外來入侵植物銀膠菊不同部位的化感作用

高興祥，李 美，謝 慧，高宗軍，張秀榮，張悅麗，曹坳程，孔金花

（1．山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，山東 濟(jì)南250100；2．山東省植物病毒學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南250100；3．山東省濟(jì)寧市任城區(qū)農(nóng)業(yè)局植保站，山東 濟(jì)寧272000；4．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，北京100193；5．臨沂市科技開發(fā)中心，山東 臨沂276000）

外來入侵植物為了適應(yīng)不良環(huán)境、達(dá)到與當(dāng)?shù)厣餇帄Z生存空間的目的，往往通過排擠土著種獲得成功，這種排擠手段包括占據(jù)本地物種生態(tài)位、與當(dāng)?shù)匚锓N競爭食物或直接殺死當(dāng)?shù)匚锓N以及形成大面積單優(yōu)群落，降低物種多樣性等［1］。除此之外，外來植物為了爭取更多的陽光、營養(yǎng)、水分和空間，通過地上部淋溶、莖葉揮發(fā)、根系分泌和殘?bào)w分解等一種或多種途徑向環(huán)境釋放次生代謝物質(zhì)［2－3］，其中有些次生代謝物具有化感作用，可以間接或直接地影響周圍植物（包括微生物）的生長，從而影響植物群落組成和演替變化［4］?；凶饔檬侵敢环N植物通過向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)對另一種植物（包括微生物）所產(chǎn)生的直接或間接的、有害或有益的作用［2，5］，入侵我國的惡性雜草薇甘菊（Mikania micrantha）［6］、加拿大一枝黃花（Solidago canadensis）［7］、紅化酢漿草（Oxalis corymbosa）［8］和 紫 莖 澤 蘭 （Eupatorium adenophorum）［9］等已被證實(shí)具有明顯的化感作用，另一種外來入侵雜草銀膠菊（Parthenium hysterophorus）也已被國內(nèi)外學(xué)者研究證實(shí)具有化感作用。

銀膠菊，英文名為 Guayule Common Parthenium，屬菊科銀膠菊屬，是一種原產(chǎn)于中美洲的外來有害雜草，該雜草已經(jīng)在東南亞地區(qū)對人類健康、生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成危害，1924年在越南北部被報(bào)道，1926年在我國云南采到標(biāo)本，目前在我國云南（南部 ）、貴州（西南部）、廣西、廣東、山東、海南、香港、福建（南部）和臺灣等地均有分布［10］，其中山東首次報(bào)道是在2004年的莒南縣［11］。

目前，銀膠菊作為一種外來入侵雜草越來越受到人們的關(guān)注和重視。在國內(nèi)外對銀膠菊的化感作用均有報(bào)道，國外Singh等［12］研究了銀膠菊的化感作用對蘿卜（Raphanus sativus）和雪豆（Pisum sativum）生長發(fā)育的影響，明確指出銀膠菊對蘿卜和雪豆生長發(fā)育具有明顯的抑制作用；國內(nèi)韋家書［13］發(fā)現(xiàn)銀膠菊植株水提液對蘿卜、黃瓜（Cucumis sativus）、三葉鬼針草（Bidens pilosa）和馬唐（Digitaria sanguinalis）均有較強(qiáng)的化感作用；潘玉梅等［14］也發(fā)現(xiàn)銀膠菊水提液對三葉鬼針草有一定的抑制生長作用，但對茶條木（Delavaya toxocarpa）的生長卻沒有影響；陳業(yè)兵等［15］報(bào)道銀膠菊的花和葉對苘麻（Abutilon theophrasti）和稗草（Echinochloa crus－gali）均有明顯的化感作用。但這些研究和報(bào)道大多是在室內(nèi)以濾紙為載體而得出的結(jié)果，這與真正田間的土壤中的化感作用還有一定的差距。本研究在以濾紙為載體進(jìn)行室內(nèi)生物測定試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在溫室內(nèi)以土壤為載體通過盆栽的方式研究了銀膠菊不同部位干粉對受體的化感作用，以期為更接近于大田狀態(tài)的研究和利用銀膠菊的化感作用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1．1 材料制備

1．1．1 銀膠菊水浸提液 將銀膠菊全株采回，先用清水洗凈，室內(nèi)自然晾干后，按根、莖、葉及果實(shí)等不同部位剪成2cm小段，稱取50g置于棕色玻璃瓶中，加入500mL水浸泡，期間間或震蕩，72h后超聲波20min，然后抽濾，即得質(zhì)量濃度為0．100 g·mL－1的銀膠菊葉片水浸提液，再稀釋成質(zhì)量濃度為0．050、0．025g·mL－1的浸提液備用。

1．1．2 銀膠菊干粉 將銀膠菊全株采回，先用清水洗凈，室內(nèi)自然晾干后，按根、莖、葉及果實(shí)等不同部位用粉碎機(jī)粉碎，過孔徑為0．425mm篩，進(jìn)行溫室盆栽試驗(yàn)。

1．2 測定方法

1．2．1 室內(nèi)生物測定 采用種子萌發(fā)法［16］，以濾紙為載體研究銀膠菊不同部位水浸提物對種子萌發(fā)及生長的影響。

將蒸餾水設(shè)為對照，在培養(yǎng)皿（?＝9cm）中加入10mL浸提液，混合均勻后蓋上2層濾紙，然后放入30粒受體種子。所有處理均重復(fù)3次，放在（26±1）℃恒溫箱中黑暗培養(yǎng)，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，以胚根突破種皮2mm即視為萌發(fā)，4d后計(jì)算發(fā)芽率，測量受體種子的幼苗根長和苗高等。

1．2．2 溫室盆栽生物測定 以土壤為載體在溫室內(nèi)測定銀膠菊干粉對受體出苗和株高、鮮質(zhì)量的影響。

在玻璃溫室中進(jìn)行試驗(yàn)材料的培養(yǎng)，將定量的蘿卜、馬唐和苘麻種子分別播于直徑為8cm、高度為9cm的塑料盆中，按25g·kg－1（干粉質(zhì)量／土壤質(zhì)量）的比例在土壤中混入一定量的銀膠菊干粉，每盆裝入土壤150g，以不加干粉的處理作為空白對照，重復(fù)3次，隔天澆一次水。4d后將各處理土壤用清水沖洗，調(diào)查各處理的種子萌發(fā)數(shù)。20d后測量受體株高及平均單株鮮質(zhì)量。

1．3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法 為便于比較物種間差異，對種子萌發(fā)和幼苗的生長均使用抑制百分率表示。

式中，C指對照值；T指處理值。

采用SPSS 13．0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA分析，方差齊性用鄧肯新復(fù)極差測驗(yàn)法DMRT（Duncan’s multiple range test）在α＝0．05水平上進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，所有數(shù)值均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；采用 Microsoft Office Excel 2003作圖。

2 結(jié)果與分析

2．1 室內(nèi)生測試驗(yàn)

2．1．1 銀膠菊水浸提物對受體種子萌發(fā)的影響 隨著銀膠菊水浸提液質(zhì)量濃度的增加，3種受體植物的種子萌發(fā)率基本呈降低趨勢（表1）。其中，銀膠菊葉片和果實(shí)對受體萌發(fā)的影響最大，在試驗(yàn)所設(shè)最低質(zhì)量濃度0．025g·mL－1下對苘麻、馬唐和蘿卜的萌發(fā)抑制率為5．26%～77．78%，而在最高質(zhì)量 濃 度 0．100g· mL－1下 則 為 56．47% ～100．00%；根部和莖部對受體的萌發(fā)抑制率相對較低，最高質(zhì)量濃度0．100g·mL－1下的抑制率僅在0～66．67%。

3種受體植物中，苘麻和蘿卜的敏感性最高，馬唐的敏感性最差。以銀膠菊葉片對受體萌發(fā)的影響為例，0．050g·mL－1葉片水浸提液對苘麻和蘿卜的抑制率為66．67%和62．50%，而對馬唐的抑制率僅為33．37%；0．100g·mL－1葉片水浸提液完全抑制苘麻和蘿卜的萌發(fā)，但對馬唐的抑制率僅為56．27%。

2．1．2 銀膠菊水浸提物對受體生長的影響 銀膠菊水浸提液對3種植物幼苗的生長基本表現(xiàn)為抑制作用，且表現(xiàn)出“劑量效應(yīng)”，隨浸提液質(zhì)量濃度的增大，對幼苗生長的抑制作用增強(qiáng)（表2、表3）。

銀膠菊葉片和果實(shí)對受體根長生長的影響最大，在0．100g·mL－1質(zhì)量濃度時(shí)，根長抑制率在81．82%以上；根和莖的影響略小，但高質(zhì)量濃度下對蘿卜的抑制率均較高，在0．100g·mL－1時(shí)，對苘麻的抑制率在29．60%～47．20%，對馬唐的抑制率為－1．65%～8．26%，而對蘿卜的抑制率為63．98%～94．79%。3種受體比較，敏感性最高的是蘿卜，其次是苘麻，馬唐的敏感性最低。

銀膠菊不同部位對受體幼苗苗高生長的影響與對受體幼苗根長生長的影響趨勢一致：均為葉和果實(shí)的化感活性最高；受體中蘿卜的敏感性最高（表3）。另外，銀膠菊同一部位在同一質(zhì)量濃度下對同一受體的根長抑制率基本高于對應(yīng)的苗高抑制率。

表1 銀膠菊不同部位水浸提液對受體萌發(fā)率的影響Table 1 Effects of aqueous extracts from different parts of Parthenium hysterophorus on seed germination of three plant species

表2 銀膠菊不同部位水浸提液對受體幼苗根長的影響Table 2 Effects of aqueous extracts from different parts of Parthenium hysterophorus on root length of three plant species

2．2 溫室盆栽試驗(yàn)

2．2．1 銀膠菊對受體種子萌發(fā)的影響 銀膠菊根、莖、葉及果實(shí)干粉混入土壤后對受體植物種子的萌發(fā)基本表現(xiàn)為抑制作用（圖1），其中葉片的化感作用最強(qiáng)，對3種受體的抑制效果明顯高于其他部位，對苘麻、馬唐和蘿卜的萌發(fā)抑制率分別達(dá)到80．00%、73．44%和100．00%；其次為果實(shí)的化感作用，對應(yīng)的萌發(fā)抑制率依次為56．67%、49．22%和90．00%；根和莖的化感作用較小，對受體的萌發(fā)抑制率均在40．00%以下。

表3 銀膠菊不同部位水浸提液對受體幼苗苗高的影響Table 3 Effects of aqueous extracts from different parts of Parthenium hysterophorus on seedling height of three plant species

3種受體植物在銀膠菊同一部位的處理之間存在顯著差異（P＜0．05），以蘿卜的敏感性最強(qiáng)，銀膠菊根、莖、葉和果實(shí)對其的抑制率分別達(dá)到40．00%、25．00%、100．00%和90．00%，馬唐和苘麻的敏感性略低，其中苘麻的敏感性略高于馬唐。

2．2．2 銀膠菊對受體生長的影響 銀膠菊干粉混入土壤后對受體植物的株高和鮮質(zhì)量均表現(xiàn)為不同程度的抑制作用（圖2和圖3）。與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果一致，無論是對受體株高還是鮮質(zhì)量的影響，均是銀膠菊葉的影響最大，銀膠菊葉對蘿卜、苘麻的株高抑制率分別為86．37%和74．42%。銀膠菊莖、葉和果實(shí)對受體株高的抑制率高于對受體鮮質(zhì)量的抑制率，但根對受體的影響正好相反。3種受體中，蘿卜相對來說最為敏感，苘麻次之，馬唐的敏感性相對最差。

圖1 銀膠菊不同部位對受體種子出苗的影響Fig．1 Effects of aqueous extracts from different parts of P．hysterophorus on seed germination of three plant species

圖2 銀膠菊不同部位對受體生長株高的影響Fig．2 Effects of aqueous extracts from different parts of P．hysterophorus on seedling height of three plant species

圖3 銀膠菊不同部位對受體鮮質(zhì)量的影響Fig．3 Effects of aqueous extracts from different parts of P．hysterophorus on seedling fresh weight of three plant species

綜合比較以上3個(gè)指標(biāo)，銀膠菊干粉對受體植物的萌發(fā)率影響最大，其次是株高，對鮮質(zhì)量的影響最小，但這3個(gè)指標(biāo)有一定的規(guī)律，即對萌發(fā)率影響大的一般對株高和鮮質(zhì)量影響也大；在3種受體植物間，物種間敏感性差異較大，其中蘿卜敏感性最高，其次是苘麻和馬唐。

3 討論

植物向環(huán)境釋放化感活性物質(zhì)的途徑不同，致使其不同部位的化感潛勢及其強(qiáng)度均表現(xiàn)出一定的差異，有些植物的化感作用集中表現(xiàn)于植株的某一部位，如三裂葉豚草（Ambrosia trifida）化感活性物質(zhì)集中于莖和葉［17］、落葉松（Larix laricina）集中 于 莖［18］、黑 芥 （Brassica nigra）集 中 于 葉 和花［19－20］。本研究顯示，銀膠菊的根、莖、葉和果實(shí)均對受體植物的種子萌發(fā)和幼苗生長顯示一定的化感活性，其中銀膠菊葉片和果實(shí)水浸提液對受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用較其他部位都顯著，表明銀膠菊葉片和果實(shí)是集中表現(xiàn)銀膠菊化感作用的特定部位。但在自然界中銀膠菊如何將葉和果實(shí)中的化感活性物質(zhì)釋放出來，究竟是以地上部淋溶、莖葉揮發(fā)、根系分泌和殘株分解中哪種途徑為主，還是幾種途徑共同作用，還需要進(jìn)一步的研究予以揭示。認(rèn)識銀膠菊某些部位化感潛勢的特異性和不同部位化感潛勢的差異性，對深入研究銀膠菊的入侵特性及合理管理具有重要意義。

在本試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，不同受體對銀膠菊化感物質(zhì)的敏感性差別較大，蘿卜和苘麻的敏感性強(qiáng)，而馬唐的敏感性相對略差，這可以用化感物質(zhì)的選擇性和專一性進(jìn)行解釋［21］。國外學(xué)者研究表明，從檸檬桉（Eucalyptus citriodora）分離出的孟烷二醇能夠抑制萵苣（Lactuca sativa）、獨(dú)行草（Lepidium sativum）和狗尾草（Setaria viridis）種子的萌發(fā)，但對檸檬桉自身種子和水稻（Oryza sativa）種子的發(fā)芽卻無影響［22］；從豚草分離出的dihydroparthenlide能夠 顯 著 促 進(jìn)小 麥 （Triticum aestivum）、苜 蓿（Medicago sativa）、胡蘿卜（Daucus carota）和黃瓜種子的發(fā)芽而抑制高粱（Sorghum vulgare）和莧菜（Amaranthus retroflexus）的發(fā)芽［23］。

本研究僅以3種受體植物室內(nèi)生物測定和溫室盆栽試驗(yàn)，初步斷定銀膠菊化感物質(zhì)主要存在于葉片和果實(shí)中，但銀膠菊釋放化感物質(zhì)除對周圍植物有化感作用外，對周圍微生物及其他昆蟲的作用還須進(jìn)一步證實(shí)［24－25］。另外，銀膠菊化感物質(zhì)主要成分還需進(jìn)一步分離、純化和分析鑒定，這些都將在后續(xù)工作中深入研究。

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