火炬树浸提液对两种草坪草种子萌发的影响

左 郎， 王树森， 马迎梅*， 温苏雅勒图， 白 刚， 郁鑫明

(1.内蒙古农业大学沙漠治理学院， 荒漠生态系统保护与修复国家林业局重点实验室， 内蒙古 呼和浩特 010011；2. 乌拉特后旗林业与草原局, 内蒙古 巴彦淖尔 015500)

园林系统中，乔木结合地被植物是一种常见的景观配置方式[1]。火炬树(RhustyphinaNutt.)每年9月成熟，叶片变红，颜色鲜艳，有很好的景观价值[2]。在人工生态系统中，火炬树作为与地被植物搭配的一种乔木类型，通过种间化学生物关系(化感效应)对其周围地被植物有一定程度的影响，易形成单优种群[3]，导致景观格局失去原有的美学效应并造成当地生态系统生物多样性降低[4-5]。因此，厘清火炬树对各种地被草坪草的影响可以有效避免此种配置方式对美化环境产生负面影响并为提高其合理的景观配置提供理论依据。

许多植物被证实具有明显的化感作用[6]。化感作用主要是由一种供体植物通过枝条或叶挥发、渗出，根系分泌等方式将一些化学物质释放到环境中，对其它植物产生直接或间接的有害作用[7]。化感作用通过抑制种子萌发过程中关键酶的活性[8-9]、引起生物膜功能和通透性的变化[10]、抑制细胞分裂和伸长，进而抑制种子萌发和幼苗生长[11-12]。

化感物质对种子萌发的影响与化感物质、浓度和受体植物物种密切相关[13]。化感物质首先通过影响种子发芽数量、速度，从而影响受体植物的生长[14]，因此通过种子萌发试验可以判断并筛选具有耐某种化感物质的种子。韦忠刚等人在研究火炬树与草坪草的配置系统中，采用火炬树叶片及根的浸提液对高羊茅(FestucaelataKeng ex E. B. Alexeev.)种子萌发的影响进行研究，发现火炬树内存在化感物质并且对草坪草的正常生长产生影响[15]。张晓珂等分析了东北不同来源的33个小麦(TriticumaestivumL.)品种对黑麦草的化感作用，根据小麦品种对黑麦草的化感效应，将其分为强、中、弱3类[16]。申时才等研究了红薯(Ipomoeabatatas(L.) Lam.)叶片浸提液对田间5种杂草种子和幼苗的化感作用，发现红薯叶片浸提液对种子的发芽率影响不明显，但对幼苗的发芽势有很明显的抑制作用[17]。为了研究火炬树对草坪草种子的化感效应，本文以火炬树为化感供体材料，以两种常见的草坪草——多年生黑麦草(LoliumperenneL.)和草地早熟禾(PoapratensisL.)为化感受试植物，分析不同的火炬树浸提液对两种草坪草种子萌发的影响，以期为火炬树适宜绿化配置草种的确立提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为火炬树的当年生枝条、种子、种皮，采集于内蒙古农业大学新校区。受试材料为当年新采集的多年生黑麦草、草地早熟禾，购于辽宁省开原市种子批发中心并贮藏于4℃冰箱备用。

1.2 火炬树浸提液制备

于2019年3月中旬采集火炬树的当年生枝条、种子、种皮，并将枝条剪成1 cm小段。将供试材料放入60℃烘箱内烘干2 h后，用粉碎机粉碎[4]。用天平各称取100 g，装入试剂瓶中并用1 000 mL蒸馏水浸提24 h。浸提液通过采用双层纱布过滤取得粗提液，然后用定性滤纸进行二次过滤，最终得到0.1 g·L-1火炬树浸提母液。母液分别被稀释得到0.025 g·L-1和0.005 g·L-1的火炬树浸提液。

1.3 种子萌发试验

试验设置3种浸提液，每种浸提液设置4个浓度：0(CK)，0.005 g·L-1，0.025 g·L-1，0.1 g·L-1，每个处理4次重复。采用培养皿进行种子萌发试验，先将洗干净的培养皿和滤纸在高压灭菌锅内灭菌4 min，然后在每个培养皿内装入100粒消毒后的草坪草种子。用移液器按照对应浓度加入火炬树浸提液5 mL，对照组加入蒸馏水5 mL，在温度为25℃，光照15 h，湿度60%的实验室内进行种子萌发试验[18]，每天在固定时间给培养皿内补充5 mL浸提液，对照组补充5 mL蒸馏水。

1.4 数据统计与分析

待种子萌发后(发芽已经突破种皮的种子为标准)，每天在固定时间统计种子发芽数、胚根、胚芽长，待种子萌发稳定后开始统计发芽率、胚根、胚芽抑制率、发芽指数。

种子发芽率=发芽种子数/供试种子数×100%

发芽指数Gi=∑(Gt/Dt)

式中，Gt为时间t日的萌发数，Dt为相应的萌发天数[19]。

用Excel进行数据统计，用SPSS 21.0统计分析软件进行单因素方差分析和差异显著性检验(P<0.05)，用Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 火炬树不同浓度浸提液处理对草坪草种子发芽率的影响

多年生黑麦草种子在火炬树种子浸提液浓度为0.025 g·L-1时发芽率最高，为97.5%，与CK差异不显著(图1A)。种子浸提液浓度为0.1 g·L-1时发芽率最低，为87%，与其它处理差异显著(图1A；P<0.05)。火炬树种皮浸提液浓度为0.005 g·L-1时发芽率最高，为97.75%，与CK差异不显著(图1B)。随着浸提液浓度增加，发芽率呈下降的趋势，种皮浸提液浓度为0.1 g·L-1时发芽率最低，为0%，显著低于其它处理(图1B；P<0.05)。火炬树当年生枝条浸提液浓度为0.025 g·L-1时发芽率最高，为99%，与CK差异不显著(图1C)，枝条浸提液浓度为0.1 g·L-1时发芽率最低，为83.25%，显著低于其它处理(图1C；P<0.05)。

图1 不同浓度火炬树浸提液对多年生黑麦草种子萌发的影响

草地早熟禾种子在火炬树种子浸提液浓度为0.005 g·L-1时发芽率最高，为16%，与CK差异显著(图2A；P<0.05)，随着浸提液浓度增加，种子发芽率呈下降的趋势，种子浸提液浓度为0.1 g·L-1时发芽率最低，为5.5%(图2A；P<0.05)。火炬树种皮浸提液浓度为0.005 g·L-1时发芽率最高，为7.25%，与CK差异不显著(图2B)，随着浸提液浓度增加，发芽率呈下降的趋势，种皮浸提液浓度为0.1 g·L-1时发芽率最低，为0%(图2B)。火炬树当年生枝条浸提液浓度为0.005 g·L-1时发芽率最高，为9.25%，与CK差异不显著(图2C)，随着枝条浸提液浓度增加，发芽率呈下降的趋势，枝条浸提液浓度为0.1 g·L-1时发芽率最低，为0%(图2C)。

图2 不同浓度火炬树浸提液对草地早熟禾种子萌发的影响

2.2 火炬树不同浓度不同浸提液对草坪草种子发芽指数的影响

多年生黑麦草种子在不同浓度火炬树种子浸提液处理下，发芽指数的排序为：0 g·L-1>0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(图3A)；在不同浓度火炬树种皮浸提液处理下，发芽指数的排序为0 g·L-1>0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(图3B)；在不同浓度火炬树当年生枝条浸提液处理下，发芽指数的排序为：0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0 g·L-1>0.1 g·L-1(图3C)。

图3 不同浓度火炬树浸提液对多年生黑麦草种子发芽指数的影响

草地早熟禾种子在不同浓度种子浸提液处理下，发芽指数的排序为0.005 g·L-1>0 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(图4A)；在不同浓度种皮浸提液处理下，发芽指数的排序为0 g·L-1>0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(图4B)；在不同浓度当年生枝条浸提液处理下，发芽指数的排序为0 g·L-1>0.005 g·L-1>0.025 g·L-1>0.1 g·L-1(图4C)。

图4 不同浓度火炬树浸提液对草地早熟禾种子发芽指数的影响

2.3 火炬树不同浓度不同浸提液对草坪草种子胚根的抑制作用

火炬树浸提液浓度为0.005 g·L-1时，种皮浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最强烈，抑制率最高为9%；当年生枝条浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最低，抑制率最低为—147%(图5A)。浸提液浓度为0.025 g·L-1时，种皮浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最强烈，抑制率最高为100%；种子浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最低，抑制率最低为—25.1%(图5B)。浸提液浓度为0.1 g·L-1时，种皮浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最强烈，抑制率最高为100%；当年生枝条浸提液对多年生黑麦草种子的抑制作用最低，抑制率最低为64.08%(图5C)。

图5 不同浓度火炬树浸提液对多年生黑麦草种子胚根抑制率的影响

火炬树浸提液浓度为0.005 g·L-1时，种皮浸提液对草地早熟禾种子抑制作用最强烈，抑制率最高为100%；种子浸提液对草地早熟禾种子的抑制作用最低，抑制率最低为—96%(图6A)。浸提液浓度为0.025 g·L-1时，种皮浸提液对草地早熟禾种子抑制作用最强烈，抑制率最高为100%；种子浸提液对草地早熟禾种子的抑制作用最低，抑制率最低为—152%(图6B)。0.1 g·L-1种子、种皮、枝条浸提液对草地早熟禾种子萌发的抑制作用为100%。(图6C)。

图6 不同浓度火炬树浸提液对草地早熟禾种子胚根抑制率的影响

2.4 火炬树不同浓度不同浸提液对草坪草种子胚芽的抑制作用

火炬树浸提液浓度为0.005 g·L-1时，种皮浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最显著，抑制率最高为4%；当年生枝条浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最低，抑制率最低为—149%(图7A)。浸提液浓度为0.025 g·L-1时，种皮浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最显著，抑制率最高为100%；当年生枝条浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最低，抑制率最低为—128%(图7B)。浸提液浓度为0.1 g·L-1时，种皮浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最显著，抑制率最高为100%；枝条浸提液对多年生黑麦草种子抑制作用最低，抑制率最低为63%(图7C)。

图7 不同浓度火炬树浸提液对多年生黑麦草种子胚芽抑制率的影响

火炬树浸提液浓度为0.005 g·L-1时，种皮浸提液对草地早熟禾种子抑制作用最显著，抑制率最高为100%；种子浸提液对草地早熟禾种子的抑制作用最低，抑制率最低为—235%(图8A)。浸提液浓度为0.025 g·L-1时，种皮浸提液对草地早熟禾种子抑制作用最显著，抑制率最高为100%；当年生枝条浸提液对草地早熟禾种子的抑制作用最低，抑制率最低为—216%(图8B)。0.1 g·L-1种子、种皮、枝条浸提液对草地早熟禾种子萌发的抑制作用为100%(图8C)。

图8 不同浓度火炬树浸提液对草地早熟禾种子胚芽抑制率的影响

3 讨论

乔木配置地被植物是在乔木冠下成片种植地被植物达到装饰林下地面的目的[20]。乔木冠下生长的地被植物生存环境比较恶劣(如缺水、少肥、弱光、化感效应等)[21]，本研究发现火炬树浸提液对多年生黑麦草、草地早熟禾种子的萌发均表现为抑制作用，并且随不同部位浸提液浓度的升高，抑制作用增强。说明火炬树浸提液对草坪草种子萌发的影响与火炬树浸提液浓度相关，该结果与李怡莹等人研究火炬树不同部位浸提液对四种菊科植物化感作用的影响结果一致[22]。类似的研究发现蓝桉(EucalyptusglobulusLabill.)叶片水抽提物对幼苗生长具有较强的抑制作用[23]。本试验发现火炬树水浸液对草地早熟禾种子萌发的抑制作用大于多年生黑麦草，因此，在火炬树草坪草景观配置中，多年生黑麦草宜作为火炬树的冠下草坪种类。

化感效应抑制植物种子的萌发过程的机制主要是利用化感物质通过抑制种子胚的生长来抑制种子萌发[24-25]。这个过程导致发芽过程缓慢，出苗时间延长，影响植物对地上和地下资源的利用和竞争[26]。通过本研究发现，火炬树浸提液对多年生黑麦草和草地早熟禾种子萌发、胚根生长、胚芽生长的抑制作用呈现出浓度依赖性，即浓度越高，抑制作用越强。说明火炬树浸提液中有抑制草坪草种子萌发的物质，从而影响其冠下草坪草的生长。相同浓度的火炬树浸提液，种皮浸提液比枝条和种子浸提液的抑制作用高(图1-2)。张宁等人研究不同浓度的火炬树浸提液对(VitexnegundoL.var.hereophylla(Franch.) Rehd.)种子的萌发的化感效应中发现，高浓度火炬树浸提液对荆条种子的萌发表现出强烈的抑制作用[27]；董芳瑾等人研究发现，高浓度火炬树果穗、树皮、根浸提液对苏丹草(Sorghumsudanense(Piper) Stapf.)和狗尾草(Setariaviridis(L.) Beauv.)种子的萌发表现出强烈的抑制作用，并且果穗、树皮、根对苏丹草和狗尾草的化感效应强弱不同[28]。本文研究结果将为城市绿化的植物景观配置中火炬树冠下草坪草种类的选择提供理论参考和实践指导。

4 结论

火炬树不同部位不同浓度的浸提液对草坪草种子的抑制作用随浸提液浓度增加而逐渐增强。按照浸提液对种子萌发的抑制作用从大到小排序为：种皮>当年生枝条>种子，说明火炬树对种子的抑制物质主要存在于种皮中。0.1 g·L-1火炬树浸提液处理对两种草坪草种子的抑制作用都显著高于对照，表现出强烈的种子萌发抑制作用。