紫茎泽兰水浸液对不同玉米品种的化感效应分析

拱健婷，张子龙

(北京中医药大学中药学院，北京 100102)

紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum Spreng)属菊科泽兰属多年生草本植物，原产美洲的墨西哥至哥斯达黎加一带，是著名的入侵物种，与棘豆、栎树一起被称为我国草地的“三大毒草”［1］。于解放前后侵入我国，现已在西南地区的云南、贵州、四川、广西、西藏等省区广泛分布［2-3］，并仍在以每年几十公里的速度，随西南风向东和北传播扩散［4］。紫茎泽兰的危害主要集中在以下3个方面:一是造成土壤肥力下降;二是造成人和动物的中毒;三是造成生态平衡失调，使物种的多样性受到破坏［5］。

化感作用普遍存在于自然界，它是植物通过淋溶、挥发、残体分解和根系分泌向环境中释放化学物质，从而对周围植物(包括微生物)产生间接或直接的有害(化感抑制效应)或有利(化感促进效应)的作用［6-10］。Bais等研究表明，化感作用在生物入侵过程中起着非常重要的作用［11］，因此，研究紫茎泽兰的化感作用，对有效控制其危害具有十分重要的意义。目前国内外对紫茎泽兰化感作用的研究已有很多，证实紫茎泽兰能够释放化感物质，其化感作用大小与周围伴生植物、微生物、不同组织、化感物质浓度、采收时期有一定的关系［12］，而且这种效应在紫茎泽兰与周边植物的生存竞争过程中具有决定性的作用［13］。本文采用不同季节采收的紫茎泽兰，研究其不同浓度茎叶水浸液对不同品种玉米种子萌发、幼苗生长的影响，测定其对受试体的化感作用，以期了解其对农作物生长的影响，为进一步对外来入侵植物进行综合治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供体植物紫茎泽兰采自云南省文山州砚山县江那镇郊址村，该村地处砚山县中部偏南，东经104°20' ～ 104°29'、北纬 23°36' ～ 23°50'，海拔1 400～1 630 m，属北亚热带气候类型，年平均降雨量990 mm，年平均气温15～16℃。受体农作物种子分别为白糯1号(常规种)、鲁三3号(外地引进杂交种，白粒)和云瑞1号(当地杂交种，黄粒)，均购于当地农资市场。

1.2 试验方法

1.2.1 紫茎泽兰茎叶水浸液制备 将紫茎泽兰植株的茎叶剪下，洗净，晾干后粉碎备用。于室温(20～25℃)下，以100 mL蒸馏水中放入10 g紫茎泽兰材料的比例将紫茎泽兰粉碎物浸入蒸馏水中浸泡36 h，过滤，即得0.100 g/mL母液。根据实验材料的量，将12月份采集的紫茎泽兰设置为3个浓度，分别为:0.005、0.025、0.050 g/mL;将 4 月份采集的紫茎泽兰设置为另外3个浓度:0.001、0.005、0.025 g/mL。上述溶液配置好后放入4℃冰箱备用。

1.2.2 受试玉米种子处理 挑选均匀饱满、大小一致的各品种玉米种子，去掉包衣，用3%的次氯酸钠(NaClO)溶液表面消毒处理5 min，并用无菌水洗净备用。

1.2.3 实验设置 采用培养皿沙培进行试验，将不同浓度的紫茎泽兰茎叶水浸液各20 mL添加到培养皿中，同一浓度设置3次重复，以蒸馏水作为对照。选取不同品种玉米白糯1号、鲁三3号、云瑞1号种子，表面消毒后均匀摆放在装有河沙的培养皿中，每皿50粒。将培养皿置于25℃恒温环境中培养，播后第二天开始调查每皿的发芽状况，每24 h记录发芽的种子数，并及时补充等量的处理液或蒸馏水，使河沙保持湿润。连续观察15 d，计算发芽势、发芽率、发芽指数、化感效应敏感指数等，实验结束时调查每皿的存苗数，并考查幼苗的生长情况。

1.3 指标测定及数据分析

1.3.1 指标测定 玉米种子播后3 d统计发芽势，发芽势(GP)=萌发种子数/播种数×100%;播后6 d统计发芽率，发芽率(GR)=发芽数/播种种子数×100%;发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)，Gt是 t日内的发芽数，Dt是相应的发芽天数;平均发芽日数(MLIT，d)= ∑(Gt×Dt)/∑Gt。

每皿选择整齐一致的幼苗10株，考察其生长情况。采用常规方法测量苗高、最长根长、最大叶片宽等，观察记载其根数，叶片数。之后将植株按照地上、地下部分分开，自然条件下风干至恒重，然后在千分之一天平上称量。

生物测定结果参照Williamson等［14］的方法计算化感作用效应指数RI:RI=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-l(T＜C);其中，C为对照值，T为处理值。RI＞0为促进，RI＜0为抑制，绝对值的大小与作用强度一致。为了比较不同发育阶段和各测定指标间的化感作用强弱，参考马瑞君等［15］的方法，计算化感作用平均敏感指数(M):

1.3.2 数据分析方法 实验数据采用EXCEL 2007和DPS7.05、SPSS20.0统计软件进行数据整理和方差分析，用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 紫茎泽兰茎叶水浸液对不同品种玉米种子萌发的化感效应

2.1.1 对白糯1号种子萌发的化感效应 不同采收期紫茎泽兰的茎叶水浸液对白糯1号种子萌发化感效应见表1。12月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液各处理中，仅0.05 g/mL处理组的MLIT(平均发芽日数)与对照有显著差异，RI为0.321 1，MLIT延长。结合发芽曲线结果(图1)可知，12月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液在白糯1号种子萌发初期具有化感抑制作用，浓度为0.025 g/mL时，化感抑制效应最强。

4月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液浓度为0.005 g/mL 时，GP(发芽势)、GI(发芽指数)、MLIT等指标与对照组有显著或极显著差异，RI分别为0.166 7、0.223 8、-0.162 1。结合图 2 可知，该浓度处理对白糯1号种子萌发的化感促进效应最强。

2.1.2 对鲁三3号种子萌发的化感效应 紫茎泽兰茎叶水浸液对鲁三3号种子萌发化感效应见表1。可以看出，12月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液浓度为0.005 g/mL、0.025 g/mL时，GP、GR 和 GI等指标与对照组有显著或极显著差异，RI均为正值。结合图1可知，水浸液对鲁三3号种子萌发初期具有化感促进作用，当浓度为0.025 g/mL时，化感促进效应最强。

4月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液浓度为0.001 g/mL、0.005 g/mL时，MLIT缩短，且与对照组有极显著、显著差异，RI分别为 -0.128 2、-0.098 2。结合图2可看出，水浸液对鲁三3号萌发初期的化感作用与浓度相关，当浓度为0.025 g/mL时呈化感抑制效应，而浓度为0.001、0.005 g/mL时表现为化感促进效应。即表现为低浓度促进，高浓度抑制的效应。

2.1.3 对云瑞1号种子萌发的化感效应 紫茎泽兰茎叶水浸液对云瑞1号种子萌发化感效应未达到显著水平(表1)。但结合图1、图2、表1可知，12月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液对云瑞1号萌发初期的化感效应与浓度相关。浓度为0.025 g/mL时，其对云瑞1号种子萌发呈化感促进效应;而当浓度为0.05 g/mL、0.005 g/mL时表现为化感促进效应。同样，4月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液0.005、0.025 g/mL处理对云瑞1号的GP、GI存在化感抑制效应，在浓度为0.001 g/mL时变现为化感促进效应。即表现为低浓度促进，高浓度抑制的效应。

表1 紫茎泽兰茎叶水浸液对白糯1号、鲁三3号、云瑞1号玉米种子萌发的化感效应指数(RI)Tab.1 The allelopathy intensity of Zea mays seed germination affected by aqueous extracts from Eupatorium adenophorum(RI)

2.2 紫茎泽兰茎叶水浸液对不同品种玉米幼苗生长的化感效应

2.2.1 对白糯1号幼苗生长的化感效应 紫茎泽兰茎叶水浸液对白糯1号玉米幼苗生长的化感效应见表2。12月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液对白糯1号地上干重、苗高、根数、最长根、叶片数、最大叶片长、宽等生长指标具有化感抑制效应。且随水浸液浓度增加，化感抑制效应也在增强，浓度为0.050 g/mL时化感抑制效应最强。4月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液浓度为0.001 g/mL时，地下干重、根冠比、苗高等生长指标高于对照，而当浓度为0.005 g/mL和0.025 g/mL时，上述生长指标则对照组，即表现为低浓度促进，高浓度抑制的效应。

图1 茎叶水浸液对白糯1号、鲁三3号及云瑞1号种子发芽的影响(12月份采收)Fig.1 The allelopathy intensity of Zea mays seed germination affected by aqueous extracts from E.adenophorum harvested in December

图2 茎叶水浸液对白糯1号、鲁三3号及云瑞1号种子发芽的影响(4月份采收)Fig.2 The allelopathy intensity of Zea mays seed germination affected by aqueous extracts fromE.adenophorum harvested in April

2.2.2 对鲁三3号幼苗生长的化感效应 12月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液对鲁三3号地下干重、根冠比、苗高、根数、叶片数、最大叶片长等生长指标具有化感抑制效应(表2)。且随水浸液浓度增加，化感抑制效应也在增强，浓度为0.050 g/mL时化感抑制效应最强。4月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液浓度为0.025 g/mL时，地上和地下干重、总干重、苗高、最长根、叶片数等指标与对照组有显著或极显著差异，上述生长指标RI均为负值，表现出化感抑制效应。

2.2.3 对云瑞1号幼苗生长的化感效应 12月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液对云瑞1号的最长根具有化感抑制效应(表2)。且随水浸液浓度增加，化感抑制效应也增强，浓度为0.050 g/mL时化感抑制效应最强。4月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液浓度为0.025 g/mL、0.005 g/mL时，云瑞1号苗高、最长根与对照组有极显著差异，上述生长指标均低于对照组，表现为化感抑制效应。且具有浓度效应，浓度为0.025 g/mL时的化感抑制效应较0.005 g/mL时强。

表2 紫茎泽兰茎叶水浸液对白糯1号、鲁三3号、云瑞1号玉米幼苗生长的化感效应指数(RI)Tab.2 The allelopathy intensity of Zea mays seedling growth affected by aqueous extracts from E.adenophorum(RI)

2.3 紫茎泽兰茎叶水浸液对不同品种玉米的化感效应

由图3可看出，随浓度增加，紫茎泽兰茎叶水浸液对不同玉米品种的化感效应趋势基本一致。12月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液总体表现为化感抑制效应，且随浓度增加，其化感抑制强度增加;但化感抑制强度因品种不同而有差异。水浸液浓度为0.025 g/mL时，三个玉米品种受抑制程度依次为:白糯1号＞云瑞1号＞鲁三3号，白糯1号所受的化感抑制程度最强;而浓度为0.050 g/mL时，三者所受化感抑制程度相当。

图3 紫茎泽兰不同浓度水浸液对白糯1号、鲁三3号及云瑞1号的化感效应Fig.3 The allelopathy intensity of three Zea mays varieties affected by aqueous extract concentrations from E.adenophorum

而4月采收的紫茎泽兰，其茎叶水浸液对玉米的化感效应与浓度关系密切，随水浸液浓度增加，逐渐由化感促进效应转变为化感抑制效应。水浸液浓度为0.001 g/mL时，对玉米具有化感促进效应，且3个品种之间强度相当;浓度为0.005 g/mL时，对白糯1号、鲁三3号呈化感促进效应，而对云瑞1号表现为抑制效应;浓度为0.025 g/mL时，对三个品种均表现为化感抑制效应，其中对鲁三3号的化感抑制效应最强。

2.4 不同玉米品种对紫茎泽兰化感效应敏感性差异

鲁三3号、白糯1号、云瑞1号三个受试玉米品种对紫茎泽兰茎叶水浸液化感效应的敏感指数见表3。可以看出，一级敏感指数(M1)中，只有鲁三3号的MLIT、云瑞1号的GI为负值，其余为正值。二级敏感指数(M2)中，种子萌发阶段主要表现为化感促进作用，而幼苗生长阶段主要表现为化感抑制作用。从品种水平(M3)来看，白糯1号、鲁三3号及云瑞1号三个玉米品种均受到紫茎泽兰茎叶水浸液的化感抑制作用影响，敏感性顺序为:云瑞1号＞白糯1号＞鲁三3号。化感作用的大小和受体植物品种密切相关，相同处理条件下的不同受体植物品种，其所受化感效应存在差异。

2.5 采收时期对紫茎泽兰茎叶水浸液化感效应的影响

不同采收时期紫茎泽兰的茎叶水浸液对玉米化感效应指数如表4。从二级敏感指数(M2)可知，紫茎泽兰茎叶水浸液对玉米种子萌发有化感促进效应，但对幼苗生长阶段呈化感抑制效应。从采收期水平(M3)来看，两个采收时期的紫茎泽兰对受体玉米品种均表现为化感抑制效应，但4月采集的紫茎泽兰，其茎叶水浸液具有更强的化感抑制效应。由此可见，采收时期影响着紫茎泽兰茎叶水浸液的化感效应。

表3 不同受试玉米品种对紫茎泽兰化感作用敏感性比较Tab.3 The allelopathic sensitivities of three varieties to the aqueous extracts from E.adenophorum(SI)

表4 不同采收时期紫茎泽兰的茎叶水浸液对玉米化感敏感指数的影响Tab.4 The allelopathic sensitivities of three varieties to the aqueous extracts from E adenophorum harvested in different dates(SI)

3 小结

紫茎泽兰虽并非有意引进，但由于我国没有其原生地天敌的制约，造成了生物入侵效应，现已成为了我国的一大害草。紫茎泽兰种子数量多、种子萌发率高、化感作用强、遗传多样性丰富、生态适应性广，因而易于大规模入侵其他生态系统，排斥其他植物的生长并夺取其生存空间［2，16］，从而严重破坏生态平衡及生物多样性，对入侵地的自然和农业生态系统造成了严重危害。

国内外在紫茎泽兰种群入侵扩张中化感作用相关研究已经取得了显著的进展，如多角度证实了其化感作用的存在，发现化感作用中淋溶物的主效化感物质为两个萜类天然化合物［17］;环境因素、受体物种、品种遗传因素等也影响紫茎泽兰的化感作用［1，18-19］。一般而言，具有不同遗传背景的植物品种，其对化感效应的敏感性也不相同。胡飞［20］等研究发现芦笋的化感品种能显著抑制莴苣生长发育，但数十个受试莴苣品种的抗性有显著差异。王艳平［21］等发现不同水稻品种与杂草共栽时，其化感作用有不同程度的变化。张子龙［22］等发现不同玉米品种对三七茎叶水浸液化感效应的敏感性存在差异。本试验结果也表明，化感作用的大小和受体植物品种密切相关，从品种水平(敏感指数M3)来看，3个受体品种的敏感性顺序为:云瑞1号(-0.086 5)＞白糯1号(-0.068 2)＞鲁三3号(-0.038 6)。

植物在生长发育的不同时期，其化感作用的潜力是不同的。植物化感作用的强弱与植株自身的状况有关，植株生长旺盛，化感物质产生的数量增加，因而作用较强;反之，成熟衰老期的植株，化感物质的产生量减少，作用减弱。有研究发现，营养生长期、花果期、成熟期沙打旺(3年生)植株的化感作用存在明显差异，各生长阶段化感强弱依次为花果期、成熟期、营养生长期，表明花果期可能是沙打旺表达化感作用的关键时期［23］。紫茎泽兰花期为11月至翌年4月，结果期为3～4月。为分析不同生长发育时期植株的化感作用差异，本文中紫茎泽兰茎叶的采收时期设置为12月和4月。从实验结果分析可知，不同采收时期紫茎泽兰植株，其茎叶水浸液对受体植物的化感效应不完全相同。由此进一步表明，植物生长发育阶段是影响其化感作用的一个重要因素。

大量研究表明，影响植物化感作用的因素主要有遗传因素、环境因素、生物因素等。因此，多方面探究影响紫茎泽兰化感作用的因素及其机理，可为解决紫茎泽兰的生物入侵问题提供一定理论基础，并有望找到解决该问题的有效途径。同时，开展相关研究也可为探讨紫茎泽兰对农田生态系统的综合影响奠定基础。

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