伴生种浸提液对黑心菊种子萌发及幼苗生长化感效应的影响

赵晶华，王 婷，张 硕，衣浩然，张丽辉

（长春师范大学生命科学学院，吉林 长春 130032）

黑心菊（Rudbeckia hirta L.）系菊科金光菊属植物，多年生草本，主要分布在我国华南、华中、华东等地区，具有较高的园艺观赏和园林绿化价值。将黑心菊与其他植物进行套种的种植模式会增加生态系统的多样性和稳定性，且合理、有效地利用了有限的土地，降低了病虫危害的程度，提高了收益。

化感作用是指植物通过茎叶挥发、根系分泌、残体分解等方式向周围环境释放自身代谢所合成的特殊化学物质，这些物质对周围的植物或微生物发挥作用，进而对它们的生长发育产生直接或间接、有益或有害的作用[2-4]。大量研究表明，植物的化感效应能够影响植物自身或其他植物的生长、繁殖，且不同植物的化感效应程度、规律有所不同[5-7]。植物化感作用的理论研究和实践应用于规划绿化区域、建立合理的种植方式和土地的合理利用具有重要的意义。

本研究通过分析不同供体植物的不同浓度浸提液对黑心菊种子萌发、幼苗生长的化感作用，并利用化感抑制指数（IR）综合评价藜、蓼、荠水浸提液对黑心菊化感作用效应的差异，为黑心菊与其他植物的合理种植、绿化环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供体植物蓼、荠、藜均采自吉林省长春师范大学内的实验绿化带，受体植物黑心菊种子也来自于实验绿化带所种植的黑心菊。

1.2 试验方法

1.2.1 水浸提液制备

将采集的蓼、荠、藜3种新鲜植株带回实验室，用水冲洗干净，自然晾干，分别将3种植株剪成5 cm的小段放入烧杯中，加蒸馏水配成0.1 g/mL浓度的溶液，在室温（20℃～24℃）下放置48 h，然后用纱布过滤得到浓度为0.1g/mL的蓼、荠、藜3种水浸提液作为母液，再分别加蒸馏水稀释成0.075 g/mL、0.05 g/mL、0.025 g/mL的水浸提液，存于4℃冰箱备用。

1.2.2 种子萌发试验

采用培养皿滤纸法进行种子萌发实验。在直径为10 cm培养皿中铺入2层滤纸，每皿放入饱满、状态一致的种子50粒，分别加入 0.1 g/mL、0.075 g/mL、0.05 g/mL、0.025 g/mL水浸提液15 mL，以加蒸馏水为空白对照，每个浓度均重复处理3次。将种子放于恒温培养箱25℃培养7 d，从第2 d开始每天于每个培养皿中加入5 mL处理液或蒸馏水。每隔24 h统计种子的发芽数（以芽突破种皮1～2 mm为发芽标准），记录数据。第7 d时，随机从每个培养皿中选取10株幼苗测定其根长、苗长及鲜重。

1.2.3 指标测定

根据实验结果，计算发芽率、发芽指数、化感作用抑制率（IR）、化感综合效应（SE）。公式如下：

发芽率 (%)=（发芽终期规定时间内所有发芽的种子数/供试种子数）×100%[7]。 （1）

发芽指数=ΣGi/I，式中Gi指培养第i天的发芽量，I指培养时间[8]。 （2）

化感作用抑制率（IR)=（Ti-T0）/T0× 100%，Ti为测试项目的处理值，T0为对照值。 （3）

IR>0表明是促进作用，IR＜0表明是抑制作用。IR绝对值越大，表明其化感作用（促进或抑制作用）越大[9]。

化感综合效应（SE）是供体对同一受体所有测试项目的化感作用抑制率百分率的算术平均值[8]。

1.3 数据分析

数据采用SPSS17.0软件进行Duncan和单因素方差分析比较各处理的差异显著性，用Excel 2003作图。

2 结果与分析

2.1 不同供体植物水浸提液对黑心菊种子萌发的影响

由表1可知，不同供体植物的不同浓度水浸提液对黑心菊种子萌发产生化感抑制作用。随着浸提液浓度的增加，黑心菊种子的发芽率总体呈下降趋势。黑心菊种子对不同植物水浸提液的化感作用敏感程度不相同，其中，种子对荠比较敏感，在0.025 g/mL（低浓度）浸提液处理下，其发芽率受化感作用的抑制率达到-11.31%，而在藜、蓼植物水浸提液的作用下，其发芽率略有升高（与对照相比）；浸提液浓度为0.05 g/mL（中浓度）时，藜、蓼、荠植物水浸提液对黑心菊种子发芽率的化感抑制作用均达到显著水平，分别为-11.70%，-42.55%，-48.00%；当浓度为0.1 g/mL（高浓度）时，藜、蓼、荠植物水浸提液对黑心菊种子发芽率的化感抑制作用均已达到显著水平，在藜、荠植物水浸提液作用下，黑心菊种子的发芽率仅为2%左右，其发芽率的化感抑制作用率分别为-91.69%，-65.43%，-95.84%。据此可知，黑心菊种子受藜、蓼、荠植物水浸提液化感作用影响的大小顺序依次为荠>藜>蓼。

表1 3种供体植物浸提液对黑心菊种子发芽率的影响Tab.1 Effects of extracts from three donor plants on seed germination rate of Rudbeckia

2.2 不同供体植物水浸提液对黑心菊幼苗生长的影响

由表2可知，随着浓度的增加，藜、蓼、荠植物水浸提液对黑心菊幼苗根长的化感作用主要表现为不同程度的抑制作用。受试植物的根长在浸提液浓度为0.025 g/mL（低浓度）时，受化感抑制作用的程度已达到显著水平，藜、蓼、荠植物水浸提液对黑心菊幼苗根长的化感作用抑制率分别为-54.49%、-37.86%，-4.09%。随着浸提液浓度的升高，化感抑制作用程度也表现为升高，当浸提液浓度为0.05 g/mL时，黑心菊幼苗的根长均受到更大程度的抑制作用，此时的化感抑制率分别为-88.85%、-73.59%、-75.57%。在对黑心菊幼苗苗高的化感作用方面表现的规律并不相同。对于蓼、荠植物水浸提液而言，随着处理浓度的升高，其苗高呈现出先增高后下降的趋势，甚至为0 cm，即浸提液对黑心菊幼苗苗高的影响表现为低浓度促进、高浓度抑制的规律。从整体上看，化感抑制作用随着浸提液的浓度升高而增大，浓度为0.075 g/mL与0.1 g/mL的藜、荠水浸提液对黑心菊幼苗苗高化感抑制作用大，使其苗高接近为0，而0.1 g/mL蓼水浸提液对黑心菊幼苗苗高的化感抑制作用率为-4.00%。通过化感抑制率的比较可以发现，黑心菊幼苗根部分的敏感程度大于苗部分，而且受化感抑制作用强度更高。

表2 3种供体植物浸提液对黑心菊幼苗根长、苗高的影响Tab.2 Effects of extracts from three donor plants on root length and seedling height of Rudbeckia seedlings

2.3 不同供体植物水浸提液对黑心菊幼苗、幼根鲜重的影响

由表3可知，藜、蓼、荠植物水浸提液对黑心菊幼根鲜重主要表现为抑制作用。黑心菊幼根鲜重在藜、蓼、荠水浸提液浓度为0.025 g/mL（低浓度）时，化感抑制作用程度已经达到显著水平，其化感抑制作用率分别为-63.36%、-12.24%、-48.73%。随着3种供体植物水浸提液浓度的增加，化感抑制作用也更明显，在浓度为0.1 g/mL时，受试植物幼根鲜重的化感抑制作用率依次为-100%、-100%、-91.55%。而幼苗鲜重呈现不同的规律。随蓼、荠水浸提液浓度的增加，幼苗的鲜重先增大后降低，即3种供体浸提液对黑心菊幼苗鲜重的影响表现为低浓度促进而高浓度抑制，在低浓度的藜水浸提液作用下，幼苗鲜重表现为促进作用。在浓度为0.025 g/mL时，黑心菊幼苗鲜重已达到显著水平，当浓度增加到0.1 g/mL时，蓼、荠水浸提液对受试植物幼苗鲜重的化感抑制作用率分别为-3.53%和-2.56%。

总体来看，藜、蓼、荠植物水浸提液对黑心菊幼苗的综合效应主要表现为抑制作用。蓼、荠水浸提液对黑心菊幼苗苗高、苗鲜重特异性的表现为0.025～0.05 g/mL浓度时促进，在0.1 g/mL高浓度时显著抑制。实验表明，黑心菊幼苗不同部位受化感作用的敏感程度不同，总体表现为：根部分>苗部分。受试植物对不同植物水浸提液敏感程度大小依次为：藜>蓼>荠，这种差异也许是植物种间差异导致的，也可能与藜、蓼、荠植物水浸提液中化感物质的选择性和专一性相关[9]。

表3 3种供体植物浸提液对非洲菊幼苗、幼根鲜重的影响Tab.3 Effects of extracts from three donor plants on fresh weight of Gerbera jamesonii seedlings and young roots

3 讨论

植物间的化感作用在自然界中广泛存在，也因此而受到科学家们的高度重视。对其深入研究有利于被损害的森林系统进行修复、重建，农作物之间的种植，除草剂和杀虫剂的研发，抵御其他生物种类的入侵等[10-11]。大量实验研究表明，植物间的化感作用有促进和抑制2个方面[12]，是植物间相互竞争的重要手段。一般情况下，化感作用是通过对受试植物的种子萌发与幼苗生长等产生促进或抑制的作用实现对受试植物的化感影响。植物化感物质具有低浓度促进、高浓度抑制的特性，本实验中3种供体植物的水浸提液对黑心菊种子萌发也有类似的结论。总体表现为抑制作用，在高浓度的条件下，受试植物的种子萌发表现出较为明显的抑制作用，但每种供体植物水浸提液对受试植物的化感抑制作用程度不一致。

荠中所含的化感物质较多，在相同浓度下，荠植物水浸提液对黑心菊种子萌发化感抑制作用最强，可能与植物自身体内化学物质的特殊性相关，也可能与生长环境相关。化感物质不仅可以作用于邻近作物，也可以通过影响土壤中微生物的类群、养分来影响作物的生长[13]。种子萌发率下降会影响其在群落中的生长，而发芽指数是衡量种子发芽整齐度的重要指标之一。本实验中，藜、蓼、荠水浸提液对黑心菊种子发芽率、发芽指数的影响趋势大致相同，但发芽指数对化感物质的敏感程度大于发芽率，说明3种供体植物水浸提液中的化感物质对植物种子的影响，不仅使种子萌发的数量有变化，也使种子萌发的时间和期限往后延迟。针对藜、蓼、荠对特定的黑心菊，尚需进一步通过土壤盆栽或田间试验深入分析其对黑心菊的化感作用规律。

藜、蓼、荠水浸提液对黑心菊种子发芽率、发芽指数、根长、苗高、根重、苗重具有一定的抑制作用，并且对化感效应的敏感性为：发芽指数>发芽率，可见3种供体植物水浸提液对黑心菊种子萌发的速度和整齐度的影响大于最终的萌发数。藜、蓼、荠水浸提液对黑心菊种子发芽率和幼苗根长、根重表现为一直抑制作用，对幼苗苗高和苗重表现出低浓度促进，高浓度抑制的反应。黑心菊种子受化感抑制作用的强弱排序为：荠>藜>蓼。

4 结论

在高浓度的条件下，受试植物的种子萌发表现出较为明显的抑制作用，在相同浓度下，荠植物水浸提液对黑心菊种子萌发化感抑制作用最强；藜、蓼、荠水浸提液对黑心菊种子发芽率、发芽指数、根长、苗高、根重、苗重具有一定的抑制作用，并且对化感效应的敏感性为：发芽指数>发芽率。