李雅馨 張?zhí)鞂?杜慧玲 車晴晴

(1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,山西 太谷 030801；2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院,山西 太谷 030801；3博科控股集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250000)

松樹(Pinus)是松科松屬常綠針葉喬木,對(duì)陸生環(huán)境適應(yīng)性極強(qiáng),可以忍受-60℃的低溫或50℃的高溫[1],耐干旱、貧瘠,喜陽(yáng)光,樹姿雄偉、蒼勁,樹體高大、長(zhǎng)壽,具有重要的觀賞價(jià)值,常被用作北方園林綠化。但調(diào)查發(fā)現(xiàn),許多松樹林下植被稀疏、更新困難或幼苗生長(zhǎng)不良,這其中有林木對(duì)植物光、熱、水、肥方面的競(jìng)爭(zhēng)原因,也可能有化感作用的原因[2-4]。

林草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)較人工純林而言,具有穩(wěn)定性好、能夠抗御病蟲害、豐富林下植被以及兼顧生態(tài)經(jīng)濟(jì)等多種效益[5-6]。白三葉草(Trifolium repensL.)為豆科牧草,具有根瘤菌,能夠固氮、改良土壤、增加土壤肥力,且其根系發(fā)達(dá)、枝葉繁密、適應(yīng)性廣、覆蓋力強(qiáng)、競(jìng)爭(zhēng)性低,是一種優(yōu)良的綠肥和水土保持植物,適宜在幼林地或疏林地種植[7]。

化感作用是指植物或微生物通過莖葉揮發(fā)、雨霧淋溶、根系分泌、植物殘?bào)w或凋落物分解等途徑向外界環(huán)境釋放有效的化學(xué)物質(zhì),對(duì)其他植物或微生物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生有益或有害的作用[8-11]。近年來,植物間化感作用已受到國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。研究表明,樟子松(Pinus sylvestnisvar)枯落葉浸提液在低濃度時(shí)對(duì)豆科牧草胡枝子表現(xiàn)為促進(jìn)作用,高濃度為抑制作用,而對(duì)小冠花抑制作用微弱[7]；3 種油松(Pinus tabulaeformis)葉水提液對(duì)高羊茅均有一定的化感抑制效應(yīng),表現(xiàn)為：生活葉＞凋落葉＞凋落葉腐解物[12]；油松樹冠的淋溶物多年累積后將會(huì)抑制其林下草坪草的生理代謝[2]；趙莉莉等[13]研究表明,花椒葉浸提液對(duì)白三葉種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)具有化感抑制作用；李欣欣等[14]研究表明,處理前期,毛竹各器官浸提液在各濃度時(shí)均抑制杉木種子萌發(fā),高濃度浸提液的抑制作用較低濃度更持久；處理后期,毛竹各器官浸提液在低濃度時(shí)對(duì)杉木種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用,而在高濃度時(shí)仍表現(xiàn)抑制作用。李俊等[15]研究表明,油松、落葉松、樟子松枯落葉浸提液抑制毛苕子種子萌發(fā)。盧政等[16]研究表明,白三葉草在低濃度時(shí)對(duì)樟樹果實(shí)水浸提液較為敏感。本試驗(yàn)以豆科牧草白三葉草為受體,研究5 種松針?biāo)嵋汉图状冀嵋簩?duì)白三葉草種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響,旨在探明松針對(duì)豆科牧草的化感作用,為篩選和制定適宜人工林下牧草的林草復(fù)合模式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的油松(Pinus tabulaeformis)、華山松(Pinus armandi)、雪 松(Cedrus deodara)、白 皮 松(Pinus bungeana)、樟子松的松針均采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校園,白三葉草種子由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)站提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 5種松針浸提液制備 采集校園內(nèi)生長(zhǎng)良好的油松、華山松、雪松、白皮松、樟子松5 種松樹的松針,用清水沖洗干凈,風(fēng)干,粉碎,過60 目篩備用。分別稱取10 g 松針樣品于廣口瓶中,再分別以蒸餾水和甲醇為浸提劑,按松針干重/浸提劑(w/v)＝1/40(g/mL)比例混合均勻,超聲30 min,然后2 000 r·min-1離心10 min,得到濃度為25 g·L-1的母液,冷藏于4℃冰箱中備用。試驗(yàn)前將母液稀釋為10、17 g·L-1。

1.2.2 白三葉草種子萌發(fā)試驗(yàn)及測(cè)定項(xiàng)目 試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)濃度處理,分別為10、17、25 g·L-1,以蒸餾水為對(duì)照(CK),共4 個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3 次。種子萌發(fā)試驗(yàn)采用培養(yǎng)皿濾紙法[17-18]。在直徑9 cm 的培養(yǎng)皿中鋪雙層濾紙,每皿分別加入3 mL 3 種濃度的松針浸提液,甲醇浸提液待甲醇揮發(fā)后加入3 mL 蒸餾水。在每個(gè)培養(yǎng)皿中均勻擺放20 粒經(jīng)0.3%高錳酸鉀溶液消毒、蒸餾水清洗干凈的白三葉草種子,用保鮮膜封口,將培養(yǎng)皿置于25℃培養(yǎng)箱中,暗培養(yǎng)3 d,第4 天開始在25℃、光照12 h/黑暗12 h 條件下培養(yǎng)。每隔24 h記錄萌發(fā)的種子數(shù),連續(xù)記錄7 d 后,吸水紙吸干幼苗上的水分,每處理隨機(jī)選取5 株,重復(fù)3 次,測(cè)量幼苗的根長(zhǎng)、苗高、整株鮮重及干重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)公式計(jì)算發(fā)芽率(germination rate,GR)、發(fā)芽勢(shì)(germination energy,GE)、發(fā)芽指數(shù)(germination index,GI)和活力指數(shù)(vigor index,Ⅵ)[19-20]：

式中,Gt：在第t 天種子的發(fā)芽數(shù),Dt：相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；

式中,S 為第7 天測(cè)得的整株鮮重,g。

化感響應(yīng)指數(shù)(response index,RI)采用Williamson 等[21]的方法：

式中,C 為CK 值,T 為處理組值。當(dāng)RI＜0 時(shí),表示抑制作用；RI＞0 時(shí),表示促進(jìn)作用。RI 的絕對(duì)值大小代表化感作用的強(qiáng)弱,相當(dāng)于抑制率。綜合效應(yīng)(synthesis effect,SE)為供體在同一處理時(shí)對(duì)受體各測(cè)試項(xiàng)目對(duì)照抑制百分率的算術(shù)平均值[22-23]。

所得數(shù)據(jù)采用Excel 2013 進(jìn)行作圖,采用SPSS 19.0 進(jìn)行顯著性分析,采用LSD 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 5種松針浸提液對(duì)白三葉草種子萌發(fā)的影響

2.1.1 5 種松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草種子萌發(fā)的影響 由表1可知,5 種松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草種子萌發(fā)均有抑制作用,且存在濃度效應(yīng),即隨著濃度升高抑制作用增強(qiáng)。與CK 相比,濃度為10 g·L-1的5 種松針?biāo)嵋簩?duì)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的抑制作用均達(dá)差異顯著水平(P＜0.05),除油松外,其他松針?biāo)嵋簩?duì)發(fā)芽率的抑制作用均呈差異顯著水平；松針?biāo)嵋簼舛葹?7、25 g·L-1時(shí),5 種松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草種子萌發(fā)各項(xiàng)指標(biāo)均呈抑制作用且達(dá)差異顯著水平,其中華山松松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草種子各萌發(fā)指標(biāo)(發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù))的抑制作用最強(qiáng),當(dāng)松針?biāo)嵋簼舛葹?5 g·L-1時(shí),抑制率分別是94.74%、100%、99.15%、99.60%。

2.1.2 5 種松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子萌發(fā)的影響 由表2可知,不同濃度的5 種松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子萌發(fā)的影響不同,與CK 相比,均呈抑制作用,且隨著濃度升高,抑制作用增強(qiáng),濃度為10 g·L-1的5 種松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的抑制作用均達(dá)差異顯著水平,對(duì)發(fā)芽率的影響僅油松和雪松松針甲醇浸提液與CK 相比差異顯著,油松松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子4 個(gè)指標(biāo)的抑制作用均最強(qiáng),對(duì)發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的抑制率分別是55.17%、75.00%、77.69%、80.05%；松針甲醇浸提液濃度為17 g·L-1時(shí),對(duì)白三葉草種子萌發(fā)各項(xiàng)指標(biāo)均呈抑制作用,且與CK相比達(dá)差異顯著,華山松松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)抑制作用最強(qiáng),抑制率分別為65.52%、86.08%、90.85%,油松松針甲醇浸提液對(duì)發(fā)芽勢(shì)抑制作用最強(qiáng),抑制率為83.93%；松針甲酵浸提液濃度為25 g·L-1時(shí),5 種松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽指數(shù)的抑制作用均達(dá)差異顯著水平,其中油松松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)的抑制作用均最強(qiáng),抑制率分別為72.41%、94.64%、92.12%,華山松松針甲醇浸提液對(duì)活力指數(shù)的抑制作用最強(qiáng),抑制率達(dá)94.63%。

表1 5 種松針不同濃度水浸提液對(duì)白三葉草種子萌發(fā)的影響Table 1 Effects of different concentration of five pine needle water extracts on seed germination of Trifolium repens L.

表2 5 種松針不同濃度甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子萌發(fā)的影響Table 2 Effects of different concentration of five pine needle methanol extracts on seed germination of Trifolium repens L.

2.2 5種松針浸提液對(duì)白三葉草幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 5 種松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草幼苗生長(zhǎng)的影響 不同濃度的5 種松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響見表3。與CK 相比,不同濃度松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草根長(zhǎng)均呈抑制作用,且達(dá)差異顯著水平,隨著濃度的升高抑制作用增強(qiáng)；對(duì)苗高的影響表現(xiàn)出低促高抑的現(xiàn)象(雪松除外),10 g·L-1白皮松松針?biāo)嵋簩?duì)苗高的促進(jìn)作用最強(qiáng),促進(jìn)率為24.21%,且3 個(gè)濃度的華山松水浸提液對(duì)苗高的抑制作用均達(dá)差異顯著水平。不同濃度松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草鮮重主要呈抑制作用,且隨著濃度的升高抑制作用增強(qiáng),僅白皮松表現(xiàn)出低促高抑現(xiàn)象,松針?biāo)嵋簼舛葹?0 g·L-1時(shí),促進(jìn)率為11.23%；5 種松針?biāo)嵋簩?duì)幼苗干重影響不大；25 g·L-1華山松松針?biāo)嵋簩?duì)白三葉草根長(zhǎng)、苗高、鮮重、干重的抑制作用均最大,抑制率分別是87.18%、85.71%、54.61%、88.37%。

2.2.2 5 種松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草幼苗生長(zhǎng)的影響 由表4可知,與CK 相比,不同濃度松針甲醇浸提液對(duì)白三葉草根長(zhǎng)、苗高、鮮重均呈抑制作用,且隨著濃度的升高抑制作用增強(qiáng)。對(duì)根長(zhǎng)、鮮重的抑制作用最強(qiáng)的是25 g·L-1樟子松松針甲醇浸提液,抑制率分別為67.29%、59.56%,不同濃度的樟子松松針甲醇浸提液對(duì)鮮重均呈顯著抑制作用；對(duì)苗高、干重的抑制作用最強(qiáng)的是25 g·L-1華山松松針甲醇浸提液,抑制率分別為58.43%、50.00%,且不同濃度的華山松松針甲醇浸提液對(duì)苗高抑制作用均達(dá)差異顯著水平,5 種松針甲醇浸提液對(duì)幼苗干重?zé)o顯著影響。

2.3 5種松針浸提液對(duì)白三葉草影響的綜合效應(yīng)

由圖1可知,白三葉草對(duì)5 種松針?biāo)嵋旱幕凶饔妹舾汹厔?shì)大體為：華山松＞雪松＞樟子松＞白皮松＞油松,且抑制作用隨著浸提液濃度的升高而逐漸增強(qiáng)。由圖2可知,白三葉草對(duì)5 種松針甲醇浸提液的化感作用敏感趨勢(shì)大體為：油松＞華山松＞雪松＞樟子松＞白皮松,且隨著浸提液濃度的升高抑制作用逐漸增強(qiáng)。除油松松針?biāo)嵋旱囊种谱饔眯∮谄浼状冀嵋旱囊种谱饔?其他4 種松針?biāo)嵋旱囊种谱饔镁笥谄湎鄳?yīng)甲醇浸提液的抑制作用。

表4 5 種松針不同濃度甲醇浸提液對(duì)白三葉草幼苗生長(zhǎng)的影響Table 4 Effects of different concentration five pine needle methanol extracts on seedlings growth of Trifolium repens L.

圖1 5 種松針不同濃度水提液對(duì)白三葉草的化感綜合效應(yīng)Fig.1 Inhibition synthesis effect(SE)of different concentration of five pine needles water extracts on Trifolium repens L.

3 討論

化感作用對(duì)受體的抑制作用可以通過對(duì)種子萌發(fā)、苗根長(zhǎng)、鮮干重的抑制來表達(dá)[24]。郭曉霞等[25]指出,化感物質(zhì)的濃度是影響化感效應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素,當(dāng)濃度達(dá)到某一臨界值時(shí),將產(chǎn)生化感抑制作用；低于該臨界值時(shí),對(duì)受體種子萌發(fā)或幼苗生長(zhǎng)的抑制作用不明顯,甚至有促進(jìn)作用。本研究發(fā)現(xiàn),5 種松針的水浸提液和甲醇浸提液對(duì)白三葉草種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生了不同程度的抑制作用,表明松針浸提液對(duì)白三葉草具有化感效應(yīng),對(duì)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)主要表現(xiàn)為抑制作用,并且隨浸提液濃度的升高,抑制作用明顯增強(qiáng),這可能是化感物質(zhì)影響了種子萌發(fā)所需要的關(guān)鍵酶,導(dǎo)致種子缺乏萌發(fā)所必需的能量及一些代謝中間產(chǎn)物,從而降低種子活力,抑制其萌發(fā),這與趙銳明等[26]的研究結(jié)論一致。松針浸提液對(duì)白三葉草的幼苗生長(zhǎng)基本上表現(xiàn)出抑制作用,對(duì)根長(zhǎng)的抑制作用明顯高于苗高,說明白三葉草幼苗根的生長(zhǎng)對(duì)松針浸提液更敏感,這與根直接接觸浸提液有關(guān),松針浸提液對(duì)幼苗干重影響不明顯。不同溶劑松針的浸提液對(duì)白三葉草種子的化感作用存在一定的差異,白三葉草對(duì)5 種松針?biāo)嵋旱幕凶饔妹舾汹厔?shì)大體為：華山松＞雪松＞樟子松＞白皮松＞油松,白三葉草對(duì)5 種松針甲醇浸提液的化感作用敏感趨勢(shì)大體為：油松＞華山松＞雪松＞樟子松＞白皮松,說明不同松針的化感作用有差異,歸因于不同松針釋放的化感物質(zhì)種類和含量不同,該結(jié)果與盧彪儒等[27]和Turk 等[28]的結(jié)論一致。本研究還發(fā)現(xiàn),同一種松針?biāo)嵋汉图状冀嵋旱囊种谱饔貌煌?油松甲醇浸提液對(duì)白三葉草的化感作用大于水浸提液,其他4 種松針對(duì)白三葉草的化感作用則表現(xiàn)為水浸提液大于甲醇浸提液,這可能是由于溶劑水和甲醇的極性不同,導(dǎo)致松針化感物質(zhì)在不同極性溶劑中的溶解能力和種類不同。

圖2 5 種松針不同濃度甲醇提液對(duì)白三葉草的綜合效應(yīng)Fig.2 Inhibition synthesis effect(SE)of different concentration of five pine needles methanol extracts on Trifolium repens L.

4 結(jié)論

綜上所述,5種松針浸提液對(duì)白三葉草具有化感抑制作用,說明白三葉草不適宜在松樹林下種植。為了進(jìn)一步確定松針的化感作用,今后需對(duì)相關(guān)的化感物質(zhì)進(jìn)行分離與鑒定,為人工林下牧草的選擇以及制定適宜的林草復(fù)合模式提供理論指導(dǎo)。