五爪金龙凋落叶腐解物的化感潜力研究

1、廖周瑜等：五爪金龙凋落叶腐解物的化感潜力研究 1253五爪金龙凋落叶腐解物的化感潜力研究廖周瑜1,2，赵则海1,3，侯玉平1，彭少麟1*1. 中山大学有害生物控制与资源利用国家重点实验室，广东 广州 510275;2. 西南林学院环境科学与工程系, 云南 昆明 650224; 3. 肇庆学院生物学系，广东 肇庆 526061摘要：采用莴苣种子为受体，测试了五爪金龙凋落叶早期腐解物的化感作用，并与其鲜叶及凋落叶的化感潜力进行了比较分析。结果如下：凋落叶40 d的腐解物、鲜叶及凋落叶的水提取液均具有较强的化感潜力，并表现出低促高抑的浓度效应，在FW 0.1 gmL-1高质量浓度下的综合化感抑制强度

2、为凋落叶未能加土壤的腐解物鲜叶凋落叶加土壤的腐解物凋落叶，而在FW 0.005 gmL-1低质量浓度下的综合化感促进作用是凋落叶鲜叶凋落叶加土壤的腐解物凋落叶未加土壤的腐解物。鲜叶的抑制强度较凋落叶的大，表明叶片在衰老过程中抑制作用减弱。凋落叶未加土壤仅在空气微生物作用下的腐解物抑制作用最强，促进作用最小，而加入土壤后在土壤微生物作用下的腐解物的抑制作用却有所减弱，抑制强度介于鲜叶和凋落叶的之间，促进作用却小于鲜叶和凋落叶，说明凋落叶腐解过程中微生物的参与对化感作用产生了复杂的影响。关键词：五爪金龙(Ipomoea cairica (L) Sweet)；鲜叶；凋落叶；腐解物；化感作用中图分类号

3、：Q948.1 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）04-1249-04植物在生长过程中，由于新陈代谢而死亡凋落大量的组织，如叶片、枝条等，这些死亡的组织进入环境中，可以通过淋溶而释放化感物质，但其最主要途径则是通过环境非生物和生物因子的分解或降解作用而释放的。植物大部分有效化感物质是通过残体腐解释放的1，因此，腐释是植物化感物质释放的一条重要途径。五爪金龙（Ipomoea cairica）为旋花科多年生草质藤本2，具有非常强的缠绕攀缘能力，原产北美，现广泛分布于我国广东、广西、福建和云南等地，近年来在广州等地迅速生长蔓延，成为华南地区仅次于薇甘菊(Mikania micr

4、antha)的重要入侵害草3。化感作用是外来植物入侵的一种有力的化学武器4-6，五爪金龙在入侵过程中，除了以其生长迅速且具攀缘性的枝条，占领空间，争夺阳光而取得竞争优势外，已有研究表明五爪金龙的枝叶具有化感作用7,8。叶子是植物进行光合作用的主要场所，是植物体中数量最多、更新最快的器官，五爪金龙生长过程中，凋落大量的叶片，一部分落到土壤中进行腐解，而由于其枝叶密集而缠绕，因此大部分的凋落叶则先是夹杂在地上部分密集的枝叶间枯烂腐解，这些腐解物是否具有化感作用，其叶片在生命进程中化感强度如何变化？为此，本文研究了五爪金龙叶片在生长、衰亡及腐解中化感潜力的变化情况，为进一步揭示五爪金龙的入侵机理及其

5、有效防治提供基础信息。1 材料与方法1.1 五爪金龙凋落叶腐解物的提取取五爪金龙生长地的表层土壤，去除杂质，风干后过60目筛，土样备用。采集五爪金龙最近凋落无病斑的叶片20 g，剪碎后加入相同重量的土样混匀后再加少许蒸馏水，置入250 mL三解瓶中于室温下（约25 ）腐解；另取20 g凋落叶片，剪碎后置入三角瓶中，加少许水直接进行腐解。40 d后，加入10倍的蒸馏水提取48 h，充分过滤，得质量浓度为FW（鲜质量）0.1 gmL-1提取液，取部分提取液分别稀释至FW 0.05和0.005 gmL-1质量浓度，保存备用。取20 g上述土样直接置于三角瓶中加入少许蒸馏水作对照处理。1.2 五爪金龙

6、鲜叶及凋落叶浸提液的制备采集生长良好的鲜叶以及和“1.1”节一致的凋落叶各20 g，风干后，碾碎分别用10倍的蒸馏水浸提48 h，充分过滤，得FW 0.1 gmL-1质量浓度的提取液，并稀释成与“1.1”节相同的质量浓度梯度，备用。1.3 生物活性检测 由于莴苣（Lactuca sativa）对化感物质的高敏感性而广泛用于化感的生测研究，因此本研究以莴苣作为受体进行化感测试。选取饱满的莴苣种子，用蒸馏水清洗3次，晾干备用。吸取5 mL上述各处理的提取液加入铺有双层滤纸的直径为9 cm培养皿中，每皿均匀放置20粒上述莴苣种子，以蒸馏水为对照，设3个重复，于室温下遮光培养，实验期间室温平均为26

7、。5 d后统计萌发率（GR），以胚根长度1 mm为萌发标准，GR=(发芽种子数/供试种子总数)×100%；并测定根长（RL）。1.3 化感潜力评价化感效应指数(RI)采用Williamson9的方法： RI=1-C/T（当TC时）或RI=T/C-1（当T<C时）。式中：C为对照值，T为处理值。当RI>0时，表示促进作用；当RI<0时，表示抑制作用。RI绝对值的大小代表化感作用强度。综合化感强度用所测试项目中抑制或促进作用的RI的均值进行评价。2 结果及分析2.1 五爪金龙凋落叶早期腐解物的化感作用处理的鲜物质量浓度: g·mL-1处理的鲜物质量浓度: g&

8、#183;mL-1根长/cm萌发率/%图1 五爪金龙凋落叶早期腐解物对莴苣种子萌发及根长生长的影响Fig. 1 Effects of early decomposition of leaf litter of I. cairica on the seed germination and root growth of lettuce (Lactuca sativa)图中T1为凋落叶加土壤的腐解物；T2为凋落叶未加土壤的腐解物；CK1为土壤提取液对照；CK0为蒸馏水对照.柱形图上不同小写字母表示差异达0.05显著水平（Duncan法）. 实验结果见图1。从图1可看出，五爪金龙凋落叶早期（40 d）

9、腐解物对受体种子萌发和根长生长均产生明显影响，并随着腐解物提取液质量浓度的变化而变化。在FW 0.1 gmL-1质量浓度处理下，腐解物对莴苣种子萌发的抑制达到显著水平，凋落叶加土壤的腐解物（T1）的抑制率为58.67%，而未加土壤的腐解物（T2）的抑制率则达到91.11%，是加土壤的腐解物的1.6倍；随着质量浓度的降低，抑制作用减弱，在FW 0.05 gmL-1质量浓度处理下，凋落叶加土壤的腐解物的抑制率仅为8.89%，而未加土壤的腐解物的抑制率为68.89%，达到显著差异水平，表明凋落叶仅在空气微生物作用下的腐解物具有更大的抑制效应。在FW 0.005 gmL-1质量浓度处理下，凋落叶加土壤

10、的腐解物对受体种子萌发抑制率仅2.22%，而未加土壤的腐解物却表现为促进作用，促进率达20%，但都未达到差异显著水平（图1）。腐解物对受体根长生长影响的基本情况同种子萌发率，但不同处理影响差异较大。在FW 0.1 g·mL-1质量浓度处理下，凋落叶加土壤的腐解物（T1）对根长的影响并不显著，抑制率仅为2.46%, 而未加土壤的腐解物（T2）则表现出显著的抑制作用，抑制率高达66.92%；在FW 0.05和0.005 g·mL-1质量浓度处理下，凋落叶加土壤的腐解物均表现出促进作用，但都未达到显著差异水平，促进率分别为20.44%和19.14%，而凋落叶未加土壤的腐解物在FW

11、 0.05 g·mL-1质量浓度却表现出显著的抑制作用，抑制率达22.96%，但在FW 0.005 gmL-1质量浓度处理下却表现出促进作用，促进率达15.36%。用土壤提取液测试结果（CK1）和蒸馏水测试的结果（CK0）之间无显著差异（图1），表明土壤本身的化学性质等对受体种子萌发及根长生长的影响甚微，凋落叶加土壤的腐解物水提取液对受种子萌发及根长生长所产生的抑制或促进作用主要是其腐解物中的化感物质引起的。微生物在植物残体的腐解中起着主导作用。以上分析表明，五爪金龙凋落叶未加土壤而仅在空气中微生物作用下，腐解物具有较强的抑制作用，而加土壤后在土壤微生物作用下，腐解物的抑制作用较弱，

12、由于凋落叶在土壤中腐解时也有空气中微生物的参与，因此土壤微生物可能分解了部分化感物质，从而导致化感抑制效应的减弱。2.2 五爪金龙鲜叶与凋落叶水浸提液的化感作用鲜叶（T3）与凋落叶（T4）的水浸提液对受体种子萌发和根长生长产生较明显的化感作用（下页图2）。在FW 0.1 gmL-1质量浓度下，鲜叶浸提液对受体种子的萌发及根长生长均表现出显著的抑制作用，抑制率分别为62.22%和50.62%；凋落叶浸提液对受体种子萌发也表现出显著的抑制作用，抑制率达57.78%，但其对受体根长生长的抑制作用却未达到显著水平，抑制率仅为2.25%。随着浸提液质量浓度的降低，鲜叶与凋落叶对受体种子萌发的化感抑制作用

13、均减弱，抑制效应均未达到显著差异水平。对受体根长生长，鲜叶和凋落叶浸提液均表现出一定化感促进作用，但鲜叶在FW 0.05和0.005 gmL-1质量浓度下其促进作用均未达到差异显著水平，促进率分别为7.37%和13.86%；而凋落叶浸提液在这两种质量浓度下对根长生长的促进作用均达到了显著水平，促进率分别为37.83%和37.58%。处理的鲜物质量浓度: g·mL-1处理的鲜物质量浓度: g·mL-1萌发率/%根长/cm图2 五爪金龙鲜叶及凋落叶水浸提液对莴苣种子萌发及根长生长的影响Fig. 2 Effects of fresh leaf and leaf litter of

14、 I. cairica on the seed germination root growth of lettuce，Lactuca sativa图中T3为鲜叶；T4为凋落叶；CK0为蒸馏水对照. 柱形图上不同小写字母表示差异达0.05显著水平（Duncan法）以上分析可看出，在较高浓度下，鲜叶的抑制作用较凋落叶的强，而低浓度下，凋落叶的促进作用较强。鲜叶是植物生长的功能器官，叶片通过光合作用，合成大量的化合物，其中包括化感物质，因此鲜叶中化感物质的含量较高；而叶片在凋落之前，衰老叶片内的物质会向存活组织运输转移10，部分化感物质也可能转移到其它存活部位，从而导致凋落叶中化感物质的含量较鲜叶的

15、低，化感抑制强度减弱，而促进作用却有所增强。2.3 五爪金龙叶片不同时期的化感强度根据五爪金龙叶片的生长特性，将其叶片的生命过程简单地分为三个时期，即叶片的生长期（以鲜叶反映）；凋落期（以凋落叶反映）；腐解期，即凋落后的分解及物质归还期，包括悬挂于密集枝叶中在空气中微生物作用下的腐解和落入土壤中在土壤微生物作用下的腐解。化感物质一般都具有低浓度下促进而高浓度下抑制的浓度效应11，本文以FW 0.1 gmL-1质量浓度处理下的RI值代表化感抑制强度，以FW 0.005 g·mL-1质量浓度下的RI值代表化感促进强度，五爪金龙叶片在生命进程中综合化感强度的变化见表1。表1 五爪金龙叶片不

16、同时期的综合化感强度Table 1 Synthetic allelopathic effects of leaves of I. cairica in different life stage化感作用生长期凋落期腐解期空气中腐解土壤中腐解抑制（FW 0.1 g·mL-1）-0.57-0.3-0.79-0.32促进（FW 0.005 g·mL-1）0.120.270.150.16从表1可看出，在叶片生长期，化感抑制强度较大，此时化感促进作用较弱；而到了衰亡凋落时期，化感抑制强度减弱，促进作用却增强。这是由于在生长期，物质合成旺盛，叶片内所含化感物质量较多，因而化感抑制强度较大

17、，而促进作用较弱，而在衰老死亡时，由于物质的回还，化感物质量减小，导致化感抑制强度减小而促进作用增强。在腐解期，仅在空气中的微生物作用下，腐解物的化感抑制强度最大，而促进作用较弱，而加入土壤后，化感抑制强度减弱，化感促进作用增大，表明空气和土壤微生物对腐解物的化感作用具有不同的影响。总体来看，五爪金龙的化感抑制强度是凋落叶未加土壤的腐解物鲜叶凋落叶加土壤的腐解物凋落叶，而化感促进作用是凋落叶鲜叶凋落叶加土壤的腐解物凋落叶未加土壤的腐解物。3 讨论凋落叶腐解物具有多重影响。一方面，死亡凋落的叶片腐解后能增加土壤有机质，改善土壤的物理结构等，从而促进植物的生长；另一方面，凋落叶在分解过程中，释放的

18、化感物质，可能抑制土壤病源微生物和邻近植物的种子萌发及生长，从而为自身或其下一轮的生长创造良好的土壤条件和空间。因此，植物通过死亡残体腐释途径向环境释放大量的化感物质，而产生的化感作用是植物在进化过程中产生的一个自然生态功能11。凋落叶在腐解过程中，微生物对其化感作用产生了复杂的影响。微生物作为生态系统中的重要分解者，是植物残体腐解的主要执行者，因而植物残体中化感物质的腐解释放过程中，微生物起着主导作用。五爪金龙凋落叶未加土壤仅在空气中微生物作用下腐解物的化感作用较强，而加土壤后，化感强度有所减弱，说明凋落叶在腐解过程中微生物的参与对其化感作用产生复杂的影响，一方面微生物能加速叶片的腐解，从而

19、可能释放更多的化感物质，另一方面，微生物也可能将一些活性的化感物质分解为小分子而失去活性。植物残体腐解是一个较为漫长而复杂的过程，本文仅是对凋落叶早期腐解物的化感潜力进行了分析，其化感潜力随腐解进程的变化规律还需进一步研究。五爪金龙叶片不同时期所具有的较强化感抑制潜力对其生存和入侵具有重要意义。外来植物的入侵过程实质上是一个抑制其邻近植物生长，使邻近植物不断受到排斥的过程。五爪金龙是多年生缠绕型藤本植物，除了以其密集缠绕的枝叶对附主植物产生盖幕危害作用外，其鲜叶、凋落叶都具有较强的化感抑制作用，凋落叶的早期腐解物，特别是仅在空气微生物作用下的腐解物化感抑制作用极大地增强。由于五爪金龙生长迅速，

20、叶片生物量大12，其凋落量也大，而且大部分的凋落叶先是悬挂在地上部分密集缠绕的枝叶间在空气中微生物的作用下腐解，因而通过淋溶及腐释向环境释放的化感物质量很大，对邻近植物的种子萌发及生长将产生强烈的抑制作用，从而为其自身的生存及扩散入侵创造了有利条件。参考文献：1 BALLESTER A. Alelopatia:interaccidn quimica entre especies vegetalesJ. Acta Cient Compostelana, 1972, 9: 145-151.2 李振宇, 解炎. 中国外来入侵种M. 北京: 中国林业出版社, 2003: 136.LI Zhenyu,

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30、 litter, fresh leaf and leaf litter of I. cairica were examined. Lettuce seeds (Lactuca sativa), the common allelopathy bioassay system, were germinated in the presence of aqueous extracts, percent seed germination and root length of the treated seedlings were measured for evaluating the allelopathic potential. Results showed that allelopathic effects could be produced during the decomposition of leaf litter. The aqueous extracts from early decomp