加拿大一枝黃花粗提液對豚草化感作用研究

吳 帆，李樹成，趙顯陽，陳 越，王印寶，朱 峻，向妙蓮

（江西農業大學 農學院，江西 南昌330045）

植物的化感作用是指一種植物或微生物（供體）釋放某些化學物質到環境中，以此影響其他有機體生長和發育的生態學現象，化感作用普遍存在自然界中，包括促進和抑制兩方面作用[1]。在農業生產中，基于植物化感作用對入侵雜草進行研究與應用，若能低成本投入使入侵雜草相互抑制生長，又對農產品無害，那對防控農田雜草和促進可持續農業的發展具有重要的意義。

外來有害生物入侵形勢日趨嚴重，加拿大一枝黃花（Solidago canadensis）和豚草（Ambrosia artemisiifolia）作為嚴重危害農業生態的外來物種，對我國原有生態系統和農業產業產生了極大的負面影響[2]。二者共同具有強烈化感作用，繁殖力強，傳播速度快，生長優勢明顯，生態適應性廣闊的特點，對生物多樣性構成嚴重威脅，并且豚草產生的花粉還會引發各種變態反應癥，對人類健康產生嚴重危害[2-6]。目前對其防治方法主要有物理防治、化學防治和生物防治等，相對而言物理防治成本高、效率低，化學防治雖然經濟有效，但容易造成二次環境污染，而生物防治因地制宜，以物治物，經濟安全，可持續無污染，通過生物化感作用防治雜草蔓延將是研究的熱點[8-11]。李榮金等[12]研究表明利用致病微生物百日草鏈格孢菌（Alternaria zinniae）對防治加拿大一枝黃花可起到一定效果，蘆葦則影響加拿大一枝黃花的光合作用[13]。在永州廣聚螢葉甲和豚草卷蛾能成功建立種群安全越冬，并且可以自行擴散，從而可持續控制野外豚草的發生[14]。菊芋（Heliabthus tuberosus）的殘株對三裂葉豚草的生長發育有明顯的抑制作用[15]。

前人對加拿大一枝黃花和豚草的防治研究表明利用生物防治控制二者蔓延更加安全高效，但目前關于利用加拿大一枝黃花粗提液防治豚草報道較少，本研究擬以加拿大一枝黃花為試驗材料，通過研究其粗提液對豚草種子萌發和幼苗生長的影響，探索加拿大一枝黃花粗提液對豚草的化感作用，為外來入侵惡性雜草的生態防治提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

加拿大一枝黃花和豚草種子為江西農業大學農學院植物保護系提供。

1.2 加拿大一枝黃花浸提液制備

采集生長良好的加拿大一枝黃花地上和地下組織若干，去除病老殘組織后于室溫風干，地上和地下部分剪碎后各分別取20，40，80 g，于500 mL 蒸餾水中浸泡48 h，間歇振蕩，經滅菌的三層紗布過濾后，分別得到質量濃度為0.04，0.08，0.16 g/mL 的浸提液，冷藏（4 ℃）備用。

1.3 加拿大一枝黃花粗提液對豚草種子萌發的影響

取10 mL 不同部位、不同質量濃度的加拿大一枝黃花水浸提液分別加入鋪有2 層濾紙的培養皿中，以加蒸餾水為對照，每皿均勻播種90 粒勻稱飽滿的豚草種子，播種前用10%的次氯酸鈉浸泡1 h，無菌水沖洗3 次，各處理3 次重復。將培養皿置于人工氣候箱中恒溫培養，溫度（25±0.5）℃、濕度70%、每天光照12 h。播種次日開始，逐日記錄發芽數（以芽長超過種子長度一半為發芽標準），并及時補充等量的水浸提液或蒸餾水使濾紙保持濕潤。第5 天統計發芽勢，第7 天統計發芽率，并測量地上部長(苗長)、根長、地上和地下部分苗鮮質量。按以下公式統計種子發芽勢和發芽率：

1.4 加拿大一枝黃花粗提液對豚草植株生長的影響

將1.3 方法處理后的豚草種子置于墊有濾紙的培養皿中，放入(30±1)℃人工氣候箱中催芽，待種子露白后，采用沙培法培養。培養皿內先放入50 g 滅菌砂，然后放置90 粒催芽種子，每個處理3 次重復，置于25～30 ℃、光周期L12∶D12的生長室中培養。

1.5 豚草幼苗相關指標測定

在豚草幼苗長至7 d 左右，每盆隨機取樣，調查有代表性20 株豚草苗，測量株高、根長以及地上和地下部分的鮮質量，比較不同處理對豚草幼苗生長的影響。

1.6 數據處理方法

采用Excel2003 和DPS7.05 統計軟件進行數據分析處理，用單因素方差分析統計各處理平均值的差異，Duncan 氏新復極差法比較各處理間的差異顯著性。對數據進行方差分析，采用SSR 法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 粗提液浸種對豚草種子萌發的影響

從表1可知，豚草種子經不同濃度加拿大一枝黃花粗提液處理后，其發芽率和發芽勢隨粗提液濃度增大先升高后降低，與對照相比差異均達顯著水平（P＜0.05）。當粗提液濃度為0.08 g/mL 時，豚草種子發芽率和發芽勢均達到最高值，其中地上部分粗提液處理后豚草最大發芽率和發芽勢分別比對照增加8.14%和14.42%，地下部分粗提液處理后發芽率與發芽勢依次比對照增加4.83%、11.84%。地上部分與地下部分粗提液對豚草種子萌發的影響相差不大。以上試驗結果表明，粗提液浸種對豚草種子萌發的影響主要與粗提液濃度有關。

表1 粗提液對豚草種子萌發的影響 %

2.2 粗提液浸種對豚草幼苗生長的影響

從表2可以看出，一定濃度的粗提液浸種能夠增加豚草幼苗的總根數、株高、根長、地上部鮮質量和地下部鮮質量，但隨著浸種濃度升高，粗提液對豚草幼苗則有一定的抑制作用。粗提液濃度為0.08 g/mL時，以上5 項指標均達到最高，且與對照差異顯著。其中，地上和地下部粗提液分別處理后，豚草幼苗地上部鮮質量與對照相比分別增加了32.85%，10.53%，地下部鮮質量與對照相比分別增加了14.08%，83.78%，根長與對照相比分別增加11.68%，58.93%。由此可見，粗提液濃度為0.08 g/mL 時，地下部提取液對豚草幼苗地下部（根）生長具有顯著的促進作用，遠大于對豚草幼苗地上部生長的促進。

表2 粗提液浸種濃度對豚草幼苗生長的影響

3 小結與討論

種子萌發是豚草生長的第一步，種子活力的高低直接影響豚草幼苗的生長是否健壯，進而影響豚草抵御生理性或非生理性逆境脅迫的能力。同時，豚草不同植株部位種子的萌發率、初始萌發時間、萌發持續時間具有不同的趨勢[16]。化感作用具有雙重效應普遍存在于多種植物中，雷威肖等[17]研究發現鐵桿蒿對紅豆草、沙打旺、百脈根等豆科牧草的發芽率和發芽勢總體上均呈現“低質量濃度促進，高質量濃度抑制”的效應。葶蔥化感作用也存在雙重效應，研究表明實葶蔥凋落葉片浸提液濃度在0～10 mg/mL 時，對蕪菁，鷹嘴豆，萵苣等6 種種子的萌發具有雙重效應[18]。劉勇等[19]探究了頭花蓼整株及根際土壤水浸提液的化感自毒作用，發現頭花蓼整株水浸提液濃度≤10 mg/mL 時對其種子發芽速率、發芽勢、發芽指數和活力指數等均起不同程度的促進作用，但隨著濃度升高各項指標值變為負值，化感自毒作用十分明顯。方芳等[20]研究發現：在低濃度時加拿大一枝黃花水提取液多表現為一定的促進作用，高濃度則表現出顯著的抑制作用。加拿大一枝黃花葉片凋落物浸提液對黑麥草的生長同樣表現為低促高抑[21]，與本研究結果相符。加拿大一枝黃花粗提液對豚草種子萌發和幼苗生長的作用表現出明顯的“雙重性”，試驗中0.08 g/mL 粗提液處理豚草種子，可提高種子的發芽率和發芽勢，促進豚草幼苗總根數、株高、根長、地上部鮮質量和地下部鮮質量等生長指標，當加拿大一枝黃粗提液超過0.16 g/mL 時，則抑制豚草種子萌發和幼苗生長，表現毒害作用。進一步說明粗提液對豚草生長具有明顯的雙重效應，同時也暗示粗提液對增強豚草抗逆境脅迫具有積極的意義。綜合各種研究結果，化感物質對受體植物生長的“低促高抑”效應具有普遍性，因此可能在種間相互作用過程中具有一定的生態學意義。

化感作用是植物種間相互作用的重要途徑，土壤中化感物質的濃度可能是受體植物感知施加者脅迫能力的一種信號。低濃度的化感物質可能意味著化感作用施加者脅迫能力較弱，受體植物對此作出適應性的反應；高濃度的化感物質可能表明化感作用施加者脅迫能力較強，因此受體植物會減緩生長速率，降低生長消耗，提高其存活率。不同部位浸提液對同一受體植物的不同部位（根、莖、葉）有不同的化感效應（促進、抑制、無影響），在本試驗中，地上部粗提液對豚草幼苗根生長促進作用顯著高于促進莖生長，根較莖表現更敏感，這與劉勇等[19]和董沁方等[20]研究相符。

加拿大一枝黃花水提液的“低促高抑”效應的生態學意義目前還并不清楚。基于植物化感作用，有研究者認為在低水平有毒物質作用下，不同植物體化感作用不會都呈現雙重效應，植物體不可能所有性狀都會表現出促進效應。陳茂光等[23]研究表明在同一濃度下竹葉浸提液對香果樹幼苗具有“促莖抑葉”的化感效應。紅薯葉片水浸液對稗草的化感抑制作用變化趨勢不規律，只有在高濃度0.1 g/mL 具有抑制作用，其余濃度均具有促進作用[24]。加拿大一枝黃花提取液對東海原甲藻生長表現為抑制作用，且隨水提液濃度增加而增強[25]。因此，植物體總的適合性不大可能會得到提高，但是“低促高抑”效應至少存在于植物生活史中某一階段，并且表現出對某一方面的適應性。

本文通過研究加拿大一枝黃花粗浸提液對豚草種子萌發和幼苗生長的影響，闡明了加拿大一枝黃花抑制豚草種子萌發和幼苗生長的化感作用機制（粗提液濃度閾值），呈現顯著的“低促高抑”效應，但是植物的化感作用機制是一個十分復雜的生理生化過程，需進一步探索。