褐黄水灰藓对圆叶牵牛种子萌发和幼苗生长的化感作用

刘俊华， 陈印平

(滨州学院 山东省黄河三角洲生态环境重点实验室， 滨州 256603)

作为由水生到陆生的过渡种类及高等植物中的最原始类群[1]，苔藓植物虽然形体矮小、结构简单，但具有强的适应性，因此广泛分布于世界各地，几乎可存在于所有陆地生态系统[1-4]。许多苔藓种类能够在不良环境中生存繁衍，严酷的外部环境条件常使其体内产生丰富的次生代谢成分，而黄酮类物质则常常作为苔藓植物特征成分存在[1-2,4]。苔藓植物是森林等生态系统的重要组分和初级生产力的重要贡献者，且在群落中常与其他植物物种间建立复杂的相互作用关系[2,5-7]。已有研究发现，多种苔藓植物配子体的粗提物或粗提液，具有促进或抑制维管植物种子萌发、地上部和地下部生长、生物量累积以及幼苗活力水平的类似植物生长调节剂作用[2,8-15]，但因研究不够深入而对其作用机理尚不明确。

我国有着丰富的苔藓植物资源，总物种数约占全球的十分之一[1-2]。长期以来，国内学者对苔藓植物的研究主要集中于区系、生态及分子系统学领域，而对苔藓植物资源保护与利用的研究相对较少[1,3]。国外学者对苔藓植物的研究虽较为系统深入，但在苔藓植物资源开发研究方面仍十分滞后[2-9]。由此可见，围绕区域性优势苔藓物种开展应用生态学、资源化学等方面的研究，对实现苔藓植物资源的有序开发和永续利用具有重要意义。

褐黄水灰藓为黄河三角洲地区主要的山地苔藓物种，前期研究发现其配子体粗提液具有较强的抑菌作用[16]，推测其体内可能含有具较强生物活性的次生物质。圆叶牵牛为原产于热带美洲地区的一年生草本植物，通常以种子繁殖，适应性强且耐干旱瘠薄，现成为广泛分布于我国绝大多数地区的入侵植物[17]，对乡土物种的生长产生不利影响。本研究以褐黄水灰藓(配子体)为供体植物，以其水提液为处理液，分析对牵牛种子萌发和幼苗生长的影响，以初步阐明褐黄水灰藓可能具有的化感抑草作用，旨在为区域优势苔藓资源开发利用提供理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以采自山东邹平境内鹤伴山区的褐黄水灰藓(Hygrohypnumochraceum)为供体植物材料；以采自山东滨州当地的黄河三角洲地区常见外来入侵杂草圆叶牵牛(Ipomoeapurpurea)种子为生测材料。

1.2 试验方法

1.2.1 褐黄水灰藓水提液的制备

将野外采集的褐黄水灰藓配子体除杂后用清水冲洗干净, 再用蒸馏水清洗3次,自然晾干后于40℃恒温条件下烘干, 取出后用剪刀将褐黄水灰藓剪成小于1 cm长的小段,用千分之一电子天平准确称取20 g置于三角瓶中，加入蒸馏水，在55℃恒温水浴锅中浸提4 h(间歇振荡)，经多次过滤后定容至250 mL，即为浓度为80 mg/mL的褐黄水灰藓水提液，再依次稀释得到40、20、10和5 mg/mL水提液，于4℃条件下冷藏，备用。

1.2.2 种子萌发实验

每天固定时间记录种子的发芽情况，以连续48 h种子发芽粒数不再增加视为萌发实验结束。于第4天测定圆叶牵牛种子发芽势，第7天测定发芽率，同时测量圆叶牵牛幼苗长度、幼苗生物量(鲜重、干重)，并计算活力指数。相关计算公式如下：

发芽势(%)=(S日/S总)×100%

(1)

发芽率(%)=(S终/S总)×100%

(2)

上式(1)、(2)中：S日为第4天的发芽种子粒数；S总为种子总粒数；S终为最终正常发芽种子粒数。

活力指数1=发芽率(%)×幼苗长度

(3)

活力指数2=发芽率(%)×幼苗鲜重

再说去医院。中医是我信赖的。这个基础，不是因为中医药是国学，而是我至今还相信，阴阳平衡乃至内宇宙所说。因为，世界乃至浩渺的太空，从来就是如此的遥远、博大和幽深，但它还是一个整体，这个星球，与我们，甚至与外星人等不可见的事物，从来也都是一种相互依存、生克制化的关系，尽管我们此时此刻还没有和他们迎头相遇。《黄帝内经·素问》中说：“阴阳者，天地之道也，万物之纲纪，变化之父母，生杀之本始，神明之府也，治病必求于本。”

(4)

1.2.3 化感作用测定[18-19]

采用化感作用响应指数(response index，RI)测度褐黄水灰藓对圆叶牵牛化感作用类型和作用水平。依据下面公式进行计算：

RI= 1-C/T(当T≥C时)

(5)

RI=T/C-1(当T

(6)

上式(5)、(6)中C为对照值，T为处理值。当RI<0 时为抑制效应，RI>0 时为促进效应。RI的绝对值大小则表示化感作用的强弱。

化感综合效应(Synthetic effect，SE)用褐黄水灰藓对圆叶牵牛种子发芽率、幼苗长度、幼苗鲜重等3个测试项目RI的算术平均值进行评价。

1.3 数据统计与分析

本试验中所有数据在Windows 7.0操作系统下用Excel 2007进行整理汇总及初步分析；运用SPSS 19.0统计软件包进行One-Way ANOVA方差分析和LSD多重比较以及Duncan′s检验(P=0.05)，并对褐黄水灰藓提取液浓度和圆叶牵牛幼苗相关指标进行Pearson相关分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛种子萌发的影响

2.1.1 水提液对圆叶牵牛种子发芽势的影响

注：小写字母不同表示处理间差异显著(P<0.05)；下同

图1褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛种子发芽势的影响

Fig 1 Effects of aqueous extracts fromHygrohypnumochraceum

on germination energy ofIpomoeapurpureaseeds

由表1可知，褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛种子发芽势具有显著影响，随提取液浓度的升高呈单调递减趋势，即圆叶牵牛种子发芽势受到褐黄水灰藓水提液较为强烈的抑制，当提取液浓度为40 mg/mL和80 mg/mL时，圆叶牵牛种子发芽势显著低于对照组(P<0.05)，且在80 mg/mL时受抑制水平达到最高(70.17%)。

2.1.2 水提液对圆叶牵牛种子发芽率的影响

与对圆叶牵牛种子发芽势的影响相一致，褐黄水灰藓水提液对牵牛种子发芽率也同样表现出较为显著的抑制作用：在较低浓度时(5和10 mg/mL)圆叶牵牛种子萌发尚未受到显著抑制，但当提取液浓度达到20 mg/mL时，圆叶牵牛种子发芽率已明显低于对照组(P<0.05)，而后随水提液浓度的进一步升高而继续下降，在80 mg/mL时圆叶牵牛种子发芽率达到最低，仅为17.8%(图2)。

图2 褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛种子发芽率的影响

2.2 褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛幼苗生长的影响

2.2.1 水提液对圆叶牵牛幼苗生长的影响

由图3可以看出，高浓度褐黄水灰藓配子体水提液对圆叶牵牛幼苗生长具有强烈的抑制作用，当提取液浓度为40 mg/mL时，圆叶牵牛幼苗长度已显著低于对照组(P<0.05)，且当提取液浓度为80 mg/mL时达到最低值，仅有1.1 cm。

图3 褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛幼苗生长的影响

进一步对提取液浓度与幼苗全长作相关性分析，结果显示：圆叶牵牛幼苗生长明显受到褐黄水灰藓提取液抑制，即随着提取液浓度的增加，对牵牛幼苗长度的抑制作用愈加强烈，80 mg/mL对其幼苗长度的抑制率达到80%以上(81.12%)。褐黄水灰藓水提液浓度与牵牛幼苗长度相关关系方程(Pearson相关性分析)为y=0.0001x2-0.0703x+5.9694(R2=0.994,P=0.000)，由此可见，褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛幼苗生长的抑制作用表现出显著的浓度效应。

2.2.2 褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛幼苗生物量的影响

由图4可以看出，褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛幼苗生物量的影响表现为低浓度促进、高浓度抑制的化感效应：在5 mg/mL时，幼苗鲜重高于对照组并达到最大值(3.266 g)，而后随提取液浓度的升高而急剧减小，在80 mg/mL时达到最低(0.2488 g)，抑制率达到90%以上(91.07%)；圆叶牵牛幼苗干重对褐黄水灰藓水提液浓度变化的响应也表现出类似规律。

图4 褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛幼苗生物量的影响

经对水提液浓度与圆叶牵牛幼苗生物量进行相关性分析，结果(图5)发现褐黄水灰藓水提液浓度与圆叶牵牛幼苗干重间呈极显著负相关关系，且二者之间相关性(R2=0.9851，P=0.000)比水提液浓度与圆叶牵牛鲜重间的相关性(R2=0.9288，P=0.002)更加显著。

图5 褐黄水灰藓水提液浓度与圆叶牵牛幼苗生物量相关性分析

2.2.3 褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛幼苗活力指数的影响

如图6所示，褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛种子萌发和幼苗生长的综合作用十分明显。以活力指数1(发芽率×幼苗长度)来看，所有处理组均显著低于对照组(P<0.05)；活力指数2(发芽率×幼苗鲜重)虽有不同(5 mg/mL时高于对照组)，但在随后的中高浓度处理条件下，圆叶牵牛活力指数显著低于对照组(P<0.05)。经对圆叶牵牛活力指数和褐黄水灰藓水提液浓度进行相关性分析，得到二者间相关关系方程：活力指数1为y1= -0.0596x+ 4.5297(R2= 0.9384,P=0.001)；活力指数2为y2= -0.0305x+ 2.226 (R2=0.8784,P=0.006)。

2.2.4 褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛的化感效应

植物化感作用通常可分为促进或抑制两种结果，其一般规律为低浓度促进、高浓度抑制[4,22-24]。本研究中，褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛种子萌发与幼苗生长具有明显的化感效应(表1)：5 mg/mL的褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛种子萌发与幼苗生长具有一定的促进作用(SE=0.014)，而随着水提液浓度的升高，圆叶牵牛受到的化感抑制效应逐渐增强，至80 mg/mL时，圆叶牵牛幼苗生长所受到的综合抑制指数达到-0.837(±0.038)。

表1 褐黄水灰藓对圆叶牵牛化感响应指数

注：表中SE(综合效益)指数数值为“平均值±标准误”，小写字母不同代表组间差异显著(P<0.05)；大写字母不同代表组间差异极显著(P<0.01)

图6 不同浓度褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛幼苗活力的影响

3 结论

植物化感作用(Allelopathy)是指供体植物产生并通过特定途径(如挥发、淋溶、分泌和分解等多种方式)向外界环境释放某些化学成分(化感物质),从而影响周围受体植物生长发育的现象[20]。植物化感作用广泛存在于自然界中，且在农林生态系统中也十分普遍，故日益成为生态学家研究的热点。

图7 褐黄水灰藓水提液浓度与圆叶牵牛SE水平相关性分析

本研究中，圆叶牵牛种子萌发及幼苗生长受到褐黄水灰藓配子体提取液化感抑制，在较低浓度处理下不明显，但随水提液浓度的升高，其所受抑制水平逐渐增强，在水提液浓度为80 mg/mL时圆叶牵牛所受抑制作用达到最强。从幼苗生长状况来看，圆叶牵牛幼苗全长及生物量指标对褐黄水灰藓提取液浓度变化更为敏感，在中高浓度条件下(≥40 mg/mL)，其所受抑制作用十分强烈。就化感作用响应指数来看，褐黄水灰藓配子体其化感作用主要体现在抑制圆叶牵牛种子萌发和幼苗生长方面，整体趋势是随水提液浓度的升高化感作用的抑制能力增强，对多数指标表现为单一抑制效应。再经化感综合效应分析，显示褐黄水灰藓水提液对圆叶牵牛种子萌发和幼苗生长表现出很强的化感作用趋势(图7)，且受抑制水平与褐黄水灰藓水提液浓度间相关性十分显著(P<0.01)。上述结果表明，褐黄水灰藓在利用化感作用防控圆叶牵牛等杂草方面具有潜在应用价值，但有关其杂草化感防控作用机理方面还需进一步研究。