馬永林，武利玉，張砡嫣，楊玉鳳

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

外來植物的引進(jìn)可以豐富本土植物的多樣性，但利用不當(dāng)可能會(huì)給環(huán)境帶來危害，認(rèn)識(shí)和了解外來植物入侵抵抗力形成機(jī)制是入侵生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題［1］?；行?yīng)指某些植物向外界釋放的化學(xué)物質(zhì)對(duì)其他植物產(chǎn)生正面或負(fù)面影響的過程，入侵地的優(yōu)勢(shì)群落往往分泌化感物質(zhì)，通過降低種子發(fā)芽率、減弱幼苗生長(zhǎng)、影響幼苗生理活性等途徑來影響外來植物生長(zhǎng)，這些因素是決定外來物種能否成功定植的關(guān)鍵［2］?；形镔|(zhì)幾乎存在于植物的所有器官中［3］，當(dāng)植物受到化感物質(zhì)傷害時(shí)，胞內(nèi)活性氧含量被誘導(dǎo)增加，由于ROS 具有強(qiáng)烈的氧化作用而導(dǎo)致膜和細(xì)胞受損，產(chǎn)生膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，植物會(huì)啟用體內(nèi)酶促和非酶促清除系統(tǒng)，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等便是酶促清除分子。研究表明，過量的ROS直接破壞葉綠體、線粒體、蛋白質(zhì)等，受體細(xì)胞受到嚴(yán)重?fù)p害，形成大量的MDA 致使酶活性降低，進(jìn)而導(dǎo)致幼苗的生理活性降低，造成植物生長(zhǎng)不良［4］?；形镔|(zhì)在不同植物及不同器官中均有差異，比較蘭州主要闊葉造林樹種凋落物浸提液及其濃度對(duì)火炬樹幼苗生長(zhǎng)促進(jìn)或者抑制效果的強(qiáng)弱［5］，進(jìn)一步了解外來物種在本地生長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，有助于深入認(rèn)識(shí)種間關(guān)系及種間相互作用［6］。

火炬樹（Rhus typhina）為漆樹科（Anacardiaceae）鹽膚木屬（Rhus）的落葉灌木或小喬木［7-8］。原產(chǎn)加拿大和美國［9］，喜光，對(duì)寒冷、干旱瘠薄、水濕、鹽堿的耐受性和土壤適應(yīng)性都很強(qiáng)［10］。自1974年國內(nèi)推廣以來，一直作為水土保持的先鋒樹種，在退化生境的植被恢復(fù)，園林及公路綠化方面具有優(yōu)良的特性［11］。目前在全國20 多個(gè)?。▍^(qū)）都有種植，多種植在黃河流域以北，主要應(yīng)用于荒山及其他鹽堿性荒地的森林綠化造景等［12-13］。但也因超強(qiáng)的萌蘗繁殖和適應(yīng)能力而被列為外來風(fēng)險(xiǎn)物種之一。蘭州市目前火炬樹多應(yīng)用于園林綠化和南北兩山造林中，但作為一種外來樹種，它可能對(duì)本地已有造林樹種的正常生長(zhǎng)造成威脅［14］。本研究以火炬樹種子為研究對(duì)象，采用刺槐（Robinia pseudoacacia）、國槐（Sophora japonica）、臭椿（Ailanthus altissima）、白蠟（Fraxinuschinensis）、新疆楊（Populus alba）、垂柳（Salix babylonica）等6 種蘭州主要闊葉造林樹種的凋落物浸提液對(duì)其種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，探究其種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)對(duì)不同樹種凋落物浸提液化感作用的響應(yīng)，旨在選擇對(duì)火炬樹化感抑制作用強(qiáng)的樹種與火炬樹混交，構(gòu)建對(duì)外來植物火炬樹具有高抵抗力的植物群落，既充分發(fā)揮火炬樹優(yōu)良特性，又通過生物防控防止火炬樹在蘭州乃至半干旱區(qū)造成入侵，從而為保護(hù)引種地的生物多樣性提供理論依據(jù)［15］。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

受體材料為火炬樹種子，于2020年10月采自甘肅警察職業(yè)技術(shù)學(xué)院，其凈度95.8%，千粒重（7.89±0.12）g，含水量3.69%，生活力57%。供體材料為蘭州市刺槐、國槐、臭椿、白蠟、新疆楊、垂柳等6 個(gè)主要闊葉造林樹種的凋落物。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 凋落物浸提液的制備 將6 個(gè)樹種葉片風(fēng)干并剪成0.5 cm 左右大小的碎片。將凋落物浸提液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)定為0（CK）、0.100、0.050 和0.025 g/mL 4 個(gè)梯度。每次稱取50 g 凋落物樣品再加入500 mL蒸餾水，充分震蕩后浸提24 h，用雙層細(xì)網(wǎng)紗布過濾2次后將母液置入容量瓶中配制成0.1 g/mL 的浸提液，并取其中一定量的溶液分別與適量的蒸餾水進(jìn)行混合稀釋，制成0.05 g/mL 和0.025 g/mL 的浸提液。

1.2.2 種子處理與萌發(fā)試驗(yàn) 用1%的小蘇打溶液搓洗火炬樹種子，去除種皮的蠟質(zhì)，再用70~80 ℃的水高溫浸燙0.5 h，期間不斷攪動(dòng)使種子受熱均勻，將溫度降至40 ℃，自然冷卻浸種24 h，之后用0.5%的高錳酸鉀消毒2 h，用蒸餾水漂洗干凈［15］。種子發(fā)芽試驗(yàn)采用雙層濾紙法［16］。萌發(fā)試驗(yàn)在無菌培養(yǎng)室中進(jìn)行，光照12 h（25 ℃）/黑暗12 h（25 ℃），濕度65%。每個(gè)發(fā)芽盒中整齊均勻地放置50 粒籽粒飽滿、大小均勻的火炬樹種子，然后分別加入5 mL 不同樹種不同濃度（0.1、0.05、0.025 g/mL）的凋落物浸提液，每個(gè)處理重復(fù)6 次，對(duì)照組加等量蒸餾水，萌發(fā)過程中，根據(jù)濾紙的濕度及時(shí)添加蒸餾水以保證滿足種子萌發(fā)的水分需求［15］。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 發(fā)芽指標(biāo)與幼苗形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 以種子的胚根長(zhǎng)出種皮2 mm 及以上為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，每天記錄發(fā)芽種子數(shù)，發(fā)芽末期連續(xù)2 d 無種子萌發(fā)時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。同時(shí)在每個(gè)處理的每次重復(fù)中隨機(jī)選擇6 株幼苗測(cè)定根長(zhǎng)和苗高［17］。

發(fā)芽率（GR）=發(fā)芽種子總粒數(shù)/供試種子總粒數(shù)×100%

發(fā)芽勢(shì)（Gp）=發(fā)芽高峰期發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽指數(shù)= ∑Gt/Dt

式中：Gt為在t天的種子發(fā)芽數(shù)；Dt為相對(duì)應(yīng)的種子發(fā)芽天數(shù)［18］

1.3.2 幼苗抗逆生理指標(biāo)測(cè)定 從每個(gè)處理的火炬樹幼苗中隨機(jī)選取6 株，將葉片取出分為2 份，每份樣品質(zhì)量約為0.1 g，做好標(biāo)記后用錫箱紙包好，放入液氮罐，待全部樣品取完后，放入-80 ℃的超低溫冰箱中保存。取0.1 g 待測(cè)樣品，在干凈的研缽中加入液氮快速研磨，然后于4 ℃下12 000 r/min 離心20 min。上清液即為酶提取液。采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定丙二醛（MDA）含量；采用紫外吸收法測(cè)定過氧化氫酶活性；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶活性；采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定超氧化物歧化酶活性。采用考馬斯亮藍(lán)MG?250 法測(cè)定可溶性蛋白（SP）含量，取提取液0.1 mL，加入5 mL 考馬斯亮藍(lán)MG?250 濟(jì)液，充分混合，放置2 min 后在595 nm 處測(cè)定吸光度值，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線（C=0.005X+0.564，R2=0.99）計(jì)算相應(yīng)蛋白質(zhì)含量［21］。

1.4 化感效應(yīng)評(píng)價(jià)

參照Williamson 等［19］的方法計(jì)算化感效應(yīng)敏感指數(shù)（RI）。

式中：C 為對(duì)照值（0 g/mL 濃度處理下的指標(biāo)），T為處理值（0.100、0.050、0.025 g/mL 濃度處理下的指標(biāo)），RI>0 表示促進(jìn)，RI<0 表示抑制［20］。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用雙因素方差分析（two?way ANOVA）檢驗(yàn)樹種和水浸提液濃度對(duì)火炬樹種子發(fā)芽率、幼苗根長(zhǎng)、苗高和幼苗抗逆生理指標(biāo)的影響，用單因素方差分析（one?way ANOVA）檢驗(yàn)各處理對(duì)火炬樹種子發(fā)芽率、幼苗根長(zhǎng)、苗高和幼苗抗逆生理指標(biāo)的影響。所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS 16.0，繪圖采用Excel 2016 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樹種凋落物浸提液及其濃度對(duì)火炬樹種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響

不同樹種的凋落物浸提液對(duì)火炬樹種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和幼苗苗高有顯著影響。不同濃度的凋落物浸提液對(duì)火炬樹種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、幼苗的苗高和根長(zhǎng)有顯著影響（表1）。

表1 不同樹種浸提液及其濃度對(duì)火炬樹種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的雙因素方差分析Table 1 Effects of tree species and ltter leachate concentra?tions on the germination rate and seedling growth ofRhus typhinabased on two-way ANOVA

2.1.1 不同樹種浸提液及其濃度對(duì)火炬樹種子萌發(fā)的影響 不同樹種浸提液及其濃度對(duì)火炬樹種子發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)有不同程度的影響，但均對(duì)火炬樹種子發(fā)芽勢(shì)無顯著影響（表2）。隨著各樹種浸提液濃度的增加，火炬樹種子發(fā)芽率呈降低趨勢(shì)。除白蠟外其余樹種浸提液處理下的火炬樹種子在高濃度（0.100 g/mL）下種子發(fā)芽率均顯著低于對(duì)照，其中刺槐發(fā)芽率最低，僅為9.67%；中濃度（0.050 g/mL）下僅刺槐和新疆楊的發(fā)芽率顯著低于對(duì)照，發(fā)芽率分別為14.33% 和15.33%；低濃度（0.025 g/mL）下各樹種與對(duì)照之間均無顯著差異。除白蠟外，隨著各樹種浸提液濃度的增加火炬樹種子發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢(shì)，刺槐的發(fā)芽指數(shù)僅為0.67，與對(duì)照相比降低了3.33。

表2 不同樹種浸提液及其濃度對(duì)火炬樹種子萌發(fā)的影響Table 2 Effects of litter extracts from different species on seed germination ofRhus typhina

2.1.2 不同樹種浸提液及其濃度對(duì)火炬樹幼苗生長(zhǎng)的影響 與對(duì)照相比，高濃度（0.100 g/mL）下刺槐、臭椿、新疆楊浸提液對(duì)火炬樹苗高影響顯著，但均對(duì)火炬樹根長(zhǎng)無顯著影響（表3）。其中新疆楊浸提液處理的苗高最為顯著，為1.86 cm，比對(duì)照降低了2.69 cm；中濃度（0.050 g/mL）下新疆楊浸提液對(duì)火炬樹種子苗高有顯著影響，其苗高為3.68 cm，比對(duì)照降低了0.87 cm；低濃度（0.025 g/mL）下新疆楊浸提液對(duì)火炬樹苗高有顯著差異，苗高為3.25 cm 比對(duì)照降低了1.3 cm。

表3 不同樹種浸提液及其濃度對(duì)火炬樹幼苗生長(zhǎng)的影響Table 3 Effects of litter extracts from different trees pecie?sonseedling growth ofRhus typhina

2.2 不同樹種凋落物浸提液及其濃度對(duì)火炬樹種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的化感效應(yīng)

不同樹種浸提液及其濃度對(duì)火炬樹種子的發(fā)芽率均存在抑制作用（RI<0），除臭椿和白蠟外其余樹種的抑制作用均隨著濃度的增加而增強(qiáng)（圖1）。低濃度（0.025 g/mL）下國槐浸提液的抑制效果最顯著，RI為-0.22；中濃度（0.050 g/mL）和高濃度（0.100 g/mL）下均為刺槐浸提液的抑制效果最顯著，RI 分別為-0.45 和-0.63。

圖1 不同樹種凋落物浸提液及濃度對(duì)火炬樹種子發(fā)芽率的化感效應(yīng)Fig.1 Allelopathic effects of litter extracts and concentra?tions of different tree species on seed germination rate ofRhust typhin

低濃度（0.025 g/mL）和中濃度（0.05 g/mL）下，各數(shù)種浸提液處理均對(duì)火炬樹根的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用（RI>0）（圖2）。其中低濃度（0.025 g/mL）下刺槐浸提液促進(jìn)效果最為顯著，RI=0.15；中濃度（0.050 g/mL）下新疆楊浸提液促進(jìn)效果最為顯著，RI=0.16；高濃度（0.100 g/mL）下除國槐、垂柳浸提液對(duì)火炬樹根的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用外，其他樹種浸提液均有抑制作用，其中刺槐浸提液抑制效果最為顯著，RI=-0.15。

圖2 不同樹種凋落物浸提液及濃度對(duì)火炬樹種子根長(zhǎng)的化感效應(yīng)Fig. 2 Allelopathic effects of litter extracts and concentra?tions of different species on seed root length of RhusTyphin

在低濃度（0.025 g/mL）下除白蠟、垂柳浸提液對(duì)火炬樹的苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用外，其他樹種浸提液均有抑制作用，但各樹種間差異不顯著；中濃度（0.050 g/mL）下除國槐、垂柳浸提液對(duì)火炬樹幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用外，其他樹種浸提液均有抑制作用，其中國槐浸提液的促進(jìn)效果最顯著RI=0.13，臭椿浸提液的抑制效果最顯著RI=-0.22；在高濃度（0.100 g/mL）下，各樹種浸提液處理均對(duì)火炬樹幼苗生長(zhǎng)有抑制作用（RI<0）新疆楊浸提液的抑制效果最為顯著，RI=-0.59。

2.3 不同樹種凋落物浸提液及濃度對(duì)火炬樹幼苗抗逆生理指標(biāo)的影響

不同樹種的凋落物浸提液及其濃度對(duì)火炬樹幼苗抗逆生理指標(biāo)均有顯著影響（表4）。刺槐浸提液低濃度（0.025 g/mL）下的火炬樹幼苗MDA 含量與中濃度（0.050 g/mL）的有顯著差異。垂柳浸提液高濃度（0.100 g/mL）下的火炬樹幼苗MDA 含量分別與低濃度（0.025 g/mL）和中濃度（0.050 g/mL）的相比均有顯著差異。低濃度（0.025 g/mL）時(shí)，除國槐外刺槐浸提液處理下的火炬樹幼苗MDA 含量與對(duì)照以及各樹種間均有顯著差異。中濃度（0.050 g/mL）時(shí)，國槐浸提液處理下的火炬樹幼苗MDA 含量與對(duì)照和白蠟顯著差異與刺槐差異不顯著，但與其余各樹種間差異均達(dá)極顯著水平。高濃度（0.100 g/mL）時(shí)，國槐與刺槐、白蠟和對(duì)照差異不顯著，與新疆楊和垂柳差異顯著（圖4）。

表4 樹種及其浸提液濃度對(duì)火炬樹幼苗抗逆生理指標(biāo)含量雙因素方差分析Table 4 Effects of tree species and ltter leachate concentra?tions on the germination rate and seedling growth ofRhus typhinabased on two?way ANOVA

隨著浸提液質(zhì)量濃度的增加，火炬樹幼苗抗氧化系統(tǒng)酶活性變化均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，且高濃度（0.100 g/mL）下各樹種的CAT 活性與對(duì)照有顯著差異，但各樹種間差異不顯著；低濃度（0.025 g/mL）下刺槐、國槐與白蠟、新疆楊浸提液處理下的火炬樹幼苗POD 活性對(duì)比均有顯著差異。中濃度（0.050 g/mL）下，刺槐和新疆楊浸提液處理下的火炬樹幼苗POD 活性變化與對(duì)照相比均有顯著差異，其中新疆楊差異最顯著。高濃度（0.100 g/mL）下刺槐、國槐、新疆楊浸提液處理下的火炬樹幼苗POD 活性分別與對(duì)照相比均有顯著差異；國槐在不同濃度梯度下對(duì)火炬樹幼苗SOD 活性變化均有顯著差異（圖5）。

圖3 不同樹種凋落物浸提液及濃度對(duì)火炬樹種子苗高的化感效應(yīng)Fig.3 Allelopathic effects of litter extracts and concentra?tions of different species on seeding of height of RhusTyphin

隨著各樹種浸提液濃度的增加，火炬樹幼苗可溶性蛋白含量變化呈下降的趨勢(shì)。各濃度梯度下各樹種以及對(duì)照間均無顯著差異；低濃度（0.025 g/mL）下新疆楊與中濃度（0.050 g/mL）和高濃度（0.100 g/mL）的有顯著差異，高濃度（0.100 g/mL）下國槐與低濃度（0.025 g/mL）和中濃度（0.050 g/mL）的有顯著差異（圖6）。

圖6 不同樹種凋落物浸提液處理下火炬樹幼苗可溶性蛋白含量Fig.6 Effects of litter extracts and concentrations of different tree species on soluble protein content in seedlings ofRhus typhin

3 討論

3.1 化感作用對(duì)火炬樹種子萌發(fā)的影響

種子萌發(fā)對(duì)物種更新至關(guān)重要，種子發(fā)芽率降低，發(fā)芽時(shí)間延長(zhǎng)，出苗延后將嚴(yán)重影響植物對(duì)地上和地下資源的競(jìng)爭(zhēng)能力，繼而影響未來群落組成［22］。有研究表明紫椴、楓樺、紅松凋落物浸提液對(duì)紅松種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)一致，高濃度抑制作用明顯，隨著濃度的降低抑制作用減弱［23］，本研究表明，新疆楊、刺槐通過化感作用抑制了火炬樹種子萌發(fā)，且浸提液質(zhì)量濃度越高，抑制效應(yīng)越明顯，這與以往學(xué)者的研究結(jié)果相吻合［23-24］。

3.2 化感作用對(duì)火炬樹幼苗根長(zhǎng)和苗高的影響

種子萌發(fā)與胚根生長(zhǎng)是植物繁殖和生長(zhǎng)的開始，并與物種的生存發(fā)展密切相關(guān)，森林中的凋落物所產(chǎn)生的化感物質(zhì)對(duì)這兩個(gè)生長(zhǎng)階段都具有重大的影響［22］。化感物質(zhì)抑制幼苗根系會(huì)造成根系變小，進(jìn)而減少對(duì)水和養(yǎng)分的吸收；而抑制幼苗苗高增長(zhǎng)會(huì)影響植物對(duì)光資源的競(jìng)爭(zhēng)和后續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)并最終影響到植物在群落中的地位及作用［25-26］。本研究發(fā)現(xiàn)，刺槐浸提液抑制種子萌發(fā)效果最顯著，其次為新疆楊；同一濃度下，刺槐、新疆楊凋落物浸提液均顯著抑制了火炬樹幼苗根長(zhǎng)和苗高的增長(zhǎng)。大量研究表明，植物間的化感作用有促進(jìn)或抑制2 個(gè)方面。一般情況下，化感作用通過對(duì)受試植物的種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)等產(chǎn)生促進(jìn)或抑制來實(shí)現(xiàn)植物的化感物質(zhì)具有低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的特性［27-28］，本試驗(yàn)亦得出相似結(jié)果，即低濃度時(shí)不同樹種的浸提液對(duì)火炬樹幼苗和根的生長(zhǎng)均有不同程度的促進(jìn)作用；高濃度時(shí)不同樹種的浸提液對(duì)火炬樹幼苗根長(zhǎng)的增長(zhǎng)均有不同程度抑制作用。

3.3 凋落物浸提液對(duì)火炬樹幼苗抗逆生理指標(biāo)的影響

細(xì)胞膜是植物化感物質(zhì)作用的起始點(diǎn)［29］。逆境脅迫導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧含量增加，從而造成氧化傷害，膜結(jié)構(gòu)和功能的改變必然會(huì)影響細(xì)胞內(nèi)葉綠素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的合成，從而影響幼苗的生長(zhǎng)［30］。受試植物幼苗在浸提液傷害下使幼苗體內(nèi)MDA 含量顯著增加，CAT、POD、SOD 活性和SP 含量等隨著濃度的增加而降低，影響了幼苗細(xì)胞正常的生理生化進(jìn)程，因此對(duì)幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用［31］。李晶晶等［32］研究結(jié)果表明，白三葉水浸提液質(zhì)量濃度越高無芒稗種子細(xì)胞內(nèi)活性氧含量越多，無芒稗種子幼苗CAT、POD、SOD 活性和SP 含量等隨著白三葉水浸提液質(zhì)量濃度的增加而降低。本研究表明，隨著凋落物浸提液濃度的增加，新疆楊、白蠟、垂柳對(duì)火炬樹種子抗氧化系統(tǒng)各指標(biāo)含量均有顯著性影響，新疆楊影響效果最顯著，且濃度越高對(duì)幼苗的脅迫越嚴(yán)重，幼苗生理活性越低，受體細(xì)胞受到損害越嚴(yán)重，最終造成植物生長(zhǎng)不良。這與李晶晶等［32］的研究結(jié)果相吻合。

4 結(jié)論

隨著浸提液濃度的升高，對(duì)炬樹種子萌發(fā)的抑制作用增強(qiáng)、火炬樹苗高增長(zhǎng)的抑制作用逐漸增強(qiáng)，其中新疆楊的抑制效果最顯著，而對(duì)根的生長(zhǎng)則呈現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制的趨勢(shì)；隨著浸提液濃度的升高，火炬樹幼苗MDA 含量增加，抗氧化系統(tǒng)酶活性和可溶性蛋白含量均下降。刺槐凋落物的浸提液顯著降低了火炬樹種子的發(fā)芽率；新疆楊凋落物的浸提液對(duì)火炬樹幼苗抗逆生理指標(biāo)的影響最為顯著。在蘭州引種火炬樹時(shí)，可以選擇與刺槐或新疆楊混交，進(jìn)行生態(tài)管理和控制，預(yù)防火炬樹入侵。