四种菊科入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子萌发的影响

彭一龙, 杨丽萍, 吴 甜, 李 秀, 申 科, 蒋智林

(1.泰国清迈大学理学院, 泰国 清迈 50200; 2.普洱学院, 云南 普洱 665000;3.昆明学院农学与生命科学学院, 云南 昆明 6650214)

外来入侵植物给被入侵生境生物多样性带来严重的影响，造成原有生态结构和功能发生严重的变化，给农业生产和区域生态安全造成严重的破坏[1-2]。据研究分析，入侵生物对生物多样性的影响仅次于生境的破坏，对农、林业和畜牧业等产业发展和生态环境带来严重的威胁[3-4]。入侵植物作为外来入侵物种的主要组成，随着观赏植物的国际贸易加剧和国际旅游的频繁，入侵植物对生态环境的影响呈逐年加重的趋势。诸多研究表明，外力植物通过化感作用影响本地物种生长而提高其自身竞争力是其成功入侵的重要机制之一，同时也是影响生境恢复的难点科学技术问题[5-7]。很多研究发现，入侵植物给本地物种种子萌发或幼苗生长带来了严重的化感作用。如：三裂叶豚草(Ambrosiatrifida)[8]、薇甘菊(Mikaniamicrantha)[9]、加拿大一枝黄(Solidagocanadensis)[10]、紫茎泽兰(AgeratinaadenophoraSpreng.)[11-12]、马樱丹(Lantanacamara)[13-14]、肿柄菊[7,15]和五爪金龙(Ipomoeacairica)[16]等。可见，对于入侵植物化感影响研究和如何克服化感作用进行生态恢复已经成为20余年来研究者高度关注的问题。

狗牙根(Cynodondactylon)为禾本科狗牙根属草本植物，是最具代表性的暖季型草坪草，广泛分布于欧洲、亚洲的热带及亚热带地区，在我国华北、西北、西南及长江中下游等地有着广泛应用[17]。由于其繁殖力和根茎蔓延力很强，在地面平铺性能好，且具有抗旱、抗盐及耐重金属等优点[18]，被广泛用作固堤保土[19-20]、生态恢复[21]、铺建草坪等绿地建设草本植物[22]。对于外力入侵植物拟选用替代植物的化感影响筛选，很多研究者应用入侵植物叶浸提物对替代植物种子的萌发和生长进行研究[11-12，23]，而采用入侵植物茎干浸提物对替代植物种子的影响研究相对较少[14，24]。入侵植物茎作为其生物量中的重要组成部分，在其生长和凋落演变中对生态环境有着重要的影响，研究入侵植物茎的化感影响对揭示其入侵机制和生态恢复技术同样具有非常重要的意义。为深入探究入侵植物对狗牙根的影响，本研究采用室内生物监测法，选用紫茎泽兰(A.adenophora)、小飞蓬(ConyzaCanadensis)、飞机草(Chromolaenaodoratum(L.) R. King et H. Rob.)和肿柄菊(T.diversifolia)等四种菊科入侵植物茎水浸提液在不同浓度下对狗牙根种子的发芽率、发芽势和化感效应影响进行了比较研究，旨在评价四种入侵植物茎浸提物对狗牙根的化感效应和作用规律，为进一步丰富外来入侵植物的入侵机理和对外来入侵植物的替代控制与入侵迹地生态恢复措施选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验用紫茎泽兰、小飞蓬、飞机草和肿柄菊四种入侵植物均采自云南省普洱市思茅区郊区；狗牙根种子购于普洱当地农业种子公司。

1.2 方 法

1.2.1供试材料处理

将采集到的四种入侵植物茎在60 ℃条件下烘干，用粉碎机粉碎过40目筛后，在干燥处保存。

1.2.2浸提液制备

参照桂富荣等[12]、林春蕊等[25]、高兴祥等[26]及梁晓华等[27]的方法，分别称取供试材料各100 g，按W样品∶V蒸馏水=1∶10的比例加入蒸馏水，在常温条件下用摇床振荡提取48 h，依次用4层纱布和定性滤纸过滤，滤液即为水浸提液母液(0.10 g/mL)，置于4 ℃冰箱内保存备用。实验时，将母液配制成0.25 g/L、0.50 g/L、1.00 g/L和2.00 g/L等4个浓度的溶液，以蒸馏水作为对照处理。

1.2.3种子萌发实验

采用培养皿滤纸法进行种子萌发实验[25]。随机选取成熟、籽粒饱满的狗牙根种子置于铺有两层滤纸的培养皿中，每个培养皿放50粒种子，然后分别加入适量的处理液(对照则加入适量蒸馏水)，以滤纸充足吸水,滤纸周边无余水，种子周围不形成液膜为标准；在25 ℃、湿度80%、光照度1 600 lx和光照时间12 h/d的条件下培养，每隔24 h检查滤纸干燥情况，如发现滤纸有部分干燥，即补充处理液或蒸馏水(对照)至上述标准，以胚根突破种皮1 mm，胚芽为种子长1/2为发芽标准，每日记录发芽数；共记录28 d，重复3次。

1.2.4数据计算与处理

种子发芽率(GR)、发芽势(GP)及化感效应指数(RI)按下列公式计算：

GR=(SN1/SN0)×100%；

GP=(SNmax/SN0)×100%；

RI=1-C/T，当T≥C时，

或RI=C/T-1，当T

式中：SNl为供试种子发芽粒数，SN0为供试种子总粒数，SNmax为种子发芽达到最高峰时种子发芽粒数，以最初7 d内发芽种子数计；C为对照种子发芽率，T为处理种子发芽率。RI表示化感作用强度，正值表示促进效应，负值表示抑制效应，其绝对值大小反映化感作用的强弱。

不同物种在不同浓度下各指标的差异采用单因变量多因素方差分析(General Linear,Univariate)；不同物种参数间或同一物种不同浓度间差异采用单因素方差分析(One-way ANOVA)，统计分析软件为SPSS(SPSS 19.0 Inc.,Chicago,USA)。

2 结果与分析

2.1 四种入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子发芽率的影响

由表1可知，四种入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子发芽率化感作用差异显著(F=323.13,p<0.05)，且随着浸提液浓度的升高，其化感效应均表现出递增效应(F=303.16，p<0.05)。狗牙根种子在ck处理下的发芽率为39.3%，随着处理液浓度升高，紫茎泽兰、飞机草、小飞蓬和肿柄菊茎水浸提液使狗牙根种子发芽率较对照分别降低3.4%～30.5%，22.0%～32.2%，24.6%～37.3%和25.4%～45.8%。

表1 不同浓度入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子发芽率的影响Table 1 Effects of aqueous extract from 4 invasive plants stems on seed germination percentage of Cynodon dactylon

在浸提液同一浓度下，四种入侵植物对狗牙根种子发芽率的抑制效应差异显著(p<0.05)。在0.50、1.00、2.00 g/L浓度条件下，其抑制强度大小均为：紫茎泽兰<飞机草<小飞蓬<肿柄菊(p<0.05)；在0.25 g/L浓度条件时，四种入侵植物总体上对狗牙根种子表现出显著的抑制效应(F=100.61，p<0.05)，紫茎泽兰在该浓度下对狗牙根种子发芽率抑制强度最小(p<0.05)，而其他3种入侵植物对狗牙根种子发芽率抑制效应无显著差异(p>0.05)。

2.2 四种入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子发芽势的影响

由表2可知，狗牙根种子的发芽势在四种入侵植物茎水浸提液处理下均表现出显著差异(F=59.03,p<0.05)，且随着浸提液浓度的升高，狗牙根种子的发芽势表现出明显递减效应(F=238.85,p<0.05)。狗牙根种子在ck处理下的发芽势为33.3%；与对照条件相比，在0.25 g/L、0.50 g/L、1.00 g/L和2.00 g/L处理浓度下，紫茎泽兰、飞机草、小飞蓬和肿柄菊水浸提液使狗牙根种子发芽势分别降低8.0%、10.0%、38.0%和54.0%；24.0%、26.0%、32.0%和34.0%；28.0%、36.0%、59.0%和62.0%；及10.0%、18.0%、28.0%和72.0%。

表2 不同浓度入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子发芽势的影响Table 2 Effects of aqueous extract from 4 invasive plants stems on seed germination potential of Cynodon dactylon

在浸提液同一浓度下，狗牙根种子发芽势在四种入侵植物间的差异显著(F=336.64,p<0.05)，但在不同物种入侵植物间随着其浸提液浓度的增大呈不同的下降规律(F=9.44,p<0.05)。

2.3 四种入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子萌发的化感效应

由表3可知，四种入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子发芽率的化感效应敏感指数值差异显著(F=134.88,p<0.05)，随着浸提液浓度的升高，其化感效应敏感指数值为负值且均呈现显著升高趋势(F=153.06,p<0.05)。在0.25 g/L处理浓度下，狗牙根种子对紫茎泽兰、飞机草、小飞蓬和肿柄菊茎水浸提液的化感效应敏感指数值为负值，分别为-0.04、-0.28、-0.34和-0.31；随着浓度的升高，在浓度为0.50 g/L、1.00 g/L和2.00 g/L时，狗牙根种子对紫茎泽兰、飞机草、小飞蓬和肿柄菊茎水浸提液的RI值分别为0.25 g/L时的1.5倍、8.1倍和12.5倍；1.1倍、1.1倍和1.7倍；1.1倍、1.4倍和1.7倍；及1.4倍、2.1倍和2.7倍。

表3 不同浓度入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子发芽的化感效应Table 3 Allelopathic effects of aqueous extract from 4 invasive plants stems on seed germination percentage of Cynodon dactylon

在浸提液同一浓度下，狗牙根种子RI值四种入侵植物间的差异显著(F=134.88,p<0.05)。在0.50 g/L、1.00 g/L和2.00 g/L浓度下，四种入侵植物浸提液所对应处理的狗牙根种子RI值大小顺序均为：紫茎泽兰<飞机草<小飞蓬<肿柄菊(p<0.05)，而在0.25 g/L浓度时，其狗牙根种子RI值大小顺序均为：紫茎泽兰<飞机草<小飞蓬(p<0.05)，而飞机草=肿柄菊(p=0.26)，小飞蓬=肿柄菊(p=0.21)。

3 讨 论

外来植物的化感作用是成功入侵的重要机制之一，它通常从入侵植物的不同部位向周围环境以淋漓、凋落物腐化或释放化感物质等方式来抑制其他生物的生存或生长，从而使自身获得更大的竞争优势，占据新生境资源和空间，最终形成优势群落甚至单优群落[1,28-29]。研究表明，菊科入侵植物绝大多数都具有很强的化感作用，对农、林业和草原等种子萌发和生长具有很大的影响,且植物的不同组成部分的化感影响不同[30]。如：马缨丹叶、果和茎干不同部位水浸液均对一串红(Salvia splendens)种子萌发和生长产生显著的抑制作用，且以叶水浸液化感作用最强而茎干最弱[31]；亦有研究发现，马樱丹不同部位间的化感作用没有显著差异，而与所处环境影响因素密切相关[3，14]。对于紫茎泽兰化感作用的研究发现，紫茎泽兰地上部分的化感作用往往强于地下部分[24，32]，且其化感作用会随着生长发育期的发展呈递增趋势[33]；同时，相关研究发现在一些受体植物上还存在低促高抑现象[34-35]。在本研究中，紫茎泽兰、飞机草、小飞蓬和肿柄菊等四种入侵植物茎水浸提液在不同浓度下对狗牙根种子的萌发均具有化感抑制效应，且随着浓度的增大其抑制效应越强，这与许多入侵植物的研究结果基本一致；随着四种入侵植物茎水浸提液浓度的变化，对狗牙根种子萌发抑制作用强度的变化不同，这说明不同入侵植物的化感作用不仅来自于其本身，还与环境影响密不可分。

入侵植物的生物量主要组成是根、茎和叶，且随着生长期推进和更替，以叶和茎的生物量积累最大。植物化感作用主要是以凋落物或淋漓形式进入生境而产生影响，这样入侵植物化感作用的成分、浓度和存留时限将是影响所在生境生物生存和生长的重要决定因素。本研究在原有对叶的研究基础上，选取紫茎泽兰、飞机草、小飞蓬和肿柄菊等四种入侵植物的主要生物量组分茎来进行研究，结果发现，这四种入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子的萌发也具有显著的抑制作用，在试验中不同浓度下对狗牙根种子萌发的抑制作用最大能达到45.8%，说明这四种入侵植物茎对狗牙根影响也非常大。这与前期对这四种入侵植物叶水提取物对狗牙根种子萌发影响研究存在一定相似规律，但在相同浓度下其抑制作用要比叶的小[7]。认为这四种入侵植物茎生物量也非常大，这势必会导致在入侵生境产生较大量的掉落物和淋漓物而增大其化感物浓度；因此，在选用狗牙根草种进行相关替代控制和入侵迹地生态恢复时应该高度关注和进行相关评估，或在实施生态修复前做相应生境的前期处理措施。

此外，本研究对于试验中所设置水浸提液与现实生境土壤的水浸提液在相同浓度作用下是否一致或接近，这也是值得思考和深入研究的科学问题。结合入侵植物的生境化感物质浓度关系，如何科学设置合理的水浸提液浓度梯度或者在入侵生境取入侵程度不同区域的土壤直接研究其对受体植物的化感影响，对比研究化感作用强度和作用规律，以及深入分析其发生作用的生化成分与关键限制因素，将是未来研究外来植物入侵机理或生态恢复机理的重要科学问题。

4 结 论

紫茎泽兰、小飞蓬、飞机草和肿柄菊这四种入侵植物茎水浸提液对狗牙根种子萌发均具有较强的化感作用，随着其水浸提液浓度的增强对狗牙根种子的化感作用不断增强；应用狗牙根进行抵御生态入侵或对入侵生境迹地进行生态修复，需采取适当措施来应对入侵植物化感作用的不利影响。