酢浆草和红花酢浆草对萝卜种子的化感作用

卞金鸽,刘宁,黄雨晗,邱鹏飞,张婵

酢浆草和红花酢浆草对萝卜种子的化感作用

卞金鸽,刘宁,黄雨晗,邱鹏飞,张婵

（河南师范大学生命科学学院,河南新乡453007）

以入侵植物酢浆草（Oxalis corniculata L.）和红花酢浆草（O.corymbosa DC.）为供体,常见蔬菜模式种萝卜为受体,探究两种酢浆草茎叶在浸提温度分别为5、15、25、35℃及浸提液质量浓度分别为0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL时对萝卜种子萌发率和幼苗生长的影响.结果表明：酢浆草和红花酢浆草均对萝卜种子的萌发率和幼苗根长产生了极显著的抑制作用（P＜0.01）,且对根长的抑制作用大于对种子萌发率的抑制作用.当两种酢浆草浸提液质量浓度达到0.06 g/mL时,各浸提温度下的种子萌发率与对照组相比均已呈现极显著差异（P＜0.01）,而质量浓度为0.04 g/mL的两种酢浆草浸提液对幼苗根长的抑制作用已达到极显著水平（P＜0.01）.在相同质量浓度下,随着浸提温度的升高,两种酢浆草浸提液对萝卜种子萌发率和幼苗根长的抑制作用均呈现增强趋势；在相同浸提温度下,随着浸提液质量浓度的升高,两种酢浆草浸提液对萝卜种子萌发率和幼苗根长的抑制作用也均呈增强趋势.

化感作用；入侵植物；酢浆草；红花酢浆草；萝卜

植物的化感作用是指植物通过代谢活动向环境中释放化学物质,从而对邻近植物的萌发和生长发育产生有益或有害影响的化学生态学现象[1-4].化感作用作为一种“新型武器”,是外来物种成功入侵的重要因素[5].彭少麟和邵华[6]指出,外来种入侵往往伴随着强烈的化感作用.在群落演替过程中,外来植物为争取更多的阳光、营养、水分和空间,向环境中释放化感物质,以抑制土著物种的生长甚至生存,从而提高自身竞争力,迅速成为群落优势种[7].化感作用由于其存在的普遍性,给农牧业生产造成了巨大经济损失.已有研究发现,入侵物种往往会降低本地植物的种子发芽率,显著影响产量,使得本土物种的多样性减少[8-12].因此,深入认识外来杂草的化感作用,对于控制外来杂草的蔓延,及时有效地防治杂草,提高农作物的产量和质量以及实施可持续发展的生态农业具有重要的现实指导意义[13-14].

酢浆草（Oxalis corniculata L.）和红花酢浆草（Oxalis corymbosa DC.）同属酢浆草科（Oxalidaceae）多年生草本植物,原产美洲热带地区[3,14].最初由于具有较好的观赏价值,被我国作为园艺植物大量引种.目前,酢浆草在我国已成为广布种,红花酢浆草在长江以北大部分地区作为园艺植物广泛栽培,而在我国南方地区已逃逸为田间园圃杂草[15].酢浆草多分枝,直立或匍匐,匍匐茎节上生根,在我国有3种花型,自交亲和且不存在自交结实率衰退现象,并且可通过闭花受精完成繁殖,这些性质使得酢浆草具有极强的繁殖和扩散能力[14,16].红花酢浆草主要依靠地下鳞茎进行无性繁殖,早春萌生快,具有繁殖扩散迅速,适应性、抗逆性强等特点[17].已有研究表明,红花酢浆草属于中度至高度风险的入侵植物[18],且在其居群生长的地方,许多土著种已被完全排斥,现红花酢浆草已被我国列为外来有害植物[19].酢浆草和红花酢浆草已被证实能够对一些本土植物产生显著化感抑制作用,具有发展为恶性杂草的潜力.如酢浆草可导致土著辣椒（Capsicum annuum L.）等蔬菜作物减产50%以上[8]；一定质量浓度的酢浆草水浸提液对茎瘤芥的种子萌发和幼苗生长具有明显的化感作用[14]；高质量浓度的红花酢浆草叶片和叶柄水浸提液对园林花卉植物金盏菊（Calendula officinalis L.）的种子萌发具有抑制作用[20].然而,目前由于人们对两种酢浆草的危害意识较为薄弱,在一些地区仍被大量引种和广泛利用[8].

自然界中的化感物质主要通过茎叶淋溶和挥发、植物残体分解以及根系分泌等方式进入环境[21].本试验选择化感作用研究中常用蔬菜模式植物萝卜的种子作为受体,酢浆草和红花酢浆草的茎叶为供体,初步探究不同浸提温度下,不同质量浓度的酢浆草和红花酢浆草水浸提液对萝卜种子萌发率和幼苗根长的影响.研究对于园艺植物引种中品种的慎重选择以及经济作物栽培中入侵杂草的预防有一定的指导意义,也可为入侵植物快速扩张的机理研究提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

酢浆草和红花酢浆草的茎叶,于九月份采自河南师范大学西区校园内；萝卜为常见的北京大长白萝卜品种,购买于新乡市种子站.

1.2 试验方法

1.2.1 两种酢浆草水浸提液的制备 参考张志忠等的方法[8],将随机采集的茎叶洗净、除杂、去尘,用牛皮纸包扎好放入烘箱（60℃,48 h）烘干,剪碎后放入FZ102多功能植物粉碎机中粉碎,室温下分别称取两种酢浆草粉末各 2、3、4、5g于广口瓶中,各加入 50mL蒸馏水,分别放入事先设置好不同温度（5、15、25、35℃）的HP300GS-C智能人工气候箱内,充分浸提48 h后,分别用两层纱布过滤,最后蒸馏水定容至50 mL,得到质量浓度分别为0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL的浸提液.

1.2.2 两种酢浆草水浸提液对萝卜种子的处理 用培养皿滤纸法[22]进行种子萌发试验.在直径15 cm的大培养皿中放入已包裹好滤纸的3个直径6 cm的小培养皿,选取籽粒饱满、大小均匀的萝卜种子,用蒸馏水浸泡10 min后,置于每个小培养皿的滤纸表面,每皿20粒.随后在大培养皿底部缓缓注入浸提液至深度约1 cm,放入气候箱中培养（25℃,24 h黑暗）.每个浸提温度下,设置5组不同质量浓度处理,分别为0（对照）、0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL.

1.2.3 萌发率统计与根长测量 每24 h统计一次发芽种子数,统计期间注意补充两种酢浆草水浸提液,防止由于滤纸干燥影响种子萌发,连续统计至不再有新的种子萌发为止（一般4 d后即达到稳定）.于第4天用游标卡尺测量幼苗根长.

1.3 数据处理

根据Williamson的方法以敏感指数RI作为衡量化感作用的指标[23].化感效应敏感指数RI=1-C/T（T≥C）,或者RI=T/C-1（T＜C）.其中,C是对照值,T是处理值,正值表示促进效应,负值代表抑制效应,绝对值大小反应化感作用的强弱.采用Excel软件和SPSS 17.0进行数据统计分析,结果用平均值±标准误表示.采用二因素交互作用方差分析统计不同浸提温度和质量浓度及其交互作用对萌发率和根长的影响,采用One-wayANOVA和Post hoc-LSD分析相同浸提温度下不同质量浓度浸提液对萝卜种子萌发率和幼苗根长的影响.

2 结果与分析

2.1 两种酢浆草水浸提液对萝卜种子萌发率的影响

不同浸提温度下,酢浆草水浸提液处理后的萝卜种子萌发率见图1,红花酢浆草水浸提液处理后的萝卜种子萌发率见图2,方差分析结果见表1.

图1 不同浸提温度下不同质量浓度酢浆草水浸提液处理下的萝卜种子萌发率Fig.1 Effects ofaqueous extracts under different extractingtemperature and concentration fromOxalis corniculata on seed germination rates ofradish

图2 不同浸提温度下不同质量浓度红花酢浆草水浸提液处理下的萝卜种子萌发率Fig.2 Effects ofaqueous extracts under different extractingtemperature and concentration fromOxalis corymbosa on seed germination rates ofradish

表1 酢浆草和红花酢浆草不同浸提温度和质量浓度水浸提液对萝卜种子萌发率影响的方差分析结果Tab.1 Variance analysis ofeffects ofaqueous extracts under different extractingtemperature and concentration fromOxalis corniculata and Oxalis corymbosa on seed germination rates ofradish

由表1的二因素交互作用方差分析结果可知,不同浸提温度和不同质量浓度的酢浆草和红花酢浆草水浸提液均对萝卜种子的萌发率有极显著的抑制作用,但浸提温度和质量浓度的交互作用对萌发率的影响不显著.由图1、图2可知,相同浸提温度处理下,酢浆草和红花酢浆草不同质量浓度的水浸提液对萝卜种子萌发率影响的变化规律相同,均呈现随质量浓度升高抑制作用逐渐增强的趋势,除质量浓度为0.04 g/mL的浸提液之外,其余质量浓度的浸提液处理的种子萌发率与对照相比均呈现显著差异（P＜0.05）；不同浸提温度下,各质量浓度之间的差异性不完全相同.相同浸提质量浓度下,两种酢浆草不同浸提温度的水浸提液对萝卜种子萌发率的影响规律基本相同,0.04 g/mL质量浓度下,随着浸提温度的升高,萌发率无明显变化,而其余质量浓度下基本呈现随浸着提温度的升高萌发率逐渐降低的趋势.

2.2 两种酢浆草水浸提液对萝卜幼苗根长的影响

不同浸提温度下,酢浆草水浸提液处理后的萝卜幼苗根长见图3,红花酢浆草水浸提液处理后的萝卜幼苗根长见图4,方差分析结果见表2.

图3 不同浸提温度下不同质量浓度酢浆草水浸提液处理下的幼苗根长Fig.3 Effects ofaqueous extracts under different extractingtemperature and concentration fromOxalis corniculata on seedlingroot length ofradish

图4 不同浸提温度下不同质量浓度红花酢浆草水浸提液处理下的幼苗根长Fig.4 Effects ofaqueous extracts under different extractingtemperature and concentration fromOxalis corymbosa on seedlingroot length ofradish

表2 酢浆草和红花酢浆草不同温度和质量浓度水浸提液对萝卜幼苗根长影响的方差分析结果Tab.2 Variance analysis effects ofaqueous extracts under different extractingtemperature and concentration fromOxalis corniculata and Oxalis corymbosa on seedlingroot length ofradish

由表2的二因素交互作用方差分析结果可知,酢浆草和红花酢浆草不同浸提温度和不同质量浓度的水浸提液对萝卜幼苗根长均呈现极显著的抑制作用,但浸提温度和质量浓度的交互作用对根长的影响不显著.由图3、图4可知,相同浸提温度下,随着质量浓度的升高,两种酢浆草水浸提液对根长的抑制作用均明显增强,质量浓度为0.04g/mL的浸提液处理下的根长与对照相比已表现出极显著差异（P＜0.01）.对于酢浆草,15℃与25℃下各质量浓度间的差异性相同；在35℃下,各质量浓度与对照蒸馏水之间均存在显著差异（P＜0.05）,但各质量浓度间差异不显著（P＞0.05）.对于红花酢浆草,25℃与35℃下各质量浓度间的差异性相同,各质量浓度与对照蒸馏水之间均存在显著差异（P＜0.05）,但各质量浓度间差异不显著（P＞0.05）.相同质量浓度下,随着浸提温度的升高,两种酢浆草水浸提液对根长的抑制作用呈现逐渐增强的趋势.

2.3 两种酢浆草水浸提液对萝卜种子萌发率和幼苗根长化感作用RI值

表3中呈现的化感作用RI值均为负值,说明均为抑制作用.根据RI值的绝对值,相同浸提温度和质量浓度处理条件下,两种酢浆草水浸提液对幼苗根长的化感作用明显大于对种子萌发率的影响.在各个浸提温度下,随着质量浓度的升高,两种酢浆草水浸提液对萝卜种子萌发率和幼苗根长的化感作用指数RI值的绝对值呈现逐渐增大的趋势；相同质量浓度处理下,随着浸提温度的升高,RI值的绝对值也呈现逐渐增大的趋势.

表3 酢浆草和红花酢浆草不同温度和浓度水浸提液对萝卜种子萌发率和幼苗根长化感作用RI值Tab.3 The RI values ofallelopathyabout seed germination rates and seedlingroot length ofRadish for aqueous extracts under different extractingtemperature and concentration from Oxalis corniculata and Oxalis corymbosa

3 结论与讨论

在外来植物入侵过程中,化感作用发挥了不可忽视的作用,由于其释放的化感物质对周围的本土植物有很强的抑制效应,外来植物可能大规模入侵并且快速扩散,导致土著种被排除,生物多样性降低,原有生态系统平衡被打破等严重生态环境问题[24].化感物质可以通过浸析、挥发、植物残体分解和根系分泌等方式进入环境中,近年来研究证实,植物化感物质主要包括酚类、萜类、生物碱等次生代谢物质,这些化感物质通过影响细胞膜通透性、细胞分裂和根尖的细微结构抑制临近植物生长发育[25].本试验结果表明,酢浆草和红花酢浆草的水浸提液均在一定程度上抑制了模式蔬菜萝卜种子的萌发率与幼苗根长,这与已有的研究结果相同[8].化感作用的强弱在浸提温度和浓度方面表现出相同的趋势.当浸提液浓度相同时,随着浸提温度的升高,两种酢浆草水浸提液对萝卜种子萌发率和幼苗生长的抑制作用基本呈现逐渐增强的趋势,这可能是由于一些酚类和萜类化感物质随着浸提温度升高,其溶解度和溶质的扩散速率会在一定程度上增加[26].因此,在相同浓度下,随着浸提温度升高,溶解的化感物质总量逐渐增加,从而导致对萝卜种子萌发率和幼苗生长的抑制作用随之增强.由此可见,在自然条件下气温升高可使一些入侵植物降雨淋洗液的化感作用增强,从而最终加剧外来植物成功入侵的风险.此外,有研究表明,随着全球变暖,外来入侵植物可能通过释放更多的化感物质适应环境,如Josep和Joan发现迷迭香（Rosmarinus officinalis Linn）在高温季节产生的单萜明显高于其他季节[27].由于本研究的试验供体处理为离体后在不同温度下浸提,因此根据现有的试验结果无法验证这一结论,今后我们可以进一步在不同温度下培养酢浆草和红花酢浆草,或者利用不同季节的供体作为对比,通过不同温度的胁迫进一步研究其化感作用的变化规律,从而在全球气候变化背景下,进一步了解外来植物的入侵机制,以采取更有效的防治措施.

当浸提温度相同时,随着浸提液质量浓度的升高,两种酢浆草水提液对萝卜种子萌发率和幼苗生长的抑制作用均呈现显著增强的趋势.根据已有研究,植物的化感作用伴随浓度有两种变化规律：随着浓度升高,抑制作用逐渐增强[8,28],这与本研究结果规律相同；随着浓度升高,在低浓度下表现为促进作用,高浓度下表现为抑制作用[20,29].对比两类变化规律,其试验所采用的受体植物存在一定区别,针对前者,张志忠等[8]采用的受体是模式蔬菜植物萝卜和生菜（Lactuca sativa L.）,潘丹等[28]采用的受体为药用植物黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）,这些植物对照组的萌发率已经很高,有的甚至可以达到百分之百,所以在一定程度上不会呈现低促高抑这样的规律.与前者不同,章玉平和彭燕燕[20]采用的受体是萌发率较低的草花植物如金盏菊、孔雀草（Tagetes patula L.）等.另外,研究表明植物分泌的萜类化合物的毒性具有选择性,通常表现为高浓度下对植物发芽和生长的抑制作用,而低浓度下则具有促进生长的作用[30],这种规律已经在多种产萜类入侵植物的化感作用研究中得到证实[31-32].目前关于酢浆草和红花酢浆草化感物质的种类未见报道,今后,我们可将受体换成萌发率稍低的植物以探究酢浆草和红花酢浆草是否也存在低促高抑的化感效应,并对其化感物质的种类进行分离鉴定,以进一步揭示两种酢浆草化感效应的机理.

根据化感作用指数RI值,综合酢浆草和红花酢浆草对萝卜种子的萌发率和幼苗根长的影响,二者对根长的化感作用均明显大于萌发率.在已有的研究中,张志忠等人发现酢浆草水浸提液对萝卜和生菜胚根抑制作用要大于对其胚轴的抑制作用[8].作者推测是受体植物幼苗根系最先受到酢浆草植株的水浸提液中所含化感物质的影响,生长减缓,根系的吸收和运输功能受到抑制,进而影响到地上部分的生长.对于本实验,出现酢浆草和红花酢浆草对萝卜幼苗根长的抑制作用明显高于萌发率的现象,我们推测这可能是由于种子萌发需要的水分要低于幼苗生长所需要的水分,萌发时需要的水分少,其吸收的化感物质也就相应较少.

如今,随着城市化建设的快速发展,对园艺草坪的绿化也越来越重视,选择合适的园艺种类不仅能在一定程度上起到美化园林的效果,同时也可发挥重要的生态作用.酢浆草和红花酢浆草最初被作为园艺种引种并广泛栽培,然而由于它们的入侵性,目前在一些地区已经造成较大危害.本文的研究结果对于园艺建设中草坪种的慎重选择具有指导意义,同时也为入侵植物快速扩张的机理研究提供进一步参考.

[1]RICE E L.Allelopathy[M].2nd ed.NewYork：Academic Press Inc.,1984：1-5,309-315.

[2]王大力.水稻化感作用研究综述[J].生态学报,1998,18（3）：326-334.

[3]彭瑜,胡进耀,苏智先.外来物种红花酢浆草的化感作用研究[J].草业学报,2007,16（5）：90-95.

[4]刘荷芬,樊金献,侯双.香丝草对几种杂草的化感作用研究[J].河南科技学院学报（自然科学版）,2008,36（1）：14-16.

[5]彭少麟,邵华.化感作用的研究意义及发展前景[J].应用生态学报,2001,12（5）：780-786.

[6]沈浩,黄红娟,叶万辉.外来入侵种的化感作用[M]//徐汝梅,叶万辉.生物入侵：理论与实践.北京：科学出版社,2004：26-46.

[7]李寿田,周健民,王火焰,等.植物化感作用机理的研究进展[J].农村生态环境,2001,17（4）：52-55.

[8]张志忠,蒋云丹,孙志浩,等.酢浆草（Oxalis corniculata）植株水浸提液对萝卜和生菜的化感效应[J].热带作物学报,2012,33（4）：704-708.

[9]喻大昭,魏守辉,朱文达,等.空心莲子草对水稻生长的影响及其经济阈值[J].植物保护学报,2008,35（1）：69-73.

[10]姜茜,郑丽屏,张琪,等.加拿大一枝黄花浸提液对蔬菜种子萌发和生长的影响[J].北方园艺,2008（12）：32-34.

[11]刘荷芬,许桂芳,李丁涛,等.土荆芥浸提液对几种种子萌发的化感作用[J].河南科技学院学报（自然科学版）,2011,39（1）：25-28,33.

[12]秦立金.香、辛蔬菜种子浸提液对黄瓜种子化感作用的研究[J].赤峰学院学报（自然科学版）,2011,27（8）：33-35.

[13]郭振清,赵永光,张风娟,等.入侵植物牛膝菊对白菜、萝卜、生菜、油菜种子和幼苗的化感作用[J].河北科技师范学院学报,2008,22（3）：13-16.

[14]周先容,周莉,杨苗,等.酢浆草水浸液对茎瘤芥种子萌发和幼苗生长的化感效应[J].北方园艺,2016（3）：9-12.

[15]中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志[M].北京：科学出版社,1998：10.

[16]罗世孝,李世晋,张奠湘.入侵植物酢浆草在中国的花型分布特点及自花授粉[J].植物分类学报,2008,46（6）：847-855.

[17]江贵波,林理强,吴伟珊,等.入侵植物红花酢浆草对3种杂草的化感作用[J].广东农业科学,2014（23）：74-77.

[18]谢红艳,左家哺.南岳外来有害植物红花酢浆草的入侵风险评价[J].中南林业调查规划,2007,26（3）：54-57.

[19]罗梦婵,杨报,郝雅婕,等.外来植物红花酢浆草的遗传毒性[J].分子植物育种,2016,14（12）：3544-3547.

[20]章玉平,彭燕燕.红花酢浆草提取液对3种草花种子萌发的影响[J].中国农学通报,2011,27（28）：192-195.

[21]林娟,殷全玉,杨丙钊,等.植物化感作用研究进展[J].中国农学通报,2007,23（1）：68-72.

[22]曾任森.化感作用研究中的生物测定方法综述[J].应用生态学报,1999,10（1）：123-126.

[23]BRUCE W G,RICHARDSON D.Bioassays for allelopathy：measuring treatment responses with independent controls[J].Journal ofChemical Ecology,1988,14（1）：181-187.

[24]钟永德,李迈和,NORBERTK.地球暖化促进植物迁移与入侵[J].地理研究,2004,23（3）：347-356.

[25]阎飞,杨振明,韩丽梅.植物化感作用（Allelopathy）及其作用物的研究方法[J].生态学报,2000,20（4）：692-696.

[26]曹子林,王晓丽,王林.蓝桉枝叶不同温度水浸提液的化感作用[J].西北林学院学报,2012,27（1）：142-146.

[27]PENUELAS J,LLUSIAJ.Effects of carbon dioxide,water supply,and seasonally on terpene content and emission by Rosmarinus officinalis[J].Journal ofChemical Ecology,1997,23（4）：979-993.

[28]潘丹,翟明普,李晓艳.核桃醌对黄芩种子萌发和幼苗生长的影响[J].中国农学通报,2010,26（17）：132-136.

[29]王欣然.元宝枫叶水提液对三类作物的化感效应研究[J].赤峰学院学报（自然科学版）,2016,32（6上）：48-50.

[30]方芳,茅玮,郭永良.入侵杂草一年蓬的化感作用研究[J].植物研究,2005,25（4）：449-452.

[31]何衍彪,张茂新,何庭玉,等.飞机草化感作用的初步研究[J].华南农业大学学报（自然科学版）,2002,23（3）：60-63.

[32]曾任森,林象联,骆世明,等.蟛蜞菊的生化他感作用及其生化他感作用物的分离鉴定[J].生态学报,1996,16（1）：20-27.

Allelopathic effects of Oxalis corniculata and Oxalis corymbosa on seed germination and seedling growth of radish

BIAN Jin’ge,LIU Ning,HUANG Yuhan,QIU Pengfei,ZHANG Chan
（College ofLife Sciences,Henan Normal University,Xinxiang453007,China）

Allelopathic effects of the invasive plants Oxalis corniculata L.and O.corymbosa DC.on seed germination and seedling growth of radish were evaluated.The stem leaves of O.corniculata and O.corymbosa’s were extracted under different temperature of 5,15,25 and 35℃,and the concentrations of aqueous extracts were 0.04,0.06,0.08 and 0.10 g/mL,respectively.The results showed that the aqueous extracts of O.corniculata and O.corymbosa reduced the seed germination and seedling growth of radish significantly （P＜0.01）,and the allelopathic effects on seedling growth were stronger than on seed germination rates.Compared with control,the germination rates of seeds treated with the aqueous extracts of O.corniculata and O.corymbosa with concentration of 0.06 g/mL were reduced significantly （P＜0.01）,however,the seedling growth was reduced significantly when the concentrations of aqueous extracts of O.corniculata and O.corymbosa were only 0.04 g/mL （P ＜0.01）.Under the same extract concentration,the allelopathic effects on seed germination and seedling growth increased with the extract temperature；Meanwhile,under the same extract temperature,the same trends of allelopathic effects exhibited with the increase of extract concentration.

allelopathy；invasive plant；Oxalis corniculata L.；Oxalis corymbosa DC.；radish

S451

A

1008-7516（2017）05-0021-07

10.3969/j.issn.1008-7516.2017.05.004

2017-07-28

国家自然科学基金（31500193）；河南省高等学校重点科研项目计划（15A180048）；河南师范大学博士启动课题（qd14169）

卞金鸽（1992—）,女,河南商丘人,本科生.

张婵（1986—）,女,山东济南人,博士,讲师.主要从事植物的繁殖与进化生态学方面的研究.

（责任编辑：邓天福）