白灰毛豆和新銀合歡水提液對(duì)白灰毛豆化感作用研究

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(1.海南熱帶海洋學(xué)院生態(tài)環(huán)境學(xué)院，海南 三亞 572022；2.三亞市林業(yè)科學(xué)研究院，海南 三亞 572022)

化感作用是植物(包括微生物)產(chǎn)生一些特殊的生化物質(zhì)并釋放到環(huán)境中，進(jìn)而對(duì)其它植物產(chǎn)生直接或間接的相生或相克的作用[1]。自然狀態(tài)下,化感物質(zhì)主要通過根系分泌、莖葉淋溶和揮發(fā)、枯枝落葉分解釋放到外界環(huán)境中[2]。傅藎儀等在研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不同作物之間的搭配以及作物和雜草之間都存在化感作用，對(duì)于優(yōu)勢(shì)種群的形成、群落的演替、植被的恢復(fù)、農(nóng)田作物耕種制度的合理布局，雜草的控制以及作物病蟲害的防治都起著重要的作用[3]。萬方浩等還認(rèn)為，化感作用是外來物種生態(tài)入侵的重要機(jī)制之一[4]。萬歡歡等通過紫莖澤蘭葉片凋落物水提液對(duì)草本植物化感作用的研究發(fā)現(xiàn)，水提液對(duì)部分草本植物的萌發(fā)呈現(xiàn)低濃度促進(jìn)高濃度抑制的情況[5]。喻秀艷等發(fā)現(xiàn)不同狀態(tài)葉片水提液對(duì)蘿卜的根長(zhǎng)有不同的顯著抑制作用[6]，王云等研究發(fā)現(xiàn)，2種婆婆納屬植株的不同部位水提液對(duì)玉米、辣椒等受體植物均表現(xiàn)出明顯的抑制作用[7]。

白灰毛豆(Tephrosiacandida)為豆科蝶形花亞科灰葉屬多年生灌木，原產(chǎn)印度東部和馬來半島[8]，我國(guó)福建、廣東、廣西、云南、海南有引種[9]，對(duì)固沙和保護(hù)堤岸有很好的作用[10]。目前，關(guān)于白灰毛豆的研究還較少，趙懷寶等對(duì)其繁殖生物學(xué)特性進(jìn)行了研究[11]，僅有的一些是關(guān)于同屬的非洲灰毛豆，較多地集中在果實(shí)提取物的農(nóng)藥利用方面和間作利用方面，白灰毛豆化感作用研究未見報(bào)道[12-14]。

新銀合歡(Leucaenaleucocephalacv.Salvador)為豆科含羞草亞科銀合歡屬多年生喬木或半落葉灌木，原產(chǎn)墨西哥南部尤卡坦半島，現(xiàn)廣泛見于世界熱帶和亞熱帶地區(qū)[15]，被廣泛運(yùn)用于飼料、肥料、燃料、木材[16]。余梅雪對(duì)新銀合歡營(yíng)養(yǎng)成分及飼用價(jià)值研究表明，葉子、果實(shí)均能作為飼料并且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[17]。方海東研究了新銀合歡樹林對(duì)降水截流的功效，得出其能夠降低土壤侵蝕，具有較好的水文效應(yīng)[18]。李銘怡等對(duì)新銀合歡在不同土壤水分條件下的適生性研究表明其具有一定耐淹性，但相對(duì)較弱,耐旱性較強(qiáng)[19]。胡瓊梅對(duì)新銀合歡引種適應(yīng)性進(jìn)行了調(diào)查，得出了新銀合歡在引種地具有良好的生態(tài)適應(yīng)性，而被用作水土保持和邊坡植被恢復(fù)[20]。而與新銀合歡同屬的銀合歡已被認(rèn)定為100種惡性外來入侵生物之一，而且銀合歡葉片浸提液對(duì)芥菜、白菜、菜心種子的萌發(fā)有較強(qiáng)的化感作用[15]，但關(guān)于新銀合歡的化感作用尚未見報(bào)道。

白灰毛豆和新銀合歡均為外來物種，常被用作高速公路邊坡植被恢復(fù)。在G 98高速邊坡植被群落物種多樣性和群落演替研究中發(fā)現(xiàn)，存在明顯的新銀合歡取代白灰毛豆成為群落優(yōu)勢(shì)種，并呈現(xiàn)出快速蔓延和種群擴(kuò)張的趨勢(shì)，由此，通過研究白灰毛豆、新銀合歡的鮮莖葉和凋落葉的水提液對(duì)白灰毛豆種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，為群落演替研究以及外來物種生態(tài)入侵風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

白灰毛豆、新銀合歡的鮮莖葉和凋落葉以及種子均采自于G 98高速公路邊坡，鮮莖葉及種子均攤在報(bào)紙上自然風(fēng)干，室溫保存。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 白灰毛豆、新銀合歡鮮莖葉和凋落葉不同濃度水提液的制備

采集白灰毛豆、新銀合歡的新鮮莖葉，參考曾任森的方法[21]；凋落葉參考 Belz等的方法[22]。用蒸餾水清洗后，在105 ℃狀態(tài)下的烘干箱中烘干2 h，粉碎烘干的葉片。稱取20 g，加入400 mL的蒸餾水，用保鮮膜封好，室溫下浸泡48 h后，濾紙過濾，得到濃度為50 g/L的母液。用蒸餾水依次稀釋到1.5，5，15，25 g/L的無機(jī)浸提液，放在4 ℃的冰箱中保存?zhèn)溆?。各類浸提液的?jiǎn)寫：HX為白灰毛豆新葉水浸提液；HD為白灰毛豆凋落葉水浸提液；YD為新銀合歡凋落水浸提液；YX為新銀合歡鮮莖葉水浸提液。

1.2.2 白灰毛豆、新銀合歡種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的生物測(cè)定

用培養(yǎng)皿濾紙法進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)，選取籽粒飽滿、大小基本相同的白灰毛豆種子，放在鋪有2層濾紙的9 cm的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中放20粒種子，分別加入10 mL 1.5 g/L、5 g/L、15 g/L、25 g/L濃度的白灰毛豆、新銀合歡的鮮莖葉和凋落葉無機(jī)浸提液，用電子稱測(cè)量每個(gè)培養(yǎng)皿重量，以后每天根據(jù)第1天相應(yīng)的克數(shù)及時(shí)添加浸提液。每個(gè)濃度設(shè)3個(gè)重復(fù)，用蒸餾水作ck。以胚芽突破種皮1～2 mm視為發(fā)芽，每天記錄種子的發(fā)芽數(shù)。10 d后在每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取正常生長(zhǎng)的植株若干，統(tǒng)計(jì)植株的須根數(shù)；用直尺測(cè)量植株的根長(zhǎng)、苗高；用分析天平測(cè)量植株的鮮重；105 ℃烘干箱烘干后用分析天平測(cè)量植株的干重。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

各浸提液下的白灰毛豆種子連續(xù)4 d不再發(fā)芽后，計(jì)算種子的發(fā)芽率(GR%)、發(fā)芽勢(shì)(GE%)、發(fā)芽指數(shù)(GI)、發(fā)芽速度指數(shù)(I)、活力指數(shù)(VI)。測(cè)定植株的須根數(shù)、根長(zhǎng)、苗高、鮮重、干重。

參照 Williamson等[23]的方法，計(jì)算化感效應(yīng)敏感指數(shù)(RI):

RI=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1(T

式中:C為ck值，T為處理值[24]。當(dāng)RI>0 時(shí)為促進(jìn)作用，當(dāng)RI<0 時(shí)為抑制作用，RI絕對(duì)值的大小代表化感作用的強(qiáng)弱。

綜合效應(yīng)指數(shù)(SE)更能充分的體現(xiàn)化感效應(yīng)的強(qiáng)弱，其具體是指同一種處理下對(duì)同一個(gè)體各9個(gè)測(cè)試項(xiàng)目化感效應(yīng)指數(shù)(RI)的算術(shù)平均值。

SE=(RI發(fā)芽率+RI發(fā)芽勢(shì)+RI發(fā)芽指數(shù)+RI活力指數(shù)+RI幼苗須根數(shù)+RI幼苗根長(zhǎng)+RI幼苗苗高+RI幼苗鮮重+RI幼苗干重)/9。

表1 4種不同水提液對(duì)白灰毛豆種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的影響

注:數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在5%水平的差異(p<0.05)；不同大寫字母表示在1%水平的差異(p<0.01)。

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析，采用單因素方差分析和最小顯著極差法比較不同處理間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 白灰毛豆、新銀合歡凋落葉和鮮莖葉水提液對(duì)白灰毛豆種子萌發(fā)的影響

2.1.1 對(duì)發(fā)芽率的影響

由表1可知，4種浸提液中，白灰毛豆種子的發(fā)芽率均呈現(xiàn)出5 g/L處理的發(fā)芽率比1.5 g/L的發(fā)芽率高，15 g/L比25 g/L的高，白灰毛豆發(fā)芽率隨著YD濃度的升高呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。5 g/L HD白灰毛豆的發(fā)芽率顯著低于ck組和其他處理，而YD只有最高濃度的與ck組達(dá)到了顯著水平，其他處理間均無顯著差異，HX也只有最高濃度為25 g/L時(shí)的發(fā)芽率與最低濃度(1.5 g/L)之間達(dá)到了顯著差異，YX各濃度的發(fā)芽率均無顯著差異。

2.1.2 對(duì)發(fā)芽勢(shì)的影響

由表1可知，YD和HX種子的發(fā)芽勢(shì)隨著濃度的升高均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，而HD和YX 15 g/L時(shí)白灰毛豆的發(fā)芽勢(shì)高于5 g/L。1.5 g/L HD的發(fā)芽勢(shì)顯著高于5 g/L的，其他處理間沒有顯著差異。3種YD較高濃度的白灰毛豆的發(fā)芽勢(shì)均極顯著低于ck，降幅分別為66.66%、71.43%、76.2%，最低濃度的處理也顯著低于ck。HX僅最高濃度與最低濃度之間的發(fā)芽勢(shì)有顯著差異。25 g/L YX的發(fā)芽勢(shì)分別顯著低于ck和1.5 g/L的。

2.1.3 對(duì)發(fā)芽指數(shù)的影響

由表1可知，YD和HX種子的發(fā)芽指數(shù)均呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，15 g/L的HD和YX發(fā)芽勢(shì)高于5 g/L的。1.5 g/L HD發(fā)芽指數(shù)顯著高于5 g/L和25 g/L的，其他處理間沒有顯著差異。2種較高濃度YD的白灰毛豆發(fā)芽勢(shì)均極顯著低于ck，降幅分別達(dá)52.48%、73.72%，5 g/L也顯著低于ck。在HX和YX中，僅最高濃度與最低濃度之間的發(fā)芽勢(shì)有顯著差異。

2.1.4 對(duì)活力指數(shù)的影響

由表1可知，4種浸提液中，白灰毛豆種子的活力指數(shù)均呈現(xiàn)出1.5 g/L比5 g/L的高，15 g/L比25 g/L的高。1.5 g/L HD的活力指數(shù)顯著高于25 g/L的，并與5 g/L達(dá)到極顯著差異。25 g/L YD極顯著低于ck和1.5 g/L。最低濃度的HX與2 g/L之間達(dá)到極顯著差異，并顯著高于其他處理。在YX中，25 g/L的與1.5 g/L之間有極顯著差異，并顯著高于ck。

2.1.5 對(duì)化感效應(yīng)指數(shù)的影響

從圖1可以看出，YD對(duì)白灰毛豆種子萌發(fā)均表現(xiàn)為抑制作用，其中25 g/L化感效應(yīng)指數(shù)為4種處理最大的，其值為RI=-0.684 6，白灰毛豆種子萌發(fā)受YD的影響最大。HX、YX也都表現(xiàn)為較低濃度促進(jìn)，高濃度抑制，1.5 g/L HX對(duì)白灰毛豆種子萌發(fā)的促進(jìn)作用最大，RI=0.333 5。4種不同浸提液中，YD和YX的抑制作用大于HX、HD。

圖1 白灰毛豆、新銀合歡凋落葉和鮮莖葉水浸提液對(duì)白灰毛豆種子萌發(fā)的化感效應(yīng)

2.2 白灰毛豆、新銀合歡凋落葉和鮮莖葉水提液對(duì)白灰毛豆幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 對(duì)須根數(shù)的影響

由圖2可知，4種浸提液各濃度處理的白灰毛豆須根數(shù)均極顯著低于ck。HD處理降幅分別為25.41%、41.65%、44.74%、53.68%，1.5 g/L浸提液下的須根數(shù)顯著高于其他濃度。4種濃度YD處理間的須根數(shù)沒有顯著差異，降幅在50.66%～56.13%之間。各濃度HX處理降幅分別為27.92%、56.58%、57.57%、66.48%，且1.5 g/L的須根數(shù)均極顯著高于其他處理。各濃度YX的須根數(shù)較ck分別下降了56.79%、65.46%、86.84%、92.11%，且15 g/L、25 g/L的須根數(shù)極顯著低于其他處理。

2.2.2 對(duì)根長(zhǎng)的影響

從圖3可以看出，4種浸提液不同濃度處理下的白灰毛豆根長(zhǎng)隨濃度的升高而下降。在HD中，1.5 g/L的白灰毛豆的根長(zhǎng)極顯著高于15 g/L、25 g/L，但各濃度處理與ck沒有顯著差異。25 g/L YD白灰毛豆的根長(zhǎng)極顯著低于ck、1.5 g/L、5 g/L。HX處理白灰毛豆根長(zhǎng)均低于ck，且15 g/L顯著低于ck，但25 g/L極顯著低于ck,且顯著低于其他濃度處理。3種YX較高濃度處理的根長(zhǎng)極顯著低于ck，最低濃度下的根長(zhǎng)極顯著高于最高濃度的根長(zhǎng)。

圖2 白灰毛豆、新銀合歡凋落葉和鮮莖葉水浸提液對(duì)白灰毛豆須根數(shù)的影響

圖3 白灰毛豆、新銀合歡凋落葉和鮮莖葉水浸提液對(duì)白灰毛豆根長(zhǎng)的影響

2.2.3 對(duì)苗高的影響

由圖4可以看出，1.5 g/L HD的白灰毛豆的苗高顯著高于ck，極顯著高于15 g/L、25 g/L。YD 4種濃度苗高的變化不大，只有1.5 g/L苗高極顯著高于ck和25 g/L。3種較高濃度HX苗高顯著低于ck，其中5 g/L、15 g/L的苗高與ck相比達(dá)到了極顯著水平。YX 3種較低濃度苗高變化不大，僅25 g/L的苗高顯著低于ck。

2.2.4 對(duì)鮮重的影響

由圖5可以看出，4種浸提液下不同濃度處理的植株鮮重變化均不太大，但總體表現(xiàn)出較ck增大的趨勢(shì)。其中，1.5 g/L HD處理鮮重極顯著高于ck、15，25 g/L；1.5，5，25 g/L YD處理的鮮重顯著高于ck； HX和YX處理不同濃度之間、以及與ck鮮重間均沒有顯著差異，說明HX、YX不同濃度的處理對(duì)白灰毛豆的鮮重幾乎無影響。

圖4 白灰毛豆、新銀合歡凋落葉和鮮莖葉水浸提液對(duì)白灰毛豆苗高的影響

圖5 白灰毛豆、新銀合歡凋落葉和鮮莖葉水浸提液對(duì)白灰毛豆鮮重的影響

2.3 白灰毛豆、新銀合歡的凋落葉和鮮莖葉水浸提液的綜合化感效應(yīng)指數(shù)

表2 4種不同水提液對(duì)白灰毛豆的綜合化感效應(yīng)

浸提液種類浸提液濃度(g/L)綜合化感效應(yīng)(SE)HD1.50.0845-0.13215-0.06925-0.134YD1.5-0.1425-0.25215-0.30925-0.440HX1.50.0935-0.09115-1.13125-0.302YX1.5-0.0745-0.22115-0.19825-0.451

注：“+”表示促進(jìn)作用，“-”表示抑制作用。

由表2可知，YD和YX對(duì)白灰毛豆均表現(xiàn)為抑制作用，且濃度越高，抑制作用越強(qiáng)。除1.5 g/L的HD和HX處理對(duì)白灰毛豆有促進(jìn)作用外，其他處理均為抑制作用。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

自然界中化感作用普遍存在，并對(duì)植物的種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)以及分布都有影響[25]。本研究結(jié)果表明，不同浸提液、不同濃度處理對(duì)供試材料的化感作用表現(xiàn)出一定的差異性。這和王寧、張權(quán)、王曉英、王春會(huì)、劉俊華等的研究結(jié)果是一致的[26-30]。

從種子萌發(fā)的角度來看，HD、HX、YD、YX不同濃度處理對(duì)種子的萌發(fā)都有一定的影響，表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的趨勢(shì)。萬歡歡等相關(guān)研究也報(bào)道，低濃度水提液可能主要起營(yíng)養(yǎng)作用，化感作用微弱，隨著濃度增加，只有達(dá)到了某一有效作用閾值，化感作用得以顯現(xiàn)[5]，這和李天星、何詩虹等的研究結(jié)果是一致的[31-32]。可以推測(cè)，在自然狀態(tài)下，外來植物向土壤中釋放的化感物質(zhì)只有達(dá)到了一定的濃度，才會(huì)體現(xiàn)出對(duì)伴生植物產(chǎn)生的化感作用。

種子萌發(fā)是植物生活史的開端，萌發(fā)快、萌發(fā)率高意味著能充分利用資源，成為優(yōu)勢(shì)種。除1.5 g/L的YX處理外，新銀合歡不同提取液均對(duì)白灰毛豆種子萌發(fā)表現(xiàn)出抑制作用。除1.5 g/L HX、HD處理外，白灰毛豆不同提取液對(duì)自身種子萌發(fā)也較多地表現(xiàn)為抑制作用。

從幼苗生長(zhǎng)的角度來看，HD、HX、YD、YX不同濃度處理對(duì)白灰毛豆幼苗生長(zhǎng)均表現(xiàn)為抑制作用，且濃度越高抑制作用越強(qiáng)，但單獨(dú)來看，對(duì)須根數(shù)都表現(xiàn)為抑制作用，對(duì)根長(zhǎng)、苗高、鮮重則表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)，高濃度抑制，尤以YX最為明顯。不同部位生長(zhǎng)的化感效應(yīng)的差異有待進(jìn)一步研究。

從綜合化感效應(yīng)指數(shù)來看，YD和YX對(duì)白灰毛豆均表現(xiàn)為抑制作用，且濃度越高，抑制作用越強(qiáng)，而除1.5 g/L的HD和HX處理對(duì)白灰毛豆有促進(jìn)作用外，其他處理均為抑制作用。新銀合歡取代白灰毛豆成為群落優(yōu)勢(shì)種，降水淋溶和凋落枝葉的長(zhǎng)期積累所發(fā)揮的化感作用或許是群落演替的原因之一，相關(guān)根際分泌物化感作用及入侵后土壤變化研究正在進(jìn)行中。

作為2種外來物種，白灰毛豆和新銀合歡都具有明顯的化感作用。鑒于同屬的物種已被確定為入侵物種，新銀合歡通過化感作用的生態(tài)入侵風(fēng)險(xiǎn)需引起重視。

3.2 結(jié) 論

白灰毛豆、新銀合歡鮮莖葉和凋落葉均有明顯的化感作用。對(duì)種子萌發(fā)總體表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制。新銀合歡水提液對(duì)白灰毛豆幼苗生長(zhǎng)均表現(xiàn)為抑制作用，且濃度越高抑制作用越強(qiáng)。化感作用可能是群落演替中白灰毛豆被新銀合歡替代的原因之一。