凋落物浸提液对连香树种子萌发的化感作用*

沈文涛　曾敏　黄雪梅　马永红

摘要：  为了明确凋落物是否为连香树天然居群更新困难的因素，对不同浓度凋落物浸提液条件下的种子萌发情况进行了研究。结果表明，当凋落物浸提液浓度较高时（20～80 g/L），对连香树种子萌发表现出抑制作用;当浓度较低（10 g/L）时，则表现为促进作用，且萌发率最高。同时，凋落物浸提液在高浓度时（80 g/L），对连香树种子萌发的抑制效应表现出了极其显著的差异（p<0.01），说明连香树林下的凋落物中包含相关的化感物质，并对连香树种子萌发有着自毒作用。因此，凋落物中的化感自毒作用可能是连香树天然林更新困难的因素之一。

关键词：  连香树;  种子萌发;  凋落物浸提液;  化感作用

中图分类号：   S 796， S 722. 3 + 1               文献标识码：   A                文章编号：1001 - 9499（2019）06 - 0005 - 04

连香树（Cercidiphyllum japonicum），连香树科连香树属植物，为第三纪古热带植物的孑遗种单科植物，也是较古老原始的木本植物，产于日本和中国，仅适生于亚热带和暖温带气候条件;我国主要分布于东南部至西南部，常与水青树（Thetracentron sinense）、珙桐（Davidia involucrate）、银雀树（Tapiscia sinensis） 等古老树种伴生[ 1 ]。连香树可用作药材、香料，也可作为观赏植物，具有很高的经济价值及科研价值，近年来已经在世界各地广泛栽种。但由于其自身结实率低、幼苗易受暴雨病虫危害以及人为破坏，天然种群更新困难，被列为国家二级重点保护植物[ 2 ]。目前对连香树的研究大多集中在生物学特性[ 3 - 5 ]等方面，很少有关于连香树濒危机制的研究。

森林凋落物对种子萌发和幼苗生长有着重要影响，是研究种群动力学中面临的主要问题[ 6 - 7 ]。在以往的研究中，对凋落物影响种子萌发和幼苗生长的物理和化学机制做出了介绍，认为凋落物对种子萌发和幼苗生长的影响是物理因子和化学因子共同作用的结果[ 8 - 11 ]。一方面，林内较厚的凋落物层会阻断种子与土壤的接触，对新生幼苗产生机械损伤[ 12 ]，例如Pierson等对Branus tectorum的研究表明，其种子发芽率和幼苗生物量在凋落物厚的地区（6 cm）大于凋落物薄的地区（1.5 cm）[ 13 ];蒋有绪对川西亚高山冷杉的研究表明，去除凋落物后，其幼苗成活率从1%～2%增长到55%～60%[ 14 ]。另一方面，凋落物在降解过程中会产生化感物质，通过化感作用能够抑制或促进种子萌发和幼苗生长[ 15 - 16 ]，例如前人对大树杜鹃（Rhododendron protistum var.giganteum）、马尾松（Pinus massoniana）、杨树（Populus）、枫香树（Liquidambar formosana）等的研究均发现，当凋落物浸提液浓度低的时候可促进种子发芽，当浓度高的时候对其种子萌发有着自毒作用或者抑制作用[ 17 - 20 ]。但对于濒危植物连香树来说，凋落物化感作用是否会影响其天然更新过程目前还不清楚。本文通过研究凋落物对其种子萌发的化感效应，揭示其对天然更新的作用和影响。

1 材料与方法

1. 1 材料采集

本次试验所需凋落物试样于2017年 11月采自四川美姑大风顶自然保护区，采样地点的地理坐标为103.08°E、28.35°N;海拔2 236～2 257 m。在采样地选择12株成熟的连香树并做标记，样株生长情况为株高2.0～3.5 m、胸径1.1～2.9 cm。在样株树冠下采集当年凋落物，并自然风干备用;供试种子同样采集于标记的选定植株。

1. 2 浸提液的制备

将风干的连香树凋落物剪碎研磨。称取80 g凋落物研磨粉放入棕色广口瓶，加入1 L的蒸馏水振荡;在室温下避光浸泡24 h，用离心机在5 000 r/min下离心15 min;再经过滤，配置成10、20、40、80 g/L不同浓度的凋落物浸提液，贮藏于4 ℃冰箱中。

1. 3 发芽试验

选取粒度饱满、大小一致的种子，均匀地摆放在9 cm×9 cm培养皿中，以双层滤纸为基质，每个培养皿中分别加入等量不同浓度的浸提液（对照组加蒸馏水），在温度25 ℃、光強1 000 lx、照射时间12 h/d的培养箱中进行萌发试验。种子以胚根突破种皮为萌发标志[ 16 ]，在萌发过程中每天等量补充各浓度浸提液及蒸馏水，做好萌发记录。本次试验每次100粒种子，重复3次。

1. 4 数据处理与分析

自播种开始第1天起每天记录发芽情况，以胚根突破种皮作为发芽标志，连续5天内没有种子萌发为发芽结束标志[ 3 ]。

种子萌发率（%）=（最终种子萌发数/供试种子数）×100%

种子发芽势（%）=（发芽高峰期发芽的种子数/供试种子数）×100%

依据Williamson的合成方法，计算RI值，用来度量化感作用。RI<0表示抑制作用，RI>0表示促进作用，绝对值|RI|大小与作用强度一致。

式中，C为对照值;T为处理值

采用SPSS25进行数据显著性分析，应用Microsoft Excel 2013软件作图。图表中标注的不同英文小写字母表示数据结果存在显著差异（p<0.05）。

2 结果与分析

2. 1 不同浓度浸提液对种子萌发率的影响

不同浓度连香树凋落物浸提液对其种子的萌发率有着不同影响，大体上表现为随着浓度的增加萌发率呈先升后降的趋势（图1）。其中，在浓度为10 g/L时种子萌发率最高，达到了50.3%，比对照组的44%提高了6.3%，且与对照组差异显著（p<0.05）;而在浓度为80 g/L时种子萌发率最低，为32.3%，比对照组降低了11.7%，且与对照组差异极显著（p<0.01）;当浓度为20、40 g/L时，种子萌发率分别为42%和39.7%，与对照组相差较小，差异不显著。

2. 2 不同浓度浸提液对种子发芽势的影响

随着凋落物浸提液浓度的增加，种子发芽势出现先升后降的趋势（图2），其中，当浓度为10 g/L时发芽势最高，为37%，相对于对照组的30.3%提高了6.7%，且与对照组差异显著（p<0.05）。随着浓度的增加，发芽势呈现出递减趋势，当浓度为20 g/L时，种子发芽势为27.3%，比对照组降低了3%，且差异不显著;而当浓度为40、80 g/L时，种子发芽势分别达到17%、14.7%，较对照组下降了13.7%、15.6%，且与对照组和其他2组对比呈极显著差异（p<0.01）。

2. 3 不同浓度浸提液对种子萌发的效应

表征化感作用的RI值伴随着凋落物浸提液浓度的增加逐渐从正数变为负数（表1），即当浸提液浓度为10 g/L时，其化感效应值RI>0;当浓度为20、80 g/L时，化感效应值RI<0。其中，当浓度为80 g/L时，凋落物浸提液对种子萌发率的效应值RI与对照组RI值达到极显著差异（p<0.01）;当浓度为40、80 g/L时，凋落物浸提液对种子发芽势的效应值RI与对照组RI值亦达到了极显著差异（p<0.01）;|RI|最大值为0.818，出现在浓度为10 g/L时，且表现出对种子发芽势的影响。

3 讨论与结论

3. 1 自毒化感物质的浓度效应是化感作用研究的一个重要内容，常见的现象是随着浓度的降低，自毒物质的抑制作用会逐渐减弱乃至消失[ 21 ]。因此本次试验主要探讨不同浓度凋落物浸提液对连香树种子萌发的化感效应。

3. 2 试验表明，凋落物浸提液浓度对连香树种子萌发过程有着一定的影响，随着浓度的变化，其对种子萌发的影响作用也在发生变化。当浓度为10 g/L时，种子萌发率最高，且其效应值RI>0，说明其对连香树种子萌发表现出促进作用，相比于对照组差异不显著;随着凋落物浓度的增加，种子萌发率依次降低，在浓度20～80 g/L时效应值RI<0，相比于对照组差异不显著，只有当浓度达到80 g/L时，种子萌发率最低，相对于对照组达到了极显著差异（p<0.01），说明相对于低浓度的凋落物浸提液而言，高浓度对种子萌发有着明显的抑制作用，表现为低浓度促进萌发、高浓度抑制萌发。这与以往关于凋落物对种子萌发影响的研究结果一致：“低促高抑”[ 22 - 26 ]。

3. 3 试验结果还表明，|RI|最大值表现在对连香树种子发芽势的影响。当浓度为10 g/L时，种子发芽势最高（RI>0），且相对于对照组呈差异极显著（p<0.01）;当浓度为20～80 g/L时，化感效应值RI<0，且当浓度为40、80 g/L时，相对于对照组差异呈极显著（p<0.01）。说明虽然凋落物浓度对种子萌发的影响大体上表现为“低促高抑”，但是连香树种子萌发过程中各项指标对凋落物浓度的敏感性还是有所区别的。

3. 4 连香树凋落物中的化感物质对其种子萌发的影响主要表现在，低浓度下（10 g/L）对种子萌发呈促进作用，高浓度下（80 g/L）则呈明显的抑制作用;同时与对照组RI值相比，高浓度（80 g/L）下的RI值达到了极显著水平（p<0.01），说明化感物质主要起抑制作用。因此得出：连香树凋落物具有化感自毒作用，这可能造成其天然种群更新困难。后续在加强凋落物对种子萌发物理作用影响研究的同时，还应加强幼苗生长的化感效应研究。

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第1作者簡介：  沈文涛（1991-），  男，  硕士研究生，  研究方向：  植物保护。

通讯作者：  马永红（1977-），  男，  副教授，  硕士生导师，  研究方向：  主要从事濒危植物保护工作。

收稿日期： 2019 - 09 - 10

（责任编辑：   潘启英）

Allelopathic Effect of Litter Aqueous Extracts on Cercidiphyllum

japonicum Seed Germination

SHEN Wentao

（College of Life Science，  China West Normal University，  Sichuan Nanchong 637000）

Abstract In order to determine whether litter is a difficult factor for natural population regeneration of Cercidiphyllum japonicum. The effects of litter extracts of different concentrations on seed germination of Cercidiphyllum japonicum were studied. The results showed that the concentration of litter extracts at 20～80 g/L inhibited the seed germination. The concentration of litter extracts at 10 g/L promoted the seed germination， and the seed germination rate was the highest. At the same time， The inhibiting effect of litter extract on seed germination of Cercidiphyllum japonicum at high concentration showed significant difference（p<0.01）. These studies indicated that the inclusion of the litter extracts of Cercidiphyllum japonicum had some autoxicity effects on its seed germination. Therefore， litter may be one of the reasons for the difficulty of natural forest regeneration.

Key words Cercidiphyllum japonicum;  Seed germination;  Litter aqueous extract;  Allelopathic effect