马尾松林窗常见植物对马尾松种子萌发的化感作用

(贵州大学林学院/贵州省森林资源与环境研究中心， 贵阳 550025)

马尾松是我国重要的乡土树种，因其诸多优点成为我国南方重要的经济用材树种之一，被广泛种植[1]。但由于长期采取单一树种纯林经营模式，容易导致林地出现地力衰退、森林生产力下降、物种多样性锐减、生态功能下降等现象[2]。近年来，我国已经相继报道了多种经济树种人工林存在生产力下降、地力衰退等现象[3-5]，因此，马尾松林是否存在此现象值得关注。林窗干扰是森林生态系统得以长期维持的重要驱动力之一，也是森林循环更新的一种重要方式[6-9]，在维持生物多样性、维持森林生产力等方面发挥着重要作用。但在实际野外调查中发现，林窗中的马尾松更新苗极少，在草本覆盖度高的样地中几乎没有。对于此情况，除了考虑林下植物的物理阻隔以外，林窗中草本植物根叶中可能含有的化感物质对马尾松种子萌发的影响也是一个需要关注的因素。

因此，本研究在经过实地调查后，选择马尾松林窗中常见的植物蕨(Pteridiumaquilinum)、细叶苔草(Carexcapilliformis)、爬山虎(Parthenocissustricuspidata)、悬钩子(RubussaxatilisL.)、油茶(CamelliaoleiferaAbel.)，研究马尾松林窗中常见植物物种对马尾松种子萌发的化感作用，以期为马尾松的人工抚育更新提供实践帮助。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验植物蕨、细叶苔草、爬山虎、悬钩子、油茶均采自贵州龙里林场的马尾松林窗中，马尾松种子采自都匀市种子园优质马尾松单株，千粒重11.13 g。

1.2 化感物质溶液配制

蕨、细叶苔草、爬山虎、悬钩子完整植株采回后洗净，于阴凉处晾干，分离成根(R)、叶(L)两部分，根磨碎成粉末状，叶片剪成0.25 cm2以下小片，油茶叶同其他植物叶片一样处理。分别取各实验材料20 g置于50 mL蒸馏水中室温浸提，间歇震荡。植物根浸提36 h，植物叶浸提24 h。得到浓度为0.4 g·mL-1的植物根叶浸提液母液，4 ℃低温保存。实验时用0.4 g·mL-1母液作为实验液之一，另用蒸馏水稀释配成0.2、0.1 g·mL-12种实验液。共计3种实验液。

1.3 种子化感作用试验

采用培养皿滤纸法[10]。9 cm培养皿下垫2层定量滤纸构成发芽床，保证滤纸平整，与培养皿之间无气泡，使用前高温灭菌并烘干。每皿置50粒已催芽的马尾松种子，加3.5 mL化感植物实验液，对照组加等量蒸馏水，每处理重复3次。人工气候箱预先用75%酒精喷施擦洗，设定温度25 ℃，湿度70%，光照与暗黑环境各12 h一循环。每天观察发芽情况，并及时补充各处理浓度实验液。第5天开始统计每日发芽种子数，直至连续5 d没有新增种子发芽数为止。

表1 不同植物对马尾松种子萌发的化感作用

发芽率/%RI发霉率/%RI胚根长RI发芽指数RI对照ck62.00±3.36a—12.00±1.68a—0.55±0.01ab—3.49±0.01ab—蕨53.33±13.77ab-0.14 20.11±11.87ab0.40 0.55±0.04ab0.00 6.22±5.43b0.44 细叶苔草57.00±13.62ab-0.08 21.00±11.28ab0.43 0.56±0.05b0.02 6.07±4.63b0.43 爬山虎59.88±13.42a-0.03 11.88±10.16a-0.01 0.56±0.05ab0.02 4.41±2.65ab0.21 悬钩子52.59±14.86ab-0.15 25.65±18.91b0.53 0.53±0.04ab-0.04 4.26±2.90ab0.18 油茶46.75±19.80b-0.25 14.25±6.88a0.16 0.51±0.05a-0.072.50±1.18a-0.28

注：表中数值为平均值±标准差，同一列数值后不同小写字母表示0.05水平差异显著。下同。

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发霉率(%)=(发霉种子数/供试种子总数)×100%；

胚根长为种子发芽后第3天胚根的长度(cm)；

发芽指数=∑(Gt/Dt)，(Gt表示在第t天种子的发芽数，Dt代表相应的发芽天数)。

参照Williamson G.B和Richardson[11]的方法计算化感作用效应指数RI。当T≥C时，RI=1-C/T；当T

1.4 数据分析

数据处理采用 Excel 2018 软件; 数据方差分析采用 SPSS 18.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同植物对马尾松种子萌发的影响

由表1可知，单就不同植物来看，研究中的几种植物浸提液对马尾松种子的发芽率均具有抑制作用，其中木本植物油茶对马尾松种子发芽的抑制作用显著(p<0.05，下同)，较对照发芽率下降24.60%。发霉是影响马尾松种子萌发的因素之一。表中只有爬山虎浸提液对马尾松种子发霉有抑制作用，但未达显著效果(p≥0.05，下同)，小灌木植物悬钩子对发霉有显著促进作用，使发霉率增加113.75%。本研究所测得胚根长为马尾松种子萌发后第3天的胚根长，植物浸提液对马尾松种子的胚根长均无显著影响。发芽指数是评价种子活力的重要指标之一。表中，除油茶外其他植物浸提液对马尾松种子发芽指数均有不同程度的促进作用，但未达显著水平。

2.2 植物浸提液对马尾松种子发芽率的影响

不同植物的不同部位对马尾松种子萌发的影响无统一的规律，草本植物、藤本植物之间也无明显规律(表2)。

蕨根除中等浓度对马尾松种子萌发有不显著促进作用外，高、低浓度均具有抑制作用，其中，高浓度胁迫对种子萌发的抑制作用达显著水平。蕨叶在不同浓度下均对马尾松种子萌发有抑制作用，且在高、低浓度下均显著，高、低浓度之间差异也达显著水平。细叶苔草的根叶浸提液对马尾松种子萌发呈中高浓度抑制，低浓度促进的影响。细叶苔草根浸提液在中等浓度条件下对种子发芽起显著抑制作用；高浓度下，根、叶之间对其影响有显著差异。爬山虎对马尾松种子的影响与细叶苔草相反，呈中、高浓度促进，低浓度抑制作用，且中高浓度促进作用不显著，低浓度抑制作用显著，根、叶抑制作用分别达到24.73%、35.48%。悬钩子对马尾松种子发芽率的影响与蕨相似，根浸提液在中等浓度下对马尾松种子起不显著的促进作用；悬钩子根的影响均不显著。油茶叶浸提物在不同浓度下对马尾松种子发芽率均呈抑制作用，高浓度下抑制作用显著，使马尾松种子发芽率下降到61.29%。

2.3 植物浸提液对马尾松种子发霉率的影响

发霉是影响马尾松种子萌发的因素之一(表3)。草本植物蕨根在中低浓度条件下对马尾中种子发芽过程中的发霉率有不显著的抑制作用，蕨叶、细叶苔草根、叶在不同浓度下均对种子发霉有促进作用，其中高浓度的蕨叶、细叶苔草叶提取液，低浓度的蕨叶提取液对发霉率有显著促进作用，促进率分别为183.33%、177.75%及150.00%。藤本植物爬山虎根叶浸提液对发霉率的影响表现为高浓度抑制，低浓度促进，对其抑制作用均未达到显著水平，而促进作用均达到显著水平。相对于对照组，低浓度爬山虎根浸提液使发霉率提高111.08%，叶提高108.33%。悬钩子根浸提液在3种浓度下虽均促进发霉，但促进作用不显著。叶提取液对发霉率为中高浓度促进，低浓度抑制，其中抑制作用不显著，但对其的促进作用影响显著。木本植物油茶叶提取液对种子发霉的影响表现为中高浓度促进、低浓度抑制，影响不显著。

表2 不同植物对马尾松种子发芽率的化感作用

种类部位浓度/(g·mL-1)0.40.20.10(ck)根R46.00±8.00a71.33±8.08b61.33±8.08b62.00±4.00b蕨RI-0.26 0.13 -0.01 —叶L34.67±3.06a58.00±11.14bc48.67±5.77b62.00±4.00cRI-0.44 -0.06 -0.22 —根R60.00±7.21ab44.67±10.26a64.00±10.58b62.00±4.00b细叶苔草RI-0.03 -0.28 0.03 —叶L44.00±5.29a58.67±14.74ab70.67±14.47b62.00±4.00abRI-0.29 -0.05 0.12 —根R72±5.29b68.67±4.16b46.67±10.26a62.00±4.00b爬山虎RI0.14 0.10 -0.25 —叶L62.00±10.39b65.00±9.90b40.00±5.66a62.00±4.00bRI0.00 0.05 -0.35 —根R54.00±8.72a68.67±9.87a54.00±6.00a62.00±4.00a悬钩子RI-0.13 0.10 -0.13 —叶L32.67±8.33a42.00±22.63ab60.67±5.77b62.00±4.00bRI-0.47 -0.32 -0.02 —油茶叶L24.00±5.29a60.00±11.31b60.67±6.11b62.00±4.00bRI-0.61 -0.03 -0.02 —

表3 不同植物对马尾松种子发霉率的化感作用

种类部位浓度/(g·mL-1)0.40.20.10(ck)根R22.67±14.19a9.33±5.03a8.67±4.62a12.00±2.00a蕨RI0.47-0.22-0.28—叶L34.00±2.00a16.00±10.00b30.00±2.00a12.00±2.00bRI0.650.250.60—根R19.33±2.31a28.67±16.04a14.00±5.29a12.00±2.00a细叶苔草RI0.380.580.14—叶L33.33±7.57b18.00±12.49ab12.67±8.08a12.00±2.00aRI0.640.330.05—根R6.00±4.00b4.67±5.03b25.33±8.08a12.00±2.00b爬山虎RI-0.50-0.610.53—叶L6.67±3.06b6.00±0.00b25.00±4.24a12.00±2.00bRI-0.44-0.500.52—根R18.00±9.17a18.67±11.02a17.33±6.11a12.00±2.00a悬钩子RI0.330.360.31—叶L52.67±8.08b45.00±24.04b8.67±9.87a12.00±2.00aRI0.770.73-0.28—油茶叶L15.33±9.24a18.00±8.48a10.67±3.06a12.00±2.00aRI0.220.33-0.11—

2.4 植物浸提液对马尾松种子胚根长的影响

本研究中几种植物的根浸提液对马尾松种子萌发过程中第3天胚根长均有中高浓度促进、低浓度抑制的作用。但叶浸提液的影响无统一规律(表4)。

蕨根在中浓度对马尾松胚根的增长表现为显著促进作用，促进率为10.91%。蕨叶与蕨根相反，中高浓度抑制。细叶苔草根浸提液在低浓度下对胚根长的抑制作用显著，叶浸提液高中低浓度下促进作用均显著。爬山虎叶在中高浓度下对胚根长的促进作用达显著水平，而根在低浓度下对其的抑制作用有显著水平。悬钩子根浸提液在中高浓度对马尾松种子胚根增加的促进作用不显著，但低浓度时抑制作用显著。叶浸提液在不同浓度下均有抑制作用，中等浓度时抑制作用最大。油茶叶浸提液中高浓度其增长有显著抑制作用，且中高浓度间的差异也达显著水平。

2.5 植物浸提液对马尾松种子发芽指数的影响

各实验植物对马尾松种子发芽指数影响无明显规律(表5)。蕨的根及叶浸提液在中等浓度时对马尾松种子发芽指数有显著促进作用，促进率分别为268.48%和230.66%。在高低浓度时，根浸提液有促进作用，叶浸提液有抑制作用，但未达到显著水平。不同浓度细叶苔草根浸提液对马尾松种子发芽指数均有促进作用，但都没有达到显著水平；叶浸提液为高浓度抑制、中低浓度促进，低浓度胁迫时的促进率达206.02%。爬山虎根浸提液对马尾松种子发芽指数的促进作用在高浓度时呈显著水平，达到55.59%；叶浸提液在中等浓度时的促进作用达显著水平，较对照增加了144.99%。悬钩子根浸提液在高浓度时对马尾松种子发芽指数有显著促进作用，而叶浸提液在中高浓度时有显著抑制作用。油茶叶在不同浓度时均对马尾松种子发芽指数有抑制作用，但只有在高浓度时抑制作用达到显著水平，达到68.19%。

表4 不同植物对马尾松种子胚根长的化感作用

种类部位浓度/(g·mL-1)0.40.20.10(ck)根R0.56±0.04b0.61±0.03a0.54±0.02b0.55±0.01b蕨RI0.0120.103-0.018—叶L0.51±0.03a0.52±0.02a0.55±0.03va0.55±0.01aRI-0.067-0.0550.000—根R0.57±0.03b0.58±0.01b0.51±0.02a0.55±0.01b细叶苔草RI0.0350.057-0.067—叶L0.50±0.02a0.60±0.03b0.61±0.04b0.55±0.01aRI-0.0910.0880.098—根R0.60±0.01b0.60±0.02b0.52±0.02a0.55±0.01a爬山虎RI0.0780.078-0.049—叶L0.55±0.03b0.60±0.05b0.47±0.03a0.55±0.01bRI0.0060.076-0.145—根R0.57±0.04b0.57±0.02b0.49±0.03a0.55±0.01b悬钩子RI0.0290.035-0.103—叶L0.49±0.02a0.48±0.01a0.55±0.01b0.55±0.01bRI-0.115-0.136-0.006—油茶叶L0.46±0.01a0.51±0.01b0.56±0.02c0.55±0.01cRI-0.170-0.0730.024—

表5 不同植物对马尾松种子发芽指数的化感作用

种类部位浓度/(g·mL-1)0.40.20.10(ck)根R4.16±1.47a12.86±4.27b3.71±0.30a3.49±0.01a蕨RI0.16 0.73 0.06 —叶L1.77±0.22a11.54±7.90b3.26±0.57a3.49±0.01aRI-0.49 0.70 -0.07 —根R6.70±4.43a5±0.52a5.06±2.49a3.49±0.01a细叶苔草RI0.48 0.30 0.31 —叶L2.51±0.18a6.48±4.35ab10.68±9.08b3.49±0.01aRI-0.28 0.46 0.67 —根R5.43±1.63b3.93±0.09a2.65±0.63a3.49±0.01a爬山虎RI0.36 0.11 -0.24 —叶L3.87±0.41a8.55±6.79b2.94±0.72a3.49±0.01aRI0.10 0.59 -0.16 —根R7.27±4.37b5.41±2.53ab2.84±0.44a3.49±0.01a悬钩子RI0.52 0.35 -0.19 —叶L1.75±0.44b2.16±0.84b5.42±2.55a3.49±0.01aRI-0.50 -0.38 0.36 —油茶叶L1.11±0.19b3.25±0.40a3.38±0.37a3.49±0.01aRI-0.68 -0.07 -0.03 —

3 结论与讨论

关于马尾松的化感研究，多为马尾松的自毒作用或各组织浸提液对其他植物等的化感作用，而少有草、藤本植物对马尾松种子的化感作用[12-15]。本研究中，各植物对马尾松种子发芽率的促进作用均不显著，有显著影响的均为对马尾松种子发芽率的抑制作用。有较直接规律可循的有木本植物油茶叶、藤本植物爬山虎根及灌木植物悬钩子叶浸提液，马尾松种子的发芽率随油茶叶浸提液浓度的降低而增加，但与对照组相比仍然是抑制作用；爬山虎根对马尾松种子发芽率的化感作用为中高促低抑，抑制作用达显著水平；悬钩子叶对马尾松种子的影响随浸提液浓度降低而增加，但也都为抑制作用，高浓度浸提液有显著抑制。本研究选取的植物为马尾松林窗下常见植物，较少有前人研究，各植物种所含化感物质还不清楚，因此可能既存在对马尾松发芽的促进物质又有发芽抑制物质。各植物浸提液浓度也在一定程度上影响马尾松种子的发芽率，其中包括化感物质本身对种子发芽率的“高促低抑”或“低促高抑”作用，还包括不同浓度浸提液与种子细胞之间的渗透压作用，实验中所设浓度参考相关文献中草本植物化感实验浓度而设置。

另外，实验中发霉对马尾松种子发芽率的影响也较大。在前人的化感研究中，仅有几篇文献提及或简述发霉率的影响[16-17]。但在本实验过程中发现，马尾松种子的发霉情况较严重，在重复实验过程中此情况同样出现。发霉的情况在已露白的种子中表现最为明显，其次是种子发芽后对胚根根尖的影响较明显。实验中马尾松种子的发霉少见外部菌丝感染而多是种皮内胚乳、子叶等的腐败。因此本研究将发霉率作为一个独立的实验指标进行统计并分析，以期为马尾松种子发芽的研究提供更精准的数据及理论支撑。发霉是影响种子发芽及生长的因素之一。研究中所用植物的浸提液对马尾松种子萌发过程中发霉率的影响情况较复杂，并没有统一或显著规律，实验植物样本在不同浓度间较少存在随浓度递增或递减的规律性现象，这与柴夏华等葎草浸提液浓度的提高，抑菌作用增强的结果不符，各植物浸提液对马尾松种子发霉率的抑制作用均不显著，这一点与各植物对其发芽率的影响相反。这可能是由于本研究是采用蒸馏水浸提法浸泡出植物样本中所含的化感物质，为保证化感物质完全，并没有对植物预先进行高温等灭菌处理，虽实验前对植物进行了仔细清理但并不能完全消灭植物所携带的菌类，从而使植物本身带有的菌类释放到浸提液中，使种子发霉率增加，从而影响到种子的萌发。另外，实验前虽然对种子进行了高锰酸钾杀菌消毒处理，但由于实验中采用培养皿滤纸法，马尾松种子可直接接触到化感物质浸提液，可能导致马尾松种子内部的腐败发霉。

因实验中种子受发霉的影响，使马尾松种子发芽后不能顺利长成幼苗，因此本实验测量种子发芽后第3天的胚根长作为生物量数据。研究中，各植物根浸提液对马尾松种子萌发第3天胚根长均有中高浓度促进、低浓度抑制的作用，其中中浓度蕨根、中高浓度爬山虎根浸提液促进作用达显著水平。草本植物叶浸提液化感作用的表现与根相反，为高浓度抑制，低浓度促进，细叶苔草浸提液的促进作用达显著水平。发芽指数作为衡量化感作用的指标比最终发芽率更敏感。实验中草本植物根浸提液对马尾松种子发芽指数均有不同程度的促进作用，藤本植物根浸提液对发芽指数的化感促进作用表现为随浓度降低而减弱，中高浓度促进，低浓度抑制。而各植物叶浸提液的表现较复杂，随机性较大，各浓度间差异也较大。因此，可在以后的实验及实践过程中针对这些植物根浸提液对马尾松发芽率的影响做进一步研究，做到既提高发芽指数，又不降低发芽率。

4 展 望

本实验所用材料为林窗中常见植物的浸提液，但并未对浸提液成分进行分析，植物浸提液是一个复杂的混合体，其中也可能包含浓度适中的促进马尾松种子萌发生长的物质，但在本实验中没有体现。现阶段对实验中涉及的化感植物研究，因此后续实验中还应分析其成分、含量及化感植物连续生长的积累物质，再进行化感实验，从而得到更准确的实验结果，并在马尾松生产实践中利用化学或物理等手段进行辅助。

另外，在本研究中发现，经常用作与马尾松间种的木本植物油茶的浸提液在高中低3种浓度下对马尾松种子的发芽率、胚根长及发芽指数均有抑制作用，且在高浓度下3个指标与对照均有显著差异。因此，油茶是否适合与马尾松混交还有待后续探讨。