苜蓿及根際土壤水浸提液對達烏里胡枝子種子的化感作用

劉秀艷，張智袁，趙 祥

(山西農業大學 動物科技學院，山西 太谷 030801)

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苜蓿及根際土壤水浸提液對達烏里胡枝子種子的化感作用

劉秀艷，張智袁，趙 祥

(山西農業大學 動物科技學院，山西 太谷 030801)

采用水浸提法制備了苜蓿根、莖葉及根際土壤的浸提液，在室內測定了浸提液對達烏里胡枝子種子萌發的影響，研究了苜蓿對達烏里胡枝子種子發芽的化感作用。結果表明：2.5%濃度的苜蓿莖葉水浸提液對達烏里胡枝子種子萌發有促進作用，5%濃度及以上有明顯的抑制作用，且隨著濃度的增加抑制作用增強，濃度達到10%時達烏里胡枝子基本不能萌發。不同濃度的根浸提液和根際土壤浸提液對達烏里胡枝子種子萌發的影響與對照相比差異不顯著(P>0.05)。3種浸提液表現出不同程度的化感作用，其強弱順序為：莖葉浸提液>根浸提液>根際土壤浸提液。

苜蓿；達烏里胡枝子；化感作用；種子萌發

化感作用是指植物可以產生一些特殊的化學物質并釋放到環境中，對其他植物或自身產生直接或間接的相生或相克的作用[1-2]。化感物質存在于許多植物中，并通過殘體分解，揮發和根系分泌釋放到根際。在菊科(Compositae)、豆科(Legumnosae)、瑞香科(Thymelaeaceae)、玄參科(Scrophulariaceae)等多個科屬中發現具有化感物質，鑒定出有萜類、酚類、皂苷類以及非蛋白氨基酸類等多種類化感物質，這些化感物質有明顯的作用濃度效應和選擇性[3]。化感作用可應用于混播牧草的選擇，也可應用于雜草防治[4]。

苜蓿(Medicagosativa)是重要的牧草，其體內含有的化感物質產生的化感作用引起學者的關注，有研究報道，苜蓿中含有的酚酸類的化感物質影響蒙古冰草的發芽率、苗長、根長等[5]。對于苜蓿的化感效應在禾本科、雜草和自毒作用方面的研究較多[6-8]，而苜蓿對豆科等其他牧草的化感影響研究卻較少。達烏里胡枝子也含有化感物質，曾有研究表明達烏里胡枝子(Lespedezadavurica)對苜蓿的幼苗根干重有抑制效應，且隨著質量濃度的降低，抑制效應呈現出增加趨勢[9]。試驗探討了苜蓿水浸提液對達烏里胡枝子種子發芽的化感作用，初步了解苜蓿對達烏里胡枝子的化感影響。

1 材料和方法

1.1 供試材料

2015年10月于山西農業大學草業科學系試驗田采集生長第1年的苜蓿賽迪5莖葉、根系以及根系周圍0～15 cm深的土壤。達烏里胡枝子種子來自于山西農業大學草學實驗室種子冷藏庫。

1.2 浸提液的制備

苜蓿化感物質的提取采用水浸提法[10]，分別取適量的苜蓿莖葉和根系，輕輕洗凈，以免破壞根部，將莖葉切成2 cm小段，根系切成<2 cm的小段，分別稱取20 g于三角瓶中，加入100 mL的蒸餾水，浸泡48 h，第1次用定性濾紙過濾，第2次用定量濾紙過濾。濾液保存在100 mL容量瓶中制備成20%的苜蓿莖葉和根系水浸提液。取適量苜蓿根際土壤，自然風干，過2 mm的篩，取50 g分裝于5個三角瓶中，每個三角瓶加入100 mL蒸餾水，置入振蕩機振蕩12 h，靜置12 h，取其上清液過濾2次，制備成苜蓿土壤水浸提液，于容量瓶中貯存，3種浸提液放入5℃的冰箱保存，以備稀釋后使用。

1.3 發芽試驗

采用單因素隨機區組設計[11]，用培養皿濾紙法進行發芽試驗[12]，試驗設對照(CK)、2.5%、5%、7.5%、10%、12.5%、15% 7個處理，3個重復，以蒸餾水為對照。培養皿中鋪上2層濾紙，并分別加入已稀釋的苜蓿莖葉、根系和土壤的水浸提液，且保持濾紙濕潤，用75%酒精消毒后達烏里胡枝子種子放入培養皿中，每皿放入50粒，蓋上培養皿蓋，放入25℃±1℃人工氣候箱中培養，每隔24 h記錄發芽數(以胚根突破種皮為準)，分別加入等量適量的不同濃度的水浸提液，對照加入等量蒸餾水。培養7 d后，結束種子萌發試驗，并測量根長和苗長[13]。計算發芽率、發芽勢、發芽指數(G)、化感指數(RI)、植物化感綜合效應指數(M)。化感指數(RI)按Willamson等[14]的方法計算。

發芽率(%)=(總發芽數/供試種子數)×100%

發芽勢(%)=(兩天總發芽數/供試種子數)×100%

式中：G為時間T日的發芽數,Dt為相應的發芽日數

化感系數(RI)RI=1-C/T(當T≥C時)，RI=T/C-1(當T

式中：C為對照值，T為處理值，化感指數(RI)數值為負時，起抑制作用，當數值為正時，起促進作用，絕對值大小與作用強度一致。

式中：a代表同一濃度處理下的各個指標的數據項RI；n:測定指標的總個數。當M>0為促進，M<0為抑制，絕對值大小與作用強度一致。

1.4 數據處理

試驗數據用Excel2010做基礎處理，采用SPSS22.0軟件進行顯著性檢驗，并用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 苜蓿莖葉水浸提液對達烏里胡枝子種子萌發的影響

隨著苜蓿莖葉浸提液濃度的增加，達烏里胡枝子種子萌發的各項指標均呈降低趨勢(表1)。在苜蓿2.5%濃度的莖葉浸提液處理下，達烏里胡枝子的發芽率、發芽勢、發芽指數，苗長，根長與對照差異不顯著(P>0.05)；濃度5%和7.5%處理達烏里胡枝子種子發芽率顯著低于對照(P<0.05)，并表現出明顯的濃度效應。濃度大于10%時,達烏里胡枝子種子發芽表現出顯著的抑制作用，基本不發芽。除2.5%濃度外，隨苜蓿莖葉浸提液濃度的增加達烏里胡枝子種子發芽后的根長和苗長的抑制作用增強，且與對照差異顯著(P<0.05)。

表1 苜蓿莖葉水浸提液處理下達烏里胡枝子種子萌發情況Table 1 Influence of aqueous extracts of stem and leaf of alfalfa on seed germination of Lespedeza davurica

注：同列不同小寫字母表示不同濃度同一測定指標差異顯著(P<0.05)，下同

2.2 苜蓿根水浸提液對種子萌發的影響

2.5%濃度的根水浸提液處理下達烏里胡枝子種子發芽勢，發芽指數與對照差異顯著，10%濃度根水浸提液處理下達烏里胡枝子發芽勢，發芽指數與對照差異顯著(P<0.05)，其他處理下達烏里胡枝子的發芽率，發芽勢，發芽指數，根長，苗長與對照差異不顯著(P>0.05)(表2)。

2.3 苜蓿根際土壤水浸提液對種子萌發的影響

10%濃度的根際土浸提液處理下達烏里胡枝子的發芽指數與對照差異顯著，其他處理對于各項指標與對照差異不顯著(P>0.05)(表3)。

2.4 苜蓿水浸提液對達烏里胡枝子種子的化感效應

隨著莖葉浸提液濃度的增加，化感綜合效應指數減小，抑制作用增強，10%及以上濃度處理表現出完全抑制作用。不同處理的根水浸提液濃度和根際土壤浸提液的化感綜合效應指數的數值接近，且數值的絕對值小。同一濃度處理下，莖葉浸提液的化感綜合效應指數最大，根浸提液與根際土壤浸提液對于各項指標的化感系數的絕對值接近，但總體上表現出根浸提液的化感綜合效應指數大于根際土壤的化感綜合效應指數。

表2 苜蓿根水浸提液處理下達烏里胡枝子種子發芽情況Table 2 Influence of aqueous extracts of alfalfa roots on seed germination of Lespedeza davurica

表3 苜蓿根際土水浸提液處理下達烏里胡枝子種子發芽情況Table 3 Influence of aqueous extracts of rhizosphere soil on seed germination of Lespedeza davurica

表4 苜蓿水浸提液對達烏里胡枝子種子發芽的化感效應Table 4 Allelopathic effct of aqueous extracts of alfalfa on seed germination of Lespedeza davurica

3 討論

當兩種牧草混播時，化感作用是由一種牧草向環境釋放其產生的某些化學物質[16]，從而影響另一種牧草的生長發育，這種作用表現為促進和抑制兩個方面[17]。試驗表明苜蓿莖葉水浸提液對達烏里胡枝子種子萌發先促進后抑制，與Tang C S等[18]的研究結果一致。 苜蓿莖葉浸提液對達烏里胡枝子種子萌發在濃度2.5%～10%時，化感效應呈現出低濃度促進，高濃度抑制，與高丹[19]研究的居桉(Eucalyptusgrandis)主要器官水浸提液對牧草化感研究的結果相似。

Blum等[20]報道土壤中的微生物的分布與酚酸類化感物質的濃度有關，而酚酸類物質與微生物活性變化有關[21]，在某些情況下酚酸類物質在微生物作用下的降解產物化感活性可能會更強[22]，試驗中2.5%、10%濃度的苜蓿根浸提液中酚酸類物質可能是微生物存在的比較適宜濃度，該濃度處理下的化感物質被微生物降解后發揮的化感作用，還有待進一步研究。

苜蓿莖、葉、根系和根際土壤的化感作用強度表現為莖葉浸提液>根浸提液>根際土浸提液，有研究表明，同一品種苜蓿的地上部和根部浸提液的酚酸類化感物質的含量有差異[23]，苜蓿地上部分的化感作用強于地下的化感作用，與程曉月等[24]研究的黃帚橐吾(Ligulariavirgaurea)根部化感效應強于葉部不一致，可能與植物中化感物質的轉移或者分解有關。酚酸類化感物質的釋放有植物根系分泌，植物殘體和凋落物降解，植物向體外釋放，雨霧從植物表面淋溶，土壤的微生物作用等途徑[22]。

4 結論

(1)苜蓿2.5%濃度根浸提液處理下達烏里胡枝子的發芽勢、10%濃度根浸提液處理達烏里胡枝子的發芽勢和發芽指數、10%濃度根際土浸提液對達烏里胡枝子的發芽指數與對照差異顯著(P<0.05)，出現這樣的結果可能與微生物有關。

(2)苜蓿根浸提液化感作用小于莖、葉浸提液化感作用可能是根浸提液產生的化感物質由根系分泌經雨霧淋溶而進入土壤中，然后被土壤微生物降解，至于苜蓿化感物質的分解和轉移方式及過程有待進一步研究。

[1] Chou C H.The role of allelopathy in phytochemical ecology [M]//Chou C H,Waller G R.Phytochemical ecology:allelochemicals,mycotoxins and insect pheromones and allomones.Taipei:Institute of Bontany，1989:19-38.

[2] Rice E L.Allelopathy[M].New York:Academic press,1974:1-50.

[3] 余叔文，湯章城.植物生理與分子生物學[M].北京：科學出版社，1998.

[4] 強勝，曹學章.外來雜草在我國的危害性及其管理對策[J].生物多樣性，2001，9(2)：188-195.

[5] 包塞很那.草原3號苜蓿化感效應的研究 [D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2012.

[6] 孫林，任秀珍，格根圖，等.紫花苜蓿莖葉水浸提液對2種禾本科牧草的化感效應[J].西北農林科技大學學報(自然科學版)，2013,41(12)：49-53.

[7] Ries S，Wert V，Sweeley C C,etal.Triacontanol:A new natural plant growth regulator[J].science,1995，1339-1341.

[8] 李玉占，梁文舉，姜勇.苜蓿化感作用研究進展[J].生態學雜志，2004，23(5)：186-191.

[9] 袁航，候扶江.黃土高原3種建群種植物枯落物對苜蓿幼苗生長的化感作用[J].草業科學，2010,27(6)：20-24.

[10] 劉秀芬，馬瑞霞，袁光林，等.根際區他感化感物質的分離鑒定與生物活性的研究[J].生態學報，1996,16:43-47.

[11] 周淑清，王慧，黃祖杰，等.狼毒對披堿草化感作用的研究[J].草原與草坪,2010,30(5):63-65.

[12] 孫益群,柏明娥,徐高福，等.高羊茅等三種植物對美麗胡枝子的化感作用[J].林業科技開發,2010,24(5):76-79.

[13] 中華人民共和國國家標準.牧草種子檢驗規程(GB/T 2930.11-2001)[S].北京：中國標準出版社，2001.

[14] Williamson G B,Richardson D.Bioassays for allelopathy measuring treatment responses with independent controls[J].Journal of Chemical Ecology,1998,14(1):181-187.

[15] 郭曉霞,沈益新,李志華.幾種豆科牧草地上部水浸提液對稗草種子和幼苗的化感效應[J].草地學報,2006,14(4):356-359.

[16] 孫文浩，余叔文.相生相克效應及其應用[J].植物生理學通訊，1992，28(2):81-87.

[17] 孔垂華，胡飛.植物化感(相克相生)作用及其應用[M].北京：中國農業出版社，2001.

[18] Tang C S,Young C C.Collection and indentification of allelopathicCompounds from the undisturbed Root system of Bigatta Limpograss Hemarthria altissima[J].plant physiol，1982,69:155-160.

[19] 高丹.巨桉主要器官浸提液對幾種牧草的化感作用研究[D].成都：四川農業大學，2008.

[20] Blum U，Shafer S R．Microbial populations and phenolic acids in soil[J]．Soil Biology and Biochemistry，1988，20(6):793-800．

[21] Sparling G P，Ord B G，Vaughan D．Changes in microbial biomass and activity in soils amended with phenolic acids[J]．Soil Biology and Biochemistry，1981，13(6):455-460．

[22] 謝星光，陳晏，卜元卿,等.酚酸類物質的化感作用研究進展[J]．生態學報，2014，34(22):6417-6428．

[23] 袁莉,于磊,王許軍,等.不同年限紫花苜蓿的浸提液對棉花的化感作用及其化感物質含量[J].草業科學,2008,25(12):71-74.

[24] 程曉月，后源，任國華,等.黑土灘退化高寒草地6種常見毒雜草水浸液對垂穗披堿草的化感作用[J].西北植物學報，2011,31(10)：2057-2064.Allelopathy effect of extracts from alfalfa and its rhizosphere soil on seed germinatin ofLespedezadavurica

LIU Xiu-yan，ZHANG Zhi-yuan,ZHAO Xiang

(CollegeofAnimalScienceandTechnology,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

The alfalfa allelopathy effect on the seed germination ofLespedezadavuricawas studied by using the extracts from alfalfa root,stem,leaf and rhizosphere soil.The results showed that the allelopathy effects of 2.5% extract had the acceleration effect on seed germination.Strong inhibitory effect occurred when the concentration was over 5% and it was strengthened with the increase of extract concentrations.The seed ofLespedezadavuricacould not germinate while the concentration was more than 10%.The extracts from root or soil had no significant influence.The allelopathy order of 3 extracts was stem and leaf > root > soil.

alfalfa;Lespedezadavurica;allelopathy;seed germination

2015-12-17；

2016-05-16

國家農業科技成果轉化資金項目(2014GB2A 300002)；山西省科技攻關(20140311013-3)項目資助

劉秀艷(1993-)，女，河北唐山人。

E-mail：sxauliuxiuyan@163.com

S 332

A

1009-5500(2016)05-0008-05

趙祥為通訊作者。