青海云杉及伴生树种枝叶浸提物对其种子萌发的化感作用研究

青海云杉及伴生树种枝叶浸提物对其种子萌发的化感作用研究

张君霞

（甘肃农业大学林学院，兰州 730070）

本文采用种子萌发法，通过青海云杉枝、叶和伴生树种浸提物对青海云杉种子萌发影响的研究，以揭示青海云杉自然更新不良的根本原因。结果表明：青海云杉的枝、叶浸提物对其种子萌发均存在自毒作用，且随着浸提物浓度增高自毒效应加强，相对而言，叶浸提物的自毒效应更大，说明其自毒物质主要存在于叶中，经凋落并释放自毒物质从而影响其种子的萌发，造成自然更新不良；自然伴生树种山杨、白桦，青杄枝叶浸提液对青海云杉种子萌发同样也存在一定的他感抑制作用，而圆柏在中高浓度时表现微弱的促进作用。

青海云杉；自毒作用；伴生树种；化感作用；种子萌发

青海云杉是我国青藏高原的特有树种，属松科云杉属，主要分布于甘肃、青海、宁夏、内蒙等省区，是祁连山、寿鹿山、贺兰山、大青山水源涵养林的主要组成群系[1]，对我国西北地区的水土保持、水源涵养、气候调节、生态平衡等方面有重要意义。但近年来，由于青海云杉的天然更新不良，造成了天然面积急剧减少，白星曾报道青海云杉在林冠下的天然更新极差，更新不良和无更新的面积在祁连山西营河试验区达47.2%以上，有些林场占85%左右[2]。另有大量文献报道表明，一些树种天然更新不良和重建的失败与植物本身的化感作用有关：Fisher在上世纪80年代研究发现：朴树影响草本、桉树影响灌草木植物、黑胡桃影响树和草灌木等的化感现象，造成树木重建失败[3]；Gallet（1994）指出，亚高山带的越桔—云杉林中，越桔和云杉中的酚类抑制云杉幼苗的生长，使得云杉的重建失败[4]；Rice（1984）发现，蜡杨的叶、芽、枯落物的水浸液强烈抑制加拿大北部荒地上的先锋树种绿恺木的种子发芽、幼苗根茎和下胚轴的生长、根瘤产生的数量和固氮能力[5]。在国内，有关林木化感方面的研究，南方主要是围绕水杉[6-7]自毒及其伴生树种与杉木之间的化感作用进行[8-11]；在北方则主要研究油松[12]、红松[13-15]等混交林[16-17]内各树种之间的化感作用。因此，本文采用种子萌发法，通过研究青海云杉不同部位浸提液对其种子萌发的自毒作用及伴生树种对青海云杉的化感作用，旨在阐明青海云杉天然更新不良的原因，从微观生化效应方面揭示青海云杉自然更新困难的生化机理，为克服青海云杉自然退化奠定理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

材料采集于甘肃省永登县连城自然保护区大土鲁沟内的天然青海云杉林内，采集青海云杉种子、枝、叶，青海云杉伴生树种山杨、白桦的枝，青杄、圆柏枝叶，在室内自然阴干，置塑料袋中于4℃冰箱中备用。

1.2 试验方法

1.2.1 青海云杉及伴生树种浸提液的制备

将阴干的青海云杉枝、叶，山杨、白桦枝，青杄、圆柏枝叶等样品分别粉碎，各称取4份50 g，分别放入150 ml、300 ml、450 ml、600 ml蒸馏水中浸泡48 h；过滤后，得到1 : 3，1 : 6，1 : 9，1 : 12等4种浓度的浸提液，并在4℃冰箱中贮藏备用。>

1.2.2 自毒及化感作用测定

从青海云杉的种子中各精选大小基本一致经升汞及酒精消毒种子50粒，均匀摆放在90 mm铺有2层滤纸的培养皿中，加入不同浓度、不同浸提物质的浸提液10 ml（对照加入蒸馏水10 ml），放入人工气候箱培养（光周期20 ℃、16 h，暗周期15 ℃、8 h），每处理3个重复，种子萌发以胚根突破种皮为标准，每天等量补充少量浸提液。安置发芽的当天为第1 d，第3 d后观察、统计并记录种子发芽数。

1.2.3 数据统计发芽率=发芽种子数/供试种子数×100%；发芽势=（发芽初期15 d的发芽粒数/50）×100%；

发芽指数=Σ（Gt/Dt）其中；Gt为在t天的种子发芽数；Dt为相对应的种子发芽天数。

根据测定各处理值（T）和对照值（C），计算自毒和化感作用效应指数R：

RI=（T-C）/C

T为发芽率；发芽势；发芽指数

当RI＞0时表示存在促进作用，当RI＜0时表示存在抑制作用，其绝对值大小与作用强度一致。

试验数据的差异性统计分析采用LSD多重比较。

2 结果与分析

2.1 青海云杉叶浸提物对种子萌发的影响

表1显示，不同浓度的青海云杉叶浸提物均对其种子萌发产生自毒作用，且随浸提液浓度的增高，自毒效应有增强趋势；说明叶浸提物中存在自毒化感物质，对其种子发芽率、发芽速度及整齐度均存在抑制作用，且在1 : 3浓度下，与对照进行多重比较，其发芽率和发芽势的差异达显著水平。

2.2 青海云杉枝浸提物对种子萌发的影响

从表2中可以看出，青海云杉枝浸提物对其种子萌发也存在自毒作用，但整体来看，其自毒作用效应均较弱，且与对照差异不显著；相对而言，青海云杉枝浸提物对其种子的发芽指数（即整齐度）的影响较其他指标要高。同时发现，就发芽率，其浸提物浓度与自毒作用效应明显呈正相关关系。

表1 青海云杉叶浸提物对种子萌发的自毒作用

表2 青海云杉枝浸提物对种子萌发的自毒作用

2.3 伴生树种对青海云杉种子萌发的影响

2.3.1 伴生树种浸提物对青海云杉种子发芽率的影响

青海云杉化感作用主要研究其伴生树种对其种子萌发的影响。从表3中可以看出：伴生树种山杨、青杄、圆柏、白桦的枝叶浸提物对青海云杉发芽率表现不同的化感作用，其中圆柏在中高浓度时表现促进作用，RI最高为0.03，而在低浓度（1 : 12）时表现抑制作用，其余3种伴生树种枝浸提物表现抑制作用，但抑制作用并不强。

表3 伴生树种枝叶浸提物对青海云杉种子发芽率的影响

2.3.2 青海云杉伴生树种浸提液对其种子发芽势的影响

伴生树种浸提物对青海云杉种子发芽势影响由表4可见：白桦枝叶浸提物各浓度均产生抑制作用，山杨和青杄在高浓度状态下有抑制作用，而低浓度时表现促进作用，其中以山杨在1 : 3浓度下，对青海云杉种子萌发的发芽势抑制效果最高，其他感效应指数RI为－0.30，与对照比差异达极显著；圆柏枝叶浸提物在1 : 6和1 : 9浓度时表现较高的促进作用。

表4 伴生树种枝浸提液对青海云杉种子发芽势的影响

2.3.3 青海云杉伴生树种浸提液对其种子发芽指数的影响

伴生树种浸提物对青海云杉种子萌发的发芽指数化感作用表明（表5）：山杨高浓度浸提物对青海云杉发芽整齐度表现极显著抑制作用，白桦均产生他感抑制作用，但他感抑制效果并不明显；圆柏和青杄在中浓度情况表现促进作用，在高浓度和低浓度又表现抑制作用。

表5 伴生树种枝叶浸提物对青海云杉种子发芽指数的影响

3 结论与讨论

1）青海云杉种子萌发存在自毒作用，且其主要自毒物质存在于叶中。结合同项目组成员对凋落物及根际土浸提物所做的自毒作用研究结果[18]，说明青海云杉及其伴生树种白桦、青扦、山杨枝浸提物的活立木树冠淋洗液中含有抑制云杉种子发芽的物质，浓度越高抑制作用越强。至于这是不是云杉林自然更新乏力的主要原因，则需进一步试验研究。另外，研究发现，圆柏枝叶浸提物对青海云杉种子萌发的发芽率表现一定促进作用，但对发芽势及发芽指数有一定抑制作用。因此，就植物生化关系（化感作用）来看，白桦、青扦、山杨、圆柏4种树种均不是青海云杉的优良混交树种。

2）本文在实验室条件研究了青海云杉不同部位浸提物对种子萌发的影响，而在自然环境下，自毒物质的产生和释放受到温度、光照、水分和其它植物的影响，要弄清在具体情况下自毒物质是怎样产生的、通过什么样的方式释放的，以及怎样作用于周围植物还有待深入研究。

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[4] GALLET C. Allelopathic potential in bilberry-spruce forests: influence of phenolic compounds on spruce seedling [J]. Chem Ecol, 1994, 20(5): 1009-1024.

[5] RICE E L. Allelopathy [M]. Irland Florida: Academic Press, 1984, 207-225.

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[11] 林思祖，黄世国，曹光球，黄志群. 杉木自毒作用的研究[J]. 应用生态学报，1999，10（6）：661-664.

[12] 贾黎明，翟明普，尹伟伦，高立鹏.油松白桦混交林中生化他感作用的生物测定[J]. 北京林业大学学报，1996，18（4）：1-8.

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Study on Allelopathy of the Extract of the Branches and Leaves of Picea crassifoliat and its Associated Tree Species

ZHANG Jun-xia
( Forestry College of Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China)

By method of seed germination, the main reasons had revealed for the natural regeneration of Picea crassifolia. The results show: the extracts of leaves and branches of Picea crassifolia had autotoxicity, and with the increase of the concentration of the extract, the autotoxicity effect was strengthened. Relatively, the autotoxicity effect of the extracts of leaves was stronger. It is explained that the autotoxicity substance released from the natural decomposition of leaves, and caused the bad nature regeneration; On the other hand, we studied also the allelopathy of natural associated tree species (Populus davidiana, Betula platyphylla, Picea wilsonii, and Sabina chinensis) of Picea crassifolia. The results showed that the Populus davidiana, Betula platyphylla, Picea wilsonii leaves leaching extract has certain allelopathic inhibition, and Sabina chinensis has weake promoting role in medium and high concentration.

Picea crassifolia; autotoxicity; associated tree species; allelopathy; seed germination

S791.18

A

10.3969/j.issn. 1006-0960.2016.03.003

1006-0960（2016）03-0010-04

2016-08-23

甘肃省高等学校科研项目（30871478）；甘肃农业大学盛彤笙科技创新基金项目（gsau-sts-1426）。

张君霞（1981—），女，甘肃甘谷人，讲师，主要从事森林保护专业相关研究。