火炬树水浸液对苏丹草和狗尾草的化感作用

董芳瑾 金鑫麟 李华清 欧留妹 赵娟 李践践 李荣花

摘要 分析火炬树不同器官水浸液对其他植物的化感效应有助于了解火炬树化感作用物质合成的部位。利用火炬树果穗、树皮和根不同浓度的水浸液对苏丹草和狗尾草2种植物的种子进行处理，结果表明：火炬树果穗水浸液对苏丹草和狗尾草的发芽率、发芽指数和化感效应指数均表现为抑制作用，对狗尾草的抑制作用强于苏丹草;火炬树树皮水浸液在0.002 g/mL时对苏丹草有促进作用，其余浓度均表现为抑制作用，树皮水浸液3个浓度对狗尾草均表现为抑制作用;火炬树根水浸液3个浓度对苏丹草都表现为促进作用，在0.002 g/mL 时对狗尾草表现为促进作用，其余浓度表现为抑制作用;火炬树化感效应表现抑制作用的强度是果穗>树皮>根。

关键词 火炬树;水浸液;化感作用;苏丹草;狗尾草

中图分类号 S451  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）04-0119-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.04.032

Allelopathy of Rhus typhina Aqueous Extract on Sorghum sudanense and Setaria viridis

DONG Fang-jin， JIN Xin-lin，LI Hua-qing et al （Colloge of Environmental Science and Safety Engineering， Tianjin University of Technology， Tianjin 300384）

Abstract Analyzing the allelopathy of aqueous extract of different organs of R.typhina on other plants is helpful to know about which organ can produce allelopathic compound. The aqueous of R.typhina fruits， barks and roots were used to treat the seeds of Sorghum sudanense and Setaria viridis.The results showed that the germination rate， germination index and response index of  R.typhina  aqueous on S.sudanense and S.viridis.The allelopathic effect indexes were both negative， and the negative effect on S.sudanense was stronger than that of S.viridis. Aqueous of barks of T.typhina was a positive effect on S.sudanense at 0.002 g/mL， and the other concentrations were negative. The three concentrations of bark showed negative effects on S. viridis.The three concentrations of roots showed positive effects on S.sudanense.At 0.002 g/mL， it showed positive effects on S.viridis，the rest of the concentration showed negative; the intensity of the allelopathic effect of R.typhina showed negative was fruits>barks>roots.

Key words Rhus typhina;Aqueous extract; Allelopathy;Sorghum sudanense;Setaria viridis

基金項目 大学生创新创业计划项目（201910060148）;国家自然科学基金青年基金项目（41907329）。

作者简介 董芳瑾（1998—），女，四川射洪人，从事自然地理与资源环境研究。通信作者，讲师，从事植物生态化学研究。

收稿日期 2020-07-06

植物可以产生调控其周围邻近植物生长的次生代谢物质，即植物化感作用（allelopathy）。植物化感物质可引起种子劣变和活性降低而导致萌发率降低和萌发推迟，且表现出明显的浓度效应和不同器官浸提液间化感作用的差异[1-4]。火炬树（Rhus typhina）作为一种拓荒植物从北美被引种到国内后，能够快速建立群落，排挤其他植物生长[5]，其产生化感物质抑制其他植物种子萌发是重要的原因之一。吴长虹等[6]研究了火炬树水浸提液对侧柏、紫穗槐种子萌发的化感效应，结果表明叶片和根水浸液对2种受体植物种子萌发具有抑制作用;孙天旭等[7]以盐肤木和黄栌为参照树种，研究火炬树树叶和林下土壤水浸提液对侧柏、油松、小麦、小白菜种子萌发的影响，表现出高浓度抑制、低浓度促进的化感效应;白丽荣等[8]以火炬树叶的浸提液处理谷子、绿豆、玉米、小麦种子，表现出不同的浓度效应。

火炬树能产生化感物质调控邻近植物的生长和群落建立已经没有争议，但是火炬树化感物质的合成部位还需要研究。另外化感作用具有种间差异，选择能够与火炬树相容的草本植物能够提高火炬树群落的林下植物丰富度和盖度。

笔者拟研究火炬树果穗、树皮、根的水浸液对禾本科植物苏丹草（Sorghum sudanense）和狗尾草（Setaria viridis）种子萌发的化感作用，探索火炬树化感物质产生的主要器官以及化感作用的种间差异。

1 材料与方法

1.1 材料 于9月采集生长良好的火炬树直径为2～3 mm的细根，主干上的树皮（韧皮部及周皮），颜色鲜艳饱满的果穗，120 ℃杀青30 min，60 ℃烘干至恒重。受体植物苏丹草种子和狗尾草种子购自江苏沭阳县种子公司。

1.2 试验方法

将烘干后的果穗、树皮和根剪碎成大约3 cm 的小段，分别称取200 g，放入烧杯中，加入1 000  mL蒸馏水，浸泡24 h后，用3层纱布过滤2次，得到浓度为0.200 g/mL的火炬树水浸液母液，再配制成0.020、0.002 g/mL的水浸液。

选取籽粒饱满、颜色鲜艳的苏丹草和狗尾草种子50粒，放入底部装有滤纸的培养皿中，盖上滤纸，分别加入4 mL浓度为0.200、0.020、0.002 g/mL的火炬树果穗、树皮、根水浸液，每个处理3个重复，对照组加入等量蒸馏水，25 ℃培养箱黑暗培养，每12 h观察并加入对应浓度水浸液2 mL，以种子胚根长2 mm作为种子萌发依据，连续2 d没有新的种子发芽作为发芽结束的依据。

1.3 数据处理 发芽率GR=发芽种子总数/试验种子数×100%

发芽指数GI=Gt/Dt

其中，Gt表示种子在第t日的发芽数;Dt表示相应的发芽天数。

化感效应指数RI=1-C/T（T≥C），RI=T/C-1（T

其中，C为对照组发芽率;T为处理组发芽率。RI>0表示化感作用为促进，RI<0表示化感作用为抑制。

2 结果与分析

2.1 火炬树果穗水浸液对苏丹草和狗尾草种子萌发的化感作用 由表1可知，火炬树果穗水浸液随浓度升高抑制苏丹草和狗尾草种子发芽的作用增强，在水浸液浓度为0.200 g/mL时狗尾草的发芽率为0，对狗尾草的抑制作用强于苏丹草。果穗水浸液处理2种植物种子的发芽指数均有降低，且在0.200 g/mL 时，狗尾草的发芽指数为0，发芽指数反映了植物种子萌发出苗的整齐度，后发芽的植物在种内竞争中处于劣势，成活率降低。火炬树果穗水浸液对苏丹草和狗尾草的化感效应为抑制作用，RI<0，在水浸液浓度为0.200 g/mL时对狗尾草的RI=-1，对苏丹草的RI=-0.875 0，果穗水浸液对狗尾草的抑制作用在GR、GI和RI这3个方面要强于苏丹草。

2.2 火炬树树皮水浸液对苏丹草和狗尾草种子萌发的化感作用

由表2可知，火炬树树皮水浸液处理苏丹草种子，在0.002 g/mL时GR为72%，GI为11.253 3，RI为0.111 1，与对照相比，表现出促进作用，其余2个浓度对蘇丹草种子的萌发表现为抑制作用。设置3个浓度火炬树树皮水浸液处理狗尾草种子，GR、GI和RI与对照相比表现出抑制作用，随着浓度升高抑制作用增强。树皮水浸液对狗尾草的抑制作用要强于苏丹草。

2.3 火炬树根水浸液对苏丹草和狗尾草种子萌发的化感作用 由表3可知，火炬树树根水浸液对苏丹草和狗尾草种子萌发的化感作用表现出差异，对苏丹草的GR、GI和RI均有促进作用，并且随水浸液浓度的提高促进作用增强;对狗尾草的GR、GI和RI均表现出抑制作用，随水浸液浓度的提高抑制作用增强。

2.4 火炬树不同器官水浸液对苏丹草和狗尾草种子萌发的化感指数

火炬树不同器官水浸液对苏丹草和狗尾草种子萌发的化感效应表现出差异，不同器官的水浸液对同一种植物的化感效应也存在差异。火炬树的果穗水浸液对苏丹草和狗尾草种子萌发的RI<0，表现为抑制作用，每个浓度的水浸液对苏丹草的化感抑制效应都小于狗尾草的。火炬树树皮水浸液浓度在0.002 g/mL时对于苏丹草的RI为0.111 1，为促进作用，随浓度升高化感效应表现为抑制作用;树皮水浸液对狗尾草的化感效应表现为抑制，随浓度的升高抑制作用增强。树根的水浸液在3个处理浓度下对苏丹草的RI>0，对狗尾草的RI<0，表现出对苏丹草的促进作用，对狗尾草的抑制作用。从火炬树不同器官水浸液的化感效应变化来看，火炬树化感作用物质的合成部位可能存在于果穗和树皮，火炬树对邻近植物的化感抑制作用的物质主要来源不是根系分泌而是地上器官物质的淋溶。火炬树对邻近植物的化感效应存在种间差异。

3 结论与讨论

该研究发现火炬树的果穗、树皮和根对2种禾本科植物的化感作用存在差异，有的表现为抑制，有的表现为促进，这与已有的报道具有一致性[6-10]，并且地上部分的化感作用强于地下部分，这种现象在其他具有化感作用的植物中也存在[3，11-12]。该研究中火炬树果穗的水浸液在较低浓度0.002 g/mL 时就对苏丹草和狗尾草产生化感抑制作用，且随浓度的升高抑制作用增强;树皮水浸液在0.002 g/mL时对苏丹草种子的萌发产生促进作用，其余2个浓度均表现为抑制作用，树皮水浸液3个浓度对狗尾草均表现为抑制作用，抑制作用均小于果穗水浸液;火炬树根水浸液对苏丹草表现出促进作用，在0.002 g/mL时对狗尾草表现出促进作用，其余2个浓度表现为抑制作用，总体来看，火炬树不同器官水浸液的化感抑制作用为果穗>树皮>根，对狗尾草的化感作用大于苏丹草。

 火炬树化感抑制作用为果穗>树皮>根，表现为浓度越高抑制作用越强或者低浓度促进高浓度抑制，说明火炬树化感物质合成主要集中于地上部分，且果穗是重要的合成器官。由此推断火炬树的化感物质通过淋溶作用进入土壤并在土壤中积累，影响邻近植物种子的萌发。火炬树在4年树龄时进入开花结果期，并且结果可以持续30年左右[13]，为减少火炬树对周围植物群落建立的影响可以通过剪除果穗实现减轻火炬树化感抑制作用的目的。

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