草地早熟禾对丁香园裸地或麦冬土壤浸提液的响应

许志宇，季联琦，郭继承，梁银萍，3，高文俊，3，许庆方，3

（1.山西农业大学 草业学院，山西 太谷 030801；2.北京绿京华生态园林股份有限公司，北京 102209；3.草地生态保护与乡土草种质创新山西省重点实验室，山西 太谷 030801）

植物化感作用（allelopathy）[1]是自然界普遍存在的一种现象[2]。植物化感作用在杂草防除、作物生产、病虫防治、生物入侵等方面具有广阔的应用前景。李善魁等[3]研究表明，圆柏（Sabina chinensis）具有良好的抑草活性，对作物影响较小。LI等[4]研究表明，艾蒿具有良好的除草活性，且不会对大田作物产生不利影响。高玉莲等[5]研究表明，瑞香狼毒（Stellera chamaejasme）提取液低浓度处理促进了高粱（Sorghum bicolor）、燕麦（Avena sativa）的根长和茎长。ISTIANTO等[6]研究表明，香茅油可减轻山竹（Garcinia mangostanaL.）果蓟马所致的疤痕症状和控制蚂蚁对山竹的攻击。吴娜[7]研究表明，不同浓度加拿大一枝黄花（Solidago canadensisL.）的根系分泌物——咖啡酸甲酯和咖啡酸乙酯对立枯丝核菌和西瓜枯萎病菌都有显著的抑制作用。邓丽丽等[8]研究表明，红薯（Ipomoea batatas）水提物对入侵杂草喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides）具有一定的化感抑制作用。目前，对园林植物化感作用的研究较少[9]，园林植物配置中存在设计感不强、层次感不高、缺乏独特性和生物间的相互关系考虑不全面等多种问题[10-11]，因此，园林植物化感作用的研究有助于园林植物的合理搭配，对构建人工植物群落具有重要意义[12]。

丁香（Syzygium aromaticum）属木犀科丁香属落叶灌木或小乔木，原产于我国华北地区，具有极高的观赏价值，是一种优良的园林植物，具有较高的观赏价值，被广泛种植于世界各地[13]。在园林植物配置中，丁香常列植于草坪中。麦冬（Ophiopogon japonicus）和草地早熟禾（Poa pratensisL.）是北方城市绿地常见草本植物[14]。针对山西农业大学太谷校区内草地早熟禾在丁香树下不能正常生长，而麦冬能够较好生长的现象，本研究以丁香园裸地土壤和丁香园麦冬土壤为试验材料，研究未灭菌或灭菌的丁香园裸地和丁香园麦冬土壤浸提液对草地早熟禾种子萌发和幼苗生长及生理生化指标的影响，以期探究丁香的化感作用、麦冬土壤的缓解效应，为园林植物配置提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试丁香园裸地土壤与丁香园麦冬土壤均采集于山西农业大学太谷校区校园内。受体材料肯塔基草地早熟禾种子采购于北京正道种业有限公司。

1.2 试验方法

试验于2020年5—12月在山西农业大学旧动科楼实验室内进行。

1.2.1 土壤浸提液的制备 参考袁文雅等[15]的方法，以距丁香树树干0.5、1.0、1.5 m为半径的圆上随机各取3个点，用土钻取表层土壤（0～20 cm），以同样的方法取丁香园麦冬土壤。土样均匀混合，装入牛皮袋，自然风干过0.42 mm筛。取250 g土样，加入无菌水250 mL，150 r/min振荡60 min，先用滤纸过滤，再以0.45μm滤膜过滤，得1 g/mL土壤浸提液，然后稀释成0.1、0.2、0.4、0.8 g/mL，共5种质量浓度，分别进行灭菌和不灭菌处理，得到未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液（L）、灭菌的丁香园裸地土壤浸提液（L'）、未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液（M）、灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液（M'），于4℃冰箱保存备用。

1.2.2 种子发芽试验 采用培养皿滤纸法，选取健康、均一的草地早熟禾种子，用1%次氯酸钠消毒30 min，用蒸馏水冲洗干净，放入铺有经不同类型和不同质量浓度土壤浸提液浸泡过的发芽纸的培养皿（13 cm×13 cm）中。每皿100粒，以蒸馏水浸泡作为对照处理，共21个处理，每个处理重复4次，置于光照培养箱（温度25℃，12 h/12 h光暗周期）中随机区组培养。

1.2.3 幼苗生长试验 将草地早熟禾种子用1%次氯酸钠消毒30 min，用蒸馏水冲洗干净，放入铺有2层发芽纸的培养皿中，每皿100粒，共21个处理，每个处理重复4次，置于光照培养箱中随机区组培养，定时补充Hoagland营养液。待9 d出苗后，往培养皿中分别加入不同类型和不同质量浓度的土壤浸提液，30 d后，对幼苗的苗长、根长、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性进行测定。

1.3 测定指标及方法

参照《草种子检验规程》[15]，进行发芽率、发芽势和发芽指数的测定；随机取10株幼苗，测定其苗长和根长；丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法；分别采用氮蓝四唑法、愈创木酚法和紫外吸收法进行超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性测定[16]。

1.4 数据分析

采用Excel 2013进 行 数 据整 理，SPSS 22.0软件进行方差分析（单因素方差分析，Duncan法进行多重比较），Origin 2021作图。

式中，Gt为第几日的发芽数；Dt为发芽试验第几日。T≥C时，化感指数（RI）=1-C/T；T0为化感促进，RI<0为化感抑制，绝对值越大表示化感作用越强。

2 结果与分析

2.1 丁香园裸地与丁香园麦冬土壤浸提液对草地早熟禾种子萌发的影响

不同类型、不同质量浓度土壤浸提液对草地早熟禾发芽率、发芽势和发芽指数的影响如图1所示。

图1 不同类型、不同质量浓度土壤浸提液对草地早熟禾发芽率、发芽势和发芽指数的影响Fig.1 Effects of different types and concentrations of soil extracts on germination rate，germination potential，and germination index of Poa pratensis L.

由图1可知，不同类型和浓度的土壤浸提液对草地早熟禾的种子萌发存在不同程度的影响。土壤浸提液质量浓度为0.1、0.2、0.4 g/mL时，各处理的发芽率、发芽势和发芽指数均与对照无显著差异，随土壤浸提液质量浓度的升高，部分类型土壤浸提液对草地早熟禾种子的发芽率、发芽势和发芽指数产生抑制作用。未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液质量浓度为0.8 g/mL时，发芽率显著低于对照（P<0.05）；灭菌的丁香园裸地土壤浸提液质量浓度为1.0 g/mL时，发芽率显著低于对照（P<0.05）。未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为1.0 g/mL时，发芽率显著低于对照（P<0.05）；灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为1.0 g/mL时，发芽率显著低于对照（P<0.05）。

2.2 丁香园裸地和丁香园麦冬土壤浸提液对草地早熟禾幼苗生长的影响

由图2可知，不同类型和质量浓度的土壤浸提液对草地早熟禾幼苗生长的影响不同。未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，草地早熟禾幼苗的苗长和根长较对照显著增加（P<0.05）；当土壤浸提液质量浓度为0.4 g/mL时，幼苗的根长显著低于对照（P<0.05）；随土壤浸提液质量浓度的升高，幼苗受到的抑制程度加重，当土壤浸提液质量浓度升高到0.8 g/mL时，幼苗的苗长和根长均显著低于对照（P<0.05）。灭菌的丁香园裸地土壤浸提液质量浓度为0.2 g/mL时，幼苗的根长较对照显著降低（P<0.05）；随土壤浸提液质量浓度升高，幼苗的苗长和根长逐渐降低，当土壤浸提液质量浓度升高到0.4 g/mL时，幼苗的苗长和根长均显著低于对照（P<0.05）。未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，幼苗的苗长较对照显著增加（P<0.05）；质量浓度升高到0.4 g/mL时，幼苗的根长受到抑制，显著低于对照（P<0.05）；随土壤浸提液质量浓度升高，抑制程度加重。灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，幼苗的苗长较对照显著降低（P<0.05）；质量浓度升高到0.4 g/mL时，幼苗的苗长和根长较对照均显著降低（P<0.05）；随土壤浸提液质量浓度升高，幼苗受到的抑制程度加重。

图2 不同类型、不同质量浓度土壤浸提液对草地早熟禾幼苗苗长、根长的影响Fig.2 Effects of different types and concentrations of soil extracts on seedling and root length of Poa pratensis L.

2.3 丁香园裸地和丁香园麦冬土壤浸提液对草地早熟禾幼苗细胞膜透性的影响

MDA含量是衡量细胞膜透性的重要指标，其含量越高，细胞受伤害程度越严重。从图3可以看出，未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，草地早熟禾幼苗MDA含量显著低于处理（P<0.05）。灭菌的丁香园裸地土壤浸提液浓度为0.8、1.0 g/mL时，幼苗MDA含量显著高于对照（P<0.05）。未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为0.1、0.2 g/mL时，幼苗MDA含量显著低于各处理（P<0.05），且质量浓度为0.8、1.0 g/mL时，幼苗MDA含量显著高于对照（P<0.05）。灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，幼苗MDA含量显著低于各处理（P<0.05），且质量浓度为1.0 g/mL时，幼苗MDA含量显著高于对照（P<0.05）。

图3 不同类型、不同质量浓度土壤浸提液对草地早熟禾幼苗MDA含量的影响Fig.3 Effects of different types and concentrations of soil extracts on MDA content of Poa pratensis L.seedlings

2.4 丁香园裸地和丁香园麦冬土壤浸提液对草地早熟禾幼苗抗氧化酶活性的影响

抗氧化酶在植物清除活性氧中发挥着重要作用，其活性越高，清除活性氧的能力越强。由图4可知，未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液质量浓度为0.2 g/mL时，SOD活性较对照显著降低（P<0.05），且随质量浓度的升高，SOD活性逐渐降低。灭菌的丁香园裸地土壤浸提液质量浓度为0.2 g/mL时，SOD活性较对照显著降低（P<0.05）；随土壤浸提液质量浓度的升高，SOD、POD、CAT活性逐渐降低，土壤浸提液质量浓度为1.0 g/mL时，SOD、POD、CAT活性均显著低于对照（P<0.05）。未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，SOD活性较对照显著增加（P<0.05），土壤浸提液质量浓度升高到1.0 g/mL时，SOD活性较对照显著降低（P<0.05）。灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，SOD活性较对照显著增加（P<0.05），且随土壤浸提液质量浓度的升高，SOD、POD、CAT活性逐渐降低，土壤浸提液质量浓度升高到1.0 g/mL时，SOD活性较对照显著降低（P<0.05）。

图4 不同类型、不同质量浓度土壤浸提液对草地早熟禾幼苗抗氧化酶活性的影响Fig.4 Effects of different types and concentrations of soil extracts on antioxidant enzyme activities of Poa pratensis L.seedlings

2.5 综合效应分析

采用单一指标不能准确评价和量化化感效应[17]，因此，采用草地早熟禾的发芽率、发芽势、发芽指数、苗长、根长、MDA含量及SOD、POD、CAT活性共9个指标对其化感效应进行综合评价。由表1可知，未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，对幼苗有化感促进效应，其余4个质量浓度均表现为化感抑制效应，且随质量浓度的升高，化感抑制作用加强。灭菌的丁香园裸地土壤浸提液各处理对草地早熟禾均表现化感抑制效应，且质量浓度越高，化感抑制作用越强。未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为0.1、0.2 g/mL时，对草地早熟禾幼苗有化感促进效应，且0.1 g/mL处理下化感促进作用更强。灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液质量浓度为0.1 g/mL时，对幼苗有化感促进效应，其余4种质量浓度均表现化感抑制，且质量浓度越高，化感抑制作用越强。

表1 不同类型、不同质量浓度的土壤浸提液对草地早熟禾的化感综合效应Tab.1 Synthetical allelopathic effects of different types and concentrations of soil extracts on Poa pratensis L.

未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液在质量浓度为0.2、0.4、0.8、1.0 g/mL时，对草地早熟禾幼苗的化感抑制作用均低于同质量浓度的灭菌的丁香园裸地土壤浸提液处理。未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液在质量浓度为0.4、0.8、1.0 g/mL时，对草地早熟禾幼苗的化感抑制作用均低于灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理。未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液在质量浓度为0.1 g/mL时，对草地早熟禾幼苗的化感促进作用低于未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理，质量浓度为0.2 g/mL时，未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液对草地早熟禾幼苗有化感抑制作用，而未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液对草地早熟禾幼苗有化感促进作用。灭菌的丁香园裸地土壤浸提液在质量浓度为0.2、0.4、0.8、1.0 g/mL时，对草地早熟禾幼苗的化感抑制作用均高于未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理。

3 结论与讨论

化感作用在自然界中广泛存在，是植物生存竞争的主要方式之一[19-20]。植物在生长过程中对邻近植物的种子萌发、生长发育及生理生化指标产生显著影响[21]。本研究中，低质量浓度未灭菌的丁香园裸地、未灭菌的丁香园麦冬和灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理均提高了草地早熟禾种子的发芽率、发芽势和发芽指数，4种类型的高质量浓度土壤浸提液均抑制了草地早熟禾种子的萌发。低质量浓度未灭菌的丁香园裸地和未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理均促进了草地早熟禾幼苗的苗长、根长，4种类型的高质量浓度土壤浸提液均显著抑制了草地早熟禾幼苗的苗长和根长，这与王田涛等[22]关于灯盏花（Erigeron breviscapu（Vant.）Hand-Mazz）根、茎、叶浸提液对小麦（Triticum aestivum）和萝卜（Raphanus sativus）的影响，以及申时才等[23]关于红薯叶片水浸液对云南省农田5种恶性杂草牛膝菊（Galinsoga parviflora）、藿香蓟（Ageratum conyzoides）、鬼针草（Bidens pilosa）、马唐（Digitaria sanguinalis）和稗草（Echinochloa crusgalli）影响的研究结果一致。

植物在遭遇逆境胁迫时，体内会产生大量的活性氧，如果不及时清除便会对细胞产生毒害，导致细胞膜透性增强[24-25]。MDA含量是衡量细胞膜透性的重要指标，其含量越高表明细胞受伤害程度越严重。SOD、POD和CAT是植物体内重要的抗氧化酶，在清除体内活性氧中发挥重要作用[26-27]。本研究中，低质量浓度未灭菌的丁香园裸地、未灭菌的丁香园麦冬和灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理MDA含量均显著低于对照，4种类型的高质量浓度土壤浸提液MDA含量均高于对照，且随质量浓度的提高，MDA含量逐渐升高。低质量浓度未灭菌的土壤浸提液处理时，抗氧化酶活性均高于对照，而高质量浓度处理时，均低于对照，这与毛美琴等[9]关于滇重楼（Paris polyphyllavar.Yunnanensis（Fr.）Hand）水浸提液对孔雀草（Tagetes patula）影响的研究结果一致。这可能是低浓度的化感物质胁迫下，植物体内的抗氧化防御机制被激活，抗氧化酶活性升高，从而促进了种子萌发和幼苗生长。而植物对逆境的耐受范围有限，在高浓度土壤浸提液处理下，酶系统受损，抗氧化酶活性降低，活性氧大量积累，抑制了植物的生长。本研究中，低质量浓度未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液和灭菌的丁香园裸地土壤浸提液处理后草地早熟禾幼苗的MDA含量均高于未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液、灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理；低质量浓度未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液、灭菌的丁香园裸地土壤浸提液处理后草地早熟禾幼苗的SOD、POD、CAT活性均低于未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液、灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理。

化感效应综合评价结果表明，低质量浓度的未灭菌的丁香园裸地、未灭菌的丁香园麦冬和灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理均对草地早熟禾有化感促进作用，低质量浓度的灭菌的丁香园裸地土壤浸提液处理对草地早熟禾有化感抑制作用，4种类型的高质量浓度土壤浸提液均对草地早熟禾有化感抑制作用，且随土壤浸提液质量浓度的提高，化感作用加强，呈现低促高抑规律，这与毛祥忠等[28]关于云南切梢小蠹非寄主植物川滇桤木（Alnus ferdinandi-coburgii）、缅桂（Michelia×alba）、滇朴（Celtis kunmingensis）、樟树（Cinnamomum camphora）、麻栎（Quercus acutissima）和山茶（Camellia japonica）6种阔叶树种叶片不同浓度的水浸提液对云南松（Pinus yunnanensis）种子萌发及幼苗生长影响的研究结果一致。高质量浓度的未灭菌的丁香园裸地土壤、丁香园麦冬土壤浸提液处理对草地早熟禾幼苗的化感抑制作用均低于灭菌的丁香园裸地土壤、丁香园麦冬土壤浸提液处理，这与KAUR等[29]关于化感物质间酪氨酸处理的灭菌和未灭菌土壤对莴苣（Lactuca sativa）、小籽虉草（Phalaris minor）、印度簕竹（Bambusa arundinacea）生长影响的研究结果一致，可能是由于土壤微生物减少了化感物质的含量，从而减轻了对草地早熟禾种子萌发和幼苗生长的化感作用。此外，本研究还发现，低质量浓度的未灭菌的丁香园裸地土壤浸提液处理的化感促进作用弱于未灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理，灭菌的丁香园裸地土壤浸提液在低质量浓度时作用效果与灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理相反，在高质量浓度时，化感抑制作用高于灭菌的丁香园麦冬土壤浸提液处理。综合种子萌发、幼苗生长和生理生化等指标，表明麦冬可以一定程度上缓解丁香对草地早熟禾的化感作用。

不同类型、不同质量浓度土壤浸提液对草地早熟禾的化感效应不同，各质量浓度灭菌的丁香园裸地土壤浸提液处理对草地早熟禾均有化感抑制作用，且随土壤浸提液质量浓度的升高，化感抑制作用加强，其余3种类型的土壤浸提液处理对草地早熟禾的化感作用均呈低促高抑的规律，且未灭菌土壤浸提液处理对草地早熟禾的化感作用低于灭菌土壤浸提液处理。丁香园裸地土壤浸提液处理对草地早熟禾的化感作用高于丁香园麦冬土壤浸提液处理，麦冬对于缓解丁香对草地早熟禾的化感作用可能有一定效果。