白灰毛豆和新银合欢水提液对白灰毛豆化感作用研究

2019-03-21，，，，，，

种子 2019年2期

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(1.海南热带海洋学院生态环境学院，海南三亚 572022；2.三亚市林业科学研究院，海南三亚 572022)

化感作用是植物(包括微生物)产生一些特殊的生化物质并释放到环境中，进而对其它植物产生直接或间接的相生或相克的作用[1]。自然状态下,化感物质主要通过根系分泌、茎叶淋溶和挥发、枯枝落叶分解释放到外界环境中[2]。傅荩仪等在研究农业生产中，不同作物之间的搭配以及作物和杂草之间都存在化感作用，对于优势种群的形成、群落的演替、植被的恢复、农田作物耕种制度的合理布局，杂草的控制以及作物病虫害的防治都起着重要的作用[3]。万方浩等还认为，化感作用是外来物种生态入侵的重要机制之一[4]。万欢欢等通过紫茎泽兰叶片凋落物水提液对草本植物化感作用的研究发现，水提液对部分草本植物的萌发呈现低浓度促进高浓度抑制的情况[5]。喻秀艳等发现不同状态叶片水提液对萝卜的根长有不同的显著抑制作用[6]，王云等研究发现，2种婆婆纳属植株的不同部位水提液对玉米、辣椒等受体植物均表现出明显的抑制作用[7]。

白灰毛豆(Tephrosiacandida)为豆科蝶形花亚科灰叶属多年生灌木，原产印度东部和马来半岛[8]，我国福建、广东、广西、云南、海南有引种[9]，对固沙和保护堤岸有很好的作用[10]。目前，关于白灰毛豆的研究还较少，赵怀宝等对其繁殖生物学特性进行了研究[11]，仅有的一些是关于同属的非洲灰毛豆，较多地集中在果实提取物的农药利用方面和间作利用方面，白灰毛豆化感作用研究未见报道[12-14]。

新银合欢(Leucaenaleucocephalacv.Salvador)为豆科含羞草亚科银合欢属多年生乔木或半落叶灌木，原产墨西哥南部尤卡坦半岛，现广泛见于世界热带和亚热带地区[15]，被广泛运用于饲料、肥料、燃料、木材[16]。余梅雪对新银合欢营养成分及饲用价值研究表明，叶子、果实均能作为饲料并且营养价值高[17]。方海东研究了新银合欢树林对降水截流的功效，得出其能够降低土壤侵蚀，具有较好的水文效应[18]。李铭怡等对新银合欢在不同土壤水分条件下的适生性研究表明其具有一定耐淹性，但相对较弱,耐旱性较强[19]。胡琼梅对新银合欢引种适应性进行了调查，得出了新银合欢在引种地具有良好的生态适应性，而被用作水土保持和边坡植被恢复[20]。而与新银合欢同属的银合欢已被认定为100种恶性外来入侵生物之一，而且银合欢叶片浸提液对芥菜、白菜、菜心种子的萌发有较强的化感作用[15]，但关于新银合欢的化感作用尚未见报道。

白灰毛豆和新银合欢均为外来物种，常被用作高速公路边坡植被恢复。在G 98高速边坡植被群落物种多样性和群落演替研究中发现，存在明显的新银合欢取代白灰毛豆成为群落优势种，并呈现出快速蔓延和种群扩张的趋势，由此，通过研究白灰毛豆、新银合欢的鲜茎叶和凋落叶的水提液对白灰毛豆种子萌发和幼苗生长的影响，为群落演替研究以及外来物种生态入侵风险评估提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

白灰毛豆、新银合欢的鲜茎叶和凋落叶以及种子均采自于G 98高速公路边坡，鲜茎叶及种子均摊在报纸上自然风干，室温保存。

1.2 试验方法

1.2.1 白灰毛豆、新银合欢鲜茎叶和凋落叶不同浓度水提液的制备

采集白灰毛豆、新银合欢的新鲜茎叶，参考曾任森的方法[21]；凋落叶参考 Belz等的方法[22]。用蒸馏水清洗后，在105 ℃状态下的烘干箱中烘干2 h，粉碎烘干的叶片。称取20 g，加入400 mL的蒸馏水，用保鲜膜封好，室温下浸泡48 h后，滤纸过滤，得到浓度为50 g/L的母液。用蒸馏水依次稀释到1.5，5，15，25 g/L的无机浸提液，放在4 ℃的冰箱中保存备用。各类浸提液的简写：HX为白灰毛豆新叶水浸提液；HD为白灰毛豆凋落叶水浸提液；YD为新银合欢凋落水浸提液；YX为新银合欢鲜茎叶水浸提液。

1.2.2 白灰毛豆、新银合欢种子萌发和幼苗生长的生物测定

用培养皿滤纸法进行种子萌发试验，选取籽粒饱满、大小基本相同的白灰毛豆种子，放在铺有2层滤纸的9 cm的培养皿中，每个培养皿中放20粒种子，分别加入10 mL 1.5 g/L、5 g/L、15 g/L、25 g/L浓度的白灰毛豆、新银合欢的鲜茎叶和凋落叶无机浸提液，用电子称测量每个培养皿重量，以后每天根据第1天相应的克数及时添加浸提液。每个浓度设3个重复，用蒸馏水作ck。以胚芽突破种皮1～2 mm视为发芽，每天记录种子的发芽数。10 d后在每个培养皿中随机选取正常生长的植株若干，统计植株的须根数；用直尺测量植株的根长、苗高；用分析天平测量植株的鲜重；105 ℃烘干箱烘干后用分析天平测量植株的干重。

1.3 统计分析

各浸提液下的白灰毛豆种子连续4 d不再发芽后，计算种子的发芽率(GR%)、发芽势(GE%)、发芽指数(GI)、发芽速度指数(I)、活力指数(VI)。测定植株的须根数、根长、苗高、鲜重、干重。

参照 Williamson等[23]的方法，计算化感效应敏感指数(RI):

RI=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1(T

式中:C为ck值，T为处理值[24]。当RI>0 时为促进作用，当RI<0 时为抑制作用，RI绝对值的大小代表化感作用的强弱。

综合效应指数(SE)更能充分的体现化感效应的强弱，其具体是指同一种处理下对同一个体各9个测试项目化感效应指数(RI)的算术平均值。

SE=(RI发芽率+RI发芽势+RI发芽指数+RI活力指数+RI幼苗须根数+RI幼苗根长+RI幼苗苗高+RI幼苗鲜重+RI幼苗干重)/9。

表1 4种不同水提液对白灰毛豆种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数的影响

注:数据为平均值±标准差，同列数据后不同小写字母表示在5%水平的差异(p<0.05)；不同大写字母表示在1%水平的差异(p<0.01)。

采用SPSS 19.0软件进行方差分析，采用单因素方差分析和最小显著极差法比较不同处理间的差异。

2 结果与分析

2.1 白灰毛豆、新银合欢凋落叶和鲜茎叶水提液对白灰毛豆种子萌发的影响

2.1.1 对发芽率的影响

由表1可知，4种浸提液中，白灰毛豆种子的发芽率均呈现出5 g/L处理的发芽率比1.5 g/L的发芽率高，15 g/L比25 g/L的高，白灰毛豆发芽率随着YD浓度的升高呈现明显下降的趋势。5 g/L HD白灰毛豆的发芽率显著低于ck组和其他处理，而YD只有最高浓度的与ck组达到了显著水平，其他处理间均无显著差异，HX也只有最高浓度为25 g/L时的发芽率与最低浓度(1.5 g/L)之间达到了显著差异，YX各浓度的发芽率均无显著差异。

2.1.2 对发芽势的影响

由表1可知，YD和HX种子的发芽势随着浓度的升高均呈现降低的趋势，而HD和YX 15 g/L时白灰毛豆的发芽势高于5 g/L。1.5 g/L HD的发芽势显著高于5 g/L的，其他处理间没有显著差异。3种YD较高浓度的白灰毛豆的发芽势均极显著低于ck，降幅分别为66.66%、71.43%、76.2%，最低浓度的处理也显著低于ck。HX仅最高浓度与最低浓度之间的发芽势有显著差异。25 g/L YX的发芽势分别显著低于ck和1.5 g/L的。

2.1.3 对发芽指数的影响

由表1可知，YD和HX种子的发芽指数均呈现逐渐降低的趋势，15 g/L的HD和YX发芽势高于5 g/L的。1.5 g/L HD发芽指数显著高于5 g/L和25 g/L的，其他处理间没有显著差异。2种较高浓度YD的白灰毛豆发芽势均极显著低于ck，降幅分别达52.48%、73.72%，5 g/L也显著低于ck。在HX和YX中，仅最高浓度与最低浓度之间的发芽势有显著差异。

2.1.4 对活力指数的影响

由表1可知，4种浸提液中，白灰毛豆种子的活力指数均呈现出1.5 g/L比5 g/L的高，15 g/L比25 g/L的高。1.5 g/L HD的活力指数显著高于25 g/L的，并与5 g/L达到极显著差异。25 g/L YD极显著低于ck和1.5 g/L。最低浓度的HX与2 g/L之间达到极显著差异，并显著高于其他处理。在YX中，25 g/L的与1.5 g/L之间有极显著差异，并显著高于ck。

2.1.5 对化感效应指数的影响

从图1可以看出，YD对白灰毛豆种子萌发均表现为抑制作用，其中25 g/L化感效应指数为4种处理最大的，其值为RI=-0.684 6，白灰毛豆种子萌发受YD的影响最大。HX、YX也都表现为较低浓度促进，高浓度抑制，1.5 g/L HX对白灰毛豆种子萌发的促进作用最大，RI=0.333 5。4种不同浸提液中，YD和YX的抑制作用大于HX、HD。

图1 白灰毛豆、新银合欢凋落叶和鲜茎叶水浸提液对白灰毛豆种子萌发的化感效应

2.2 白灰毛豆、新银合欢凋落叶和鲜茎叶水提液对白灰毛豆幼苗生长的影响

2.2.1 对须根数的影响

由图2可知，4种浸提液各浓度处理的白灰毛豆须根数均极显著低于ck。HD处理降幅分别为25.41%、41.65%、44.74%、53.68%，1.5 g/L浸提液下的须根数显著高于其他浓度。4种浓度YD处理间的须根数没有显著差异，降幅在50.66%～56.13%之间。各浓度HX处理降幅分别为27.92%、56.58%、57.57%、66.48%，且1.5 g/L的须根数均极显著高于其他处理。各浓度YX的须根数较ck分别下降了56.79%、65.46%、86.84%、92.11%，且15 g/L、25 g/L的须根数极显著低于其他处理。

2.2.2 对根长的影响

从图3可以看出，4种浸提液不同浓度处理下的白灰毛豆根长随浓度的升高而下降。在HD中，1.5 g/L的白灰毛豆的根长极显著高于15 g/L、25 g/L，但各浓度处理与ck没有显著差异。25 g/L YD白灰毛豆的根长极显著低于ck、1.5 g/L、5 g/L。HX处理白灰毛豆根长均低于ck，且15 g/L显著低于ck，但25 g/L极显著低于ck,且显著低于其他浓度处理。3种YX较高浓度处理的根长极显著低于ck，最低浓度下的根长极显著高于最高浓度的根长。

图2 白灰毛豆、新银合欢凋落叶和鲜茎叶水浸提液对白灰毛豆须根数的影响

图3 白灰毛豆、新银合欢凋落叶和鲜茎叶水浸提液对白灰毛豆根长的影响

2.2.3 对苗高的影响

由图4可以看出，1.5 g/L HD的白灰毛豆的苗高显著高于ck，极显著高于15 g/L、25 g/L。YD 4种浓度苗高的变化不大，只有1.5 g/L苗高极显著高于ck和25 g/L。3种较高浓度HX苗高显著低于ck，其中5 g/L、15 g/L的苗高与ck相比达到了极显著水平。YX 3种较低浓度苗高变化不大，仅25 g/L的苗高显著低于ck。

2.2.4 对鲜重的影响

由图5可以看出，4种浸提液下不同浓度处理的植株鲜重变化均不太大，但总体表现出较ck增大的趋势。其中，1.5 g/L HD处理鲜重极显著高于ck、15，25 g/L；1.5，5，25 g/L YD处理的鲜重显著高于ck； HX和YX处理不同浓度之间、以及与ck鲜重间均没有显著差异，说明HX、YX不同浓度的处理对白灰毛豆的鲜重几乎无影响。

图4 白灰毛豆、新银合欢凋落叶和鲜茎叶水浸提液对白灰毛豆苗高的影响

图5 白灰毛豆、新银合欢凋落叶和鲜茎叶水浸提液对白灰毛豆鲜重的影响

2.3 白灰毛豆、新银合欢的凋落叶和鲜茎叶水浸提液的综合化感效应指数

表2 4种不同水提液对白灰毛豆的综合化感效应

浸提液种类浸提液浓度(g/L)综合化感效应(SE)HD1.50.0845-0.13215-0.06925-0.134YD1.5-0.1425-0.25215-0.30925-0.440HX1.50.0935-0.09115-1.13125-0.302YX1.5-0.0745-0.22115-0.19825-0.451

注：“+”表示促进作用，“-”表示抑制作用。

由表2可知，YD和YX对白灰毛豆均表现为抑制作用，且浓度越高，抑制作用越强。除1.5 g/L的HD和HX处理对白灰毛豆有促进作用外，其他处理均为抑制作用。

3 讨论与结论

3.1 讨论

自然界中化感作用普遍存在，并对植物的种子萌发、幼苗生长以及分布都有影响[25]。本研究结果表明，不同浸提液、不同浓度处理对供试材料的化感作用表现出一定的差异性。这和王宁、张权、王晓英、王春会、刘俊华等的研究结果是一致的[26-30]。

从种子萌发的角度来看，HD、HX、YD、YX不同浓度处理对种子的萌发都有一定的影响，表现出低浓度促进、高浓度抑制的趋势。万欢欢等相关研究也报道，低浓度水提液可能主要起营养作用，化感作用微弱，随着浓度增加，只有达到了某一有效作用阈值，化感作用得以显现[5]，这和李天星、何诗虹等的研究结果是一致的[31-32]。可以推测，在自然状态下，外来植物向土壤中释放的化感物质只有达到了一定的浓度，才会体现出对伴生植物产生的化感作用。

种子萌发是植物生活史的开端，萌发快、萌发率高意味着能充分利用资源，成为优势种。除1.5 g/L的YX处理外，新银合欢不同提取液均对白灰毛豆种子萌发表现出抑制作用。除1.5 g/L HX、HD处理外，白灰毛豆不同提取液对自身种子萌发也较多地表现为抑制作用。

从幼苗生长的角度来看，HD、HX、YD、YX不同浓度处理对白灰毛豆幼苗生长均表现为抑制作用，且浓度越高抑制作用越强，但单独来看，对须根数都表现为抑制作用，对根长、苗高、鲜重则表现出低浓度促进，高浓度抑制，尤以YX最为明显。不同部位生长的化感效应的差异有待进一步研究。

从综合化感效应指数来看，YD和YX对白灰毛豆均表现为抑制作用，且浓度越高，抑制作用越强，而除1.5 g/L的HD和HX处理对白灰毛豆有促进作用外，其他处理均为抑制作用。新银合欢取代白灰毛豆成为群落优势种，降水淋溶和凋落枝叶的长期积累所发挥的化感作用或许是群落演替的原因之一，相关根际分泌物化感作用及入侵后土壤变化研究正在进行中。

作为2种外来物种，白灰毛豆和新银合欢都具有明显的化感作用。鉴于同属的物种已被确定为入侵物种，新银合欢通过化感作用的生态入侵风险需引起重视。