假苍耳、大籽蒿(Artemisia sieversiana)、稗(Echinochloa crusgalli)、藜(Chenopodium album)、苋(Amaranthus tricolor)、狗尾草(Setaria viridis)于2018年9月采集于东北农业大学校园内试验田。

1.2.1 假苍耳水浸提液的制备 将假苍耳不同部位组织(根、茎、叶)剪成< 2 cm的片段, 粉碎后过0.425 mm筛, 称取40 g粉碎样品, 用1000 mL蒸馏水(25± 1) ℃浸提48 h, 用循环水式真空泵抽滤, 获得质量浓度为40 g· L^-1假苍耳不同部位组织浸提液母液, 然后用无菌水稀释成10、20、30 g· L^-1浸提液, 4 ℃保存备用。

1.2.2 化感作用测定 化感作用测定参照姚树宽等^[11]的方法进行。

1.2.3 测定项目和方法 测定项目包括发芽率、发芽势、发芽指数、种子活力指数、根长、苗高和苗鲜重, 具体参考姚树宽等^[11]的方法进行。萌发时间为14 d^[12]。

1.2.4 假苍耳叶浸提液不同组分的分离 将制备好的假苍耳叶浸提液用乙酸乙酯萃取, 按1∶ 1萃取3次, 每次萃取30 min, 首先得到乙酸乙酯相为中性组分, 将剩余的水相用3 mol· L^-1 HCl调节pH值至2, 再按1∶ 1用乙酸乙酯萃取3次, 每次萃取30 min, 得到乙酸乙酯相为酸性组分, 再将剩余水相用3 mol· L^-1 NaOH调节pH值至8, 再按1∶ 1用乙酸乙酯萃取3次, 每次萃取30 min, 得到乙酸乙酯相为碱性组分, 用20 μ m滤膜过滤, 将制备的酸性、中性和碱性乙酸乙酯萃取液于旋转蒸发仪(RE-5000A, 上海)中蒸除乙酸乙酯浓缩10倍, 4 ℃保存。

1.2.5 受体种子萌发及幼苗生长指标的测定 准确吸取浓缩好的酸性、中性和碱性乙酸乙酯萃取液2 mL, 加入铺有2层消毒灭菌滤纸的平皿中, 待乙酸乙酯挥发完, 加入5 mL蒸馏水, 对照组加入2 mL乙酸乙酯待挥发后加入5 mL蒸馏水, 每个平皿中50粒种子, 各重复3次, 培养条件及测定方法参考1.2.3。

用Excel 2010、Graphpad prism 5软件进行数据处理、方差分析并绘图。

假苍耳叶浸提液对5种土著植物种子萌发具有的化感作用程度不同, 大籽蒿、稗、藜在低浓度水平处理时, 各种测定指标均呈现显著上升趋势, 当浓度超过10 g· L^-1后, 逐渐降低, 而狗尾草、苋则在较低浓度时呈现出萌发效果不如对照组的现象, 逐渐增加处理浓度, 抑制作用也逐渐增强; 当浓度大于10 g· L^-1时, 几种指标均低于对照组, 当浓度达到处理的最大浓度40 g· L^-1时呈现出最强的抑制作用, 狗尾草和苋无发芽, 差别较明显(P< 0.05)(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 假苍耳不同浓度叶浸提液对土著植物种子萌发的影响 不同小写字母表示差异显著(P< 0.05), 下同。Fig.1 Effects of different concentrations of I. xanthiifolia leaf extracts on seeds germination Different lowercase letters indicate the significance of the difference (P< 0.05), the same below.

假苍耳茎浸提液对5种土著植物的化感作用会出现浓度效应, 低浓度(10 g· L^-1)可提高大籽蒿、稗、藜种子萌发的各项测试指标, 处理液浓度越高(> 10 g· L^-1), 抑制种子萌发的能力越强, 即“ 低促高抑” 双重效应。低浓度处理下狗尾草和苋的发芽率、发芽势、发芽指数、种子活力指数均低于对照组, 随着处理浓度的升高, 处理组受抑制越明显, 由此可见, 茎浸提液对狗尾草和苋抑制作用较强(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 假苍耳不同浓度茎浸提液对土著植物种子萌发的影响Fig.2 Effects of different concentrations of I. xanthiifolia stem extract on seeds germination

假苍耳根浸提液对5种土著植物种子的化感作用不同, 大籽蒿、稗、藜的4种指标受其影响趋势相同, 在低浓度时受其化感作用表现为促进萌发, 在高浓度(> 10 g· L^-1)时表现为抑制萌发, 假苍耳根浸提液各个处理水平下, 狗尾草和苋4种指标均低于对照组, 逐渐增加处理浓度, 其受抑程度也逐渐增强。当水浸提液浓度为10 g· L^-1时, 大籽蒿、稗、藜发芽指数高于对照组, 狗尾草、苋发芽指数低于对照组, 40 g· L^-1根浸提液处理条件下5种植物4项指标均显著低于对照组(P< 0.05), 5种植物中狗尾草和苋敏感性最强, 受根浸提液的强烈抑制(图3)。

图3

Fig.3

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	图3 假苍耳不同浓度根浸提液对土著植物种子萌发的影响Fig.3 Effects of different concentrations of I. xanthiifolia root extract on seeds germination

不同浓度假苍耳叶浸提液对5种土著植物幼苗根长、苗高、苗鲜重的化感作用不同, 大籽蒿、稗、藜幼苗根长、苗高、苗鲜重在10 g· L^-1浸提液处理时出现促进效应, 在20、30和40 g· L^-1浓度的浸提液处理时出现抑制效应, 浓度升高, 效应增强(图4)。而任一浓度浸提液处理的狗尾草和苋与对照组相比幼苗生长均受抑显著(P< 0.05), 浓度越高, 效应越强。

图4

Fig.4

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	图4 假苍耳不同浓度叶浸提液对土著植物种子幼苗生长的影响Fig.4 Effects of I. xanthiifolia leaf extraction in different concentrations on the seedling growth of weeds

假苍耳茎浸提液对5种土著植物幼苗根长、苗高、苗鲜重均具有一定的影响。其中对大籽蒿、稗、藜幼苗生长的影响趋势相似, 10 g· L^-1茎浸提液使幼苗长势旺盛, 明显促进了大籽蒿和稗的苗高(P< 0.05), 其他浓度延缓幼苗生长, 处理浓度的升高会强化抑制效果。而4种不同浓度的茎浸提液对狗尾草与苋的幼苗生长均起到抑制作用, 随处理浓度增加抑制效果逐渐增强, 40 g· L^-1的浸提液抑制作用最强(P< 0.05), 其中10 g· L^-1的茎浸提液对狗尾草和苋的根长抑制作用差异显著(P< 0.05)(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 假苍耳不同浓度茎浸提液对土著植物种子幼苗苗鲜重的影响Fig.5 Effects of I. xanthiifolia stem extraction in different concentrations on the seedling growth of weeds

假苍耳根浸提液对5种土著植物幼苗生长发育有一定的影响(图6), 10 g· L^-1根浸提液对大籽蒿、稗的根长起到促进作用, 藜的幼苗生长受10 g· L^-1根浸提液的影响促进效应不显著(P> 0.05)。其他处理浓度抑制大籽蒿、稗和藜的幼苗生长, 20 g· L^-1根浸提液对稗的根长、苗高和大籽蒿的苗鲜重抑制作用不显著(P> 0.05)。抑制效果与浸提液浓度正相关, 40 g· L^-1浓度的浸提液抑制效果最强(P< 0.05)。狗尾草和苋在10 g· L^-1根浸提液处理时幼苗生长表现为抑制作用, 浓度越高, 抑制程度越强烈, 40 g· L^-1根浸提液浓度的抑制作用最强(P< 0.05)。

图6

Fig.6

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	图6 假苍耳不同浓度根浸提液对土著植物种子幼苗生长的影响Fig.6 Effects of I. xanthiifolia root extraction in different concentrations on the seedling growth of weeds

化感作用的强弱可以通过化感指数(response index, RI)进行衡量。为了综合分析假苍耳水浸提液对5种土著植物种子萌发化感效应, 统计各指标的RI值计算出综合化感效应指数(synthetical allelopathic effect, SE)。不同浓度假苍耳叶、茎、根浸提液对5种土著植物具有不同的化感作用, 梯度浓度的假苍耳水浸提液对5种土著植物呈现出不同程度的化感作用趋势, 其中狗尾草和苋最为敏感, 大籽蒿、稗、藜受假苍耳叶浸提液影响均表现为双重效应。当假苍耳10 g· L^-1的叶、茎和根浸提液处理时, 大籽蒿、稗、藜受其影响表现为促进萌发和幼苗生长, 而狗尾草、苋却受到抑制, 本试验中假苍耳不同部位浸提液浓度超过10 g· L^-1时, 土著植物受到化感作用的影响, 种子萌发受抑现象明显, 抑制程度与处理液浓度正相关, 5种土著植物响应40 g· L^-1浸提液浓度出现极强的抑制效果。当使用相同浓度不同部位的浸提液处理时, 叶浸提液表现出更强的抑制5种土著植物的能力(图7)。

图7

Fig.7

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	图7 假苍耳不同部位不同浓度浸提液对土著植物综合化感效应指数的影响Fig.7 Effect of I. xanthiifolia of different parts extraction in different concentrations on the synthetical allelopathic effect of weed seeds

假苍耳叶中性、酸性、碱性3种组分均可明显降低稗和藜的种子萌发各项指标(P< 0.05), 其中, 中性组分作用效果高于其他组分, 碱性组分作用效果最弱(图8)。中性和酸性组分能够明显抑制几种土著植物种子萌发(P< 0.05)。而碱性组分对大籽蒿的发芽率、发芽势和发芽指数影响不显著(P> 0.05)。可见自然淋溶的中性或弱酸性条件都可使假苍耳叶中的化感物质释放到环境中, 从而使周围环境中土著植物种子萌发受到不同程度的抑制。

图8

Fig.8

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	图8 假苍耳叶不同提取组分对土著植物种子萌发的影响Fig.8 Effect of leaves’ different extraction components of I. xanthiifolia on weed seeds germination

不同提取组分对土著植物幼苗根长、苗高、苗鲜重的测定结果(图9)显示, 假苍耳叶浸提液中不同组分对5种土著植物幼苗生长影响不同。 中性和酸性组分均显著抑制5种土著植物的根长和苗高(P< 0.05)。但碱性组分对稗的根长和苋的苗高以及土著植物幼苗鲜重的抑制效果不明显(P> 0.05), 而中性组分能显著降低土著植物幼苗的鲜重(P< 0.05)。差异组分对幼苗生长抑制强度顺序依次为:中性组分> 酸性组分> 碱性组分。这一规律与3种组分对种子萌发的影响一致。

图9

Fig.9

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	图9 假苍耳叶不同提取组分对土著植物幼苗生长的影响Fig.9 Effect of leaves’ different extraction components of I. xanthiifolia on the weeding seeding growth

不同pH条件下逐级分离假苍耳叶浸提液得到的中性、酸性和碱性3种不同分离组分对5种土著植物萌发及幼苗生长的化感作用不同, 3种组分抑制5种土著植物的种子萌发和幼苗生长, 中性组分与酸性组分的化感作用强于碱性组分。这充分说明化感物质通过雨雾淋溶释放到环境中的中性化感物质对土著植物的种子萌发和幼苗生长均会产生较大影响。而微生物活动或植物根际分泌物形成的酸性环境会导致化感物质进一步释放到环境中, 加剧对周围生物的影响(图10)。

图10

Fig.10

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	图10 假苍耳叶不同提取组分对土著植物种子综合化感效应指数的影响Fig.10 Effect of leaves’ different extraction components of I. xanthiifolia on the SE of weed seeds