苗期劲直黄芪根浸提液对8 种西藏野生植物化感作用的研究

包赛很那 ，王向涛 ，武俊喜 ，苗彦军 *，贾祥 ，田彦婷

（1. 西藏农牧学院，西藏 林芝 860000；2. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101）

目前，毒草化已成为西藏自治区天然草地严重退化的重要原因之一。在西藏的一些天然牧场，有毒植物已逐渐发展成为优势种群，种类繁多。据统计，全区天然草地饲用植物有83 科557 属2672 种，其中有毒植物有18 科33 属 72 种［1］。危害严重的主要有豆科黄芪属的劲直黄芪（Astragalus strictus）、西藏黄芪（Astragalus tibetanus）；棘豆属的冰川棘豆（Oxytropis glacialis）、毛瓣棘豆（Oxytropis sericopetala）；瑞香科狼毒属的瑞香狼毒（Stellera chamaejasme）及毛莨科乌头属的工布乌头（Aconitum kongboense）等。由于自然条件的不同，有毒植物在分布上表现出明显的地带性差异，以藏北东部地区分布种类较多且集中，而在藏东南地区却较分散。

劲直黄芪是豆科黄芪属的多年生草本植物，主要分布在西藏各地及青海、四川部分地区。其主要有毒成分为苦马豆素（swainsonine）［2］，与棘豆属（Oxytropis）的一些有毒植物统称为疯草［3］。该类植物不仅使家畜中毒死亡［4］，且毒性物质致使家畜出现不孕不育、流产、弱胎、畸胎等问题［5］，从而严重影响畜种改良，导致畜群结构失衡［6］。为此，有毒植物已经成为当前天然草地畜牧业发展的严重制约因素［7−8］。

西藏天然草地上劲直黄芪等有毒植物滋生蔓延，使草地生产力急剧下降，导致草地生境日趋恶化。有研究表明，有毒植物可以向环境中释放大量的化感物质，抑制周围植物的生长而导致草地退化［9−11］，这种现象被称为他感作用（allelopathy），主要包括促进作用和抑制作用［12］，其中抑制作用是天然草地退化的一个重要因素而成为热点问题。胡远彬等［13］研究表明，劲直黄芪地上部分水浸提液对燕麦（Avena sativa）、反枝苋（Amaraanthus retro⁃flexus）、白三叶（Trifolium repens）和荠菜（Capsella bursa-pastoris）等受体种子萌发生长以及对燕麦和白三叶幼苗体内超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性及丙二醛（malondialde⁃hyde，MDA）含量均具有明显的化感作用。目前，关于劲直黄芪的研究主要集中在资源调查、有毒成分分析［14］、毒性机理和中毒治疗［15］以及遗传多样性等方面［16−19］，而对其化感作用方面的研究还处于起始阶段。

基于西藏极为脆弱的生态环境，响应国家“免耕补播，改良植被”，“改善生境，综合治理”的政策，遵循生态系统内在的机理和规律，坚持自然恢复为主的方针，本研究从化感现象着手研究西藏有毒植物劲直黄芪对高寒地区不同草地类型的野生优势植物天蓝苜蓿（Medicago lupulina）、垂穗披碱草（Elymus nutans）、小叶棘豆（Oxytropis microphylla）、羊茅（Festuca ovina）、紫花针茅（Stipa purpurea）、丝颖针茅（Stipa capillacea）、藏北嵩草（Kobresia littledalei）和黑穗画眉草（Eragrostis nigra）8 种乡土植物的促进和抑制作用，分析不同野生植物对劲直黄芪化感作用的响应，以揭示有毒植物繁殖蔓延导致天然草地草场退化的可能性，并筛选出适合用于劲直黄芪型退化草地植被修复的乡土优势植物种类，从而为西藏毒草型退化草地的合理补播改良及植被修复工作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 受体处理

供体材料苗期劲直黄芪于2019 年3 月12 日采自西藏林芝市工布江达县。受体材料为高寒地区不同草地类型的野生优势植物天蓝苜蓿、垂穗披碱草、小叶棘豆、羊茅、紫花针茅、丝颖针茅、藏北嵩草和黑穗画眉草（表1），以上8 种受体是与劲直黄芪共生的野生植物。使用前，选取籽粒饱满、大小均匀的受体植物种子用10%的次氯酸钠溶液浸泡10 min，再用蒸馏水漂洗5 次，晾干备用。

表1 供试植物来源Table 1 Source of plants

1.2 试验方法

1.2.1 劲直黄芪根浸提液的制备 称取劲直黄芪新鲜植株根部50 g，剪成2 cm 的小段后加入3 倍的蒸馏水，浸提48 h。水浸提液经过定量滤纸和孔径0.45 μm 的滤膜双重过滤后，溶液定容至质量浓度为0.1 g·mL−1，再将浸提液用无菌蒸馏水分别稀释至质量浓度为0.05、0.025、0.0125 g·mL−（1以鲜物质质量计算）的浸提液。调节各浓度浸提液的pH 值与蒸馏水（pH=6.58）一致后，保存于4 ℃冰箱中备用。

1.2.2 劲直黄芪化感作用的测定 采用室内生物学测定法［20］，于2019 年3 月15 日，吸取3 mL 配制好的不同浓度的浸提液，加入垫有两层滤纸的培养皿中，每个培养皿内均匀放置50 粒受体植物种子，以加等量的蒸馏水为对照（CK）。试验采取完全随机区组设计，每处理4 次重复。将培养皿置于人工气候箱中恒温（20±0.5）℃培养，每天光照/黑暗12 h/12 h 交替进行，定期补充适量的浸提液。

1.2.3 测定指标和方法 每24 h 记录萌发种子数（以胚根突破种皮并达种子长度的1/2 为发芽标准），培养第7 天时计算发芽势（germination vigor，GV），第14 天统计发芽率（germination rate，GR），计算发芽指数（germina⁃tion index，Gi）、活力指数（vigor index，Vi），同时从每个培养皿中随机选取10 个幼苗植株，用直尺测量其根长、苗高，再分别将幼苗及根在105 ℃杀青0.5 h，然后调至65 ℃烘干至恒重，用电子天平称重并计算其苗干重（g·株−1）和根干重（g·株−1），计算各指标的平均值。

各指标计算公式具体如下：

式中：Gt为第“t”天种子发芽的数量；Dt为种子发芽试验第“t”天。

式中：S表示幼苗的生长量（长度或重量）；Gi表示种子发芽指数。

化感效应指数（response index，RI）参照 Williamson 等［21］提出的方法进行计算。

式中：T为测试项目的处理值，T0为对照值；当RI＞0 时，表示促进作用；当RI＜0 时，表示抑制作用，RI的绝对值代表作用强度的大小。

化感综合效应指数（synthetical allelopathic index，SE）为劲直黄芪浸提液的同一处理对同一受体植物各个测试指标RI的算术平均值［22−24］。

式中：SE表示化感综合效应指数；a为数据项RI；j为数据项RI的序数；n为该级别数据项RI的总个数。当SE＞0时，为促进作用；反之，则为抑制作用。

1.3 数据处理

采用Excel 2003 作图，用SPSS 17.0 软件对各处理间种子萌发生长特性的数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 苗期劲直黄芪不同浓度根浸提液对8 种植物种子萌发及幼苗生长的影响

苗期劲直黄芪根浸提液对西藏8 种野生植物种子萌发特性具有明显的化感作用（表2）。在发芽率方面，天蓝苜蓿和小叶棘豆种子发芽率均高于对照，尤其在0.1 g·mL−1浸提液浓度处理时，其种子发芽率分别比对照提高72.70%和28.58%。相反，垂穗披碱草、羊茅、紫花针茅和丝颖针茅种子发芽率均低于对照，除羊茅外，均达到显著或极显著水平（P＜0.05 或P＜0.01）。在0.05～0.1 g·mL−1时，垂穗披碱草、紫花针茅和丝颖针茅种子发芽率与对照相比明显降低，为抑制作用。其中，浸提液对紫花针茅种子发芽率的抑制性最强，为47.94%～73.98%；其次为丝颖针茅，抑制率为72.60%；对垂穗披碱草种子发芽率的抑制率为37.33%～39.62%。藏北嵩草种子发芽率随着根浸提液浓度的增高而逐渐提高，在0.0125～0.025 g·mL−1时，抑制率达显著水平（P＜0.05）。黑穗画眉草种子发芽率在0.05 g·mL−1时最高，为49.17%，与对照相比差异显著（P＜0.05）。

发芽势是测试种子发芽速度和整齐度的主要指标。苗期劲直黄芪根浸提液对8 种植物种子发芽势的化感作用有很大差异。在根浸提液不同浓度处理下，丝颖针茅和藏北嵩草发芽势均为0。在高浓度（0.1 g·mL−1）时，天蓝苜蓿、小叶棘豆和黑穗画眉草发芽势均高于对照，且达到处理间的最高值。其中，天蓝苜蓿和黑穗画眉草发芽势与对照相比差异极显著（P＜0.01），而小叶棘豆发芽势与对照差异不显著（P＞0.05）。垂穗披碱草、羊茅、紫花针茅和丝颖针茅发芽势均低于对照，表现为抑制作用。其中，羊茅发芽势与对照差异极显著（P＜0.01），而紫花针茅和丝颖针茅发芽势与对照差异不显著（P＞0.05）。垂穗披碱草发芽势在0.0125～0.05 g·mL−1处理时，与对照差异极显著（P＜0.01），且根浸提液0.025～0.1 g·mL−1时，其发芽势呈逐渐提高趋势。

由发芽指数结果来看，不同浓度劲直黄芪根浸提液对8 种植物发芽指数的化感作用不同。垂穗披碱草、紫花针茅、丝颖针茅和藏北嵩草的发芽指数均低于对照，表现为明显的抑制作用。在0.0125 g·mL−1时，垂穗披碱草、紫花针茅和丝颖针茅发芽指数均达处理间的最高值，而在0.05～0.1 g·mL−1时，发芽指数明显降低。藏北嵩草发芽指数随着劲直黄芪根浸提液浓度的增高而呈提高趋势，在低浓度（0.0125～0.025 g·mL−1）时，发芽指数均为0.42，而在高浓度（0.05～0.1 g·mL−1）时，发芽指数为0.62～0.87。小叶棘豆和羊茅发芽指数随着处理浓度的增高呈先升高后降低的趋势。在0.0125～0.025 g·mL−1时，小叶棘豆发芽指数低于对照，而在0.05～0.1 g·mL−1时高于对照，呈“低抑高促”双重效应。天蓝苜蓿和黑穗画眉草发芽指数无明显规律。

劲直黄芪根浸提液对8 种植物活力指数的化感作用差异也很大。活力指数是反映种子正常发芽的一个综合指标。垂穗披碱草、紫花针茅和藏北嵩草的活力指数均低于对照，表现为抑制作用。天蓝苜蓿活力指数在浸提液不同浓度处理时均高于对照，但差异不显著（P＞0.05）。小叶棘豆活力指数在0.0125～0.05 g·mL−1时高于对照，而在0.1 g·mL−1时低于对照，产生“低促高抑”双重效应。根浸提液除0.025 g·mL−1浓度以外，其他浓度均对羊茅和丝颖针茅活力指数具有抑制作用，对黑穗画眉草活力指数的作用无明显规律。

从苗期劲直黄芪根浸提液对8 种植物幼苗生长的化感作用结果来看，不同浓度根浸提液处理时，天蓝苜蓿苗高和根长均高于对照，尤其在0.0125～0.05 g·mL−1时更明显，表现为促进作用。垂穗披碱草和羊茅苗高及紫花针茅苗高、根长均低于对照，且0.05 g·mL−1时，前2 种植物苗高与对照相比差异显著（P＜0.05）。垂穗披碱草根长无明显规律。羊茅根长在根浸提液不同浓度处理时均高于对照，在0.1 g·mL−1时与对照差异极显著（P＜0.01）。小叶棘豆根长在 0.0125～0.05 g·mL−1时均高于对照，而在 0.1 g·mL−1时低于对照，差异不显著（P＞0.05），苗高无明显规律。丝颖针茅苗高和根长在0.025 g·mL−1处理时均高于对照，但差异不显著（P＞0.05），在其他浓度处理时均低于对照。藏北嵩草苗高在0.0125～0.05 g·mL−1处理时均低于对照，且差异显著（P＜0.05），而在0.1 g·mL−1时其高于对照，但差异不显著（P＞0.05）；藏北嵩草根长除0.05 g·mL−1以外，其他浓度处

理均低于对照，尤其在0.0125～0.025 g·mL−1时根长明显降低。根浸提液对黑穗画眉草苗高和根长的作用无明显规律，在0.05 g·mL−1时苗高和根长均明显高于对照且达到最高值。

表2 苗期劲直黄芪根浸提液对8 种植物种子萌发生长的影响Table 2 Effects of water extract of A.strictus root in the seeding stage on seed germination and growth of 8 plants（mean±SD）

劲直黄芪根浸提液对8 种植物苗干重和根干重的化感作用差异很大。在根浸提液不同浓度处理时，天蓝苜蓿苗干重和根干重均低于对照，且苗干重随浸提液浓度的增高呈升高趋势，但除0.0125 g·mL−1时根干重与对照差异显著外（P＜0.05），其余浓度下均不显著（P＞0.05）。垂穗披碱草苗干重在浸提液处理下均低于对照，根干重无明显规律。反之，小叶棘豆和羊茅苗干重均高于对照，根干重在0.0125～0.025 g·mL−1处理时低于对照，而在0.05～0.1 g·mL−1处理时高于对照。紫花针茅苗干重和根干重在浸提液0.0125～0.025 g·mL−1处理时，均低于对照，而在0.05～0.1 g·mL−1处理时均高于对照，但差异不显著（P＞0.05）。丝颖针茅苗干重和根干重在浸提液不同浓度处理时均低于对照，反之，藏北嵩草苗干重均高于对照，根干重在0.025～0.1 g·mL−1处理时高于对照。黑穗画眉草苗干重在0.0125 g·mL−1时高于对照，且差异显著（P＞0.05），而在0.025～0.1 g·mL−1时低于对照，根干重无明显规律。

2.2 苗期劲直黄芪不同浓度根浸提液对8 种植物化感效应指数的影响

苗期劲直黄芪根浸提液对垂穗披碱草、羊茅、紫花针茅和丝颖针茅种子发芽率均具有明显的抑制作用（RI＜0，表3）；而对天蓝苜蓿、小叶棘豆种子发芽率具有促进作用（RI＞0），尤其在0.1 g·mL−1浸提液处理时促进作用更明显，与对照相比，促进率分别为：天蓝苜蓿72.70%、小叶棘豆28.58%。浸提液对藏北嵩草和黑穗画眉草种子发芽率具有低浓度抑制、高浓度促进的作用。这可能是由于劲直黄芪高浓度根浸提液中的化感物质促进了种子在萌发初期所需的胚乳中主要储存物质（主要为淀粉）的水解，从而起到促进其种子萌发的作用。根浸提液对不同植物种子发芽率的化感指数由强至弱的顺序为：丝颖针茅＞紫花针茅＞垂穗披碱草＞藏北嵩草＞羊茅，对黑穗画眉草、小叶棘豆和天蓝苜蓿种子发芽率具有促进作用。

苗期劲直黄芪根浸提液对小叶棘豆发芽势具有促进作用（RI＞0），而对垂穗披碱草、羊茅、紫花针茅和丝颖针茅发芽势均具有抑制作用（RI＜0），对其他植物的发芽势无明显的化感作用。根浸提液对8 种植物发芽势的化感指数由强至弱的顺序为：垂穗披碱草＞羊茅＞紫花针茅＞丝颖针茅，对天蓝苜蓿和小叶棘豆发芽势具有促进作用。

浸提液对羊茅发芽指数表现为促进作用，对紫花针茅发芽指数在0.0125～0.025 g·mL−1时促进，0.05～0.1 g·mL−1时抑制，具有“低促高抑”的双重效应。浸提液对丝颖针茅和藏北嵩草发芽指数均为抑制作用（RI＜0），因而导致两种植物种子发芽时间严重滞后于其他植物，但差异均不显著（P＞0.05）。根浸提液对其他植物发芽指数的影响无明显规律。总之，根浸提液对8 种植物发芽指数的化感作用由强至弱的顺序为：丝颖针茅＞藏北嵩草＞紫花针茅＞黑穗画眉草＞垂穗披碱草＞天蓝苜蓿，对小叶棘豆和羊茅发芽指数具有促进作用。

根浸提液对天蓝苜蓿活力指数具有促进作用，而对紫花针茅和藏北嵩草活力指数表现为抑制作用（RI＜0）。0.1 g·mL−1根浸提液对紫花针茅活力指数的抑制作用最明显，差异极显著（P＜0.01），而0.0125～0.025 g·mL−1对藏北嵩草活力指数的抑制作用最显著（P＜0.05）。0.0125 g·mL−1根浸提液对羊茅活力指数表现为抑制作用（RI＜0），而0.025～0.1 g·mL−1时产生促进作用（RI＞0）。浸提液对垂穗披碱草、小叶棘豆、丝颖针茅和黑穗画眉草活力指数的作用无明显规律。总之，根浸提液对8 种植物活力指数的化感指数由强至弱的顺序为：紫花针茅＞藏北嵩草＞丝颖针茅＞垂穗披碱草＞黑穗画眉草，对天蓝苜蓿、小叶棘豆和羊茅活力指数具有促进作用。

根浸提液对天蓝苜蓿苗高和根长、小叶棘豆和羊茅的根长均具有促进作用（RI＞0），反之对羊茅苗高和紫花针茅苗高、根长均具有抑制作用（RI＜0）。浸提液对紫花针茅苗高和根长的抑制作用随着处理浓度的增高逐渐增强，在 0.1 g·mL−1时，抑制作用最明显。0.0125～0.05 g·mL−1浸提液对小叶棘豆苗高为促进作用（RI＞0），而0.1 g·mL−1时产生抑制作用（RI＜0）。反之，对藏北嵩草苗高在0.1 g·mL−1时产生促进作用，而在0.0125～0.05 g·mL−1时为抑制。综上，根浸提液对8 种植物苗高的化感指数由强至弱的顺序为：藏北嵩草＞紫花针茅＞羊茅＞垂穗披碱草；对根长的化感指数由强至弱的顺序为：紫花针茅＞藏北嵩草＞垂穗披碱草，对其他植物的苗高和根长具有促进作用。

表3 苗期劲直黄芪根浸提液对8 种植物化感效应指数（RI）的影响Table 3 Effects of water extract of A.strictus root in the seeding stage on response index of 8 plants（mean±SD）

苗期劲直黄芪根浸提液对8 种植物苗干重和根干重的影响来看，浸提液对天蓝苜蓿根干重和垂穗披碱草苗干重具有抑制作用。0.0125 g·mL−1根浸提液对天蓝苜蓿苗干重和藏北嵩草根干重具有抑制作用，而在0.025～0.1 g·mL−1时为促进作用。根浸提液对小叶棘豆、羊茅和藏北嵩草苗干重具有促进作用（RI＞0），对小叶棘豆根干重、紫花针茅和丝颖针茅苗干重和根干重在0.05～0.1 g·mL−1时产生促进作用，而在0.0125～0.025 g·mL−1时为抑制。对黑穗画眉草苗干重在0.0125 g·mL−1时为促进，而在0.025～0.1 g·mL−1时为抑制。浸提液对垂穗披碱草、羊茅和黑穗画眉草根干重无明显的影响。

从苗期劲直黄芪根浸提液对8 种植物种子萌发生长的综合化感指数来看（表3），浸提液对天蓝苜蓿、小叶棘豆和羊茅种子萌发生长具有促进作用（SE＞0），而对垂穗披碱草和紫花针茅种子萌发生长具有抑制作用（SE＜0）。其中，0.05～0.10 g·mL−1时对垂穗披碱草种子萌发生长的抑制作用大于0.0125～0.025 g·mL−1；反之对紫花针茅的抑制作用在0.0125～0.025 g·mL−1时较强，但与对照相比差异均不显著（P＞0.05）。0.0125 g·mL−1根浸提液对藏北嵩草种子萌发生长具有明显的抑制作用（SE＜0），而0.025～0.1 g·mL−1时，表现为促进作用（SE＞0）。浸提液对丝颖针茅和黑穗画眉草种子萌发生长的作用无明显规律。

进一步用植物平均敏感指数分析劲直黄芪根浸提液对8 种植物种子萌发生长的化感作用发现（图1），8 种野生植物对劲直黄芪根浸提液的平均敏感性趋势总体为：垂穗披碱草＞紫花针茅＞丝颖针茅，促进作用顺序为：小叶棘豆＞藏北嵩草＞黑穗画眉草＞羊茅＞天蓝苜蓿。

图1 8 种植物对苗期劲直黄芪根浸提液的平均敏感指数Fig.1 The average sensitivity index of 8 plants to the root ex⁃tract of A. strictus

3 讨论与结论

植物化感作用主要通过影响植物种子的萌发和幼苗生长，最终导致植物种群被抑制［25］。研究表明，植物化感作用的强度与浸提液浓度、化感物质种类和受体植物的种类密切相关［26］。本研究中，苗期劲直黄芪根浸提液对西藏野生优势植物天蓝苜蓿、垂穗披碱草、小叶棘豆、羊茅、紫花针茅、丝颖针茅、藏北嵩草和黑穗画眉草种子萌发及幼苗生长具有明显的化感作用，且不同植物对劲直黄芪根浸提液化感作用的响应不同。从苗期劲直黄芪根浸提液对这8 种植物萌发生长的综合化感指数来看，浸提液对天蓝苜蓿、小叶棘豆和羊茅种子萌发生长具有促进作用（SE＞0），反之，其对垂穗披碱草和紫花针茅种子萌发生长具有抑制作用（SE＜0），对丝颖针茅和黑穗画眉草种子萌发生长的作用无明显规律。这与姚树宽等［27］研究假苍耳（Cyclachaena xanthiifolia）不同部位水浸提液对5 种十字花科植物化感作用的结果一致，说明劲直黄芪根浸提液中起化感作用的化感物质具有选择性和依赖性，这可能与物种的进化历史有关［28］，在长期的协同进化过程中，土著植物更习惯于相互之间的化感作用，而当外来植物入侵到一个新的生境时，向环境中释放化感物质，土著植物对其敏感性表现出相对差异性［29］。还有研究表明，同一种植物对不同浓度的化感物质也会产生不同的响应，一般在高浓度时表现为显著的抑制性，而在低浓度时无显著作用或者起到促进作用［30］。本试验中，小叶棘豆活力指数及紫花针茅发芽指数呈现“低促高抑”的双重效应，申时才等［31］研究红薯（Ip⁃omoea batatas）叶片浸提液对5 种主要农田杂草种子萌发及幼苗生长的化感作用中，发现浸提液对受体植物具有在高浓度时抑制、低浓度时促进的双重效应，本研究与此相一致。

本研究仅在实验室条件下，探讨苗期劲直黄芪根浸提液对8 种西藏野生植物种子萌发生长的化感效应发现，根浸提液对不同植物具有明显的化感作用，且具有一定的差异。8 种野生植物对劲直黄芪根浸提液的平均敏感性趋势总体为：垂穗披碱草＞紫花针茅＞丝颖针茅，促进作用顺序为：小叶棘豆＞藏北嵩草＞黑穗画眉草＞羊茅＞天蓝苜蓿。综上，初步判断有毒植物劲直黄芪的蔓延导致垂穗披碱草、紫花针茅和丝颖针茅草场退化的可能性大；另外，在生产上，在劲直黄芪型退化草地的补播改良中，可优先选择藏北嵩草、黑穗画眉草、羊茅、天蓝苜蓿和小叶棘豆等乡土野生优势植物作为主要播种材料进行植被修复，从而为合理抑制有毒植物的持续蔓延以及改良退化草原植被，实现生态系统稳定发展提供依据。