白三葉化感作用的物候規律與關鍵部位

雷　霆，高素萍，謝　苑，楊麗娟

(四川農業大學 園林研究所， 四川 成都　611130)

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·生命科學·

白三葉化感作用的物候規律與關鍵部位

雷霆，高素萍，謝苑，楊麗娟

(四川農業大學 園林研究所， 四川 成都611130)

研究白三葉化感作用的物候特征和主要部位。在白三葉返青、開花、種子成熟與枯黃4個物候期,用其葉、根-匍匐莖與根際土壤制備成水浸提液,而后處理受體(高羊矛)種子。種子成熟期提取液使受體種子萌發能力與幼苗形態最小。返青與枯黃期提取液使受體幼苗生物量顯著降低。葉片提取液顯著削弱了受體種子的萌發和生長。根-匍匐莖與根際土提取液抑制作用較弱。當RI<0時,RI葉片小于RI根-匍匐莖和RI根際土。白三葉化感作用效應依賴于物候期,生殖生長期白三葉化感作用對受體種子萌發與幼苗形態抑制作用最強,營養生長期對受體幼苗生物量抑制效應最大;葉片可能是最主要的化感物質儲存部位。

白三葉;化感作用;物候

白三葉(TrifoliumrepensL.)屬豆科多年生宿根草本植物,是重要牧草和觀賞草,但由于其很強的侵占性,已經被我國定為入侵植物[1]。白三葉侵入禾本科草坪主要依賴于獲得更多的光、水和營養[2],而化感作用可能是另一個重要原因[3-4]。白三葉水提取液中含有酚類化合物[5-6],可抑制其他植物繁殖和生長,認為其具有化感作用[5-8]。目前對白三葉化感作用的研究主要集中在化感物質的類型[9]和對不同受體植物的影響[6,8]。然而化感作用通常只發生在植物生活史中一段時期[10]。白三葉的化感作用是否也存在階段性，其化感物質的分布如何?尚無報道,本研究試圖揭示化感作用在白三葉的生活史中如何變化以及化感物質的空間分布特點,可進一步解釋白三葉入侵的時空變化問題,為牧草生產有效管理和園林景觀應用提供科學依據。

1　材料與方法

1.1材料

以白三葉(T.repensL.)為供體,高羊茅(Festucaarundinacea)為受體。在四川農業大學雅安校區老板山,于自然生長的白三葉返青、開花、種子成熟和枯黃4個物候期,采用隨機取樣的方法,收集葉片、根-匍匐莖和根際土壤。

1.2白三葉浸提液的制取

1)分別取白三葉的葉和根-匍匐莖(切成2cm長),按鮮重100g加500mL超純水于20℃浸泡40h。依次使用濾紙和0.45 μm 濾膜過濾獲得0.2g/mL的母液。稀釋為0.1g/mL,放入4℃冰箱保存備用。

2)抖根法收集根際土壤,過篩網去除根際土中殘留的須根等。取風干的根際土,研磨后過篩,以100g加500mL超純水的比例裝入試劑瓶,振蕩90min,于20℃放置40h,再用雙層濾紙過濾,獲得0.2g/mL的母液。稀釋為0.1g/mL,放入4℃冰箱保存備用。

1.3種子萌發與幼苗生長測定

在15cm的培養皿中放入兩層濾紙,加入15mL水浸提液(對照加超純水),每處理100粒飽滿的高羊茅種子,重復3次。培養條件20℃恒溫,光照12h黑暗12h,并補充適量水浸液(對照加清水)。胚根突破種皮2～3mm記為萌發。幼苗生長15d后,每個培養皿中隨機抽取20株幼苗,測量株高與根長,然后測定20株幼苗生物量。

發芽率 (%)=(7d內萌發種子數/種子總數)×100%;發芽勢 (%)=(3d內萌發種子數/種子總數)×100%?；兄笖?RI)[11]:RI=1-C/T (T≥C);RI=T/C-1 (T 0,表明促進,RI < 0,表明抑制。

1.4統計分析方法

先用各處理觀測值除以對應時期的對照值得到相對值,對照記為100%,使用Two-way ANOVA模型分析取樣部位和不同時期水浸提液對受體的影響(不計算對照);采用one-way ANOVA 模型分析同一時期不同部位水浸提液對高羊茅種子萌發與幼苗生長的影響(計算對照);采用Duncan′s Multiple Range Test在0.05水平上進行多重比較。統計軟件為SAS 9.2。

2　結果與分析

2.1白三葉水提取物對高羊茅種子萌發的影響

白三葉水浸提液對受體種子發芽率與發芽勢的作用效應受取樣時期和部位顯著影響(表1)。

表1白三葉不同時期與部位水浸提液對高羊茅種子和幼苗影響兩因素方差分析表

Tab.1Results of the two-way ANOVA for the effects ofT.repenswater extracts from different stages and parts treatments and their interactions onF.arundinaceaseeds and seedlings

統計項目變異來源時期部位交互萌發率df326F528.0930.4811.97p<0.0001<0.0001<0.0001發芽勢df326F807.0713.8541.01p<0.0001<0.0001<0.0001苗高df326F32.5531.7717.13p<0.0001<0.0001<0.0001根長df326F35.9336.218.67p<0.0001<0.0001<0.0001平均生物量df326F218.4178.1137.48p<0.0001<0.0001<0.0001

種子成熟期水浸提液處理使受體種子萌發率與萌發勢均最低;枯黃期水浸提液卻促進受體種子萌發(表2)。除枯黃期外的3個時期,葉片提取液都顯著抑制種子萌發(圖1)。當白三葉RI<0時,葉片對萌發的RI都為同時期內最小值(表3)。處于生殖生長時期的白三葉不同部位的水浸提液對受體種子萌發都具有顯著的抑制作用,葉片提取液抑制作用最強。

A=萌發率 Germination rate, B=發芽勢Germination energy, C=苗高 Seedling height, D=根長 Root length, E=平均生物量 Average biomass。CK=對照 Control, L=葉片 Leaf, R-S=根-匍匐莖 Root-Stolon, RhS=根際土壤 Rhizosphere Soil同時期內數據不同小寫字母表示在P < 0.05水平差異有統計學意義。圖1　白三葉水浸提液對高羊茅種子和幼苗的影響Fig.1　The effects of T. repens the water extracts on the seeds and seedlings of F. arundinacea

2.2白三葉水提取物對高羊茅幼苗形態的影響

不同取樣時期與部位的白三葉水浸提液對高羊茅幼苗高度與根長有顯著影響(表1)。種子成熟期水浸提液顯著抑制受體苗高,返青、開花和種子成熟3個時期水浸提液都使根長下降,種子成熟期RI<0且顯著低于其他時期(圖1,表2)。當白三葉RI<0時,RI葉片

2.3白三葉水提取物對高羊茅生物量影響

白三葉對高羊茅幼苗生物量的影響依賴于采樣時期和部位變化(表1)。高羊茅生物量受返青期與枯黃期白三葉水提液抑制,受花期與種子成熟期水提取液促進,枯黃期抑制作用最顯著,(表2)。白三葉各時期葉片提取液都減少了高羊茅生物量,RI葉片最小(圖1,表3)。白三葉提取液顯著削弱了高羊茅營養物質積累,返青與枯黃期抑制效應最強;葉片對生物量抑制效應強于根-匍匐莖和根際土。

表2不同采樣時期水浸提液對高羊茅種子與幼苗的影響

Tab.2The effects ofT.repenswater extracts from different stages onF.arundinaceaseeds and seedlings

處理萌發率發芽勢苗高根長平均生物量返青期CK0.000b0.000a0.000a0.000a0.000aL-0.023c-0.253c0.012a-0.167b-0.053bR-S-0.005b-0.176b0.024a-0.007a0.013aRhS0.037a0.045a0.005a-0.083a-0.146c花期CK0.000b0.000a0.000c0.000a0.000cL-0.054c-0.22d0.002bc-0.116b-0.081dR-S0.036a-0.026b0.035b-0.018a0.123bRhS0.043a-0.084c0.071a0.017a0.177a種子成熟期CK0.000a0.000a0.000a0.000a0.000bL-0.067c-0.203b-0.078b-0.191c-0.086cR-S-0.022ab-0.176b-0.070b-0.187c0.004bRhS-0.039b-0.177b-0.067b-0.061b0.153a枯黃期CK0.000b0.000d0.000b0.000b0.000aL0.181a0.376a-0.074c-0.041b-0.260cR-S0.162a0.266c-0.045bc-0.039b-0.259cRhS0.175a0.313b0.132a0.141a-0.154b

CK=對照 Control, L=葉片 Leaf, R-S=根與匍匐莖 Root-Stolon, RhS=根際土壤 Rhizosphere Soil。同時期內同列數據不同小寫字母表示在P< 0.05水平差異有統計學意義。

表3白三葉不同采樣部位水浸提液對高羊茅的化感指數

Tab.3The allelopathy reactive index ofT.repenswater extracts from different parts onF.arundinacea

統計項目時期返青期花期種子成熟期枯黃期萌發率%100.35b100.94b95.78c120.93aRI0.008b0.003b-0.043c0.173a發芽勢%87.27b88.73b81.49c147.47aRI-0.128b-0.110b-0.186c0.318a苗高%101.45a103.84a93.13b101.11aRI0.014ab0.036a-0.072c0.004b根長%90.89c96.16b85.02d102.81aRI-0.086c-0.039b-0.146d0.020a平均生物量%93.98c109.18a103.34b77.21dRI-0.062c0.073a0.024b-0.225d

同行數據不同小寫字母表示在P< 0.05水平差異有統計學意義。(處理數值/對照)×100%。

3　討　論

植物化感作用是廣泛存在的重要生態機制。自然環境中化感作用是多種化學物質的共同作用結果,因此,實驗中使用粗提液比一種確定的化合物作用于受體植物更接近真實情況。因供體材料提取物來源和濃度差異,化感作用會表現出促進和抑制兩種效應[6,8]。本研究表明白三葉對高羊茅的化感作用效應因取材物候期和部位的差異表現出抑制和促進兩種效應,以抑制效應為主,證明白三葉各部位的化感作用有差異,并且隨著自身物候期變化而改變。

化感作用是植物對環境變化的一種適應[10],那么化感作用是否是一種主動競爭策略呢?本實驗中白三葉生殖生長期提取液恰好對受體種子萌發顯著抑制,但促進生物量積累;而在營養生長期內,對受體生物量積累顯著抑制,但對種子萌發表現為促進或者微弱的抑制。抑制營養生長,導致生殖生長供養不充分。抑制種子萌發,意味著種群更新障礙。因此,依賴于化感作用,在生殖生長期白三葉抑制其他植物種子萌發和幼苗生長,在營養生長期削弱周圍植物生物量積累,這樣的化感作用物候特征可能是其入侵或競爭的生態對策。

白三葉葉片提取液有80%情況為RI<0,并且當RI<0時RI葉片最小;即使RI>0時,葉片促進作用也最弱。根-匍匐莖提取液RI<0的情況有60%,根際土僅35%機會RI<0。一方面,證明受體植物的感受位點對化感作用的敏感性不同,或者說化感作用對受體植物生理過程也具有選擇性和特異性。另一方面,也證明葉片可能是白三葉化感成分重要的儲存庫。

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(編輯徐象平)

The phenological law and the key part of the allelopathy inTrifoliumrepens

LEI Ting, GAO Su-ping, XIE Yuan, YANG Li-Juan

(Landscape Research Institute, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130， China)

To evaluating the phenological characteristics and main parts of allelopathy ofTrifoliumrepens. The leaf, root-stolon, and rhizosphere soil ofT.repenswere collected at return green, florescence, seed mature and wither stages. The seeds ofFestucaarundinaceaas the receptor that imbibed in the water extracts from different stages and parts were analyzed. The germination and morphology of the receptor were the minimum after imbibing in the extract fromT.repensin seed mature stage. The extracts fromT.repensat return green and wither stages resulted in the biomass were the smallest. The extract of leaf reduced the germination and growth ofF.arundinaceasignificantly. Root-stolon and rhizosphere soil exposed a little inhibitory effect. When RI is blew zero, RI(leaf)is lower than RI(root-stolon)and RI(soil). The allelopathy inT.repensdepends on its phenological. In reproductive growth stage,T.repensinhibits the seed germination and the seedling form of the receptor mostly. In vegetative growth stages,T.repensinhibits the biomass of the receptor strongly. Leaf may be the main part which stores up the allelopathy compounds inT.repens.

white clover (Trifoliumrepens); allelopathy; phenological

2015-03-21

四川省科技支撐計劃基金資助項目(2012FZ0083)

雷霆,男,四川內江人,四川農業大學博士生,從事園林植物生理生態與遺傳育種方面研究。

高素萍，女，四川雅安人，四川農業大學教授,從事園林植物生理生態與遺傳育種方面研究。

S541+.2

A

10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-02-015