白三叶水浸液对草坪草的化感作用

刘威，陈佳宁，张帆，闫永庆

（东北农业大学园艺学院，哈尔滨 150030）

白三叶水浸液对草坪草的化感作用

刘威，陈佳宁，张帆，闫永庆*

（东北农业大学园艺学院，哈尔滨 150030）

为探讨白三叶入侵禾本科草坪草原因，利用生物测定法研究不同浓度白三叶水浸液对多年生黑麦草、高羊茅、草地早熟禾三种禾本科草坪草种子萌发和幼苗生长的化感作用。结果表明，白三叶水浸液对多年生黑麦草、高羊茅和草地早熟禾三种草坪草种子发芽率、发芽势和幼苗苗高具有低浓度促进、高浓度抑制的双重效应，且抑制作用明显强于促进作用；对幼苗根长具有显著的抑制作用，且抑制作用随着白三叶水浸液浓度的增加而增强；对种子发芽指数、活力指数和幼苗鲜重的影响则因草坪草种类的不同而不同。结果表明，白三叶水浸液具有化感作用，影响三种草坪草的正常生长，是白三叶入侵禾本科草坪草的原因之一。

白三叶；水浸液；草坪草；化感作用

植物化感作用（Allelopathy），又称他感作用，由德国科学家Molish H在1937年首先提出，是指植物通过向周围环境释放化学物质，影响自身或周围其他植物生长发育的现象[1]。化感物质可通过挥发、淋溶、根系分泌和残体分解等途径对自身及其他植物的生长和发育产生不同程度的抑制或促进作用[2]。植物化感作用广泛存在于自然界，是影响植物群落变化的重要因素[3]。

白三叶（Trifolium repenseL.），又名白车轴草、白花三叶草、荷兰翅摇，是豆科车轴草属的多年生草本植物，现广泛分布于温带及亚热带高海拔地区。白三叶是优质牧草，具有生长迅速、成坪快、绿期长、适应性广等优点，常被用作观赏性草坪，在北方景观草坪中其建坪面积达到15%[4]。国外利用白三叶与禾草混播建植草坪已有几百年的历史，在我国北方寒冷地区，为了延长城市绿化中草坪绿期，常将白三叶与冷季型草坪草如草地早熟禾、黑麦草、高羊茅等混播。白三叶通过根瘤菌固氮为禾草提供生长所需的氮素营养，禾草可使白三叶免受其他杂草竞争，同时不同叶型的白三叶可有效利用阳光，使草坪获得较为理想覆盖度。但白三叶对禾草草坪也具有很强的侵占性。李剑锋等研究表明，白三叶能够在禾草草坪上形成小群落，逐渐扩展并取代禾本科草坪草，破坏草坪园林景观原有形态和功能[5]。

在白三叶入侵禾草草坪过程中，化感作用被认为是重要因素[6-9]。目前，白三叶对冷季型草坪草化感作用已有文献报道，研究主要集中在植株浸提液、腐解液、根系分泌物、挥发物等对受体植物种子萌发和幼苗生长的影响[6,9-11]。研究表明，雨水淋溶是植物活体和残体释放化感物质的主要途径[12-13]。

本研究选取三种在北方寒冷地区草坪建植中经常使用的冷季型草坪草多年生黑麦草、高羊茅、草地早熟禾为受体植物，用蒸馏水浸提白三叶植株模拟自然雨水淋溶过程，采用生物测定法研究不同浓度的白三叶水浸液对三种草坪草种子萌发和幼苗生长的影响，研究结果对建立合理的草坪草混播种植模式，减少化感作用负效应，建植优质景观草坪具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验白三叶植株采自东北农业大学校园内。受体植物多年生黑麦草（Lolium perenneL.）、高羊茅（Festuca arundinacesSchreb.）、草地早熟禾（Poa pratensisL.）种子均购自江苏圣园种子培育基地。

1.2 方法

1.2.1 白三叶水浸液的制备

将采集的白三叶植株去除杂质，蒸馏水洗净，用吸水纸吸干水分。取白三叶植株50 g，用剪刀剪成1～2 cm的小段，倒入三角瓶中，加入500 mL蒸馏水浸泡48 h（每隔12 h用玻璃棒搅动1次），用布氏漏斗过滤，得到浓度为0.100 g·mL-1的白三叶水浸液。将该水浸液用蒸馏水稀释，分别获得浓度为0.001、0.005、0.010、0.025、0.050 g·mL-1的溶液，4℃保存，备用。

1.2.2 草坪草种子萌发试验

采用培养皿滤纸法进行种子萌发试验。三种草坪草种子首先用0.1%HgCl2溶液消毒10 min，然后用自来水冲洗，用蒸馏水冲洗2～3次。选择大小均一、籽粒饱满的三种草坪草受体种子100粒，置于铺有2层滤纸的培养皿中，分别加入不同浓度（0.001、0.005、0.010、0.025、0.050、0.100 g·mL-1）白三叶水浸液10 mL，以蒸馏水为对照，每个处理重复3次。将加有受体种子的培养皿放入人工气候箱中，25℃培养、每隔24 h观察并记录种子萌发数(胚根或胚轴突破种皮1～2 mm时为萌发）。试验期内适量补充蒸馏水保持培养皿内湿润。7 d后计算发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数。上述指标分别按照下列公式计算[11]：

发芽率（GR，%）=（7 d内正常发芽的种子数/供试种子总数）×100%；

发芽势（GE，%）=（前3 d内正常发芽的种子数/供试种子总数）×100%；

发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt），Gt为不同时间发芽数，Dt为相应发芽天数；

活力指数（VI）=GI×S，S为第7天测得的整株鲜重（g）。

第7天从每个培养皿随机挑选10株幼苗，用吸水纸吸干水分，用电子天平称量鲜重，用直尺测量苗高和根长。

各测试项对照抑制率计算方法：IR（Inhibition rate）=1-T/C。式中，C为对照值，T为处理值。当IR＞0时，表示抑制作用；当IR＜0时，表示促进作用。IR绝对值大小代表化感作用的强弱[11]。

1.3 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 11.5软件进行数据处理和方差分析，用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 白三叶水浸液对三种草坪草种子萌发的影响

不同浓度的白三叶水浸液对三种草坪草种子发芽率的影响不同，但整体上表现出低浓度促进、高浓度抑制的作用趋势（见表1）。如表1所示，与对照相比，低浓度白三叶水浸液对三种草坪草发芽率无显著影响，高浓度水浸液则显著抑制三种草坪草发芽率。0.001～0.010 g·mL-1处理对多年生黑麦草发芽率均有一定促进作用，但差异不显著（P＞0.05）。当白三叶水浸液浓度≥0.025 g·mL-1时，多年生黑麦草发芽率受到抑制，其中，0.050和0.100 g·mL-1处理的抑制作用显著（P＜0.05）。低浓度白三叶水浸液（0.001、0.005 g·mL-1）对高羊茅发芽率无显著影响（P＞0.05）。当浓度≥0.010 g·mL-1时，对高羊茅发芽率有显著抑制作用（P＜0.05）。0.001～0.025 g·mL-1处理对草地早熟禾发芽率有一定促进作用，与对照相比差异均不显著（P＞0.05）。当白三叶水浸液浓度≥0.050 g·mL-1时，对草地早熟禾发芽率有明显抑制作用，0.100 g·mL-1处理与对照相比差异显著（P＜0.05）。

表1 白三叶水浸液对三种草坪草种子发芽率和发芽势的影响Table 1 Effects of T.repense aqueous extracts on seed germination rate and germination energy of three turfgrasses

不同浓度的白三叶水浸液对三种草坪草的发芽势整体上表现出“低促高抑”的浓度效应趋势（见表1）。0.005 g·mL-1处理对多年生黑麦草和高羊茅的发芽势促进效果最强，与对照相比差异显著（P＜0.05）。0.010 g·mL-1处理对草地早熟禾发芽势的促进作用最强。当白三叶水浸液浓度≥0.025 g·mL-1时，对多年生黑麦草和高羊茅的发芽势均有显著抑制作用（P＜0.05），0.100 g·mL-1处理的抑制效果最强。0.050和0.100 g·mL-1处理对草地早熟禾发芽势也有一定抑制作用，与对照相比差异不显著（P＞0.05）。

白三叶水浸液对三种草坪草发芽指数作用不同（见表2）。不同浓度的水浸液对多年生黑麦草发芽指数均表现出抑制作用，随着水浸液浓度的增加，多年生黑麦草发芽指数明显降低，呈现浓度依赖性。0.001～0.010 g·mL-1处理与对照相比，抑制效果不明显（P＞0.05）。当浓度≥0.025 g·mL-1时，多年生黑麦草发芽指数受到显著抑制（P＜0.05）。不同浓度的白三叶水浸液对高羊茅和草地早熟禾发芽指数整体表现出低浓度促进，高浓度抑制的效应趋势（见表2）。0.005 g·mL-1处理对高羊茅发芽指数的促进效果最强；0.010 g·mL-1处理对草地早熟禾发芽指数的促进效果最强。0.010～0.100 g·mL-1处理对高羊茅发芽指数均表现出抑制作用，其中，0.025～0.100 g·mL-1处理与对照相比差异显著（P＜0.05）。当白三叶水浸液浓度≥0.050 g·mL-1时，对草地早熟禾发芽指数表现出抑制作用，0.100 g·mL-1处理的抑制效果显著。

表2 白三叶水浸液对三种草坪草种子发芽指数和活力指数的影响Table 2 Effects of T.repense aqueous extracts on seed germination index and vigor index of three turfgrasses

不同浓度的白三叶水浸液对三种草坪草的活力指数作用不同（见表2）。白三叶水浸液对多年生黑麦草和高羊茅的活力指数均呈“低促高抑”的双重效应。0.010 g·mL-1处理对多年生黑麦草促进效果最强，但与对照相比差异不显著（P＞0.05）。0.025～0.100 g·mL-1处理对多年生黑麦草活力指数产生抑制作用，其中，0.050和0.100 g·mL-1处理与对照相比差异显著（P＜0.05）。0.005 g·mL-1处理对高羊茅活力指数促进效果最强（P＜0.05）。0.025～0.100 g·mL-1处理均对高羊茅活力指数均产生显著的抑制作用（P＜0.05)。不同浓度的白三叶水浸液对草地早熟禾活力指数均呈促进作用，其中，0.010 g·mL-1处理的促进作用最强，0.001、0.050和0.100 g·mL-1处理与对照相比无显著差异（P＞0.05）。2.2白三叶水浸液对三种草坪草幼苗生长的影响

白三叶水浸液对三种草坪草幼苗苗高的影响均呈现低浓度促进，高浓度抑制的效应趋势（见表3）。0.001 g·mL-1处理对多年生黑麦草的促进作用与对照相比差异不显著（P＞0.05）。0.010 g·mL-1处理对高羊茅和草地早熟禾苗高的促进效果最强。当白三叶水浸液浓度≥0.005 g·mL-1时，对多年生黑麦草的苗高表现出浓度依赖的抑制作用，0.100 g·mL-1处理抑制效果最强。0.025～0.100 g·mL-1处理对高羊茅和草地早熟禾的苗高均呈抑制作用，随着浓度的增加，抑制效果增强，在0.100 g·mL-1处理下，高羊茅和草地早熟禾的苗高与对照相比差异显著（P＜0.05）。

白三叶水浸液对三种草坪草幼苗根长的作用趋势一致，均表现出抑制作用，随着水浸液浓度的增加，根长抑制率呈增加趋势（见表3）。0.100 g·mL-1处理对三种草坪草根长的抑制作用最强。多年生黑麦草和高羊茅在0.010～0.100 g·mL-1处理水平上与对照相比差异显著，草地早熟禾在0.025～0.100 g·mL-1处理水平上与对照相比差异显著（P＜0.05）。

表3 白三叶水浸液对三种草坪草苗高和根长的影响Table 3 Effects of T.repense aqueous extracts on seedling height and root length of three turfgrasses

白三叶水浸液对三种草坪草幼苗鲜重的作用不同（见表4）。不同浓度白三叶水浸液处理下，多年生黑麦草和高羊茅的鲜重呈“低促高抑”的作用趋势。0.001～0.025 g·mL-1处理对多年生黑麦草幼苗的鲜重产生促进作用，其中，0.010 g·mL-1处理与对照相比差异显著（P＜0.05）。0.001～0.010 g·mL-1处理对高羊茅幼苗的鲜重产生促进作用，其中，0.010 g·mL-1处理促进效果最强，与对照相比差异显著（P＜0.05）。0.100 g·mL-1处理对多年生黑麦草和高羊茅幼苗鲜重的抑制作用最强（P＜0.05）。白三叶水浸液对草地早熟禾幼苗鲜重的影响与多年生黑麦草和高羊茅不同，随着白三叶水浸液的增加，草地早熟禾幼苗的鲜重呈增加趋势，当浓度≥0.010 g·mL-1时，促进作用显著（P＜0.05）。

表4 白三叶水浸液对三种草坪草幼苗鲜重的影响Table 4 Effects of T.repense aqueous extracts on seedling fresh weight of three turfgrasses

3 讨论与结论

张晓芳等野外观察表明，作为牧草、绿化草坪植物或在果园种植，白三叶均成单一群落生长，很少有杂草在其中[9]。白三叶定植后，多形成郁闭草被，其他植物很难侵入，且白三叶横向茎节能着地生根，受伤折断后也能独立生长，形成新生植株，因此能在短时间内侵占其他草群生长区[10]。白三叶这种生长方式常被认为是其能够抑制禾草生长原因。另一方面，研究表明，白三叶能够通过释放一些化感物质抑制其他禾草和杂草的生长，从而形成单一群落或者侵入禾草草坪[5-8]。本研究以白三叶为试验材料，通过用蒸馏水浸提白三叶植株模拟自然雨水淋溶过程，利用生物测定法研究不同浓度的白三叶水浸液对多年生黑麦草、高羊茅和草地早熟禾三种常见冷季型草坪草种子萌发和幼苗生长的影响，发现白三叶水浸液对三种草坪草的种子萌发和幼苗生长均产生不同程度的影响，证实白三叶对草坪草的化感作用。

本试验结果表明，白三叶水浸液对三种草坪草种子发芽率和发芽势整体上表现出低浓度促进、高浓度抑制的双重效应，在高浓度下（≥0.050 g·mL-1），对受体的抑制作用极显著。白三叶水浸液对三种草坪草种子发芽率和发芽势“低促高抑”效应趋势，与前人研究白三叶水浸液、腐解液、根系分泌物对不同草坪草的化感作用得到结果一致[8,10-11,14]。白三叶水浸液对三种草坪草发芽指数作用不同，对多年生黑麦草发芽指数表现出抑制作用，而对高羊茅和草地早熟禾发芽指数整体表现出“低促高抑”效应趋势。白三叶水浸液对三种草坪草活力指数的作用也不同，对多年生黑麦草和高羊茅的活力指数均呈“低促高抑”双重效应，而对草地早熟禾的活力指数均呈促进作用。刘金平等研究穗牛鞭草浸出液对豆科牧草种子萌发及幼苗生长影响，发现不同种类豆科牧草种子萌发对穗牛鞭草浸出液中化感物质反应不同，并推测这种不同的影响可能与种子萌发过程中体内次生代谢物质的种类、浓度及转化途径不同有关[15]。不同草坪草种子在萌发过程中受白三叶水浸液影响而产生差异性的原因需进一步研究。

白三叶水浸液对三种草坪草幼苗的不同部位具有不同化感作用，对幼苗苗高产生低浓度促进，高浓度抑制的效应，而对根长产生抑制作用。白三叶水浸液对三种草坪草幼苗鲜重的化感影响不同，多年生黑麦草和高羊茅的鲜重呈“低促高抑”作用趋势，草地早熟禾幼苗鲜重则随着白三叶水浸液浓度增加表现出促进作用。上述研究结果表明，化感作用具有专一性和选择性，对受体的影响方式及程度与受体本身的遗传特性、生长特性以及化感作用机理密切相关[11,16]。

研究表明，白三叶体内含有多种酚类物质[10-11,17]。白三叶水浸液对三种草坪草的化感作用及其差异可能是通过白三叶水浸液中的酚类化感物质抑制受体植物细胞生长和影响细胞膜功能引起[18]。酚类物质在不同浓度的白三叶水浸液中含量不同，也被认为是造成三种草坪草种子萌发和幼苗生长具有差异性的原因之一。植物化感作用是几个或几类次生代谢产物综合作用结果，化感物质间常发生协同或拮抗作用[9]。此外，不同种类草坪草具有不同生物特性，因此在不同浓度白三叶水浸液处理下，其种子萌发和幼苗生长状况不一致[11]。

综上所述，不同浓度的白三叶水浸液对多年生黑麦草、高羊茅和草地早熟禾三种冷季型草坪草的种子发芽率、发芽势及幼苗苗高具有低浓度促进，高浓度抑制双重效应，且抑制作用要强于促进作用；对幼苗根长具有明显抑制作用，且抑制作用随着水浸液浓度增加而增强；对种子发芽指数、活力指数及幼苗鲜重的影响则因草坪草种类不同而不同。白三叶水浸液具有化感作用，能够影响三种草坪草正常生长，是白三叶入侵禾本科草坪原因之一。以上研究结果对建立合理草坪草混播种植模式，减少化感作用的负效应，建植优质景观草坪具有重要意义。

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Allelopathy ofTrifolium repenseL.aqueous extracts on turfgrasses

LIU Wei,CHEN Jianing,ZHANG Fan,YAN Yongqing(School of Horticulture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In order to investigate the reason ofTrifolium repenseL.invading Gramineae turfgrasses, the allelopathy ofT.repenseaqueous extracts at different concentrations on seed germination and seedling growth of three turfgrasses i.e.Lolium perenneL.,Festuca arundinacesSchreb.andPoa pratensisL.was studied with bio-assay.The results were as follows:T.repenseaqueous extracts enhanced seed germination rate,germination energy and seedling height of three turfgrasses at low concentrations,whereas inhibited at high concentrations,the inhibiting effect was obviously stronger than the promoting effect.The aqueous extracts possessed significantly inhibiting effect on seedling root length of three turfgrasses,which was much stronger at higher concentrations of aqueous extracts.The influence ofT.repenseaqueous extracted on germination index,vigor index and fresh weight was different among different turfgrass species.The above results demonstrated thatT.repenseaqueous extracts possessed allelopathy,which could impact the normal growth of three turfgrasses and was also a reason whyT.repenseinvaded Gramineae turfgrasses.

Trifolium repenseL.;aqueous extracts;turfgrass;allelopathy

Q948.12

A

1005-9369（2014）05-0052-07

2013-12-16

黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12521030）；东北农业大学博士启动基金项目（2012RCB107）

刘威（1981-），男，讲师，博士，研究方向为园林植物生理生态。E-mail:liu_wei1981@126.com

*通讯作者：闫永庆，教授，研究方向为园林植物逆境生理及园林植物应用。E-mail:yanyongqing1966@163.com

时间2014-5-12 9:01:47[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140512.0901.020.html

刘威,陈佳宁,张帆,等.白三叶水浸液对草坪草的化感作用[J].东北农业大学学报,2014,45(5):52-58.

Liu Wei,Chen Jianing,Zhang Fan,et al.Allelopathy ofTrifolium repenseL.aqueous extracts on turfgrasses[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(5):52-58.(in Chinese with English abstract)