加拿大一枝黄花粗提液对豚草化感作用研究

吴 帆，李树成，赵显阳，陈 越，王印宝，朱 峻，向妙莲

（江西农业大学 农学院，江西 南昌330045）

植物的化感作用是指一种植物或微生物（供体）释放某些化学物质到环境中，以此影响其他有机体生长和发育的生态学现象，化感作用普遍存在自然界中，包括促进和抑制两方面作用[1]。在农业生产中，基于植物化感作用对入侵杂草进行研究与应用，若能低成本投入使入侵杂草相互抑制生长，又对农产品无害，那对防控农田杂草和促进可持续农业的发展具有重要的意义。

外来有害生物入侵形势日趋严重，加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）和豚草（Ambrosia artemisiifolia）作为严重危害农业生态的外来物种，对我国原有生态系统和农业产业产生了极大的负面影响[2]。二者共同具有强烈化感作用，繁殖力强，传播速度快，生长优势明显，生态适应性广阔的特点，对生物多样性构成严重威胁，并且豚草产生的花粉还会引发各种变态反应症，对人类健康产生严重危害[2-6]。目前对其防治方法主要有物理防治、化学防治和生物防治等，相对而言物理防治成本高、效率低，化学防治虽然经济有效，但容易造成二次环境污染，而生物防治因地制宜，以物治物，经济安全，可持续无污染，通过生物化感作用防治杂草蔓延将是研究的热点[8-11]。李荣金等[12]研究表明利用致病微生物百日草链格孢菌（Alternaria zinniae）对防治加拿大一枝黄花可起到一定效果，芦苇则影响加拿大一枝黄花的光合作用[13]。在永州广聚萤叶甲和豚草卷蛾能成功建立种群安全越冬，并且可以自行扩散，从而可持续控制野外豚草的发生[14]。菊芋（Heliabthus tuberosus）的残株对三裂叶豚草的生长发育有明显的抑制作用[15]。

前人对加拿大一枝黄花和豚草的防治研究表明利用生物防治控制二者蔓延更加安全高效，但目前关于利用加拿大一枝黄花粗提液防治豚草报道较少，本研究拟以加拿大一枝黄花为试验材料，通过研究其粗提液对豚草种子萌发和幼苗生长的影响，探索加拿大一枝黄花粗提液对豚草的化感作用，为外来入侵恶性杂草的生态防治提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

加拿大一枝黄花和豚草种子为江西农业大学农学院植物保护系提供。

1.2 加拿大一枝黄花浸提液制备

采集生长良好的加拿大一枝黄花地上和地下组织若干，去除病老残组织后于室温风干，地上和地下部分剪碎后各分别取20，40，80 g，于500 mL 蒸馏水中浸泡48 h，间歇振荡，经灭菌的三层纱布过滤后，分别得到质量浓度为0.04，0.08，0.16 g/mL 的浸提液，冷藏（4 ℃）备用。

1.3 加拿大一枝黄花粗提液对豚草种子萌发的影响

取10 mL 不同部位、不同质量浓度的加拿大一枝黄花水浸提液分别加入铺有2 层滤纸的培养皿中，以加蒸馏水为对照，每皿均匀播种90 粒匀称饱满的豚草种子，播种前用10%的次氯酸钠浸泡1 h，无菌水冲洗3 次，各处理3 次重复。将培养皿置于人工气候箱中恒温培养，温度（25±0.5）℃、湿度70%、每天光照12 h。播种次日开始，逐日记录发芽数（以芽长超过种子长度一半为发芽标准），并及时补充等量的水浸提液或蒸馏水使滤纸保持湿润。第5 天统计发芽势，第7 天统计发芽率，并测量地上部长(苗长)、根长、地上和地下部分苗鲜质量。按以下公式统计种子发芽势和发芽率：

1.4 加拿大一枝黄花粗提液对豚草植株生长的影响

将1.3 方法处理后的豚草种子置于垫有滤纸的培养皿中，放入(30±1)℃人工气候箱中催芽，待种子露白后，采用沙培法培养。培养皿内先放入50 g 灭菌砂，然后放置90 粒催芽种子，每个处理3 次重复，置于25～30 ℃、光周期L12∶D12的生长室中培养。

1.5 豚草幼苗相关指标测定

在豚草幼苗长至7 d 左右，每盆随机取样，调查有代表性20 株豚草苗，测量株高、根长以及地上和地下部分的鲜质量，比较不同处理对豚草幼苗生长的影响。

1.6 数据处理方法

采用Excel2003 和DPS7.05 统计软件进行数据分析处理，用单因素方差分析统计各处理平均值的差异，Duncan 氏新复极差法比较各处理间的差异显著性。对数据进行方差分析，采用SSR 法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 粗提液浸种对豚草种子萌发的影响

从表1可知，豚草种子经不同浓度加拿大一枝黄花粗提液处理后，其发芽率和发芽势随粗提液浓度增大先升高后降低，与对照相比差异均达显著水平（P＜0.05）。当粗提液浓度为0.08 g/mL 时，豚草种子发芽率和发芽势均达到最高值，其中地上部分粗提液处理后豚草最大发芽率和发芽势分别比对照增加8.14%和14.42%，地下部分粗提液处理后发芽率与发芽势依次比对照增加4.83%、11.84%。地上部分与地下部分粗提液对豚草种子萌发的影响相差不大。以上试验结果表明，粗提液浸种对豚草种子萌发的影响主要与粗提液浓度有关。

表1 粗提液对豚草种子萌发的影响 %

2.2 粗提液浸种对豚草幼苗生长的影响

从表2可以看出，一定浓度的粗提液浸种能够增加豚草幼苗的总根数、株高、根长、地上部鲜质量和地下部鲜质量，但随着浸种浓度升高，粗提液对豚草幼苗则有一定的抑制作用。粗提液浓度为0.08 g/mL时，以上5 项指标均达到最高，且与对照差异显著。其中，地上和地下部粗提液分别处理后，豚草幼苗地上部鲜质量与对照相比分别增加了32.85%，10.53%，地下部鲜质量与对照相比分别增加了14.08%，83.78%，根长与对照相比分别增加11.68%，58.93%。由此可见，粗提液浓度为0.08 g/mL 时，地下部提取液对豚草幼苗地下部（根）生长具有显著的促进作用，远大于对豚草幼苗地上部生长的促进。

表2 粗提液浸种浓度对豚草幼苗生长的影响

3 小结与讨论

种子萌发是豚草生长的第一步，种子活力的高低直接影响豚草幼苗的生长是否健壮，进而影响豚草抵御生理性或非生理性逆境胁迫的能力。同时，豚草不同植株部位种子的萌发率、初始萌发时间、萌发持续时间具有不同的趋势[16]。化感作用具有双重效应普遍存在于多种植物中，雷威肖等[17]研究发现铁杆蒿对红豆草、沙打旺、百脉根等豆科牧草的发芽率和发芽势总体上均呈现“低质量浓度促进，高质量浓度抑制”的效应。葶葱化感作用也存在双重效应，研究表明实葶葱凋落叶片浸提液浓度在0～10 mg/mL 时，对芜菁，鹰嘴豆，莴苣等6 种种子的萌发具有双重效应[18]。刘勇等[19]探究了头花蓼整株及根际土壤水浸提液的化感自毒作用，发现头花蓼整株水浸提液浓度≤10 mg/mL 时对其种子发芽速率、发芽势、发芽指数和活力指数等均起不同程度的促进作用，但随着浓度升高各项指标值变为负值，化感自毒作用十分明显。方芳等[20]研究发现：在低浓度时加拿大一枝黄花水提取液多表现为一定的促进作用，高浓度则表现出显著的抑制作用。加拿大一枝黄花叶片凋落物浸提液对黑麦草的生长同样表现为低促高抑[21]，与本研究结果相符。加拿大一枝黄花粗提液对豚草种子萌发和幼苗生长的作用表现出明显的“双重性”，试验中0.08 g/mL 粗提液处理豚草种子，可提高种子的发芽率和发芽势，促进豚草幼苗总根数、株高、根长、地上部鲜质量和地下部鲜质量等生长指标，当加拿大一枝黄粗提液超过0.16 g/mL 时，则抑制豚草种子萌发和幼苗生长，表现毒害作用。进一步说明粗提液对豚草生长具有明显的双重效应，同时也暗示粗提液对增强豚草抗逆境胁迫具有积极的意义。综合各种研究结果，化感物质对受体植物生长的“低促高抑”效应具有普遍性，因此可能在种间相互作用过程中具有一定的生态学意义。

化感作用是植物种间相互作用的重要途径，土壤中化感物质的浓度可能是受体植物感知施加者胁迫能力的一种信号。低浓度的化感物质可能意味着化感作用施加者胁迫能力较弱，受体植物对此作出适应性的反应；高浓度的化感物质可能表明化感作用施加者胁迫能力较强，因此受体植物会减缓生长速率，降低生长消耗，提高其存活率。不同部位浸提液对同一受体植物的不同部位（根、茎、叶）有不同的化感效应（促进、抑制、无影响），在本试验中，地上部粗提液对豚草幼苗根生长促进作用显著高于促进茎生长，根较茎表现更敏感，这与刘勇等[19]和董沁方等[20]研究相符。

加拿大一枝黄花水提液的“低促高抑”效应的生态学意义目前还并不清楚。基于植物化感作用，有研究者认为在低水平有毒物质作用下，不同植物体化感作用不会都呈现双重效应，植物体不可能所有性状都会表现出促进效应。陈茂光等[23]研究表明在同一浓度下竹叶浸提液对香果树幼苗具有“促茎抑叶”的化感效应。红薯叶片水浸液对稗草的化感抑制作用变化趋势不规律，只有在高浓度0.1 g/mL 具有抑制作用，其余浓度均具有促进作用[24]。加拿大一枝黄花提取液对东海原甲藻生长表现为抑制作用，且随水提液浓度增加而增强[25]。因此，植物体总的适合性不大可能会得到提高，但是“低促高抑”效应至少存在于植物生活史中某一阶段，并且表现出对某一方面的适应性。

本文通过研究加拿大一枝黄花粗浸提液对豚草种子萌发和幼苗生长的影响，阐明了加拿大一枝黄花抑制豚草种子萌发和幼苗生长的化感作用机制（粗提液浓度阈值），呈现显著的“低促高抑”效应，但是植物的化感作用机制是一个十分复杂的生理生化过程，需进一步探索。