大花金雞菊水浸液對6種常見園林植物種子萌發的化感作用

杜明利，高 巖，張汝民，高群英，傅杭飛

（1.浙江農林大學 園林學院，浙江 臨安 311300；2.浙江農林大學 林業與生物技術學院，浙江 臨安 311300；3.浙江農林大學 浙江省林學基礎實驗教學示范中心，浙江 臨安 311300）

植物在其生長發育過程中，通過莖葉淋溶、根系分泌、地上揮發以及植株殘株的腐解等途徑向環境中釋放次生代謝產物（化學物質），對本身或另一種植物（包括微生物）產生促進或抑制作用，這種現象稱為植物化感作用（簡稱化感作用，allelopathy）[1-2]?；凶饔靡辉~自1937年提出以來[3]，科學工作者對其進行大量卓有成效的探索與研究[4]，但這些研究大多是集中在農業、作物、林業等方面[5]，對園林植物化感作用的研究鮮見報道。目前，園林植物配置大多是借鑒生產和生活經驗，缺乏定性定量的科學依據[6]。隨著近年來中國經濟的快速發展和綠色環保意識的加強，城市園林建設越來越受到廣泛關注和重視。利用化感作用來調整和改善植物之間的相互配置，將會使園林植物的配置更加具有科學性，植物群落演替向更合理的生態結構發展，同時也利于園林人工生態系統的穩定和功能發揮。所以，園林植物的化感作用日漸成為研究的熱點和焦點之一[6]。外來種大花金雞菊Coreopsis grandiflora為菊科Compositae金雞菊屬Coreopsis，多年生草本。原產美洲，作為觀賞植物傳入中國，目前在山東、浙江和云南等全國各地都常見栽培[7-8]。在有些地方因管理不善等原因，大花金雞菊逸生成為野生植物，甚至形成了其單一存在模式，對同區域很多其他植物構成了生存威脅，成為中國主要外來雜草之一[9-11]。造成這種現象的原因可能有很多方面，大花金雞菊對各種環境條件的適應性都比較強，在爭奪水分、養分、陽光等方面也都比較有優勢，還有可能就是大花金雞菊的根葉等部位釋放了化感物質，形成了化感作用。而最近研究表明，化感作用是外來植物入侵成功的最重要機制之一[5]。基于此，選擇了園林常用的外來種大花金雞菊作為研究對象。以大花金雞菊葉及根水浸液為供體，6種本地園林常見地被花卉及草坪草為受體，在人工控制條件下，研究其化感影響，并為其園林配置提供更加符合生態學原理的科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試植物大花金雞菊幼苗由浙江虹越花卉有限公司提供。2009年5月栽植幼苗于浙江農林大學試驗田中。8月大花金雞菊盛花后期，采摘其生長健康的植株葉片，并挖取其根部，帶回實驗室沖洗干凈，陰干后粉碎成粉末，裝袋密封，儲藏備用。

受試植物種子為二月蘭Orychophragmus violaceus，雞冠花Celosia cristata，石竹Dianthus chinensis，狗牙根Cynodon dactylon，結縷草Zoysia japonica和翦股穎Agrostis spp.，由浙江虹越花卉有限公司提供。

1.2 大花金雞菊水浸提液制備

準確稱取大花金雞菊根、葉干粉各5.0 g，分別置于三角瓶中，加入100.0 mL蒸餾水，在25℃條件下浸提48 h（隔12 h搖動5 min），再經4000 r·min-1離心10 min，取上清液，然后用定量濾紙過濾，過濾得大花金雞菊根、葉水浸提液，母液質量濃度為50.0 g·L-1（即100.0 mL水中含有5.0 g植物干物質），保存在4℃冰箱中備用。

1.3 種子培養及處理

將大花金雞菊根、葉浸液稀釋為0.5，5.0，25.0和50.0 g·L-1，用于處理受試植物種子。受試植物種子用10.0 g·L-1高錳酸鉀溶液消毒處理15 min，后蒸餾水反復沖洗（5～6次）至高錳酸鉀完全洗凈。然后，將種子分別培養在底部墊2層濾紙的培養皿中，播種均勻一致的種子50?！っ?1，各種受試植物種子分別加入不同質量濃度大花金雞菊根、葉浸液5.0 mL，對照加入蒸餾水5.0 mL，蓋上蓋。置于溫度為25℃，濕度70%的PQX多段人工氣候箱中培養，加入蒸餾水1.0 mL·d-1。重復3次·處理-1。

1.4 研究方法

以胚根沖破種皮為發芽標準[12]，每天記錄發芽種子的數量，待連續2 d無萌發時，統計發芽率并計算種子發芽指數。發芽率（%）=（規定時間內種子發芽數/供試種子數）×100%。發芽指數（Gi）=∑Gt/Dt。其中，Gt為在第t天的發芽數，Dt為相應的天數[13]。測定結果參照Williamson等[14]的方法計算化感作用效應指數IRI=1-C/T（T≥C）或IRI=T/C-1（T＜ C）。IRI＞ 0為促進，IRI＜ 0為抑制，IRI絕對值的大小與作用強度一致（其中C為對照值，T為處理值）。

參照馬瑞君等[15]的方法處理IRI值，即采用相加平均法，所得結果用M表示。M值用于評價受體植物對化感作用敏感性或供體植物的化感效應，其含義不變，即M＞0為促進，M＜0為抑制。數據的處理過程用式（1）表示：

式（1）中，R為平均敏感指數（M）的級別或層次，α為數據項，n為該級別或層次數據（IRI）的總個數。本研究中M1評價大花金雞菊不同部位水浸液對6種植物發芽率和發芽指數的化感效應；M2評價大花金雞菊不同部位水浸液對6種植物在種子萌發水平的綜合化感效應；M3評價6種植物發芽率和發芽指數對大花金雞菊全株水浸液的綜合敏感性；M4評價各受試植物在萌發水平的綜合敏感性。

1.5 數據分析

采用SPSS 13.0軟件進行數據處理，用Excel做圖。

2 研究結果

2.1 大花金雞菊浸提液對6種植物種子發芽率的影響

狗牙根、翦股穎、結縷草、二月蘭、石竹和雞冠花等6種植物種子分別采用大花金雞菊根浸液和葉浸液處理，統計種子發芽率，結果如圖1所示。

圖1 大花金雞菊根浸液（A）和葉浸液（B）對發芽率的影響Figure1 Effects by aqueous extracts from roots（A） and leaves（B） of Coreopsis grandiflora on germination rate

由圖1-A可見，大花金雞菊根浸液對雞冠花種子發芽率的影響略微，無明顯作用；對石竹發芽率有一定程度的影響，但與對照相比差異不顯著，其中在50.0 g·L－1時抑制率最大，為16.0%；0.5 g·L－1的根浸液對其余4種植物略有抑制作用；5.0 g·L－1的根浸液對翦股穎、結縷草和二月蘭有顯著的抑制作用（P＜0.05）；25.0 g·L－1的根浸液對狗牙根和結縷草有顯著的抑制作用（P＜0.05），對翦股穎有極顯著的抑制作用（P＜0.01）；而50.0 g·L－1的根浸液對翦股穎、結縷草和二月蘭均有極顯著的抑制作用（P＜0.01），對狗牙根、翦股穎、結縷草和二月蘭發芽的抑制率分別為24.33%，38.67%，45.33%和32.22%，其中對結縷草的抑制作用最強，對雞冠花的抑制作用最弱。

圖1-B中，大花金雞菊葉浸液同樣對雞冠花發芽率無明顯影響；對石竹的抑制作用只在50 g·L－1時達到顯著水平（P＜0.05），為24.0%；0.5 g·L－1的葉浸液對這幾種植物均無明顯的抑制作用；5.0 g·L－1葉浸液對翦股穎有顯著的抑制作用（P＜0.05）；25.0 g·L－1和50.0 g·L－1的葉浸液對其余4種植物的抑制作用均達到極顯著水平（P＜0.01），50.0 g·L－1水浸液對狗牙根、翦股穎、結縷草和二月蘭發芽的抑制率分別為39.33%，56.0%，53.33%和46.22%，其中對翦股穎的抑制作用最大，對雞冠花的抑制作用最小。

綜合分析可知，6種植物中有5種的發芽率受到了不同程度的抑制作用，受抑制程度由強至弱依次為翦股穎＞結縷草＞二月蘭＞狗牙根＞石竹；雞冠花的發芽率幾乎未受影響（表2）。

2.2 大花金雞菊浸提液對6種植物種子發芽指數的影響

不同質量濃度大花金雞菊浸提液對幾種受試植物種子發芽指數的抑制作用不同。大花金雞菊根浸液對雞冠花發芽指數無明顯的抑制作用；0.5 g·L－1根浸液對其余幾種植物影響不明顯；5.0 g·L－1根浸液對狗牙根、翦股穎和石竹種子發芽指數的抑制作用較大，呈顯著水平（P＜0.05）；25.0 g·L－1根浸液對結縷草、二月蘭和石竹發芽指數有顯著的抑制作用（P＜0.05），對狗牙根和翦股穎有極顯著的抑制作用（P＜0.01）；50.0 g·L－1根浸液對5種植物的抑制水平呈極顯著 （P＜0.01），其中對翦股穎的抑制率最大，為46.21%，二月蘭的抑制率最小為30.85%（圖2-A）。

圖2 大花金雞菊根浸液（A）和葉浸液（B）對發芽指數的影響Figure2 Effects by aqueous extracts from roots（A） and leaves（B） of Coreopsis grandiflora on germination index

0.5g·L－1大花金雞菊葉浸液對翦股穎種子發芽指數略有促進作用，對其他植物無明顯影響；5.0 g·L－1葉浸液對狗牙根和翦股穎發芽指數有顯著的抑制作用（P＜0.05），對其他植物有一定程度的影響，但作用不明顯；25.0 g·L－1葉浸液對二月蘭的抑制作用呈顯著水平（P＜0.05），對狗牙根、翦股穎、結縷草和石竹呈極顯著水平（P＜0.01）；50.0 g·L－1葉浸液對雞冠花有顯著的抑制作用（P＜0.05），對其余植物發芽指數的抑制作用達到了極顯著水平（P＜0.01），其中對狗牙根抑制作用最大，抑制率為65.39%，對雞冠花抑制作用最小，抑制率為19.67%（圖2-B）。

水浸液對發芽指數的影響普遍強于對發芽率的影響（表1）。綜合分析各處理對6種植物發芽指數IRI值可知，有5種植物受抑制程度大于發芽率IRI值。不同植物的發芽指數值相互間差異較大，化感作用最明顯的是石竹，為－0.65，而雞冠花僅為－0.08。大花金雞菊浸提液對6種植物種子萌發的綜合影響（表1），受試植物種子總化感效應大小依次為結縷草＞翦股穎和二月蘭＞狗牙根＞石竹＞雞冠花。

表1 6種植物對大花金雞菊水浸液化感作用的敏感指數Table1 Assessment of sensitivity of 6 plants to allelopathy of aqueous extracts from leaves and roots of Coreopsis grandiflora

2.3 大花金雞菊根、葉水浸液的作用差異

綜合分析根和葉水浸液對6種植物發芽率和發芽指數的化感作用表明（表2），大花金雞菊2種水浸液分別對發芽率和發芽指數的影響，均是葉浸液比根浸液作用較大，其中，對發芽率的平均IRI值根浸液和葉浸液分別為－0.29和－0.38，對發芽指數為－0.40和－0.53。2種水浸液對發芽率和發芽指數的總體化感效應同樣是葉略強于根，葉片IRI均值為－0.45，而根為－0.34，葉的化感作用強度是根的1.3倍。

3 討論

化感作用普遍存在于植物群落演替中，是植物生存競爭的重要手段之一，尤其是對外來入侵植物而言，化感作用是其與本土物種競爭的一項重要優勢[5]。菊科植物的許多屬、種普遍存在化感作用，而對中國生態環境造成極大危害的16種外來物種中，紫莖澤蘭Eupatorium adenophorum，豚草Ambrosia artemisiifolia，微甘菊Mikania micrantha，飛機草Eupatorium odoratum均為菊科植物[16]。本研究證明，同屬菊科植物的外來種大花金雞菊對6種本地常見植物種子萌發存在明顯的抑制作用，這與前人的研究結果一致[17－20]。據此推斷，大花金雞菊具有化感作用潛勢，這與其擴散快，易形成單優群落可能密切相關。

表2 大花金雞菊根、葉水浸液化感作用效應比較Table2 Comparison of allelopathic potentials of aqueous extracts from roots and leaves of Coreopsis grandiflora to 6 plants

種子萌發是種子植物生長、繁衍的重要途徑，是其生命進程的開始。種子發芽數減少和發芽速度減慢必然會影響植物種群的生存競爭與擴大繁衍[15]。梅玲笑等[21]，方芳等[22]研究發現加拿大一枝黃花Solidago canadensis具有明顯的化感作用，對其他植物的生長發育造成了嚴重影響；佛羅里達迷迭香Ceratiola ericoides提取液對本地共存植物種子萌發具有抑制作用，化感作用可能是佛羅里達迷迭香生長區砂土裸露的部分原因[23]。大花金雞菊浸提液對6種植物均產生了不同程度的抑制作用，而且多數達到了顯著及極顯著水平，說明大花金雞菊可能具有較普遍的化感作用。不同受體植物對化感作用的反應不同，其中雞冠花的種子萌發幾乎未受影響，這可以為大花金雞菊與其他植物配置提供一定參考，但還需要進一步的研究。

大花金雞菊根浸液和葉浸液均對浙江6種園林植物存在顯著化感作用。化感效應隨提取液質量濃度增加而增強，與根相比，葉浸液對幾種植物的抑制作用更明顯，這可能與不同器官化感物質種類及含量不同有關[19]。說明大花金雞菊葉片含有更多或活性更強且較穩定的化感物質，這與已有研究結果相同[24－25]。在自然條件下，植物地上部分化感物質可以通過雨水淋溶方式進入周圍土壤；地下部在雨水或雪水浸泡下，體內化感物質也可以逐漸滲入土壤。由此，可以推斷雨水淋溶可能是大花金雞菊向環境釋放化感物質的有效途徑之一，當土壤中化感物質積累到一定質量濃度時，將對周邊植物種子萌發產生影響。

[1]RICE E.Allelopathy [M].2nd ed.New York：Academic Orlando，1984.

[2]INDERJIT K L，DUKE S O.Ecophysiological aspects of allelopathy [J].Planta，2003，217：529 － 539.

[3]孔垂華.植物化感作用研究中應注意的問題[J].應用生態學報，1998，9（3）：332－336.KONG Cuihua.Problems needed attention on plant allelopathy research [J].Chin J Appli Ecol，1998，9 （3）：332 －336.

[4]孔垂華，胡飛.化感作用及其應用[M].北京：農業出版社，2001.

[5]ZENG Rensen，MALLIK A U，LUO Shiming.Allelopathy in Sustainable Agriculture and Forestry [M].Berlin：Springer Verlag，2008.

[6]張嵐，高素萍.園林植物化感作用研究現狀與問題探討[J].浙江林學院學報，2007，24（4）：497－503.ZHANG Lan，GAO Suping.Review of researches on allelopathy of ornamental plants [J].J Zhejiang For Coll，2007，24 （4）：497 － 503.

[7]林熔，陳藝林，石鑄.中國植物志：第75卷[M].北京：科學出版社，1979：364－365.

[8]鄭朝宗.浙江植物志：第6卷[M].杭州：浙江科學技術出版社，1993：257.

[9]賴秀雅，吳慶玲，李想，等.浙江歸化植物新資料[J].溫州大學學報，2008，29（5）：13－16.LAI Xiuya，WU Qingling，LI Xiang，et al.New records of naturalized plant in Zhejiang Province [J].J Wenzhou U-niv，2008，29 （5）：13 － 16.

[10]傅俊范.中國外來有害生物入侵現狀及控制對策[J].沈陽農業大學學報，2005，36（4）：387－391.FU Junfan.Current status of invasive alien pests in China and control strategies [J].J Shenyang Agric Univ，2005，36（4）：387 － 391.

[11]梁玉.外來種大花金雞菊入侵的影響因子及其遺傳多樣性研究[D].濟南：山東大學生命科學學院，2007.LIANG Yu.The Study on Factors Influencing Invasions and Genetic Diversity in Alien Species Coreopsis grandiflora Hogg [D].Jinan：Shandong University.College of Life Science，2007.

[12]金銀根.植物學[M].北京：科學出版社，2006.

[13]LEATHER G R，EINHELLIG F A.Bioassays in the Study of Allelopathy [M].New York：John Wiley&Sons，1986：133－145.

[14]WILLIAMSON G B，RICHARDSON D.Bioassays for allelopathy：measuring treatment responses with independent controls [J].J Chem Ecol，1988，14 （1）：181 － 187.

[15]馬瑞君，王明理，趙坤，等.高寒草場優勢雜草黃帚橐吾水浸液對牧草的化感作用[J].應用生態學報，2006，17 （5）：845 － 850.MA Ruijun，WANG Mingli，ZHAO Kun，et al.Allelopathy of aqueous extract from Ligularia virgaurea，a dominant weed in psychrograssland on pasture plants [J].Chin J Appl Ecol，2006，17 （5）：845 － 850.

[16]周凱，郭維明，徐迎春.菊科植物化感作用研究進展[J].生態學報，2004，24（8）：1776－1784.ZHOU Kai，GUO Weiming，XU Yingchun.Advances of research on allelopathic potential in compositae [J].Acta Ecol Sin，2004，24 （8）：1776－ 1784.

[17]王大力，祝心如.三裂葉豚草的化感作用研究[J].植物生態學報，1996，20（4）：330－337.WANG Dali，ZHU Xinru.Allelopathic research of Ambrosia trifid [J].Acta Phytoecol Sin，1996，20 （4）：330 － 337.

[18]聶呈榮，曾任森，駱世明，等.三裂葉蟛蜞菊對水稻化感作用的初步研究[J].作物學報，2004，30（9）：942－946.NIE Chengrong，ZENG Rensen，LUO Shiming，et al.Allelopathic potentials of Wedelia trilobata L.on rice [J].Acta Agron Sin，2004，30 （9）：942－ 946.

[19]胡飛，孔垂華.勝紅薊化感作用研究（I）水溶物的化感作用及其化感物質分離鑒定[J].應用生態學報，1997，8（3）：304 － 308.HU Fei，KONG Chuihua.Allelopathy of Ageratum conyzoides（Ⅰ） allelopathy of Ageratum conyzoides aqueous extract and isolation and identification of its allelochemicals [J].Chin J Appl Ecol，1997，8 （3）：304 － 308.

[20]馬瑞君，李剛，朱慧，等.箭葉橐吾水溶物對9種牧草種子化感作用研究[J].草業學報，2007，16（6）：83－93.MA Ruijun，LI Gang，ZHU Hui，et al.Allelopathic effects of aqueous extracts from Ligularia sagitta on seed of nine pasture plants [J].Acta Pratac Sin，2007，16 （6）：83 － 93.

[21]梅玲笑，陳欣，唐建軍.外來雜草加拿大一枝黃花對入侵地植物的化感效應[J].應用生態學報，2005，16（12）：2379－2382.MEI Lingxiao，CHEN Xin，TANG Jianjun.Allelopathic effects of invasive weed Solidago canadensis on native plants[J].Chin J Appl Ecol，2005，16 （12）：2379 － 2382.

[22]方芳，郭水良，黃華，等.開花期加拿大一枝黃花水浸提液對3種作物種子萌發和幼苗生長的影響[J].植物研究，2007，27（5）：569－573.FANG Fang，GUO Shuiliang，HUANG Hua，et al.On effects of maceration extract from Solidago canadensis in flower period on seed germination and grow of three crops [J].Bull Botl Res，2007，27 （5）：569 － 573.

[23]REBECCA E H，ERIC S M.Allelopathic effects of Ceratiola ericoides（Empetraceae）on germination and survival of six Florida scrub species [J].Plant Ecol，2008，198：47 － 59.

[24]TURK M A，TAWAHA A M.Inhibition effect of aqueous extract of black mustard on gerninalion and growth of lentil park [J].J Agron，2002，1 （1）：28 － 30.

[25]TURK M A，TAWAHA A M.Allelopathy effect of black mustard（Brassica nigar L.） on germination and growth of wild oat（Avena fatua L.）[J].Crop Prot，2003，22：673 － 677.