猪毛蒿根水浸提液对4种冰草种子萌发和幼苗生长的化感作用

徐坤，陈林，卞莹莹，辛佳宁，杨新国

（1.宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地，银川750021；2.宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，银川750021；3.宁夏大学农学院，银川750021）

植物化感作用是一种活或死的植物通过适当的途径向环境释放特定的化学物质，从而直接或间接影响邻近或下茬（后续）同种或异种植物萌发和生长的效应，这种效应在绝大多数情况下具有抑制作用。化感作用是一种自然的生态现象，对它进行理论和实践研究对促进生态系统的健康发展具有重要意义[1]。目前，已发现10 多万不同种类的植物次生代谢化感物质[2]。近年来，在对草地生态系统化感作用的研究中，一些通过释放挥发性萜类化感物质来抑制周围植物生长的现象引起了学者们的广泛关注[1]。作为被子植物中最大的一个科——菊科，经鉴定，其各属的化感物质也多为萜类、聚乙炔类、酚类、有机酸类等，且在菊科植物中至少有39个属存在化感作用[3]，其中有关蒿属植物的相关研究较多[4-5]，且研究者利用这些蒿属植物的水或化学浸提液对其他植物种子萌发、幼苗生长等的影响来探讨它们在群落中的作用[6-9]，并通过揭示这些相互作用的机制来指导实践[10-12]。

在宁夏中部荒漠草原地区，作为具有生态优势地位的广布种猪毛蒿，极其适应恶劣环境条件[13-14]，且其含有气味浓郁的挥发性物质，适口性差，常常在群落中快速繁殖，从而使其他植物的生长受到抑制，大大影响了草地的利用率[15]。以往对猪毛蒿的研究多是以其精油作为除草剂的相关研究[16]，而针对这种非优质牧草，尤其是猪毛蒿对其他植物生长的化感作用的研究还较少。因此，对猪毛蒿这个种群乃至其伴生种群之间化感作用及相互影响的研究亟待开展，尤其是它们与优良禾本科牧草冰草之间的关系研究。本文从化学生态学的角度，就猪毛蒿根水浸提液对4种冰草种子萌发和幼苗生长的化感作用进行了研究，旨在为荒漠生态系统中的植被恢复与群落合理构建提供强有力的支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

猪毛蒿根系采集于宁夏盐池县荒漠草原自然生态系统。受试植物分别为蒙古冰草、扁穗冰草、沙生冰草和蒙农杂交冰草（表1），种子均购买于宁夏盐池县金陵草业有限公司。

表1 4种受试植物Table 1 Four tested plants

1.2 研究方法

1.2.1 猪毛蒿浸提液的制备

猪毛蒿根系用蒸馏水冲洗、洗刷干净，风干粉碎后，过60目筛，将其粉末贮藏，备用。

称取25 g猪毛蒿根系粉碎样品，浸泡于500 mL蒸馏水中16 h，之后在THZ-C恒温振荡器（室温）中振荡2 h，用LH-85隔膜真空泵抽离过滤3次，得到质量浓度为50 mg/mL的浸提液母液，然后用无菌蒸馏水将母液稀释为0.05、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/mL后保存于4 ℃冰箱中，备用。

1.2.2 种子萌发和幼苗生长试验

本文分别进行种子萌发和露白种子生长试验，分别模拟的是种子萌发阶段和生长初期（幼苗）阶段。

种子萌发与幼苗生长：精选出颗粒饱满、大小基本一致的种子，用0.3%高锰酸钾溶液消毒，再用无菌蒸馏水反复冲洗干净，均匀摆放在铺有2 层灭菌滤纸的、经75%乙醇消毒处理的培养皿中，每皿放30 粒，分别加入5 mL 各质量浓度猪毛蒿根水浸提液，以无菌蒸馏水为对照，盖上盖后放置于人工智能培养箱中，在恒温25 ℃、湿度70%、光照14 h条件下进行培养。每天补充适量浸提液或者无菌蒸馏水，并记录发芽数（以胚根突破种皮2 mm为准），每个处理5次重复，第22天结束发芽试验后，用电子游标卡尺测量幼苗的胚芽长和直径、胚根长，用十万分之一天平称量胚芽与胚根鲜质量，经过65 ℃恒温鼓风干燥箱烘至恒量后，称量胚芽与胚根干质量。

1.2.3 数据处理和分析

为了便于比较不同冰草间的种子萌发参数，使用相对值（对照的百分比）表示发芽率和发芽指数。

发芽率=发芽种子数/供试种子总数×100%；相对发芽率=处理发芽率/对照发芽率×100%；相对发芽指数=处理发芽指数/对照发芽指数×100%；

发芽指数=∑(Gi/ti)；

平均发芽时间=∑(Giti)/∑Gi。

式中：Gi为第i天的发芽数；ti为相应的发芽时间。

本研究采用相对值来表示抑制率，即用处理值与对照值的百分比来进行计算，此值大于100 表示促进作用，小于100表示抑制作用。

综合效应是供体对同一受体各个测试项目的对照抑制百分率的算术平均值[17]，本文采用相对发芽率、相对发芽指数、相对发芽天数、相对胚芽长、相对胚芽直径、相对胚根长、相对胚芽干质量和相对胚根干质量的算术平均值来计算。

采用SPSS 21.0 统计分析软件对受体冰草种子萌发和幼苗生长参数进行单因素方差分析与最小显著差异法检验（α=0.05）。所有数据均表示为平均值±标准误；采用Excel 2010作图。

2 结果与分析

2.1 猪毛蒿根水浸提液对种子萌发的影响

2.1.1 对发芽率的影响

由图1 可见：在各质量浓度猪毛蒿根水浸提液处理下的4 种冰草种子，除蒙农杂交冰草种子的相对发芽率大都显著低于对照（P＜0.05）外，其他3种冰草种子的相对发芽率与对照基本无差异（P＞0.05）。随着猪毛蒿根水浸提液质量浓度的升高，蒙古冰草、沙生冰草种子的相对发芽率总体呈上升趋势，而扁穗冰草、蒙农杂交冰草种子的相对发芽率总体变幅不大。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.5 mg/mL 时，蒙古冰草种子相对发芽率显著低于高质量浓度处理（P＜0.05）。基于上面的分析可以认为，猪毛蒿根水浸提液对蒙古冰草、扁穗冰草、沙生冰草种子的发芽率基本无影响，对蒙农杂交冰草种子的发芽率产生了明显的抑制作用。

2.1.2 对发芽指数的影响

在10.0 mg/mL猪毛蒿根水浸提液处理下，蒙古冰草种子相对发芽指数比对照高26.34%（P＜0.05），蒙农杂交冰草种子的相对发芽指数在各质量浓度处理下都显著低于对照（P＜0.05），其他2种冰草种子的相对发芽指数在各质量浓度处理下与对照无差异（P＞0.05）。随着猪毛蒿根水浸提液质量浓度的升高，蒙古冰草种子的相对发芽指数呈现出升高的趋势，其他3 种冰草种子的相对发芽指数大致呈现出降低的趋势。沙生冰草、蒙农杂交冰草种子的相对发芽指数在各质量浓度处理间无差异（P＞0.05）。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.5 mg/mL 时，扁穗冰草种子相对发芽指数显著高于2 mg/mL高质量浓度处理（P＜0.05）；当质量浓度达到10.0 mg/mL时，蒙古冰草种子相对发芽指数显著高于0.5 mg/mL低质量浓度处理（P＜0.05）（图2）。

2.1.3 对发芽天数的影响

在不同质量浓度猪毛蒿根水浸提液处理下，除蒙古冰草种子的相对发芽天数低于对照外，其他3种冰草种子的相对发芽天数大部分高于对照。随着猪毛蒿根水浸提液质量浓度的升高，4种冰草种子的相对发芽天数呈上升趋势。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.5 mg/mL时，蒙古冰草种子相对发芽天数显著低于5.0 mg/mL 高质量浓度处理（P＜0.05），扁穗冰草种子相对发芽天数显著低于2.0 mg/mL高质量浓度处理（P＜0.05）；在质量浓度为1.0 mg/mL时，沙生冰草种子相对发芽天数显著低于10.0 mg/mL高质量浓度处理（P＜0.05）（图3）。

图1 猪毛蒿根水浸提液对4种冰草种子发芽率的影响Fig.1 Effects of aqueous extract from A.scoparia root on seed germination rate of four Agropyron plants

图2 猪毛蒿根水浸提液对4种冰草种子发芽指数的影响Fig.2 Effects of aqueous extract from A.scoparia root on seed germination index of four Agropyron plants

图3 猪毛蒿根水浸提液对4种冰草种子发芽天数的影响Fig.3 Effects of aqueous extract from A.scoparia root on seed germination day of four Agropyron plants

2.2 猪毛蒿根水浸提液对幼苗生长的影响

2.2.1 对胚芽的影响

在各质量浓度猪毛蒿根水浸提液处理下，蒙古冰草相对胚芽长度大多显著高于对照（P＜0.05），最高增幅达到17.29%。除了扁穗冰草的相对胚芽长度随着质量浓度升高略有下降外，猪毛蒿根水浸提液对其他3种冰草的相对胚芽长度的影响总体呈现出随着浸提液质量浓度升高而增强的趋势。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.5 mg/mL 时，扁穗冰草相对胚芽长度显著高于2.0 mg/mL高质量浓度处理（P＜0.05）；在质量浓度为2.0 mg/mL 时，蒙农杂交冰草相对胚芽长度显著高于5.0 mg/mL高质量浓度处理（P＜0.05）；在质量浓度为10.0 mg/mL 时，沙生冰草相对胚芽长度显著高于1.0 mg/mL低质量浓度处理（P＜0.05），蒙农杂交冰草相对胚芽长度显著高于0.5 mg/mL低质量浓度处理（P＜0.05）（图4）。

扁穗冰草相对胚芽直径在各质量浓度猪毛蒿根水浸提液处理下都显著低于对照（P＜0.05），其他3种冰草的相对胚芽直径在各质量浓度处理下大部分与对照差异不显著（P＞0.05）。随着猪毛蒿根水浸提液质量浓度的升高，4 种冰草的相对胚芽直径大部分呈现降低的趋势。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.05 mg/mL时，沙生冰草相对胚芽直径显著高于0.5 mg/mL 高质量浓度处理（P＜0.05）；在质量浓度为2.0 mg/mL 时，蒙农杂交冰草相对胚芽直径显著低于0.5 mg/mL 低质量浓度处理（P＜0.05）；在质量浓度为10.0 mg/mL时，蒙古冰草相对胚芽直径显著低于1.0、2.0 mg/mL 低质量浓度处理（P＜0.05）（图5）。

2.2.2 对胚根的影响

在各质量浓度猪毛蒿根水浸提液处理下，4 种冰草中蒙古冰草的相对胚根长度整体较对照高，蒙农杂交冰草相对胚根长度整体较对照低。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.05 mg/mL时，蒙古冰草相对胚根长度比对照高40.48%（P＜0.05）；当质量浓度为1.0 mg/mL 时，蒙古冰草相对胚根长度比对照高32.38%（P＜0.05），蒙农杂交冰草相对胚根长度比对照低43.54%（P＜0.05）；当质量浓度达到2.0 mg/mL时，蒙古冰草相对胚根长度比对照高27.76%（P＜0.05）。4 种冰草的相对胚根长度随着猪毛蒿根水浸提液浓度的升高基本呈降低的趋势。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.05 mg/mL时，蒙古冰草相对胚根长度显著高于0.5和10.0 mg/mL高质量浓度处理（P＜0.05）；在质量浓度为2.0 mg/mL 时，扁穗冰草相对胚根长度显著低于0.5 和1.0 mg/mL低质量浓度处理（P＜0.05）（图6）。

图4 猪毛蒿根水浸提液对4种冰草胚芽长度的影响Fig.4 Effects of aqueous extract from A.scoparia root on germ length of four Agropyron plants

图5 猪毛蒿根水浸提液对4种冰草胚芽直径的影响Fig.5 Effects of aqueous extract from A.scoparia root on germ diameter of four Agropyron plants

图6 猪毛蒿根水浸提液对4种冰草胚根长度的影响Fig.6 Effects of aqueous extract from A.scoparia root on radicle length of four Agropyron plants

2.2.3 对胚芽干质量的影响

在各质量浓度猪毛蒿根水浸提液处理下，4 种冰草中蒙古冰草、沙生冰草的相对胚芽干质量整体较对照高，另外2 种冰草的相对胚芽干质量大部分较对照低。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度分别为0.5、2.0、5.0 mg/mL时，蒙古冰草相对胚芽干质量分别比对照高31.74%、31.52%、30.44%（P＜0.05）。随着猪毛蒿根水浸提液质量浓度的升高，4 种冰草的相对胚芽干质量基本呈升高的趋势。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.05 mg/mL时，蒙古冰草相对胚芽干质量显著低于0.5、2.0、5.0 mg/mL 高质量浓度处理（P＜0.05），扁穗冰草相对胚芽干质量显著低于0.5、5.0 mg/mL 高质量浓度处理；在质量浓度为0.5 mg/mL时，蒙农杂交冰草相对胚芽干质量显著低于2.0 mg/mL 高质量浓度处理（P＜0.05）；在质量浓度为2.0 mg/mL 时，沙生冰草相对胚芽干质量显著高于5.0 mg/mL高质量浓度处理（P＜0.05）（图7）。

2.2.4 对胚根干质量的影响

在各质量浓度猪毛蒿根水浸提液处理下，4 种冰草中蒙古冰草、扁穗冰草的相对胚根干质量大部分较对照高，另外2 种冰草的相对胚根干质量大部分较对照低。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.5 mg/mL 时，蒙古冰草相对胚根干质量比对照高48.97%（P＜0.05）。其他3 种冰草的相对胚根干质量与各自对照均未达到显著差异（P＞0.05）。随着猪毛蒿根水浸提液质量浓度的升高，蒙古冰草、蒙农杂交冰草相对胚根干质量大多呈降低的趋势，沙生冰草相对胚根干质量呈升高的趋势。沙生冰草、扁穗冰草和蒙农杂交冰草的相对胚根干质量在各处理间无差异（P＞0.05）。在猪毛蒿根水浸提液质量浓度为0.5 mg/mL 时，蒙古冰草相对胚根干质量显著高于5.0、10.0 mg/mL 高质量浓度处理（P＜0.05）（图8）。

2.3 猪毛蒿根水浸提液对4 种冰草化感作用的综合效应

不同质量浓度猪毛蒿根水浸提液对4种受试冰草化感作用的综合效应也不同。蒙古冰草在各质量浓度处理下都表现出不同程度的促进作用，并且综合效应在各质量浓度处理下与对照相比都有显著的促进作用（P＜0.05），但各质量浓度间无显著差异（P＞0.05）；扁穗冰草在各质量浓度处理下有抑制也有促进作用，其中，抑制作用更明显些，在2.0 mg/mL质量浓度处理下有显著抑制作用（P＜0.05），并且显著低于0.5 mg/mL 低质量浓度处理（P＜0.05）；沙生冰草在各质量浓度处理下表现出抑制或促进作用，但其综合效应与对照相比无显著影响（P＞0.05）；蒙农杂交冰草在各质量浓度处理下都表现出抑制作用，综合效应在0.5、1.0、5.0 mg/mL 质量浓度处理下，与对照相比抑制作用显著（P＜0.05），随着质量浓度的升高，抑制作用减弱，在质量浓度为2.0 mg/mL 时，化感综合效应显著低于0.5和1.0 mg/mL低质量浓度处理（P＜0.05）（表2）。

图7 猪毛蒿根水浸提液对4种冰草胚芽干质量的影响Fig.7 Effects of aqueous extract from A.scoparia root on germ dry mass of four Agropyron plants

图8 猪毛蒿根水浸提液对4种冰草胚根干质量的影响Fig.8 Effects of aqueous extract from A.scoparia root on radicle dry mass of four Agropyron plants

总体上，蒙古冰草和蒙农杂交冰草比其他2 种冰草对猪毛蒿根水浸提液具有更强的敏感性。

表2 不同质量浓度猪毛蒿根水浸提液对受试植物化感作用的综合效应Table 2 Allelopathic comprehensive effect of different concentrations of aqueous extracts from A.scoparia root on tested plants %

3 讨论

猪毛蒿根水浸提液对4种冰草的种子萌发及幼苗生长存在一定程度的化感作用。猪毛蒿根水浸提液对蒙古冰草、扁穗冰草、沙生冰草种子相对发芽率、相对发芽指数的影响不显著，对蒙农杂交冰草则抑制作用明显，而对扁穗冰草、沙生冰草和蒙农杂交冰草相对发芽天数的影响大多表现为促进作用，随着质量浓度升高，促进作用增强。对蒙农杂交冰草种子萌发的抑制作用与鲁京慧的研究[18]有相似之处，均表明蒙农杂交冰草种子较其他冰草种子对猪毛蒿根水浸提液更为敏感。

在各质量浓度猪毛蒿根水浸提液处理下，4 种冰草在幼苗生长的各个指标中表现出“低促高抑”现象。在对相对胚芽长度的影响中，对扁穗冰草、蒙农杂交冰草产生“低促高抑”作用，对蒙古冰草产生明显促进作用。在对相对胚芽直径的影响中，对蒙古冰草、沙生冰草、蒙农杂交冰草产生“低促高抑”作用，对扁穗冰草产生显著抑制作用。而对相对胚根长度的影响中，促进作用多于抑制作用，对蒙古冰草的促进作用随质量浓度升高而减弱[19]，但对扁穗冰草产生“低促高抑”作用。干质量也可以表示化感作用的强度[20]。猪毛蒿根水浸提液对胚芽干质量与胚根干质量的影响整体是相反的，与相对发芽率和相对发芽指数相比，整体上还是促进作用多些，但只在对蒙古冰草的相对胚芽干质量影响中明显些。另外，只在沙生冰草的相对胚芽干质量与蒙古冰草的相对胚根干质量中出现“低促高抑”效应。猪毛蒿根水浸提液对这些指标的影响与前面对种子萌发指标的影响相比，“低促高抑”现象出现较多[21]。

根据以上分析可以看出，猪毛蒿根水浸提液对4 种冰草在幼苗生长期的化感作用要弱于在种子萌发期的化感作用，这与刘桂霞等[22]的研究结果相反。随着4 种冰草的生长，猪毛蒿的化感作用逐步弱化，这印证了植物在不同发育时期对化感作用的敏感性不同，下一步有必要对此进行更深入的研究。

在猪毛蒿根水浸提液对4种冰草化感作用的综合效应中，只有扁穗冰草的化感作用综合效应出现“低促高抑”，蒙古冰草的化感作用综合效应呈增加趋势，而蒙农杂交冰草则呈相反趋势，即对蒙古冰草的促进作用显著，对蒙农杂交冰草的抑制作用显著。猪毛蒿根水浸提液对蒙古冰草的促进作用可为猪毛蒿群落构建提供参考，有待作进一步的研究。

4 结论

综上表明，猪毛蒿根水浸提液对4 种冰草的种子萌发和幼苗生长产生了一定的化感作用，且对不同受体植物具有不同的化感效应，作用强度也不同。猪毛蒿根水浸提液明显抑制蒙农杂交冰草种子萌发，对其他3 种冰草影响不显著；猪毛蒿根水浸提液对4 种冰草幼苗生长具有“低促高抑”效应，但大部分与对照差异不显著；猪毛蒿根水浸提液对4 种冰草种子萌发和幼苗生长的化感作用综合效应的强度依次为：蒙农杂交冰草＞蒙古冰草＞扁穗冰草＞沙生冰草，其中对蒙古冰草产生明显的促进作用，对蒙农杂交冰草产生明显的抑制作用，说明这2 种冰草对猪毛蒿根水浸提液具有更强的敏感性。而下一步有待开展猪毛蒿其他器官水浸提液对其他物种化感作用及其所含化感物质的研究。