朱 強，鄒夢輝，安 黎，田曾元，郭予琦

(鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南鄭州450001)

園林植物作為一種獨特的植物類群，在快速發(fā)展的城市化過程中被廣泛應(yīng)用。對其研究的重點一直放在園藝性狀上，而忽略了其他方面潛力的開發(fā)。植物化感作用是植物通過淋溶、揮發(fā)、殘體分解和根系分泌等方式向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)，從而對周圍植物產(chǎn)生直接或間接的、有害或有利的作用［1］。系統(tǒng)研究園林植物的化感作用很有必要和意義:一方面，園林植物化感作用對于植物群落演替有著直接影響，同時也影響園林人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和功能發(fā)揮［2-3］，基于化感原理提高園林植物的配置水平，有助于其園藝性狀的充分表達(dá)。另一方面，由于園林植物種類繁多，其化感作用必定豐富多樣，在開發(fā)植物源除草劑或生長促進(jìn)劑方面具有很大潛力，這就極大地拓寬了園林植物的研究領(lǐng)域。目前雖已有一些報道，如萬壽菊(Tagetes erecta)［4］、百里香(Thyme mandschuricus)［5］、黑麥草(Lolium perenne)［6］、火炬樹(Rhust typhina)［7］已經(jīng)初步顯示出園林植物巨大的化感潛力，但這顯然還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。本研究以敏感植物蘿卜(Raphanus sativus)為受體，采用傳統(tǒng)的培養(yǎng)皿濾紙法初步評價了多種園林植物的化感作用，旨在篩選出具有較高化感活性的園林植物，并為其合理的園林配置奠定基礎(chǔ)。另外，由于不同測試方法的結(jié)果存在差異，試驗還對幾種常用的化感作用離體測試方法進(jìn)行比較，以期論證篩選方法的相對可靠性。

1 材料與方法

1.1 材料

受體植物:化感作用測試常用的敏感植物蘿卜，種子購于鄭州豫研種子公司。

供體植物:來自30個科的44種果實期園林植物(表1)。2013年9月采于鄭州大學(xué)校園內(nèi)，植物種類由鄭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院朱世新副教授及筆者共同鑒定。

1.2 方法

1.2.1 44種園林植物化感作用的初步評價 采用培養(yǎng)皿濾紙法評價44種果實期園林植物鮮葉片的水提取物對蘿卜種子萌發(fā)和幼苗生長的化感作用。試驗先選取海桐(Pittosporum tobira)、毛梾(Cornus wateri)、丁香 (Syringa oblata)、楓楊 (Pterocarla stenoptera)和紫荊(Cercis chinensis)進(jìn)行活性預(yù)測試，發(fā)現(xiàn)在0.2 g·mL－1(鮮質(zhì)量)及0.1 g·mL－1的浸提液濃度下，丁香、楓楊和紫荊處理的蘿卜種子幾乎完全沒有萌發(fā)。將濃度降為0.05 g·mL－1時，則抑制程度適中，于是對44種植物的試驗中測試濃度均定為0.05 g·mL－1。具體測試方法如下:采來植物新鮮葉片立即用自來水沖洗干凈，平鋪晾干，剪成1 cm2小片，稱取2 g碎片加入20倍的蒸餾水室溫浸提24 h。4層紗布過濾得濃度為0.05 g·mL－1的浸提液，立即用于化感活性測試。將籽粒健康均一的蘿卜種子沖洗干凈，10%次氯酸鈉消毒5 min，之后用蒸餾水洗5次，置于墊有兩層濾紙的培養(yǎng)皿(直徑為9 cm)中。每培養(yǎng)皿擺放30粒，3次重復(fù)。每皿中加入8 mL不同植物的水浸液，用蒸餾水作對照。人工氣候培養(yǎng)箱中26℃下暗培養(yǎng)3 d。統(tǒng)計發(fā)芽率，每皿中取10株測量根長和苗高，取平均值。

1.2.2 薄荷揮發(fā)油對蘿卜的化感作用 1.2.1試驗中44種園林植物化感作用的評價結(jié)果顯示，薄荷(Mentha haplocalyx)的化感作用最強。水蒸汽蒸餾法［8］提取薄荷揮發(fā)油(提取率為0.12%)，揮發(fā)油測試濃度設(shè)為0.5和5 mg·mL－1。由于提取出揮發(fā)油極少，將每皿中加入的揮發(fā)油溶液減少為6 mL，用蒸餾水作對照，3次重復(fù)。其化感作用試驗步驟同 1.2.1。

1.2.3 盆栽生物測定 以土壤為載體在光照培養(yǎng)室內(nèi)測定白玉蘭(Magnolia denudata)鮮葉水浸提液對其生態(tài)相關(guān)種草坪植物剪股穎(Agrostis matsumura)株高和鮮、干質(zhì)量的影響。土壤選用常見沙性土壤，除雜風(fēng)干，混勻后裝于直徑為8 cm的塑料盆中。將一定量的剪股穎種子播于盆中，待幼苗出土后每盆定植5棵苗，澆灌等量白玉蘭鮮葉浸提液，清水為空白對照，重復(fù)4次。20 d后每處理取10株測量剪股穎株高及鮮、干質(zhì)量。

1.2.4 不同離體測試方法的比較 本試驗采用的方法是化感作用離體測試的傳統(tǒng)方法——培養(yǎng)皿濾紙法，但發(fā)現(xiàn)部分試驗結(jié)果與羅小勇等［9］采用瓊脂混粉法測試的結(jié)果相差較大，甚至出現(xiàn)完全相反的結(jié)果，如本試驗中白玉蘭的化感抑制作用極強，海桐的促進(jìn)作用最強，而他們的試驗結(jié)果卻是海桐的抑制作用最強，白玉蘭的抑制作用較弱。采用瓊脂混粉法重新測試，發(fā)現(xiàn)此種方法下海桐果然表現(xiàn)出極高的化感抑制作用，但白玉蘭的化感作用卻同樣極高，為了解釋此現(xiàn)象，比較幾種常用的化感作用離體測試方法的效果，試驗設(shè)計如下:以白玉蘭和海桐的葉片為供體，蘿卜為受體，分別采用鮮葉浸提法、干葉浸提法、干粉浸提法、瓊脂混粉法進(jìn)行測試。干葉浸提法:將葉片烘干，剪成1 cm2小片，蒸餾水浸提;干粉浸提法:將葉片烘干粉碎后蒸餾水浸提，測試方法與鮮葉浸提相同。瓊脂混粉法完全按照羅小勇等［9］建立的方法進(jìn)行。鮮葉浸提的濃度為0.05 g·mL－1，干葉浸提法、干粉浸提法、瓊脂混粉法的濃度為鮮葉折算后的濃度，以保持濃度一致，白玉蘭干葉折算后濃度為21.55 g·L－1，海桐折算后濃度為 18.70 g·L－1。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理與分析 為了便于比較不同植物間化感作用的強弱，采用衡量化感效應(yīng)的敏感指數(shù)(RI值)［10］表示化感效應(yīng)。計算公式為RI=1－C/T(T＞C)或RI=T/C－1(T≤C)。式中，C為對照，是以蒸餾水培養(yǎng)的受體植物各項指標(biāo)的平均值;T為處理值，是以浸提液培養(yǎng)的受體植物各項指標(biāo)的平均值;當(dāng)RI＞0時表示浸提液具有促進(jìn)作用，RI＜0時表示具有抑制作用;RI的絕對值代表作用強度的大小。綜合效應(yīng)(SE)為各項敏感指數(shù)的算術(shù)平均值［11］。

利用SPSS16.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示測定結(jié)果，各試驗結(jié)果均采用Duncan法進(jìn)行差異顯著性分析;采用Excel 2007作圖。

2 結(jié)果

2.1 不同園林植物葉片水提取物對蘿卜的化感作用

在相同濃度(0.05 g·mL－1)下，不同植物對蘿卜萌發(fā)和生長的作用效果不同甚至完全相反(表1)。其中薄荷和白玉蘭的化感抑制作用最強，對蘿卜萌發(fā)和生長的抑制作用都達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，綜合效應(yīng)(SE)分別為 －0.72、－0.65;海桐和國槐(Sophora japonica)的化感促進(jìn)作用最強，對蘿卜幼苗生長具有極顯著的促進(jìn)作用(P＜0.01)，SE 值分別為 0.47、0.41，而合歡(Albizzia julibrissin)則對蘿卜無論萌發(fā)還是生長作用甚微。試驗篩出了一大批具有較強化感作用的植物。薄荷、白玉蘭及紅葉李(Prunus cerasifera)對蘿卜萌發(fā)的抑制作用達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)，其中薄荷的作用最強，RI值為－0.81;顯著或極顯著抑制或促進(jìn)根伸長的有薄荷、白玉蘭、國槐、海桐等24種，其中白玉蘭的化感抑制作用最強，RI為－0.70，海桐的促進(jìn)作用最強，RI為0.91;對苗高產(chǎn)生顯著或極顯著抑制或促進(jìn)作用的包括薄荷、白玉蘭、國槐、海桐等11種，薄荷的化感抑制作用最強，RI為－0.69，國槐的促進(jìn)作用最強，RI為0.51。另外，SE 值在 －0.10 ～0.10的植物在某些測試項目中卻表現(xiàn)出很高的活性，特別是對根的生長，如強烈抑制根伸長的構(gòu)樹和毛白楊，強烈促進(jìn)根伸長的雪松等?？傮w上，根比種子和幼苗對化感物質(zhì)更敏感。但也有例外，如薄荷對萌發(fā)的抑制率最高，紅葉李對幼苗生長的抑制作用最高。大多數(shù)情況下化感作用在不同指標(biāo)上的表現(xiàn)較為一致，只是程度不同而已，雪松和毛白楊對不同指標(biāo)間的作用相差較大，而兩者的作用模式又截然相反。雪松對萌發(fā)和幼苗生長起抑制作用，而對根生長則起到顯著的促進(jìn)作用。毛白楊對萌發(fā)沒有影響，對根長起抑制作用，而對苗高反而起到促進(jìn)作用。

2.2 薄荷揮發(fā)油對蘿卜萌發(fā)和生長的化感作用

在測試濃度下，薄荷揮發(fā)油對蘿卜的萌發(fā)和生長均產(chǎn)生顯著或極顯著的化感抑制作用，且濃度越高抑制作用越強(表2)。在0.5 mg·mL－1濃度下，蘿卜種子的發(fā)芽率受到顯著的抑制作用(P＜0.05)，根長和苗高受到極顯著的抑制作用(P＜0.01)。在 5.0 mg·mL－1濃度下，發(fā)芽率、根長及苗高均受到極顯著的抑制(P＜0.01)。在各測試項目中發(fā)芽率受到的影響最小，苗高受到抑制作用最強。

2.3 盆栽法測試白玉蘭水浸提液對剪股穎株高及生物量的影響

總體上隨著白玉蘭水浸提液濃度的增加，剪股穎株高和鮮、干質(zhì)量受到的抑制作用都逐漸增強(圖1)，其中對干質(zhì)量的影響最大，對株高的影響最小。對株高、鮮質(zhì)量的RI值基本上在－0.40～－0.05，干質(zhì)量在 0.01 g·mL－1濃度下的 RI值已至－0.21，在0.1 g·mL－1濃度下 RI值為 － 0.42，此時株高的RI值為－0.19。由此推斷，在土壤中白玉蘭鮮葉依然具有較高的化感作用。

2.4 不同離體測試方法間的比較

不同測試方法的效果間存在較大差異(表3)，且差異沒有固定的模式(因測試植物的不同而變化)。在所有測試方法中，白玉蘭對蘿卜的萌發(fā)和生長都表現(xiàn)出極顯著的抑制作用(除干葉浸提和瓊脂混粉法對蘿卜發(fā)芽率的影響)(P＜0.01)，不同方法作用強弱的順序為干粉浸提＞瓊脂混粉法＞鮮葉浸提＞干葉浸提。海桐在不同的測試方法中對蘿卜幼苗生長的影響不同，甚至完全相反。在鮮葉浸提測試中表現(xiàn)為強烈的促進(jìn)作用，對蘿卜根長促進(jìn)率最高，RI為0.91;在其他方法中則表現(xiàn)出極高的抑制作用，并以瓊脂混粉法為最高，RI為－0.95。在瓊脂混粉法中海桐對蘿卜的抑制率甚至比44種植物采用鮮葉浸提測試中的都高，RI為－0.80。

表1 不同園林植物0.05 g·mL－1水提取物對蘿卜種子萌發(fā)、根長和幼苗生長的影響Table 1 Effects of aqueous extracts 0.05 g·mL－1 from different garden plants on germination，root length and seedling growth of Raphanus sativus

續(xù)表1

表2 薄荷揮發(fā)油對蘿卜種子萌發(fā)、根長和幼苗生長的影響Table 2 Effects of volatile oil from Mentha haplocalyx on germination，root length and seedling growth of Raphanus sativus

圖1 白玉蘭水浸液對剪股穎株高及生物量的影響Fig.1 Effects of aqueous extracts from Magnolia denudata on height and biomass of Agrostis matsumurae

3 討論

試驗首先以濾紙為載體評價了44種園林植物水浸液對化感敏感性受體——蘿卜的化感作用，對抑制作用最強的薄荷揮發(fā)油進(jìn)行活性測試，又以土壤為載體驗證白玉蘭的化感作用，另外還探討了幾種化感作用離體測試方法的差別。

本試驗篩出多種具有較強化感作用的植物，包括化感抑制作用和促進(jìn)作用。如薄荷對蘿卜發(fā)芽率的RI值達(dá) －0.81，海桐對蘿卜根長的 RI值高達(dá)0.91。薄荷的強化感活性印證了張遠(yuǎn)莉等［12］的報道;而海桐的高促進(jìn)作用則與羅小勇等［9］的研究結(jié)果完全相反，這是由于研究方法不同(本研究對此進(jìn)行了確證)，筆者曾對比了海桐的老葉和新葉，發(fā)現(xiàn)兩者鮮葉水浸液在低濃度下都具有較高的促生長作用(未列出)，由此推測起促進(jìn)作用的物質(zhì)不是生長素或赤霉素，而可能是一種新的促生長物質(zhì)，且其很容易降解，因為海桐葉片在曬干以后即失去促進(jìn)活性轉(zhuǎn)而表現(xiàn)出極高的抑制作用(表3)。這種抑制性物質(zhì)可能是在曬干過程中產(chǎn)生的或者原本就存在，只是在細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞后才被釋放出來。那么該抑制性物質(zhì)不易從鮮葉中提取出來。若是新產(chǎn)生的則在曬干過程中必定發(fā)生了某種或某些未知的化學(xué)反應(yīng)，這還需深入研究。另外，同科植物的化感作用可能相近，也可能相差較大，同屬植物的化感作用較近似。如胡桃楸和核桃同屬不同科，化感作用相近，但同科異屬的楓楊卻表現(xiàn)出更高的化感作用。已有的研究表明，化感作用存在種甚至是品種、個體的特異性［13-15］。

表3 不同測試方法時白玉蘭和海桐對蘿卜的化感作用Table 3 Allelopathy of Magnolia denudata and Pittosporum tobira on Raphanus sativus in different test methods

44種植物中薄荷的化感作用最強，綜合效應(yīng)為－0.72。張遠(yuǎn)莉等［12］曾對薄荷的水溶性物質(zhì)進(jìn)行初步分離，但最終未得到理想產(chǎn)物，本試驗提取了薄荷的揮發(fā)油并進(jìn)行初步測試，發(fā)現(xiàn)薄荷揮發(fā)油在0.5 mg·mL－1的水溶液狀態(tài)下即顯著或極顯著地抑制蘿卜的萌發(fā)和生長，且對幼苗的抑制作用強于根，這與揮發(fā)油易揮發(fā)而在水中的溶解度低有關(guān)。試驗結(jié)果初步證明薄荷揮發(fā)油中含有活性較高的化感物質(zhì)。

盆栽試驗表明，白玉蘭新鮮葉片具有較強的化感作用?；形镔|(zhì)最終都要匯集到土壤中，化感物質(zhì)與土壤間存在復(fù)雜的相互作用:一方面，化感物質(zhì)能改變土壤理化性質(zhì)、影響土壤生物群落格局;另一方面，土壤環(huán)境，尤其是土壤微生物，也能維持或降解化感物質(zhì)。這最終會影響到植物的化感活性［16］。

由于水浸提生物測試法具有簡單易行、耗費低、快速等優(yōu)點［17］，此方法已被廣泛地用于化感作用的測試中［18-19］，但離體浸提物與自然分泌物存在一定的差別，所以此方法只是對化感作用進(jìn)行初步評價。由于植物體內(nèi)成分的復(fù)雜性，每種植物體內(nèi)必定或多或少地含有對其他植物有一定作用的非化感物質(zhì)［20］，不同處理后的結(jié)果必然會存在一定的差異，甚至截然相反。相比而言，鮮葉浸提更接近真實情況，而且?guī)缀醪淮嬖跐B透壓和pH的問題［21］。將植物材料粉碎后提取，在自然條件下不釋放的酶、氨基酸、無機鹽和含氮物質(zhì)也釋放出來，這使得造成的差別更加巨大［22］。所以，在研究時一定要根據(jù)研究目的(如化感作用或除草劑開發(fā))慎重地選擇試驗方法，并對試驗結(jié)果小心判斷。

研究具有較強化感作用的園林植物不僅對維持園林人工生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要意義，還有可能從中提取出結(jié)構(gòu)新穎的植物源除草劑或其先導(dǎo)化合物。已研究的化感植物較多屬于菊科［23］，而本試驗中化感作用較強的薄荷、白玉蘭、楓楊、紅葉李等分別屬于唇形科、木蘭科、胡桃科、薔薇科。目前對這些植物的化感作用了解甚少，在此基礎(chǔ)上對篩選出的具有較高化感活性的園林植物還有待進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。

致謝!感謝鄭州大學(xué)生命科學(xué)院朱世新副教授在植物鑒定方面給予的幫助。

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