苍耳属外来入侵植物与本土苍耳化感作用研究

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(1.安徽中医药大学 药学院， 合肥 230012；2.安徽省中医药科学院 中药资源保护与开发研究所， 合肥 230012)

苍耳属(XanthiumL.)植物全世界有 25～30 种，主要分布于美洲北部和中部、欧洲、亚洲及非洲北部，其中我国境内的本土种苍耳(X.sibiricumPatrin.)的干燥成熟带总苞的果实是中药材苍耳子的正品来源[1-2]，蒙古苍耳(X.mongolicumKitag.)和意大利苍耳(X.italicumMoretti)先后侵入我国并且逐渐扩散，对生态环境也造成一定的影响[3-4]。

研究发现，不同苍耳属植物均具有一定程度的化感作用。苍耳水浸提物对小麦、高粱、黄瓜、油菜和萝卜等5种植物种子的萌发和生长均有较强的抑制作用[5]，外来入侵植物意大利苍耳茎、叶、种的挥发油也表现出较强的化感作用[6]，并且还可以改变土壤养分的供求平衡，提高其对本地植物的相对竞争力[7]。苍耳属植物为种子繁殖，野外调查发现，外来入侵苍耳种蒙古苍耳、意大利苍耳入侵性强，繁殖力迅速，而关于外来入侵苍耳与同属本地苍耳的化感作用强弱，以及外来种苍耳对本地种苍耳的化感作用研究未见相关报道。

因此，本研究采用培养皿滤纸法，以小白菜种子为受试对象，比较苍耳属外来入侵植物蒙古苍耳、意大利苍耳及本土种苍耳的成熟总苞果对小白菜种子化感作用强弱；同时，以药用苍耳子为受试对象，研究2种外来入侵苍耳的总苞果对本土苍耳子的化感作用大小。通过记录种子发芽数，测量幼苗苗高、鲜重，计算发芽势、发芽率、化感效应指数，并对结果进行统计学分析，研究苍耳属外来入侵植物与本地药用植物资源间化感作用的差异，为科学探讨外来植物入侵对其近缘药用植物资源的生态竞争性大小提供方法和依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

苍耳属3种植物总苞果于2016年9月采自北京市朝阳区长店乡附近，经中国科学院李振宇研究员鉴定为蒙古苍耳、意大利苍耳及苍耳的成熟总苞果；小白菜(BrassicarapaL.Chinese Group.)种子于2017年1月购自合肥丰乐种业。

1.2 方 法

1.2.1 苍耳浸提液的制备

苍耳子浸提液采用水提法[5,8]。分别取意大利苍耳子、蒙古苍耳子、苍耳子适量，清水洗净表面尘土，65 ℃烘至恒重，称定后粉碎，分别加入10倍量的蒸馏水，期间间隔震荡， 72 h后超声提取20 min，过滤，即得浓度为0.1 g/mL的浸提液，置于4 ℃冰箱中冷藏备用。实验时采用倍量稀释法，用蒸馏水稀释成0.05，0.025，0.012 5 g/mL浓度梯度，另取蒸馏水作为对照。

1.2.2 种子萌发试验

以苍耳属3种植物来源的苍耳子水提液作为供体，小白菜种子为受体，考察不同植物来源苍耳子对小白菜种子的化感作用；同时，以2种入侵苍耳总苞果水提液作为供体，本地种苍耳种子作为受体，考察不同外来入侵苍耳对本地种苍耳的化感作用大小。

采用生物测定方法中的培养皿滤纸法进行研究[9-11]。在培养皿(直径90 mm)内以2层滤纸为萌发基质。选取大小均匀、籽粒饱满的供试受体种子(小白菜种子、苍耳种子)，分别用10%NaClO溶液浸泡10 min，再用蒸馏水冲洗3次，根据种子大小每皿接种20粒，分别均匀播种，每个处理重复3次。在受体种子发芽实验期间，每天加入5 mL相应浓度浸提液，对照组加入相应体积蒸馏水，智能光照培养箱中培养(白天：25 ℃，12 h；黑夜：15 ℃，12 h；光照度3 600 lx)，每隔24 h观察并记录种子发芽数，7 d后统计各不同受体种子的发芽粒数，计算发芽率，每皿处理随机挑选3粒发芽种子，测量株高和鲜重。

1.2.3 数据处理与分析

不同来源苍耳子水浸提液的化感强度以受体种子的发芽率计算化感效应指数。

发芽率(%)=规定日期时全部发芽种子数/供试种子总数×100%

化感效应敏感指数RI=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1(C≥T)，式中：C为对照发芽率，T为处理发芽率；RI表示化感作用强度大小，当RI>0表示化感促进作用，RI<0表示存在抑制作用，绝对值大小反映化感作用的强弱[12]。

采用SPSS 11.0、Excel等软件对数据进行统计、分析和制图，利用单因素方差分析结合多重比较进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 苍耳属3种苍耳子浸提液对小白菜种子萌发的影响

2.1.1 对小白菜种子萌发率的影响

每天观察并记录小白菜种子发芽数，7 d后统计小白菜种子的发芽粒数(受体种子60粒)，计算发芽率，不同种苍耳子、不同浓度提取液对小白菜种子发芽率及发芽化感效应指数的影响见图1、图2。

从图1可以看出，3种苍耳总苞果浸提液、不同浓度处理下的化感作用强度不同，其中意大利苍耳子处理下小白菜种子发芽率随浸提液浓度的增加呈先升后降的趋势，蒙古苍耳子处理则下降趋势明显。当浸提液浓度为0.1 g/mL时，意大利苍耳子、蒙古苍耳子和本地苍耳子处理下小白菜种子发芽率较ck分别下降56.60%、75.47%、75.47%，此浓度下蒙古苍耳子和本地苍耳子对小白菜种子萌发的影响最大。

图1 不同种来源苍耳子浸提液处理对小白菜种子发芽率比较

图2 不同种来源苍耳子浸提液、不同浓度处理对小白菜种子化感效应指数比较

RI值的正负代表着化感作用的促进或抑制，而其绝对值大小则反映着化感作用的强弱，从图2可看出，蒙古苍耳子浸提液对小白菜种子的萌发始终呈化感抑制作用，且随浸提液浓度的增加而增大；意大利苍耳子浸提液表现出低浓度促进、高浓度抑制的化感作用现象；当浸提液浓度为0.1 g/mL时，蒙古苍耳子和本地苍耳子处理小白菜种子萌发的化感抑制作用最强。

2.1.2 对小白菜幼苗生长的影响

不同种苍耳子、不同浓度浸提液对小白菜种子幼苗苗高及苗高化感效应指数的影响大小比较见图3、图4。

图3 不同种来源苍耳子浸提液、不同浓度处理对小白菜种子苗高比较

图4 不同种来源苍耳子浸提液、不同浓度处理对小白菜种子苗高化感效应指数比较

由图3和图4可以看出，不同浸提液、不同浓度的处理对小白菜幼苗苗高均有一定影响，且差异显著。苗高RI值显示，供体种类不同，抑制的起始浓度不同。低浓度中，以蒙古苍耳浸提液浓度为0.012 5 g/mL时促进作用最大，其次是意大利苍耳；高浓度则以意大利苍耳浸提液浓度为0.1 g/mL时化感抑制作用最大，其次是蒙古苍耳。

不同种苍耳子、不同浓度浸提液对小白菜种子幼苗鲜重及其化感效应指数的影响大小比较见图5、图6。

图5 不同种来源苍耳子浸提液、不同浓度处理对小白菜种子苗鲜重比较

图6 不同种来源苍耳子浸提液、不同浓度处理对小白菜幼苗鲜重化感效应指数比较

由图5、图6可看出，小白菜幼苗鲜重在意大利苍耳子和蒙古苍耳子处理中均呈先升后降的趋势。鲜重RI值显示，本地苍耳子水浸提液对小白菜幼苗鲜重始终具有化感抑制作用，意大利苍耳子和蒙古苍耳子2种供体则呈低促高抑的化感作用，其中化感抑制作用均随浸提液浓度的增加而增大，浸提液浓度处理为0.1 g/mL时，以意大利苍耳子处理抑制作用最大，其次是蒙古苍耳子。

2.2 2种外来入侵苍耳对本土种药用苍耳化感作用比较

2.2.1 对本土苍耳种子发芽势的影响

每天观察并记录苍耳种子发芽数，7 d后统计苍耳种子的发芽粒数，计算发芽率，2种外来入侵苍耳子浸提液、不同浓度提取液对本土苍耳种子发芽率及发芽化感效应指数的影响见图7、图8。

图7 2种外来入侵苍耳子浸提液、不同浓度处理对本土苍耳种子发芽率比较

图8 2种外来入侵苍耳子浸提液、不同浓度处理对本土苍耳种子发芽率化感指数比较

由图7、图8可看出，2种外来入侵苍耳子浸提液处理后的苍耳种子发芽率始终呈化感抑制作用；当浓度为0.1 g/mL时，蒙古苍耳子浸提液处理比意大利苍耳子浸提液处理对本地苍耳种子的化感抑制作用更强。

2.2.2 对本土苍耳种子幼苗生长的影响

2种外来入侵苍耳子浸提液对受体本土苍耳种子幼苗生长的苗高及苗高化感效应指数(RI值)的影响大小比较见图9、图10。

图9 2种外来入侵苍耳子浸提液、不同浓度处理对本土苍耳幼苗生长苗高比较

图10 2种外来入侵苍耳子浸提液、不同浓度处理对本土苍耳幼苗苗高化感效应指数比较

由图9、图10可看出，本土苍耳苗高显示，蒙古苍耳子水浸提液对苍耳幼苗苗高呈低促高抑的化感作用，而意大利苍耳子处理化感抑制作用随浓度的增加而增大。

2种外来入侵苍耳子浸提液、不同浓度对本土苍耳种子苗高幼苗鲜重及其化感效应指数的影响大小比较见图11、图12。可以看出，2种外来入侵苍耳处理对本地苍耳幼苗的鲜重无明显影响。

图11 2种外来入侵苍耳子浸提液、不同浓度处理对本土苍耳幼苗鲜重的比较

图12 2种外来入侵苍耳子浸提液、不同浓度处理对本土苍耳幼苗鲜重化感效应指数比较

3 结论与讨论

种子活力是种子发芽率和出芽率、幼苗生长的潜势等的总和，是种子品质的重要指标，常用TTC法进行检测[13-16]，为了考察和保证受试小白菜种子、苍耳子的种子活力，实验前对其进行了种子活力检测，结果表明小白菜种子、成熟苍耳总苞果中的种子活力良好，而近成熟的苍耳种子活力较弱。

化感作用活性测定中最常用的生物测定方法，是测定对种子发芽是否具有抑制或促进作用，具有简单、快速的优点。董芳慧等[8]研究发现，不同构件的水浸提液对种子萌发的化感抑制作用不同，但是化感效应强度都随浸提液浓度的增加而增大。本研究中，蒙古苍耳子对小白菜种子的萌发呈现显著的化感抑制作用，且随浸提液浓度的增加而增大，意大利苍耳子和蒙古苍耳子对本地苍耳种子的萌发均呈现化感抑制作用。

种子萌发对物种的更新至关重要，种子发芽率的下降则将降低受体在植物群落中的多度和早期竞争力，相应地提高供体植物对地上和地下资源的竞争能力。由此可知，外来入侵植物意大利苍耳和蒙古苍耳可以通过抑制本地苍耳种子的萌发，从而提高其各自对生态环境资源的竞争力。从发芽率RI值可以看出，浓度为0.1 g/mL时，蒙古苍耳处理比意大利苍耳处理对本地苍耳子的化感抑制作用更强。

幼苗期作为植物生命周期中较为关键的时期之一，该阶段对外界逆境较为敏感。化感物质对茎生长的抑制作用，将导致植株矮小、瘦弱，从而影响其对光的竞争。3种不同苍耳浸提液处理中， 同一浸提液处理、不同浓度对小白菜幼苗苗高均有一定影响，差异显著。且植物种类不同，抑制的起始浓度不同；此外，小白菜幼苗鲜重同样也受到不同程度的抑制作用，且意大利苍耳子和蒙古苍耳子2种浸提液处理小白菜幼苗呈现低促高抑的化感作用，对本地苍耳子的苗高也有一定影响。

供体种类不同，受体小白菜种子和本地苍耳种子受到的化感抑制的起始浓度不同，这可能与小白菜和苍耳子2种不同植物的敏感程度不同。2种入侵苍耳子浸提液对苍耳子的萌发具有一定抑制作用，在同一生境下可能是造成药用苍耳资源减少的原因之一，与实际野外观察呈现一致性。本研究通过室内实验对苍耳属入侵植物和本土药用植物总苞果水浸提液的化感作用大小差异进行了对比性研究，为探讨外来植物入侵对其近缘药用植物资源的生态竞争性大小提供了研究方法，而对于室外条件下3种苍耳总苞果混生状态彼此间的化感作用还有待进一步研究。