白三葉化感作用的物候規(guī)律與關(guān)鍵部位

雷　霆，高素萍，謝　苑，楊麗娟

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林研究所， 四川 成都　611130)

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·生命科學(xué)·

白三葉化感作用的物候規(guī)律與關(guān)鍵部位

雷霆，高素萍，謝苑，楊麗娟

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 園林研究所， 四川 成都611130)

研究白三葉化感作用的物候特征和主要部位。在白三葉返青、開(kāi)花、種子成熟與枯黃4個(gè)物候期,用其葉、根-匍匐莖與根際土壤制備成水浸提液,而后處理受體(高羊矛)種子。種子成熟期提取液使受體種子萌發(fā)能力與幼苗形態(tài)最小。返青與枯黃期提取液使受體幼苗生物量顯著降低。葉片提取液顯著削弱了受體種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)。根-匍匐莖與根際土提取液抑制作用較弱。當(dāng)RI<0時(shí),RI葉片小于RI根-匍匐莖和RI根際土。白三葉化感作用效應(yīng)依賴(lài)于物候期,生殖生長(zhǎng)期白三葉化感作用對(duì)受體種子萌發(fā)與幼苗形態(tài)抑制作用最強(qiáng),營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期對(duì)受體幼苗生物量抑制效應(yīng)最大;葉片可能是最主要的化感物質(zhì)儲(chǔ)存部位。

白三葉;化感作用;物候

白三葉(TrifoliumrepensL.)屬豆科多年生宿根草本植物,是重要牧草和觀賞草,但由于其很強(qiáng)的侵占性,已經(jīng)被我國(guó)定為入侵植物[1]。白三葉侵入禾本科草坪主要依賴(lài)于獲得更多的光、水和營(yíng)養(yǎng)[2],而化感作用可能是另一個(gè)重要原因[3-4]。白三葉水提取液中含有酚類(lèi)化合物[5-6],可抑制其他植物繁殖和生長(zhǎng),認(rèn)為其具有化感作用[5-8]。目前對(duì)白三葉化感作用的研究主要集中在化感物質(zhì)的類(lèi)型[9]和對(duì)不同受體植物的影響[6,8]。然而化感作用通常只發(fā)生在植物生活史中一段時(shí)期[10]。白三葉的化感作用是否也存在階段性，其化感物質(zhì)的分布如何?尚無(wú)報(bào)道,本研究試圖揭示化感作用在白三葉的生活史中如何變化以及化感物質(zhì)的空間分布特點(diǎn),可進(jìn)一步解釋白三葉入侵的時(shí)空變化問(wèn)題,為牧草生產(chǎn)有效管理和園林景觀應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

以白三葉(T.repensL.)為供體,高羊茅(Festucaarundinacea)為受體。在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安校區(qū)老板山,于自然生長(zhǎng)的白三葉返青、開(kāi)花、種子成熟和枯黃4個(gè)物候期,采用隨機(jī)取樣的方法,收集葉片、根-匍匐莖和根際土壤。

1.2白三葉浸提液的制取

1)分別取白三葉的葉和根-匍匐莖(切成2cm長(zhǎng)),按鮮重100g加500mL超純水于20℃浸泡40h。依次使用濾紙和0.45 μm 濾膜過(guò)濾獲得0.2g/mL的母液。稀釋為0.1g/mL,放入4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

2)抖根法收集根際土壤,過(guò)篩網(wǎng)去除根際土中殘留的須根等。取風(fēng)干的根際土,研磨后過(guò)篩,以100g加500mL超純水的比例裝入試劑瓶,振蕩90min,于20℃放置40h,再用雙層濾紙過(guò)濾,獲得0.2g/mL的母液。稀釋為0.1g/mL,放入4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)測(cè)定

在15cm的培養(yǎng)皿中放入兩層濾紙,加入15mL水浸提液(對(duì)照加超純水),每處理100粒飽滿(mǎn)的高羊茅種子,重復(fù)3次。培養(yǎng)條件20℃恒溫,光照12h黑暗12h,并補(bǔ)充適量水浸液(對(duì)照加清水)。胚根突破種皮2～3mm記為萌發(fā)。幼苗生長(zhǎng)15d后,每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)抽取20株幼苗,測(cè)量株高與根長(zhǎng),然后測(cè)定20株幼苗生物量。

發(fā)芽率 (%)=(7d內(nèi)萌發(fā)種子數(shù)/種子總數(shù))×100%;發(fā)芽勢(shì) (%)=(3d內(nèi)萌發(fā)種子數(shù)/種子總數(shù))×100%。化感指數(shù)(RI)[11]:RI=1-C/T (T≥C);RI=T/C-1 (T 0,表明促進(jìn),RI < 0,表明抑制。

1.4統(tǒng)計(jì)分析方法

先用各處理觀測(cè)值除以對(duì)應(yīng)時(shí)期的對(duì)照值得到相對(duì)值,對(duì)照記為100%,使用Two-way ANOVA模型分析取樣部位和不同時(shí)期水浸提液對(duì)受體的影響(不計(jì)算對(duì)照);采用one-way ANOVA 模型分析同一時(shí)期不同部位水浸提液對(duì)高羊茅種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的影響(計(jì)算對(duì)照);采用Duncan′s Multiple Range Test在0.05水平上進(jìn)行多重比較。統(tǒng)計(jì)軟件為SAS 9.2。

2　結(jié)果與分析

2.1白三葉水提取物對(duì)高羊茅種子萌發(fā)的影響

白三葉水浸提液對(duì)受體種子發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)的作用效應(yīng)受取樣時(shí)期和部位顯著影響(表1)。

表1白三葉不同時(shí)期與部位水浸提液對(duì)高羊茅種子和幼苗影響兩因素方差分析表

Tab.1Results of the two-way ANOVA for the effects ofT.repenswater extracts from different stages and parts treatments and their interactions onF.arundinaceaseeds and seedlings

統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目變異來(lái)源時(shí)期部位交互萌發(fā)率df326F528.0930.4811.97p<0.0001<0.0001<0.0001發(fā)芽勢(shì)df326F807.0713.8541.01p<0.0001<0.0001<0.0001苗高df326F32.5531.7717.13p<0.0001<0.0001<0.0001根長(zhǎng)df326F35.9336.218.67p<0.0001<0.0001<0.0001平均生物量df326F218.4178.1137.48p<0.0001<0.0001<0.0001

種子成熟期水浸提液處理使受體種子萌發(fā)率與萌發(fā)勢(shì)均最低;枯黃期水浸提液卻促進(jìn)受體種子萌發(fā)(表2)。除枯黃期外的3個(gè)時(shí)期,葉片提取液都顯著抑制種子萌發(fā)(圖1)。當(dāng)白三葉RI<0時(shí),葉片對(duì)萌發(fā)的RI都為同時(shí)期內(nèi)最小值(表3)。處于生殖生長(zhǎng)時(shí)期的白三葉不同部位的水浸提液對(duì)受體種子萌發(fā)都具有顯著的抑制作用,葉片提取液抑制作用最強(qiáng)。

A=萌發(fā)率 Germination rate, B=發(fā)芽勢(shì)Germination energy, C=苗高 Seedling height, D=根長(zhǎng) Root length, E=平均生物量 Average biomass。CK=對(duì)照 Control, L=葉片 Leaf, R-S=根-匍匐莖 Root-Stolon, RhS=根際土壤 Rhizosphere Soil同時(shí)期內(nèi)數(shù)據(jù)不同小寫(xiě)字母表示在P < 0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。圖1　白三葉水浸提液對(duì)高羊茅種子和幼苗的影響Fig.1　The effects of T. repens the water extracts on the seeds and seedlings of F. arundinacea

2.2白三葉水提取物對(duì)高羊茅幼苗形態(tài)的影響

不同取樣時(shí)期與部位的白三葉水浸提液對(duì)高羊茅幼苗高度與根長(zhǎng)有顯著影響(表1)。種子成熟期水浸提液顯著抑制受體苗高,返青、開(kāi)花和種子成熟3個(gè)時(shí)期水浸提液都使根長(zhǎng)下降,種子成熟期RI<0且顯著低于其他時(shí)期(圖1,表2)。當(dāng)白三葉RI<0時(shí),RI葉片

2.3白三葉水提取物對(duì)高羊茅生物量影響

白三葉對(duì)高羊茅幼苗生物量的影響依賴(lài)于采樣時(shí)期和部位變化(表1)。高羊茅生物量受返青期與枯黃期白三葉水提液抑制,受花期與種子成熟期水提取液促進(jìn),枯黃期抑制作用最顯著,(表2)。白三葉各時(shí)期葉片提取液都減少了高羊茅生物量,RI葉片最小(圖1,表3)。白三葉提取液顯著削弱了高羊茅營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累,返青與枯黃期抑制效應(yīng)最強(qiáng);葉片對(duì)生物量抑制效應(yīng)強(qiáng)于根-匍匐莖和根際土。

表2不同采樣時(shí)期水浸提液對(duì)高羊茅種子與幼苗的影響

Tab.2The effects ofT.repenswater extracts from different stages onF.arundinaceaseeds and seedlings

處理萌發(fā)率發(fā)芽勢(shì)苗高根長(zhǎng)平均生物量返青期CK0.000b0.000a0.000a0.000a0.000aL-0.023c-0.253c0.012a-0.167b-0.053bR-S-0.005b-0.176b0.024a-0.007a0.013aRhS0.037a0.045a0.005a-0.083a-0.146c花期CK0.000b0.000a0.000c0.000a0.000cL-0.054c-0.22d0.002bc-0.116b-0.081dR-S0.036a-0.026b0.035b-0.018a0.123bRhS0.043a-0.084c0.071a0.017a0.177a種子成熟期CK0.000a0.000a0.000a0.000a0.000bL-0.067c-0.203b-0.078b-0.191c-0.086cR-S-0.022ab-0.176b-0.070b-0.187c0.004bRhS-0.039b-0.177b-0.067b-0.061b0.153a枯黃期CK0.000b0.000d0.000b0.000b0.000aL0.181a0.376a-0.074c-0.041b-0.260cR-S0.162a0.266c-0.045bc-0.039b-0.259cRhS0.175a0.313b0.132a0.141a-0.154b

CK=對(duì)照 Control, L=葉片 Leaf, R-S=根與匍匐莖 Root-Stolon, RhS=根際土壤 Rhizosphere Soil。同時(shí)期內(nèi)同列數(shù)據(jù)不同小寫(xiě)字母表示在P< 0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3白三葉不同采樣部位水浸提液對(duì)高羊茅的化感指數(shù)

Tab.3The allelopathy reactive index ofT.repenswater extracts from different parts onF.arundinacea

統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目時(shí)期返青期花期種子成熟期枯黃期萌發(fā)率%100.35b100.94b95.78c120.93aRI0.008b0.003b-0.043c0.173a發(fā)芽勢(shì)%87.27b88.73b81.49c147.47aRI-0.128b-0.110b-0.186c0.318a苗高%101.45a103.84a93.13b101.11aRI0.014ab0.036a-0.072c0.004b根長(zhǎng)%90.89c96.16b85.02d102.81aRI-0.086c-0.039b-0.146d0.020a平均生物量%93.98c109.18a103.34b77.21dRI-0.062c0.073a0.024b-0.225d

同行數(shù)據(jù)不同小寫(xiě)字母表示在P< 0.05水平差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。(處理數(shù)值/對(duì)照)×100%。

3　討　論

植物化感作用是廣泛存在的重要生態(tài)機(jī)制。自然環(huán)境中化感作用是多種化學(xué)物質(zhì)的共同作用結(jié)果,因此,實(shí)驗(yàn)中使用粗提液比一種確定的化合物作用于受體植物更接近真實(shí)情況。因供體材料提取物來(lái)源和濃度差異,化感作用會(huì)表現(xiàn)出促進(jìn)和抑制兩種效應(yīng)[6,8]。本研究表明白三葉對(duì)高羊茅的化感作用效應(yīng)因取材物候期和部位的差異表現(xiàn)出抑制和促進(jìn)兩種效應(yīng),以抑制效應(yīng)為主,證明白三葉各部位的化感作用有差異,并且隨著自身物候期變化而改變。

化感作用是植物對(duì)環(huán)境變化的一種適應(yīng)[10],那么化感作用是否是一種主動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)策略呢?本實(shí)驗(yàn)中白三葉生殖生長(zhǎng)期提取液恰好對(duì)受體種子萌發(fā)顯著抑制,但促進(jìn)生物量積累;而在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期內(nèi),對(duì)受體生物量積累顯著抑制,但對(duì)種子萌發(fā)表現(xiàn)為促進(jìn)或者微弱的抑制。抑制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng),導(dǎo)致生殖生長(zhǎng)供養(yǎng)不充分。抑制種子萌發(fā),意味著種群更新障礙。因此,依賴(lài)于化感作用,在生殖生長(zhǎng)期白三葉抑制其他植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng),在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期削弱周?chē)参锷锪糠e累,這樣的化感作用物候特征可能是其入侵或競(jìng)爭(zhēng)的生態(tài)對(duì)策。

白三葉葉片提取液有80%情況為RI<0,并且當(dāng)RI<0時(shí)RI葉片最小;即使RI>0時(shí),葉片促進(jìn)作用也最弱。根-匍匐莖提取液RI<0的情況有60%,根際土僅35%機(jī)會(huì)RI<0。一方面,證明受體植物的感受位點(diǎn)對(duì)化感作用的敏感性不同,或者說(shuō)化感作用對(duì)受體植物生理過(guò)程也具有選擇性和特異性。另一方面,也證明葉片可能是白三葉化感成分重要的儲(chǔ)存庫(kù)。

[1]XU H G, QIANG S, GENOVESI P, et al. An inventory of invasive alien species in China[J].NeoBiota, 2012, 15：1-26.

[2]TUKEY H B. Implications of allelopathy in agricultural plant science[J].The Botanical Review, 1969, 35(1)：1-16.

[3]BAIS H P, VEPACHEDU R, GILROY S, et al. Allelopathy and exotic plant invasion: from molecules and genes to species interactions[J]. Science, 2003, 301(5)：1377-1380.

[4]ABHILASHA D, QUINTANA N, VIVANCO J, et al. Do allelopathic compounds in invasive Solidago canadensis s.l. restrain the native European flora? [J]. Journal of Ecology, 2008, 96：993-1001.

[5]朱旺生, 沈益新. 白三葉和高羊茅對(duì)青菜幼苗生長(zhǎng)的化感抑制效應(yīng)[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2004, 13(5)：106-111.

[6]梁靜, 程智慧, 徐鵬, 等. 白三葉腐解液對(duì)5種草坪草的化感作用研究[J].草地學(xué)報(bào), 2011, 19(2)：257-287.

[7]朱旺生, 沈益新. 白三葉和高羊茅不同品種對(duì)蘿卜幼苗的化感作用[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 27(1)：28-31.

[8]余婷, 孟煥文, 溫艷斌, 等. 白三葉根系分泌物對(duì)5種草坪草的化感作用[J]. 草地學(xué)報(bào)，2013，21(4)：729-736.

[9]韓銀鳳. 白車(chē)軸草醇提取物的薄層色譜分析[J]. 光譜實(shí)驗(yàn)室, 2012, 29(3)：1692-1695.

[10] INDERJIT DAKSHINIK M M. On laboratory bioassays in allelopathy [J]. The Botanical Review, 1995,61(1)：28-44.

[11] WILLIAMSON G B, RICHARDSON D. Bioassay for allelopathy: measuring treatment responses with independent controls [J]. Jouranl of Chemical Ecology, 1998,14：181-187.

(編輯徐象平)

The phenological law and the key part of the allelopathy inTrifoliumrepens

LEI Ting, GAO Su-ping, XIE Yuan, YANG Li-Juan

(Landscape Research Institute, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130， China)

To evaluating the phenological characteristics and main parts of allelopathy ofTrifoliumrepens. The leaf, root-stolon, and rhizosphere soil ofT.repenswere collected at return green, florescence, seed mature and wither stages. The seeds ofFestucaarundinaceaas the receptor that imbibed in the water extracts from different stages and parts were analyzed. The germination and morphology of the receptor were the minimum after imbibing in the extract fromT.repensin seed mature stage. The extracts fromT.repensat return green and wither stages resulted in the biomass were the smallest. The extract of leaf reduced the germination and growth ofF.arundinaceasignificantly. Root-stolon and rhizosphere soil exposed a little inhibitory effect. When RI is blew zero, RI(leaf)is lower than RI(root-stolon)and RI(soil). The allelopathy inT.repensdepends on its phenological. In reproductive growth stage,T.repensinhibits the seed germination and the seedling form of the receptor mostly. In vegetative growth stages,T.repensinhibits the biomass of the receptor strongly. Leaf may be the main part which stores up the allelopathy compounds inT.repens.

white clover (Trifoliumrepens); allelopathy; phenological

2015-03-21

四川省科技支撐計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2012FZ0083)

雷霆,男,四川內(nèi)江人,四川農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生,從事園林植物生理生態(tài)與遺傳育種方面研究。

高素萍，女，四川雅安人，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)教授,從事園林植物生理生態(tài)與遺傳育種方面研究。

S541+.2

A

10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-02-015