刺儿菜对三种堇菜属植物的化感作用

张翔宇， 何松林， 王 政， 贾文庆， 朱小佩， 王艳丽， 杜晓华， 刘会超

(1.河南科技学院， 河南 新乡 453000； 2.河南农业大学， 郑州 450002)

化感作用(allelopathy)是普遍存在于植物中的一种化学相互作用，通过向环境中释放化学物质，影响自身或周边植物生存、生长，从而达到适应生存环境的一种自身化学防御机制[1-3]。植物通过化感作用来增强自身的竞争能力，在一定程度上影响植物群落组成、演替、更新以及群落内物种的分布格局，近年来受到众多学者的关注[4]。张泰劼等[5]对阔叶丰花草(Borrerialatifolia)在果园生草控草的研究认为，阔叶丰花草水浸提液对胜红蓟(Ageratumconyzoides)、白花鬼针草(Bidensalba)化感抑制作用显著，除了能抑制对方的种子萌发，也能抑制其植株生长。梁军等[4]在禾草的化感潜力对于揭示高寒地区多年生人工草地的退化机理研究中认为，垂穗披碱草(Elymusnutans)、冷地早熟禾(Poacrymophila)和中华羊茅(Festucasinensis)三种禾草水浸提液对自身及其他植物种子发芽和幼苗生长均具有自毒和化感效应，且粉末浸提液的化感效应强于整株浸提液。Hussain M Iftikhar 等[6]研究认为，黑木相思(AcaciamelanoxylonR. Br.)水浸提液处理后的莴苣(Lactucasativa.)，生长过程中干生物量较对照减少50%以上。

角堇(Violacornuta)、三色堇(ViolatricolorL.)、大花三色堇(Viola×wittrockianaGams.)均为堇菜科堇菜属多年生草本植物，在我国常作两年生栽培，品种繁多、花色丰富、鲜艳明亮、花期长且耐寒，花开形似蝴蝶，素有“花坛皇后”的美誉，是华北、华中、华南、江南地区冬春季花坛、花境、花海配置的主要植物，在冬春园林应用中占有举足轻重的地位，同时也是近年来大受欢迎的盆栽及庭院花卉[7-10]。其全株可入药,具有清热解毒、散瘀、止咳等功效, 可用于治疗小儿瘰疬、咳嗽及呼吸道炎症等疾患[11]。

刺儿菜(Cirsiumsetosum)是菊科蓟属的多年生草本植物，根系发达，叶厚多角质，耐寒，生命力顽强，在我国广泛分布，排在作物农田十大恶性杂草之列[12]，在角堇、三色堇、大花三色堇早春、秋季地栽配置应用过程中经常伴生，严重影响着堇菜属植物的正常生长。目前对于刺儿菜的化感作用研究，仅罗小勇等[13]研究刺儿菜不同器官水浸提液对生菜(LactucasativaL.)幼苗生长的化感作用，慕小倩等[14]、李文红等[15]分别研究刺儿菜整株水浸提液化感作用对小麦(TriticumaestivumL.)幼苗生长、水稻(OryzasativaL.)种子萌发和幼苗生长的影响。对于刺儿菜不同器官水浸提液对堇菜属植物化感作用的系统性研究分析尚未见报道。本试验以角堇(JP)、三色堇(08 H)、大花三色堇(EYO)为材料，研究了刺儿菜不同器官水浸提液对其种子萌发和幼苗生长的影响，以期明确刺儿菜对堇菜属花卉的化感作用规律，为堇菜属花卉应用过程中的杂草综合防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

角堇(Violacornuta)、三色堇(ViolatricolorL.)、大花三色堇(Viola×wittrockianaGams.)种子均来自河南科技学院草花育种实验室，刺儿菜(Cirsiumsetosum)采于河南科技学院周边农田。

1.2 方 法

刺儿菜水浸提液的制备：参照王桔红等[16]的方法，将采集的刺儿菜全株先用流水冲洗干净并摘除枯叶，再用蒸馏水冲洗3遍，置于室内散光条件下晾干水分。茎和根剪成2～3 cm的小段，并用刀片从中间划开，叶片剪成长2～3 cm、宽0.5 cm的长条，茎、根、叶各称取40 g，加入400 mL蒸馏水，充分混匀后于恒温条件下浸提，时间为48 h，之后用4层纱布过滤，得到浸提液母液；再将其配制成0.01、0.03、0.05、0.1 g·mL-1等4个浓度的浸提液，装入蓝口瓶中，于4 ℃冰箱中保存备用。

种子萌发及幼苗生长试验：分别挑选籽粒饱满的三种菜属色堇种子，置于平铺有两层定性滤纸的培养皿中(直径6 cm)，每个培养皿放50粒，3个重复。分别向培养皿中加入0、0.01、0.03、0.05、0.1 g·mL-1的刺儿菜叶、茎、根浸提液4 mL，置于恒温(25 ℃)培养箱中进行培养，每24 h观察记录种子萌发情况(以胚根突破种皮1～2 mm 为种子萌发基准[16])，至种子不再萌发。期间添加适量浸提液，始终保持滤纸湿润。同等条件下对萌发种子继续进行培养，每天观察幼苗生长情况，培养至第8天，每个重复随机挑选10株幼苗，测量其胚根及胚轴长度。各测量指标计算公式如下：

萌发率(%)=(正常发芽种子数/供试种子总数)×100%；

根冠比=胚根长/胚轴长；

参照Williamson，Richardson[17]的方法计算化感效应指数(allelopathic response index,RI)：

当T≥C时，RI=1-C/T；

当T

式中：C为对照值，T为处理值，RI>0表示促进作用，RI<0表示抑制作用，RI绝对值代表化感强度的大小；

综合化感效应指数(SE)：同一供试植物的萌发率、胚轴长、胚根长、根冠比的RI的算术平均值[18]。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel软件进行数据整理，DPS统计分析软件对数据进行显著性检验(邓肯氏新复极差法，α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 刺儿菜不同器官浸提液对种子萌发的影响

从图1可以看出，刺儿菜不同浓度的各器官浸提液对不同堇菜属植物的化感效应不同，不同堇菜属植物对刺儿菜中化感物质的耐受性也有所差异。随着浸提液浓度的提高，达到0.1 g·mL-1时，除茎外，叶和根浸提液对JP种子萌发的抑制作用达到了显著水平(p<0.05)，整体上不同器官浸提液抑制作用有根>叶>茎的趋势。08 H种子萌发率均达94%及以上，不同浓度叶、茎、根浸提液对种子萌发多为促进作用，没有达到显著水平(p>0.05)。叶和根浸提液对EYO种子萌发的影响效果不明显，叶片总体呈轻微促进趋势，根呈现出低浓度促进、高浓度抑制，没有达到显著水平(p>0.05)；茎浸提液则呈现出促进萌发的作用，浓度为0.1 g·mL-1时，达到了显著水平(p<0.05)。

2.2 刺儿菜不同器官浸提液对胚轴的影响

从图2可以看出，刺儿菜不同器官浸提液对三种堇菜属植物胚轴生长影响效果显著(p<0.05)。叶浸提液对JP胚轴呈现低浓度促进高浓度抑制的作用，在浓度为0.03 g·mL-1时促进作用达到显著水平(p<0.05)，浓度达到0.1 g·mL-1时抑制作用达到显著水平(p<0.05)，胚轴长下降了45.32%。叶浸提液浓度≤0.1 g·mL-1范围内，对08 H和EYO幼苗胚轴均有显著的促进作用(p<0.05)，0.1 g·mL-1时对08 H胚轴促进作用达到最大，胚轴长增加了51.21%；0.03 g·mL-1时对EYO促进作用最大，胚轴长增加了44.35%。

图2 刺儿菜不同器官浸提液对JP(A)、08 H(B)、EYO(C)胚轴的影响

茎浸提液浓度在≤0.1 g·mL-1范围内，对三种堇菜属植物胚轴生长均有促进作用，随着浓度增加促进作用呈先升高后降低的趋势，中低浓度促进作用显著(p<0.05)，浓度达到0.1 g·mL-1时，除JP外，对其余两种促进作用不显著(p>0.05)。其中，在浓度分别为0.1 g·mL-1、0.03 g·mL-1、0.05 g·mL-1时，对JP、08 H、EYO幼苗胚轴有最强促进作用，胚轴长分别增加了30.71%、48.07%、59.41%。

根浸提液对三种堇菜属植物胚轴生长有明显的低促高抑作用，低浓度时对08 H、EYO胚轴促进作用达到显著水平(p<0.05)，随浓度增加对JP、08 H、EYO抑制作用明显，浓度达到0.1 g·mL-1时，抑制作用最大，胚轴长分别降低了70.13%、51.53%、46.95%，其中对JP、08 H胚轴抑制作用达到显著水平(p<0.05)。

2.3 刺儿菜不同器官浸提液对胚根的影响

从图3可看出，叶浸提液对三种堇菜属植物胚根生长有低浓度促进、高浓度抑制的作用。0.01 g·mL-1时对08 H有轻微促进作用，促进效果不显著(p>0.05)，0.03 g·mL-1时，对JP、EYO促进作用最强，达到显著水平(p<0.05)，浓度达到0.1 g·mL-1时，对三种堇菜属植物胚根表现出抑制作用，胚根长分别降低了59.11%、37.06%、7.18%，其中对JP、08 H胚根生长的抑制作用达到显著水平(p<0.05)。

图3 刺儿菜不同器官浸提液对JP(A)、08 H(B)、EYO(C)胚根的影响

茎浸提液对08 H胚根生长有“低促高抑”作用，0.1 g·mL-1抑制作用最强，胚根长降低18.95%，没有达到显著水平(p>0.05)，在≤0.1 g·mL-1范围内，对JP、EYO胚根生长均呈现轻微促进作用，促进效果不显著(p>0.05)。

根浸提液对三种堇菜属植物同样表现出低浓度促进、高浓度抑制的“浓度效应”，均在0.01 g·mL-1促进作用最明显，对08 H、EYO促进作用达到显著水平(p<0.05)。浓度达到0.1 g·mL-1时抑制作用达到最大，胚根长分别下降了41.38%、35.86%、11.56%，对JP、08 H胚根生长达到了显著的抑制作用(p<0.05)。

2.4 刺儿菜不同器官浸提液对根冠比的影响

从图4可以看出，不同浓度叶浸提液对三种堇菜属植物根冠比的化感作用整体上呈现抑制作用。具体表现为0.05 g·mL-1时,对JP、EYO根冠比有轻微促进，其余均表现为抑制作用，随浓度升高，抑制作用随之加强，达到0.1 g·mL-1时，对JP和08 H抑制作用最大，达到显著水平(p<0.05)，根冠比分别下降了24.35%和58.41%。

图4 刺儿菜不同器官浸提液对JP(A)、08 H(B)、EYO(C)根冠比的影响

茎浸提液对三种堇菜属植物根冠比的化感作用有一定差异。随着浸提液浓度升高，对JP作用规律不明显，整体抑制作用较强，浓度达到0.1 g·mL-1时抑制作用最强，根冠比下降了20.87%。对08 H表现出随浓度升高抑制作用加强的趋势，在0.1 g·mL-1时达到最大抑制作用，根冠比下降了30.84%，抑制效果显著(p<0.05)。对EYO根冠比均有抑制作用，在0.03 g·mL-1时抑制作用达到显著水平(p<0.05)，根冠比下降了30.48%。

根浸提液对三种堇菜属植物根冠比都有高浓度促进作用，均在0.1 g·mL-1时促进作用最强，根冠比分别增加了121.74%、45.79%、106.67%。不同的是在低浓度时，对08 H、EYO根冠比表现出轻微抑制作用，抑制效果不显著(p>0.05)。

2.5 刺儿菜不同器官浸提液对种子萌发和幼苗生长的影响

2.5.1对JP种子萌发和幼苗生长的影响

由表1可以看出，刺儿菜不同器官浸提液对JP种子萌发和幼苗生长的影响效果不同。叶浸提液对萌发率、胚轴、胚根及根冠比整体呈现低促高抑的作用，在0.1 g·mL-1时对胚根的化感效应指数为-0.59，综合化感效应指数为-0.34。不同浓度的茎浸提液对胚轴与胚根均有促进作用，对根冠比有低促高抑的作用。不同浓度浸提液对种子萌发均有轻微抑制作用，对胚轴及胚根均有低促高抑的作用，都在0.1 g·mL-1时抑制作用达到最大，化感效应指数分别为-0.7、-0.41，对根冠比在不同浓度均有促进作用，在0.1 g·mL-1时促进作用达到最大，化感效应指数为0.55。

表1 刺儿菜浸提液对JP种子萌发和幼苗生长的影响

2.5.2对08 H种子萌发和幼苗生长的影响

由表2可看出，叶、茎浸提液对08 H种子萌发和幼苗生长化感作用规律较一致，与根浸提液化感作用规律差别较大。叶、茎浸提液对萌发率、胚轴促进作用明显；对胚根有“低促高抑”作用，在0.1 g·mL-1达到最大，化感效应指数分别为-0.37、-0.19；对根冠比多为抑制作用，0.1 g·mL-1时抑制作用最强，化感效应指数分别为-0.59、-0.31。不同浓度根浸提液对萌发率、胚轴、胚根均有低促高抑的作用，对根冠比则表现出低浓度抑制高浓度促进的作用，0.1 g·mL-1时化感作用最强，化感效应指数分别为-0.02、-0.52、-0.36、0.31，综合化感效应指数为-0.15。

表2 刺儿菜浸提液对08 H种子萌发和幼苗生长的影响

2.5.3对EYO种子萌发和幼苗生长的影响

从表3可以看出，0.05 g·mL-1时的叶浸提液对萌发率和胚轴有轻微抑制，其余均有不同程度的促进作用，在0.03 g·mL-1时促进作用最明显，化感效应指数分别为0.06、0.31，0.01 g·mL-1和0.1 g·mL-1时对胚根有抑制作用，在中等浓度(0.03 g·mL-1、0.05 g·mL-1)时则有促进作用，对根冠比整体上有抑制作用，0.03 g·mL-1时抑制作用最大，化感效应指数-0.15。不同浓度茎浸提液对萌发率、胚轴长、胚根长的影响，除在0.01 g·mL-1对萌发率有抑制作用外，其余皆是促进作用，对于根冠比则是不同程度的抑制作用，0.03 g·mL-1时抑制作用最大，化感效应指数为-0.30。不同浓度的根浸提液对萌发率、胚轴长、胚根长都是低浓度促进高浓度抑制的作用，区别在于起始抑制浓度不同，对根冠比则表现出相反的作用，只在低浓度(0.01 g·mL-1)时是抑制作用，随着浓度升高，促进作用随之加强，0.1 g·mL-1时达到最大，化感效应指数0.52。

表3 刺儿菜浸提液对EYO种子萌发和幼苗生长的影响

3 结论与讨论

早在1937年H.Molisch就已提出化感作用，并指出其有抑制和促进两方面不同的作用[19]。目前对化感作用的研究，主要集中在外来入侵物种对本土植物的危害作用，如蟛蜞菊[Wedeliachinensis(Osbeck) Merr.][20-21]、紫茎泽兰(EupatoriumadenophorumSpreng)[22-23]、红花酢浆草(OxaliscorymbosaDC.)[24-25]等对各种大田及园艺作物的危害作用，关于本土杂草对新兴花卉(如堇菜属植物生长)的化感作用研究较少。姚树宽等[26]对假苍耳化感作用的研究发现，同为Brassica属的4种植物白菜(Brassicacampestri)、油菜(Brassicapekinensis)、芥菜(Brassicajuncea)、甘蓝(Brassicaoleracea)对假苍耳浸提液化感作用的响应不同，并表现出显著的差异性，王文萱等[27]对托鲁巴姆(Solanurntorvum)叶片水浸提液的研究也表明，不同受体间的化感响应存在差异，均推测化感物质具有选择性和依赖性。本研究结果表明，刺儿菜浸提液对三种堇菜属植物的化感作用效应不同，不同器官浸提液对JP种子萌发和幼苗生长的抑制作用更强，对08 H幼苗根冠比的抑制作用更加明显，对EYO的化感作用更多的表现为促进作用，推测化感效应也可能与受体植物种子大小及植株抗性有关。

3.1 刺儿菜不同器官浸提液对种子萌发的影响

Shu Wang等[28]研究表明，油菜(BrassicanapusL.)凋落物分解过程能显著降低化感作用对莴苣种子萌发及幼苗生长的影响；Yujie Jiao等[29]研究表明，对入侵植物紫茎泽兰(Ageratinaadenophora)进行堆肥处理，提高了黑麦草(LoliumperenneL.)种子萌发率、叶片叶绿素含量及根脱氢酶、硝酸盐还原酶的活性。本研究中，刺儿菜化感物质对萌发的抑制作用表现为JP>EYO>08 H ，其中根浸提液萌发抑制作用最为明显，推测抑制生长的化感物质更多的是其发达的地下根所释放的。因此，地栽堇菜属植物在刺儿菜存在较多的地块应用时，可对所用地块提前进行深翻，同时增施土壤菌肥，对刺儿菜残体进行消化分解，提供有利的栽培环境，也可选择营养钵苗，避免直接播种。

3.2 刺儿菜不同器官浸提液对幼苗胚轴的影响

3.3 刺儿菜不同器官浸提液对幼苗胚根的影响

对于三种堇菜属植物，不同浓度茎浸提液度对JP和EYO胚根生长均为促进作用，对08 H表现为低促高抑作用，表明08 H对茎浸提液的化感效应更显著；不同浓度叶、根浸提液，除0.01 g·mL-1叶浸提液对EYO表现出轻微抑制外，其余均表现出低促高抑的浓度效应，与紫茎泽兰[32]、阔叶丰花草[33]的化感作用规律一致。

罗小勇等[13]在小刺儿菜对生菜化感作用的研究中发现，小刺儿菜茎对生菜胚根生长的抑制作用最强，生菜胚根几乎停止生长。本研究结果显示，根的浸提液对三种堇菜属植物的化感抑制作用最强，其次是叶和茎，这表明土壤中根是影响堇菜属植物生长的主要因素，可能是根的某些成分抑制了堇菜属植物幼苗的正常生长分化，进而导致植株整体生长受阻，具体原因还有待进一步研究确定。

3.4 刺儿菜不同器官浸提液对幼苗根冠比的影响

李文红等[15]研究发现，整株刺儿菜水浸提液对水稻种子萌发有抑制作用，但能显著促进已发芽幼苗的生长。本研究结果显示，对已萌发的幼苗，刺儿菜叶、茎浸提液对胚轴的促进作用更强，对胚根的抑制作用更强，而不同浓度根浸提液则表现出低浓度时促进胚轴生长的作用更强，高浓度时抑制胚轴生长的作用更明显。这可能与刺儿菜不同器官化感物质含量不同有关，有待进行进一步试验分析确定。试验中还观察到，高浓度的根浸提液对萌发后的种子生长抑制作用加强，08 H长势弱、叶片发黄、胚根多腐烂，JP和EYO萌发后大多不能正常生长，胚根长出后生长停滞，最后大多腐烂，与Uddin M N等[34]的“芦根分泌物可导致受体植物根黑化和坏死”的研究结果一致，这与根中具有的潜在植物毒素相关。综合来看，刺儿菜根对三种堇菜属植物的正常生长影响严重，刺儿菜根又在地下分布广泛，在实际生产中，应及时对土地进行深翻，施加土壤菌肥，减弱或消除对植株正常生长发育的影响。