水淋溶后抑制受体植物幼根的生长，从而来扩大自身种群而抑制其他植物的生长.因此，为了恢复和扩大天然草地优良牧草的比重，建议在天然草场中应尽量减少艾蒿凋落物量的积累.

艾蒿水浸提液；化感作用；种子萌发；幼苗生长

化感作用(allelopathy)是指植物(含微生物)释放化学物质到外部环境从而影响(抑制或促进)邻近植物(异种个体或同种个体)的生长和发育的过程[1-2].而雨水淋溶作为植物活体和残体释放化感物质的主要途径，在许多植物中得到证实[3-4]，它是农业生态学研究的一个领域,对生态农业的发展具有重要意义.艾蒿(Artemisiaargyi)为菊科多年生草本植物，在我国分布广泛.观察表明，艾蒿根系发达，耐寒耐旱，对土壤气候生长适应性强，种子和地下根茎均可以繁殖，繁衍能力较强，而且发现其可迅速在田间、路旁、住宅四周形成优势种群，所在之处几乎无其他杂草生长，现研究往往把这种现象归因于艾蒿能在自然界通过挥发途径对邻近其他植物产生化感作用.冰草(Agropyroncristatum)和披碱草(Elymusdahuricus) 均为禾本科多年生旱生禾草，具备抗旱、耐寒、耐牧以及种子产量多等特性，在放牧地补播和建立旱地人工草地中具有重要的作用；又因返青早，能较早地为放牧家畜提供饲料，对良好发展畜牧业和维持草原多样性方面有重要意义.近年来，大部分文章主要侧重于研究艾蒿的茎和叶产生的挥发性物质的化感作用，还有针对艾蒿提取物的生物活性[5-6]以及其挥发油的抗菌、抗病毒特性[7]等方面的研究，很少研究其水溶性化感物质通过雨水和雾滴等的淋溶而进入土壤对其周围的物种种子萌发所产生的化感作用.本实验根据已有资源，模拟在生有冰草及披碱草的天然草地中存在的不等堆积数量的艾蒿凋落物，通过观察其不同梯度水浸提液对冰草与披碱草的种子萌发和幼苗生长的影响，来探讨艾蒿凋落物对冰草及披碱草的化感作用，并研究凋落物的量和化感作用强弱的关系，揭示冰草及披碱草在天然草地中的种群动态的影响机制，为合理管理天然草地提供理论依据.

1 材料与方法

1.1材料来源

艾蒿与野生冰草、披碱草种子均采集于河北省张家口市塞北管理区天然草地，其中艾蒿茎、叶采样日期为2009年艾蒿生长季末，将采集后的艾蒿于室温下自然晾干，低温干燥保存；受试植物冰草、披碱草种子的采集年份分别为2008年和2007年，精选后放于纸袋中保存备用.从中挑选颗粒饱满、均匀的种子作为实验对象，其中冰草千粒重为2.56 g，披碱草千粒重为4.41 g.

1.2实验方法

1.2.1 水浸提液的制备

在自然围栏封育草地中，根据围栏年限调查结果，即围栏年限最长时田间平均凋落物的量为200 g/m2，围封年限为三四年时凋落物量为100 g/m2，围封年限较短时凋落物量为50 g/m2，以及当地7，8月的平均降水量(90.39 mm)来设定不同处理梯度以进行自然模拟.具体制备过程为称取艾蒿茎、叶各3 g，剪成1～2 cm的小段，分别置于白瓷盘中铺平，倒入蒸馏水于室温下浸提72 h，确保蒸馏水将艾蒿全部浸没，不足时可添加蒸馏水，然后使用粗棉布过滤去除艾蒿凋落物，并将所得水浸提液定容至500 mL.经计算可得，此时制备出的水浸提液就相当于自然状态下围栏年限最长时田间平均凋落物的量(200 g/m2)，而后将之稀释1倍得围封年限为三四年时凋落物量(100 g/m2)，稀释2倍得围封年限较短时凋落物量(50 g/m2)，并以蒸馏水为对照，对应标记为D，C，B，A.

1.2.2 测定项目及方法

1.2.2.1 发芽势、发芽率、根芽长度以及干重

采用培养皿滤纸法测定，具体操作是：使用直径为12 cm，事先用5 g/L 高锰酸钾杀过菌的培养皿作为培养容器，每皿铺2层滤纸作床，每床分别加入100粒对应供试种子，初始依次加入15 mL的A，B，C，D溶液，每个处理4个重复.将培养皿放到光照培养箱中，在25 ℃ 40%光照16 h，20 ℃ 0%光照8 h，光照变温的条件下发芽，每日使用蒸馏水补充蒸发掉的水分，保持滤纸表面湿润.记录每天发芽的种子数.

露白后，待皿中种子萌发一致时，从中挑选出30～40个相应处理梯度的种子，将其均匀摆放在铺有2层滤纸的12 cm培养皿中，并分别用对应水浸提液处理，5 d后测其芽长、根长.

将幼苗10个一组，放于烘箱中，65 ℃烘烤48 h，测干重.

1.2.2.2 数据统计

(1)研究采用发芽率、发芽势和发芽指数3个指标进行生物测定：

发芽率=(发芽数/总种子数)×100%；

发芽势=(发芽初期5 d的发芽粒数/总种子数)×100%；

萌发指数=∑(Gt/Dt).其中：Gt为在t天的种子发芽数；Dt为相对应的种子发芽天数.

(2)采用Williamson提出的敏感指数RI作为衡量化感强度的指标：

RI=1-C/T(当T≥C)；RI=T/C-1(当Tlt;C)，其中C是对照值，T是处理值，RI则代表化感效应,当RIgt;0时表现为促进作用，当RIlt;0时表现为抑制作用，RI的绝对值代表作用强度的大小.

(3)实验结果以(平均值±标准误差)表达，通过SPSS 16.0对实验数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA)；在满足方差齐性的情况下，利用Duncan检验进行多重比较，以确定各因子内部不同水平平均值之间的差异显著性.

2 结果与分析

2.1艾蒿茎水浸提液对冰草、披碱草种子萌发的化感作用

从表1可以看出，艾蒿茎除对冰草种子的萌发指数有显著影响外，对冰草和披碱草种子萌发的其他测定指标均无显著影响.冰草的发芽势和萌发指数均受到艾蒿茎不同处理水浸提液的抑制(表2)，其中发芽势的平均RI值为-14.33，在50，100，200 g/m2不同处理下，分别比对照组低8%，23%，12%；发芽率的平均RI值为-3.67，在50，100，200 g/m2不同处理下，分别比对照组低3%，3%，5%；萌发指数的平均RI值为-9.67，在50，100，200 g/m2不同处理下，分别比对照组低8%，13%，8%，表现为发芽势、萌发指数对化感作用较为敏感.披碱草的种子萌发中各测定指标均对化感作用不敏感(表2).

表1 艾蒿茎、叶水浸提液对冰草和披碱草化感作用的单因素方差分析

2.2艾蒿叶水浸提液对冰草和披碱草种子萌发的化感作用

从表1可以看出，艾蒿叶不同处理水浸提液对冰草和披碱草种子萌发的各测定指标均无显著影响.对冰草、披碱草种子萌发各测定指标做Duncan检验进行多重比较(表2)，发现各因子内部不同水平平均值之间的差异均不显著，均无明显抑制或促进作用，符合表1的方差分析结果.

表2 艾蒿茎、叶水浸提液对冰草和披碱草的种子萌发的化感作用敏感指数

表中同一列中同一观测指标，字母不同表示在0.05水平上有显著差异，字母相同表示差异不显著.

2.3艾蒿茎水浸提液对冰草和披碱草幼苗生长的化感作用

艾蒿茎水浸提液对冰草和披碱草的根长均有显著影响，同时对披碱草的芽长也有显著影响(表1).冰草的根长受到了不同处理艾蒿茎水浸提液显著的抑制作用(表3)，平均RI值为-34.67，在50，100，200 g/m2不同处理下，分别比对照组低23%，40%和41%.披碱草的根长也受到了不同处理艾蒿茎水浸提液的抑制(表3)，平均RI值为-15.67，在50，100，200 g/m2不同处理下，分别比对照组低4%，19%，24%；披碱草的芽长则对不同处理水浸提液的化感作用表现为不同的反应，在水浸提液为50 g/m2和100 g/m2时表现为抑制，且抑制强度随梯度增加而增加，在200 g/m2时反而有促进作用.

2.4艾蒿叶水浸提液对冰草和披碱草幼苗生长的化感作用

艾蒿叶水浸提液对冰草、披碱草的芽长和根长均有显著影响，同时对冰草的干重也有显著影响(表1).冰草的根长受到了不同处理艾蒿叶水浸提液很强的抑制(表3)，平均RI值为-36，在50，100，200 g/m2不同处理下，分别比对照组低40%，32%和36%；冰草的芽长则对不同处理水浸提液的化感作用表现为不同的反应，在50 g/m2的处理下表现为抑制，100 g/m2时表现为无影响，200 g/m2时表现为促进；冰草干重也对不同处理水浸提液的化感作用表现为不同的反应，50，100 g/m2时表现为抑制，200 g/m2时表现为促进.披碱草的根长同样受到了不同处理艾蒿叶水浸提液的抑制(表3)，其平均RI值为-20，在50，100，200 g/m2不同处理下，分别比对照组低11%，21%和28%；披碱草的芽长反而对高梯度艾蒿叶水浸提液的化感作用表现为促进，其平均RI值为4.33，在200 g/m2处理下，比对照组高9%.

表3 艾蒿茎、叶水浸提液对冰草和披碱草幼苗生长的化感作用敏感指数

表中同一列中同一观测指标，字母不同表示在0.05水平上有显著差异，字母相同表示差异不显著.

3 结果与讨论

本实验结果显示，在种子萌发时期，冰草和披碱草对艾蒿的化感作用表现为很强的适应性，除冰草的发芽势和萌发指数受到艾蒿茎不同处理水浸提液的抑制外，其他各测定指标均对艾蒿化感作用表现为不敏感，有的还表现出轻微的促进作用.在种子幼苗生长时期，冰草与披碱草对艾蒿的化感作用表现较为敏感，其中冰草和披碱草的芽长、干重对其化感作用表现为促进和抑制2个方面，呈现出高梯度促进，低梯度抑制或促进强度减弱的规律，冰草和披碱草的根长均受到了艾蒿水浸提液的显著抑制作用，且抑制作用随水浸提液梯度升高而加强.可见冰草与披碱草幼苗生长期对化感作用的敏感性强于种子萌发期，尤其根长受化感作用的影响明显，甚至使幼根出现形态上的畸变和颜色加深.该结果与许多研究结果相符[9]，即认为植物在不同的发育时期对化感作用的敏感性不同，而且幼苗生长期可能会比种子萌发期更敏感.但本研究与我国其他有关艾蒿化感作用研究结果存在一定差异，其中张中信[10]等人在文章中指出野艾蒿的水浸提液对受试植物萌发主要表现抑制作用，而且抑制作用随水浸提液梯度升高而加强，对幼苗苗高和根长则有低梯度促进生长，高梯度抑制生长的现象.造成这一差异的原因可能与艾蒿采集地点的不同、艾蒿水浸提液梯度的不同以及不同物种对艾蒿化感作用适应能力的不同有关，另外也可能与实验侧重点不同有关系.这也客观反映了单纯通过1次实验来检测植物化感作用存在一定的局限性.

本实验结果还显示，艾蒿叶水浸提液对冰草和披碱草的化感作用强于艾蒿茎对其的化感作用：艾蒿叶对冰草根长的平均RI值为-36，而艾蒿茎对冰草根长的平均RI值为-34.67；同时艾蒿叶对披碱草根长的平均RI值为-20，而艾蒿茎对披碱草根长的平均RI值只为-15.67.说明同一植物不同器官之间的化感作用通常不同，这可能与不同器官化感物质的含量不同有关[11]；在配制艾蒿茎与艾蒿叶水浸提液时发现同一梯度的艾蒿叶水浸提液比艾蒿茎颜色深得多，这也可看出不同器官里物质的含量不同，而这种物质可能会引起化感作用，有关这方面问题有必要进一步深入研究.另外，同一处理对同一物种既存在对芽长的促进又存在对根长的抑制，表明艾蒿的化感作用，无论是促进作用还是抑制作用都是相当复杂的，有待于进一步深入研究.另外本实验只研究了艾蒿对冰草和披碱草初级生长的影响，对于它们其后生长过程中存在的限制因素及其影响究竟如何，仍需进一步的野外实验加以验证.

综上分析，可以看出艾蒿水浸提液对冰草和披碱草的确存在化感作用，且极有可能是通过抑制受体植物幼根的生长以及使其幼根发生形态的畸变来增强生存竞争力，从而扩大种群和入侵草场的，而且艾蒿对冰草和披碱草幼根的抑制作用随水浸提液梯度的增加而增强.因此，为促进冰草和披碱草等优良牧草的种群扩繁、增加优良牧草在天然草地中的比例，建议在天然草地中应尽量减少艾蒿凋落物量的积累，及时割除或搂除艾蒿植株及其凋落物.

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(责任编辑：赵藏赏)

AllelopathiceffectsofArtemisiaargyiwaterextractsontheseedgerminationandseedlinggrowthofAgropyroncristatumandElymusdahuricus

LIUGui-xia，WANGJing，WANGQian-qian，MAYan-yan

(College of Life Sciences, Hebei University, Baoding 071002,China)

To research the allelopathy ofArtemisiaargyiaboutAgropyroncristatumandElymusdahuricus, three kinds of different level ofArt.argyi’sstem and leaf aqueous(50，100，200 g/m2)were got, comparing with distilled water, their effects on seed germination and seedling growth ofAgr.cristatumandE.dahuricuswere studied with the method of bioassay.In the period of seed germination,Art.argyi’sstem and leaf aqueous allelopathy was not obvious, except the germination index ofAgr.cristatum; In the period of seedling growth,Art.argyi’sstem and leaf aqueous allelopathy, which was related to the length of sprout and root aboutAgr.cristatumandE.dahuricuswas obvious ,it showed the phenomenon thatAgr.cristatum’sdry weight increased when aqueous gradient rised,or it decreased.The root length ofAgr.cristatumandE.dahuricuswas inhibited byArt.argyiaqueous, while this effect strengthened when aqueous gradient rised.Art.argyi’sstem and leaf had chemical inhibition onAgr.cristatumandE.dahuricus, it is likely that it would restrain the growth of the young plant root while it was soakin by the rain, as a result, it expanded its population and inhibited the growth of other plants.Therefore, in order to restore and expand the proportion of natural excellent grassland, the accumulation ofArt.argyilitter in natural pasture were reduced.

Artemisiaargyiwater extracts；allelopathy；seed germination；seedling growth

Q948.12

A

1000-1565(2012)01-0081-06

2011-07-20

国家自然科学基金资助项目(31072069)；河北省自然科学基金资助项目(C2010000270)；河北省教育厅重点资助项目(ZD2010141)

刘桂霞(1971-)，女，内蒙古赤峰人，河北大学副教授，博士，主要从事草地生态学、恢复生态学研究.

E-mail:liu_guixia@yahoo.com