再力花地下部水浸提液对几种常见水生植物的化感作用

王 媛，缪丽华，高 岩，季梦成

（1.浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300；2.中国湿地博物馆，浙江 杭州 310013）

化感作用（allelopathy）为一种植物通过向环境释放化学物质而对其他植物生长、繁殖所产生的直接或间接作用[1]。化感作用在农林生态系统中广泛存在[2]。关于化感作用对农作物连作障碍[3]，减少病虫害的发生[4]及维护森林生态平衡方面[5]研究成果较多。通过研究化感作用还可以了解外来入侵植物对本土植物的影响[6]， 如加拿大一枝黄花 Solidago canadensis[7]， 三裂叶蟛蜞菊 Wedelia trilobata[8]， 小飞蓬Conyza canadensi[9]等主要外来入侵植物对本地物种的化感作用都有了一定的研究，证实了强烈的化感抑制作用是导致这些入侵物种快速蔓延的重要原因之一。而对于外来水生入侵植物的研究仍处于初步阶段。杨善元等[10]从凤眼莲Eichhornia crassipes根系的丙酮提取物和凤眼莲种植水中分离出的亚油酸甘油酯和N-苯基-2-萘胺对雷氏衣藻抑制效果明显，孙文浩等[11]证明了凤眼莲是通过向水体分泌某些化学物质对藻类起克制效应的。再力花Thalia dealbata又名水竹芋，为竹芋科Marantaceae再力花属Thalia植物，原产美洲热带，多年生挺水草本，具有优雅美丽的外形和花絮，观赏价值高，成为近年来中国湿地造景应用的热门植物，在长江流域及其以南地区广泛栽培。再力花易成活，繁殖速度快，极易形成单优种群而且难以彻底根除，存在入侵风险[12]。对再力花是否对其他水生植物的生长造成影响，目前未见报道。本实验将再力花的地下部分（地下茎、根）制成水浸提液，处理6种常见水生植物种子，通过研究浸提液对这6种水生植物种子的萌发及其幼苗生长的影响，以确定它是否具有化感作用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

再力花采于浙江省杭州市西溪湿地。2010年6月，从西溪湿地池塘中挖取生长健康处于营养生长期的再力花植株，植株高为100～250 cm，苗龄为2 a。选取根及地下茎，用自来水彻底清洗，再用蒸馏水冲洗，风干后粉碎，粉末储藏备用。

受试水生植物有荇菜Nymphoides peltatum，苦草Vallisneria natans，黄菖蒲Iris pseudacorus，芦苇Phragmites australis，水田芥Nasturtium officinale和水蓼Polygonum hydropiper。芦苇和水蓼种子分别采于西溪湿地和浙江农林大学校区内，荇菜、苦草、黄菖蒲和水田芥的种子购自江苏省沐阳县香林花木场。

1.2 研究方法

1.2.1 再力花地下部浸提液制备 将再力花植株冲洗干净，阴干后取地下茎根粉碎成粉末。准确称取干粉5 g，置于三角瓶中，加入100 mL蒸馏水，在25℃条件下浸提48 h（隔12 h摇动5 min），再经12000 g离心10 min，取上清液，然后过滤，第1次用定量滤纸过滤，第2次经微孔滤膜（0.45μm）过滤，得再力花地下部浸提液，将母液分别配置成50.0，5.0和0.5 g·L-1等3种质量浓度，保存在4℃冰箱中备用。

1.2.2 种子处理 取受试植物种子，用1.0 g·kg-1的高锰酸钾溶液消毒15 min，取出后用蒸馏水反复冲洗至高锰酸钾完全洗净。

1.2.3 种子培养 将处理后的种子分别培养在底部垫2层滤纸的培养皿中（Φ15 cm），播种饱满程度均匀一致的种子50粒·培养皿-1，各种受试植物种子分别加入不同质量浓度再力花地下部水浸提液5.0 mL，对照加入蒸馏水5.0 mL，盖上盖。置于25℃恒温培养箱中培养，加入蒸馏水 1.0 mL·d-1。设3次重复·处理-1。

1.2.4 测定方法 种子萌发的测定。以胚根突破种皮为发芽标准[13]，每天记录发芽种子的数量，待连续2 d无萌发时，统计发芽率并计算种子发芽指数。发芽率（%）=（规定时间内种子发芽数/供试种子数）×100%。萌发指数（Gi）=ΣGt/Dt。其中：Gt为在第t天的发芽数，Dt为相应的天数[14]。萌发期幼芽和幼根的生长测定：种子萌发至规定时间后统计发芽率，采用刻度尺测量萌发期幼芽与幼根长度，测量10株·处理-1，求得平均值为萌发期幼芽与幼根长度。选取生长均匀一致的10株幼苗，将幼根与幼芽分开，分别称鲜质量。置于烘箱中105℃杀青0.5 h后，80℃烘至恒量，分别称取幼根与幼芽的干质量。测定结果参照 Williamson 等[15]的方法计算化感作用效应指数 IRI=1-C/T（T≤C）或 IRI=T/C-1（T＜C）。 IRI＞0 为促进，IRI＜0为抑制，IRI绝对值大小与作用强度一致（其中：C为对照值，T为处理值）。参照马瑞君等[16]的方法处理IRI值，即采用相加平均法，所得结果用M表示。M值用于评价受体植物对化感作用敏感性或供体植物的化感效应，其含义不变，即M＞0为促进，M＜0为抑制。数据的处理过程用下式表示：

其中：R为平均敏感指数（M）的级别或层次，α为数据项，n为该级别或层次数据（IRI）的总个数。本研究中M1评价6种植物发芽率、发芽指数、根长、苗高、鲜质量、干质量的化感效应；M2评价再力花地下部水浸提液对6项指标的综合化感效应；M3评价6种受试植物的综合敏感性。

1.2.5 数据处理 设3次重复·处理-1；采用SPSS 13.0软件进行数据处理。

2 研究结果

2.1 再力花地下部水浸提液对6种植物种子发芽率以及萌发指数的影响

再力花地下部水浸提液对荇菜、苦草、黄菖蒲、芦苇、水田芥和水蓼等种子发芽率的影响存在着明显差异（图1a）。6种种子的自然发芽率分别为62.22%，55.33%，82.22%，54.67%，60.00%和21.11%。低质量浓度（0.5 g·L-1）再力花地下部水浸提液对荇菜、水田芥、黄菖蒲、芦苇的发芽率无显著影响；在高质量浓度下，再力花地下部水浸提液对荇菜、苦草、芦苇、水田芥和水蓼种子发芽率的抑制作用均达到极显著水平（P＜0.01），与对照相比，5种水生植物种子发芽率分别降低了62.5%，54.2%，90.0%，56.1%和79.0%。黄菖蒲的种子发芽率降低了33.78%（P＜0.05）。

图1b显示，低质量浓度再力花地下部水浸提液处理对荇菜、芦苇的种子萌发指数无明显作用。当质量浓度达到5.0 g·L-1时，对荇菜、水田芥、芦苇和水蓼种子的萌发指数抑制率即达到极显著水平；在高质量浓度下，再力花地下部水浸提液对6种植物种子萌发指数的抑制作用均达到极显著水平（P＜0.01），与对照组相比，6种水生植物种子萌发指数分别降低了75.1%，52.8%，90.7%，54.9%，70.9%和88.9%。

图1 再力花地下部水浸提液对受试植物发芽率（a）和萌发指数（b）的影响Figure1 Effects of aquatic extracts from rhizome and root of Thalia dealbata on germination rate （a）and germination index （b） of receiver plants

2.2 再力花地下部水浸提液对6种植物种子萌发后幼芽和幼根生长的影响

低质量浓度再力花地下部水浸提液显著促进黄菖蒲幼苗的生长（图2）；随着再力花地下部水浸提液质量浓度的提高，对6种水生植物幼苗株高（图2a）的抑制作用逐渐增强；在高质量浓度下，再力花地下部水浸提液对荇菜、苦草、黄菖蒲、水田芥和水蓼幼苗株高抑制作用呈极显著水平（P＜0.01），株高分别降低了29.2%，64.9%，42.3%，87.1%和75.62%。

5.0 g·L-1的再力花地下部水浸提液对苦草和水田芥幼苗的根长（图2b）具有显著抑制作用（P＜0.05），对其他4种水生植物的根长具有极显著抑制作用（P＜0.01）；在高质量浓度下，6种水生植物的根长均达到极显著抑制（P＜0.01），根长分别减少了50.5%，90.1%，72.7%，76.2%，29.9%和74.2%。

2.3 再力花地下部水浸提液对6种植物种子幼苗鲜质量和干质量的影响

低质量浓度再力花地下部水浸提液显著的促进了黄菖蒲幼苗鲜质和干质量的增加（图3），芦苇幼苗的鲜质量也显著提高（P＜0.05）；随着再力花地下部水浸提液质量浓度的提高，对6种水生植物幼苗鲜质量（图3a）的抑制作用逐渐增强；当质量浓度增加到50.0 g·L-1时，对荇菜、苦草、黄菖蒲、水田芥和水蓼幼苗鲜质量抑制作用呈极显著水平（P＜0.01），与对照组相比，鲜质量分别降低了57.5%，71.0%，55.2%，82.7%和68.7%，对荇菜、苦草、黄菖蒲、水田芥和水蓼幼苗的干质量（图3b）亦呈极显著水平（P＜0.01）。

图2 再力花地下部水浸提液对受试植物株高（a）和根长（b）的影响Figure2 Effects of aquatic extracts from rhizome and root of Thalia dealbata on shoot length （a）and root length （b） of receiver plants

图3 再力花地下部水浸提液对受试植物鲜质量（a）和干质量（b）的影响Figure3 Effects of aquatic extracts from rhizome and root of T.dealbata on fresh mass （a） and dry mass （b） of receiver plants

2.4 再力花地下部水浸提液对各项指标的影响以及6种受试植物的综合敏感性

再力花地下部水浸提液对6种植物各项指标的化感作用表明，供试植物萌发指数受到影响最大，其次是发芽率＞根长＞干质量＞鲜质量＞苗高。不同植物的萌发指数值相互间差异较大，水蓼的萌发指数受影响最大，为-0.624，而苦草仅为-0.260。6种水生植物中，荇菜、苦草和水田芥的根长抑制程度比苗高抑制程度高；黄菖蒲、芦苇和水蓼则是苗高受到的抑制作用更明显，表明不同水生植物受抑制的生长部位不同。

再力花水浸提液对6种水生植物种子萌发和幼苗生长的综合影响分析显示（表1），受试植物总化感效应大小依次为水蓼＞水田芥＞苦草＞黄菖蒲＞荇菜＞芦苇。

3 讨论

化感作用普遍存在于水体中，且水体中几乎所有初级生产者，如蓝藻、绿藻及水生高等植物都能产生并释放化感物质[15]。现已查明的具有化感抑藻效应的水生植物包括凤眼莲Eichhornia crassipes，空心莲子草Alternanthera philoxeroides，芦苇Phragmites australi，菖蒲Acorus calamu等10余种植物[17-21]。本实验结果表明：再力花对于6种常见水生植物的种子萌发与幼苗生长有明显的抑制作用。

受体植物化感作用强度的种间或品种间差异主要与化感物质浓度有关[22]，供体植物水浸提液中化感物质浓度高，对受体植物生长的化感抑制作用就强，化感物质浓度值在一定范围内，受体植物生长影响不明显，甚至具有促进作用[23]。本实验中，低质量浓度（0.5 g·L-1）再力花地下部水浸提液处理下，芦苇和黄菖蒲的株高和根长都有不同程度的提高，而质量浓度提高至5.0 g·L-1后，6种水生的各项指标均受到抑制，本研究结果证实了前述化感作用的“低促高抑”现象。在实际的园林应用中我们应当控制再力花的群落生长量，使它释放的化感物质浓度不至影响其他水生生物生长；深入研究再力花在湿地环境中释放的化感物质及其浓度，建立合理的浓度标准，为今后制作外来水生植物的化感作用检测系统打下坚实的理论基础。

表1 6种植物对再力花地下部水浸液化感作用的敏感指数Table1 Sensitivity analysis of 6 plants to allelopathy of aqueous extracts from rhizome and root of Thalia dealbata

种子繁殖是种子植物最典型也是最重要的繁殖方式。某些植物通过释放化感物质影响它们所在群落中其他植物种子的萌发与幼苗生长，以实现自身的生存、种群扩大，保证自身对环境资源的竞争优势。由于受再力花浸提液的作用，受试植物种子活力降低，发芽减慢，发芽不整齐，导致发芽率与发芽指数降低，进而影响幼苗的生长发育。再力花地下部水浸提液对6种水生植物的种子萌发指数影响最大，说明再力花很有可能释放了某些抑制受试种子萌发的化感物质。再力花化感物质的具体成分，以及其作用机制是否为影响受试植物种子萌发期间激素合成与利用，改变细胞分裂、伸长和亚显微结构等[24]，还有待进一步研究。高质量浓度再力花地下部水浸提液处理，使6种水生植物的根长受到极显著抑制。根长受到抑制可能的原因是受体植物维管束和皮层的细胞层膨胀，根的纵向伸长和细胞分裂受到抑制，从而明显增加了根的直径[25]，进而影响营养物质向下运输以及矿质营养和水分的吸收和向上运输，这些影响作用必将阻碍受试幼苗的正常生长发育。

大量研究显示，任何一种化感物质都可能影响植物的基本代谢过程和生长调节系统，不同的植物对化感物质的抵御程度不同[5]。本实验中不同水生植物对再力花地下部水浸提液的抑制效应存在显著差异。芦苇总化感效应最低。芦苇幼苗的根长和苗高受抑制程度较低，表明芦苇在其种子萌发和幼苗生长阶段，不易受再力花所分泌的化感物质的影响，结果与李愈哲等[26]提出的芦苇种子不受加拿大一枝黄花的影响的结论一致。

再力花对其他水湿生植物具有化感作用，且生态适应性强，繁殖速度快，是其极易形成单优种群的重要原因，需要引起园林工作者的重视。在水体设计时，应充分考虑到园林水生植物之间的化感效应，将相互影响较小的水生植物进行合理配置，对再力花等化感抑制作用大，入侵性强的外来观赏植物应谨慎使用。

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