蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰的化感作用

杨 柳，王新宇，张 航，张廷秀，杨成君

（东北林业大学林学院，哈尔滨 150040）

0 引言

蒙古栎树(Quercus mongolica)为壳斗科栎属落叶乔木。国家二级保护树种，是东北次生落叶阔叶林的主要组成树种[1-3]。蒙古栎广泛分布在北美至中美及南美北部、亚欧及周围地区[4]。在中国主要分布于东北、华北和西北各地，华中地区也有小范围分布[5]。蒙古栎喜光、耐严寒且耐干旱性强，对于酸至中性的土壤均可适应[6]。蒙古栎是营造防风林、防火林、水源涵养林的优良树种，也常作为观赏树种而被广泛应用于城市的绿化中[7]，对国民经济和生态环境都具有很高的价值。蒙古栎树的根蘖繁殖和适应能力强，能够影响植物多样性，其林下及其周围少有其他植物能够健康生长。目前对于蒙古栎的研究集中在林分结构、林分抚育[8]、生理生态特性[9]、凋落物分解[10]等方面，有关蒙古栎化感作用的研究很少。二月兰广泛分布于国内东北及华北地区，常为野生状态，适应性和自播能力强，少有病虫害，常作为园林阴处或林下植被。二月兰对环境要求低，可适应中性或弱碱性土壤，在阴湿环境中也能正常生长、开花、结实。综合考虑二月兰的生长性状后，选择其作为研究蒙古栎枯叶化感作用的受体植物。

化感作用(allelopathy)是指植物在生长发育的过程中，一种植物通过淋溶、根系分泌、挥发和植物分解等多种方式向周围环境中释放化感活性物质，进而影响自身或邻近有机体（受体）生长和发育的化学生态学现象[11]。化感现象广泛存在于植物界中，如禾本科、豆科和十字花科等都具有化感作用[12]，因此化感作用对生态系统有着重要的影响[13]。通常使用植物器官的浸提液处理其他植物，从而探究化感效应，推断是否具有化感活性物质[14-15]。如麻栎枯落物水提液对火炬树种子发芽率具有抑制作用[16]；英国栎和辐射松的枯落物可产生CO2和甲烷气体，这对植物生长产生明显的抑制作用，影响植物种子的萌发[17]；核桃鲜叶挥发的物质明显抑制小麦和黄瓜种子的萌发[18]；香樟凋落叶分解会对矮牵牛的生长产生影响[19]。笔者以蒙古栎枯叶为对象，以二月兰为受体植物，研究不同的浓度梯度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰种子萌发及幼苗生长的影响，以明确蒙古栎树对二月兰的化感方向及化感效应，为合理定制种植模式提供实验依据，同时改善蒙古栎树林下植被稀少、生物多样性低等问题，充分发挥蒙古栎树的利用价值，为其在造林中的合理应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为生长良好、无病虫害且长势大致相同的蒙古栎树植株的枯叶，采集于哈尔滨市东北林业大学主楼前。2019年12月从主楼前取蒙古栎枯叶带回实验室，冲洗干净，在通风处阴干，装袋密封，贮藏备用。受体材料选择粒大饱满的二月兰种子，于2019年9月采集于东北林业大学校园内。装袋避光保存备用。

1.2 试验方法

1.2.1 蒙古栎枯叶水浸提液的制备 准确称取100 g健康的蒙古栎枯叶用粉碎机粉碎成粉末，放入1500 mL锥形瓶中，加入1000 mL无菌水，在室温下浸泡48 h（期间每隔12 h摇动5 min）。所得溶液用4层纱布过滤，将滤液收集到离心管内，4000 r/min离心10 min，然后将上层清液吸出，得到浓度为0.10 g/mL的母液，保存在冰箱4℃条件下备用。试验前将粗提液分别用无菌水配制成0.10、0.08、0.06、0.04、0.02 g/mL浓度梯度处理组，以蒸馏水为对照。

1.2.2 种子萌发试验 选取籽粒饱满、大小均匀的二月兰种子，用浓度为75%的乙醇消毒3 min，再用无菌水冲洗3～5次，将种子用无菌滤纸沥干水备用。将处理好的二月兰种子均匀放置在垫有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿中放30粒均匀一致的种子，每个处理3次重复，分别定量加入5 mL不同浓度的蒙古栎枯叶水浸提液，同一浓度重复3次，以蒸馏水为对照[20]，置于(25±1)℃的培养箱中进行种子发芽试验，光周期条件为16 h光照和8 h黑暗。依据滤纸湿度情况，每1～2天补充相应浓度的处理液，保持滤纸湿润。每天观察记录种子发芽数，标准为胚根突出种皮的长度为种子长度的一半，待种子发芽恒定后（5天内不再有新种子萌发）统计发芽总数。试验结束时用刻度尺测量萌发后的根长、苗长，每个处理随机测量5株，求得平均值，最后分析其化感综合效应。通过采用Williamson提出化感响应敏感指数(RI)衡量化感作用指标[式(4)]，化感综合效应(SE)为各项化感效应指数的算术平均值[21]。

式中，C是对照值，T是处理值，RI是化感作用的强度，正向是促进效应，负向是抑制，其绝对值反映了化感作用的强度。

1.2.3 试验的试剂与仪器 研究中所使用到的主要试剂有蒸馏水、75%的乙醇。仪器包括万能粉碎机、离心机、恒温震荡摇床、100目筛。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003软件进行数据记录与统计，运用SPSS软件对数据进行方差分析和邓肯法比较，显著性水平设定为a=0.05，运用Microsoft Excel 2003作图。

2 结果与分析

由图1～2可知，不同浓度梯度的蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰种子发芽率整体的表现为抑制作用，并表现出明显的浓度效应。表1分析表明，在浓度为0.02、0.04 g/mL时对种子发芽率表现出轻微的抑制作用，分别比对照组降低了2.2%、11.1%，与对照组相比抑制作用不显著(P＞0.05)。在浓度为0.06、0.08、0.10 g/mL时，分别比对照组降低了23.2%、36.7%、65.6%，且与对照相比差异显著(P＜0.05)。由化感效应指数结果也可看出，水提液浓度增加，化感效应指数不断减小，表现为抑制作用。

图1 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰发芽率的影响

图2 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰种子萌发的影响的对比

由图3可知，枯叶水浸提液处理组二月兰种子的发芽势均低于对照组，且随着水浸提液浓度的逐渐提升，二月兰种子的发芽势逐渐降低。说明在发芽初期，随着蒙古栎枯叶水浸提液的浓度逐渐增大，抑制作用逐渐加强。表1分析表明，枯叶水浸提液处理二月兰发芽势分别比对照组降低了29.9%、71.3%、79.3%、95.4%和100%，与对照组差异显著(P＜0.05)。由化感效应指数结果也可看出，水浸提液浓度增加，化感效应指数不断减小，在浓度为0.10 g/mL时，化感效应指数达到了-1.00，抑制作用最强。

表1 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰种子萌发的影响

图3 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰发芽势的影响

由图4可知，不同浓度梯度的蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰种子发芽指数表现为抑制作用，并表现出明显的浓度效应，即随着浓度的升高，其发芽指数不断降低，呈负相关关系。表1分析表明，在浓度为0.02 g/mL时枯叶水浸提液对种子发芽指数表现出轻微的抑制作用，比对照组降低了13.8%，与对照组相比抑制作用不显著(P＞0.05)。在浓度为 0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL时，分别比对照组降低了44.9%、59.8%、75.5%、92.9%，且与对照相比差异显著(P＜0.05)。由化感效应指数结果也可看出，枯叶水浸提液浓度增加，化感效应指数不断减小，表现为抑制作用。

图4 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰发芽指数的影响

图5 结果表明，水浸提液对二月兰种子根长的影响存在浓度效应。随着水浸提液质量浓度的增加，二月兰种子的根长整体表现出降低的趋势，且当浓度达到最大0.10 g/mL时，根长为0.00，种子仅处于发芽初始状态。由表2分析可知，在水浸提液浓度为0.02 g/mL时，根长比对照组降低了5.76%，与对照相比不显著(P＞0.05)；水浸提液浓度为0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL时，分别比对照组降低了41.0%、79.1%、87.1%、100%，各浓度间差异显著(P＜0.05)。水浸提液处理组在浓度为0.10 g/mL时化感指数最高为-1.00。二月兰种子根长对蒙古栎枯叶水浸提液浓度变化比较敏感，表现出了明显的抑制效果。

图5 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰根长的影响

表2 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰幼苗生长的影响

由图6可知，不同浓度的蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰苗长表现出低浓度促进、高浓度抑制的作用。分析表2可知，水浸提液在0.02、0.04 g/mL浓度下对幼苗苗长生长有促进作用，相比于对照组的苗长增加了28.3%和18.9%；当水浸提液浓度达到0.06、0.08、0.10 g/mL时，对苗长的生长产生抑制作用，与对照组相比降低了4.7%、51.2%、100%。随着浓度的增加，化感作用不断增强，浓度为0.10 g/mL时，化感指数为-1.00，种子仅处于发芽初始状态，抑制作用极显著(P＜0.05)。

图6 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰苗长的影响

采用发芽率、发芽势、发芽指数、根长、苗长5个指标的化感效应指数计算蒙古栎枯叶水浸液对二月兰种子的化感综合效应(SE)。由图7可知，化感综合效应均为负值，且随着浓度的升高，绝对值变大，因此蒙古栎枯叶水浸液对二月兰种子的影响均表现为抑制作用，且表现出明显的浓度效应。

图7 不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰的化感综合效应

3 结论

试验采用培养皿滤纸法，对二月兰种子在不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液处理后的化感作用做了初步研究。发现处理后的二月兰种子无论是在种子萌发及幼苗生长上都受到了不同程度的影响，且不同浓度的蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰存有不同程度的化感作用，具有浓度效应。二月兰种子萌发方面，不同浓度梯度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰种子发芽率、发芽势和发芽指数整体表现为抑制作用，它可以降低二月兰种子的发芽率，影响发芽整齐度，抑制根长和苗长的增长。当浓度为0.02 g/mL时，蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰的抑制作用不显著，随着浓度的增加，抑制作用增强，当浓度＞0.02 g/mL时抑制作用显著，浓度最高时化感作用最强。在幼苗生长方面，各处理组蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰种子根长生长均有抑制作用，当浓度＞0.02 g/mL时化感作用达到显著水平。而蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰苗长的生长表现出“低促高抑”的效果，水浸提液在0.02、0.04 g/mL浓度下对幼苗苗长生长有促进作用；当水浸提液浓度达到0.06、0.08、0.10 g/mL时，对苗长的生长产生抑制作用，且随着浓度的增加，化感作用不断增强；浓度为0.10 g/mL时，根长、苗长的化感指数均为-1，种子仅处于发芽初始状态，抑制作用极显著。不同浓度蒙古栎枯叶水浸提液对二月兰的化感综合效应值为负值，且表现出明显的浓度效应。

4 讨论

化感作用是植物在生态系统中的一种竞争方式，植物产生的分泌物影响受体植物的种子萌发和幼苗生长，进而形成了种间竞争关系[22]。通过有机溶剂浸提植物器官或组织来验证化感潜力的方法严格来说是不科学的，植物在自然生长环境中，水作为溶剂将植物中的化学物质通过淋溶作用溶解于土壤等环境中[23]，化感物质在水中的饱和溶解度是植物所能释放的最高浓度。因此本研究选用水浸提液设计化感验证实验，这与赵勇等[24-28]选用的方法一致。

植物通过向周围环境释放化感活性物质，影响种子萌发及幼苗生长发育的程度被视为衡量化感效应强弱的重要指标[29-31]。本研究结果表明，蒙古栎枯叶的水浸提液对二月兰的化感作用是随浓度变化而变化的，具有一定的浓度效应。说明蒙古栎枯叶中存在抑制种子萌发的物质，影响种子的正常生理进程。

国内森林资源总量丰富，森林经营是林业建设的重要方式[32]，不正常、不健康的森林经营方式会对森林生态系统有负面作用。植物间的化感抑制作用常会对森林经营产生干扰。故而对蒙古栎枯叶水浸提浓度梯度进行研究，较好地模拟自然条件下蒙古栎树对受体植物的化感作用。但是笔者仅从种子萌发和幼苗生长阶段对蒙古栎枯叶的化感作用作了初步研究，后期将会对生理指标及成分进行测定，进而更加全面地探讨蒙古栎树的化感方向，为其在造林中的合理应用提供参考。