化感作用，是植物与植物、植物与微生物之间的生物化学关系，是植物通过化学媒介在生态系统中的一种自然调控作用^[1]。它在森林生态系统中普遍存在，是不可忽视的化学生态因子，对森林群落的结构、功能、效益及发展均有重大影响^[2]。研究表明，许多植物可通过释放有害的化感物质，干扰森林植物的种子萌发、幼苗生长、生物量积累以及呼吸作用、光合作用等生理过程，从而影响其幼苗的生长发育，造成树种更新和重建的失败^{[3, 4, 5]}。因此，研究化感植物对树木生理生态过程的化感效应对认识和评估其对森林群落潜在的影响有着重要的科学意义。

毛竹(Phyllostachys edulis)属禾本科竹亚科刚竹属植物，是我国森林资源的重要组成部分，因其良好的经济价值而得到大力发展。然而近年来发现毛竹逐渐向周边林分扩张，并不断纯林化，蚕食原始植被，威胁生物多样性^{[6, 7]}，如在天目山国家级自然保护区，由于毛竹的扩张使阔叶林的面积和数量减少，影响了保护区内丰富的生物多样性^[8]。但有关毛竹扩张机制方面的探讨却鲜见报道，尤其从化感作用角度研究的更少。本项研究选择常绿阔叶林群落优势树种苦槠(Castanopsis sclerophylla)为测试物种，测定毛竹不同来源浸提液对其幼苗生长及光合生理等的化感效应。探讨毛竹扩张对周边常绿阔叶林主要树种更新的影响，为进一步分析毛竹扩张对常绿阔叶林群落产生的潜在影响及扩张机制提供科学依据。

本试验的供体植物是毛竹，分别采用3年生毛竹的茎叶、枯落物以及林下土壤3部分作为浸提液的来源。受体植物为苦槠幼苗(株高(16.3±0.25) cm，地径(0.70±0.03) cm)。

试验地位于浙江农林大学东湖校园内(119°44′E，30°16′N)，海拔约50 m，此地属亚热带季风气候区，全年降雨量为1628.6 mm，极端高温41.9 ℃，极端低温-13.3 ℃，年平均温度为15.8 ℃，历年平均日照1939 h，无霜期约234 d。

参考朱旺生等^[9]的方法。将新鲜毛竹枝叶洗净、晾干，剪成1 cm左右的小段，按1 g/mL(1 g干物质中加入10 mL蒸馏水，下同)的比例加入适量的蒸馏水，常温下浸泡48 h，双重过滤，第一重用定性滤纸过滤，第二重用滤元单位为0.45 μm的滤膜过滤，得到茎叶浸提液的母液。

去除毛竹枯落物中的杂质，将其剪碎，按1 g/mL的比例加入适量的蒸馏水，在常温下浸泡48 h，经双重过滤后得到枯落物浸提液的母液。

将毛竹林下0—20 cm的土壤鲜样晾干、研碎，按1 g/mL的比例加入蒸馏水，在常温下浸泡48 h，经双重过滤够得到土壤浸提液的母液。

分别将上述不同来源的毛竹浸提液母液加蒸馏水稀释，得到0.1、0.05、0.02 g/mL 3种质量浓度的溶液，即3种不同来源的毛竹浸提液均设3个浓度梯度。消毒后置于4 ℃冰箱中备用。

选取生长健壮、长势相同的2年生苦槠幼苗30 株于2011年秋季移栽于22 cm×27 cm的花盆中，每盆1 株，置于大棚内进行实验，常规管理。取现实林分土壤作为栽培土，土壤为黄红壤，呈酸性，pH值5.7，有机质含量8.56％，全氮0.8％，总磷含量0.13％，总钾含量1.22％，水解性氮157.12 mg/kg，有效磷5.58 mg/kg，速效钾56.23 mg/kg。

在缓苗期间，用清水浇灌。经过4个月的恢复生长后，将苦槠幼苗随机分成10 组(3处理×3浓度+1对照)，每组3个重复。分别用3种不同浓度的毛竹水浸提液浇灌，对照组用蒸馏水浇灌。每2d浇灌1次。观察幼苗生长状况，3个月后，测定生长及光合生理指标。

苗高测定用卷尺从幼苗基部到主茎顶部，精确到0.1 cm；

地径测定 用游标卡尺测定幼苗主茎基部的直径，精确到0.001 cm。

采用LI-6400便携式光合测定仪(Li-COR，USA)，选择晴朗无风的天气于8:00—11:00采用内置红蓝光源对植株进行光合测定。测定时，在每组3株植物中随机选取5片主梢上当年生成熟叶片，设置光强梯度为2000、1500、1200、1000、800、500、300、100、50、30、10和0 μmol m^-2 s^-1，从最高光强开始测定。叶室温度为25 ℃，气体流量为500 μmol/s，相对湿度为50％。

利用便携式叶绿素含量测定仪SPAD-502(Millipore，Japan)在光合测定的相同叶片上同时进行叶绿素相对含量的测定，每个处理5个叶片，在每个叶片中脉两侧均匀选取5个点，这10个点的平均值为该叶片的SPAD值。

以光合有效辐射(PPFD)为横坐标，净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)为纵坐标绘制光响应曲线，并利用光合助手(Photosyn Assistant，1.1.2)对原始数据进行曲线拟合，得到如下参数：植物叶片的暗呼吸速率(R_d)、表观量子效率(AQE)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)和最大光合速率(A_max)。此软件采用的曲线拟合方程为：

A= φQ+A_max－ (φQ+A_max)²－4 φQKA_max 2K －R_d

式中，A代表光合速率；Q代表的是光照强度；Φ代表表观量子效率；K代表的是光合曲线的曲率，其大小介于(0，1)之间，R_d代表暗呼吸速率。

所有数据都通过Excel 2010软件进行整理，并采用SPSS Statistics 19.0软件中的单因素方差分析(One-way ANOVA)进行处理与分析。进行方差分析前，对所有数据进行正态性和方差齐性检验。利用Sigmaplot 10.0软件作图。

苗高和地径是植物生长最终也是最直观的表现形式^[10]。由表 1可以看出，与对照(CK)相比，高浓度的茎叶浸提液和枯落物浸提液降低了苦槠的苗高、地径，低浓度则提高，且低浓度与高浓度间差异显著(P<0.05)。3种不同质量浓度的土壤浸提液均 降低了苦槠的苗高、地径，且处理间存在显著差异，苗高分别比对照降低了22.62％，20.72％，3.38％；地径降低了18.84％，10.64％，2.20％。说明高浓度的毛竹浸提液对苦槠苗高、地径生长产生了较大影响。

光是植物进行光合作用的能量来源，化感物质会影响植物对光的反应。从图 1中可以看出，苦槠净光合速率在光照强度(PPFD)100 μmol m^-2 s^-1内随着PPFD的升高呈线性增加，各浓度梯度间差异不大。而在100 μmol m^-2 s^-1以上光合有效辐射中，苦槠净光合速率(P_n)随浸提液浓度的增加而降低，各浓度梯度间差异显著(P<0.05)。在土壤浸提液处理下，对照组的净光合速率明显高于浸提液处理组，净光合速率的大小顺序为CK＞0.02 g/mL＞0.05 g/mL＞0.1 g/mL，这说明毛竹浸提液对苦槠光合有抑制作用，且抑制作用随着浓度的增加逐步增强。而在茎叶浸提液和枯落物浸提液处理中，CK组的净光合速率明显高于中、高浓度浸提液处理组，而低于低浓度浸提液处理组，即毛竹浸提液对苦槠叶片的净光 合速率有促进和抑制的双重作用。这说明经过一段时间的毛竹浸提液处理，中、高浓度的浸提液使苦槠利用光合有效辐射的能力降低，而低浓度的浸提液(除土壤外)则提高。

图 1 苦槠幼苗在不同毛竹浸提液处理下的光合作用-光响应曲线 (平均值±标准误差) Fig. 1 Photosynthesis-light response curves of C. sclerophylla seedlings under different treatments of aqueous extracts of Ph. edulis (mean±SE)

图选项

气孔导度反映气体通过气孔传导的能力，直接影响蒸腾、水势和光合速率等。由图 2可以看出，随光照强度的增加，苦槠气孔开张程度不断增大。其中土壤水浸液处理对苦槠叶片气孔导度都呈现抑制的效应，同时表现出同一处理之间的浓度梯度效应，即随着处理液浓度的增加，抑制效应增强。其它两种浸提液对苦槠气孔导度的影响表现为高浓度抑制、低浓度促进的双重效应，说明不同毛竹浸提液对苦槠叶片气孔导度的影响和对净光合速率的影响一致。

图 2 苦槠幼苗在不同毛竹浸提液处理下的气孔导度 (平均值±标准误差) Fig. 2 Stomatal conductance (Gs) of C. sclerophylla seedlings under different treatments of aqueous extracts of Ph. edulis (mean±SE) Gs：气孔导度Stomatal conductance

图选项

苦槠幼苗各项光合生理参数在毛竹不同浸提液处理下均有显著性差异。如图 3所示，苦槠的R_d值在3种浸提液处理下均呈现0.1 g/mL <0.05 g/mL <0.02 g/mL <CK，这说明毛竹化感物质抑制了苦槠的暗呼吸速率，且随浸提液浓度的提高抑制程度增强，其中枯落物浸提液抑制作用最突出。

图 3 苦槠幼苗在不同毛竹浸提液处理下最大净光合速率 (Amax) 、光饱和点 (LSP) 、光补偿点 (LCP) 、表现量子效率 (AQE) 和暗呼吸速率 (Rd) Fig. 3 The maximum net photosynthetic rate (Amax) ,light saturation point (LSP) ,light compensation point (LCP) ,apparent quantum efficiency (AQE) and dark respiration rate (Rd) of C. sclerophylla seedlings under different treatments of aqueous extracts of Ph. edulis 误差线上不同大写(小写)字母分别表示P=0.05(P=0.01)水平上差异显著

图选项

A_max反映植物利用光能的多少，具有较高A_max的植物可以更有效地利用叶片吸收的光能，减少对光合结构的光破坏^[11]。3种浸提液处理下的A_max值的变化规律与光响应曲线及气孔导度的大致相同。即在土壤浸提液处理组中，苦槠A_max均受到了显著抑制，浸提液浓度为0.1 g/mL时的值与其他3组差值较大，说明高浓度的浸提液处理可能增加了其光合结构的光破坏。在茎叶浸提液和枯落物浸提液处理下均表现为在浸提液浓度为0.02 g/mL时A_max值最大，其中枯落物处理处出现了极大值。0.05 g/mL时与对照差值不大，而在高浓度时A_max值最低。与对照相比，0.1 g/mL的茎叶浸提液比对照降低了42.64％，0.1 g/mL 的枯落物浸提液比对照降低了23.24％。说明苦槠在长期高浓度浸提液处理下，降低了自身的净光合速率，反之，低浓度的浸提液提高了苦槠的净光合速率。

AQE反映植物对光能的利用效率，毛竹不同浸提液处理下的AQE在土壤浸提液处理下表现为0.02 g/mL >0.05 g/mL >0.1 g/mL >CK的规律，但是处理间差异不显著。在其它两种浸提液处理下的AQE没有呈现特定的规律，而且处理间差值不大，说明AQE对浸提液处理的反应不灵敏。

LCP和LSP反映的是植物对光强的利用范围。毛竹浸提液对LSP的影响表现为中、高浓度抑制、低浓度促进的效应，而且处理间差值较大。LSP在质量浓度为0.02 g/mL的枯落物处理处出现了极大值，这与A_max值的研究结果一致。3种浸提液处理下的苦槠LCP值均高于对照，但各处理组内的差值不大，这说明长期的毛竹浸提液处理使苦槠的光补偿点提高。表明苦槠对弱光的利用能力减弱，对强光的利用能力增加，进而缩短了植物进行光合作用的时间，影响了同化CO₂的能力，增加了有机物的消耗，使光合作用有机物积累量减少，影响了苦槠的生长。

叶绿素是评价植物叶色和观赏价值的重要指标，植物叶绿素的含量和组成与光合速率有着密切的关系。

从表 2中可以看出，毛竹浸提液对苦槠叶绿素相对含量的影响作用整体上表现为低浓度促进高浓度抑制的趋势。质量浓度为0.1 g/mL的3种浸提液均抑制苦槠的叶绿素相对含量，且枯落物浸提液的抑制作用最显著，比对照下降了22.85%，茎叶和土壤浸提液的叶绿素相对含量比对照下降了17.55%和18.87%。质量浓度为0.05 g/mL的枯落物浸提液抑制苦槠的叶绿素相对含量，其他两种浸提液均促进叶绿素相对含量，但促进和抑制作用均不显著。质量浓度为0.02 g/mL的3种浸提液均促进苦槠叶绿素相对含量的积累。

研究表明，毛竹不同来源水浸提液处理苦槠幼苗，引起苦槠幼苗生长及各项光合生理特征的抑制或促进，说明毛竹浸提液中具有化感活性物质。化感物质对植物光合作用的抑制效应主要表现为叶绿素含量的减少和光合速率的降低^{[12, 13, 14]}，本研究中，高浓度的毛竹水浸提液显著降低了苦槠幼苗的叶绿素相对含量、净光合速率和气孔导度等光合特性。浸提液处理增加LCP，而降低LSP，说明毛竹浸提液降低了苦槠对光能的利用效率。因此叶绿素含量及光合因子的改变可能是毛竹水浸提液化感效应引起苦槠幼苗生长产生相应变化的生理机制之一。毛竹化感物质对苦槠幼苗生长的干扰很有可能是先通过影响生理过程而最终表现出来的。

化感作用依赖于浸提液浓度、测试物种和化感来源^[15]。本研究中，高浓度的浸提液抑制苦槠的生理过程，低浓度则促进，反映出化感物质具有浓度效应^{[16, 17]}。植物间的化感作用十分复杂，同一供体不同来源的浸提液也能表现出一定的差异^[18]。本研究发现低浓度的茎叶和枯落物浸提液能促进苦槠幼苗的光合生理过程，土壤浸提液则表现出较强的抑制作用，这可能与不同部位的化感成分不同有关^[5]，尽管各种物质进入土壤会经过理化反应或微生物活动进行分解或降解^[19]，但这些物质的瞬时存在会直接、及时、有效地发挥作用。

毛竹化感作用近年来受到广泛关注，已有研究发现毛竹不同来源浸提液对许多植物的种子萌发和幼苗早期生长具有一定的抑制作用。如，鲜毛竹叶化感物质对阳春砂仁种子的萌发具有显著抑制作用，且质量浓度越高抑制作用越显著^[20]；毛竹水浸提液对高羊茅种子的萌发产生明显的抑制作用，对苗高、干重等指标的影响表现为低浓度促进高浓度抑制的趋势^[21]；毛竹叶和鞭生化物质对马尾松种子的萌发及鲜重、干重等具有不同程度的促进作用^[5]，说明毛竹代谢过程释放出的次生代谢物质与化感作用有关，这些物质的释放可能是毛竹扩张对森林生态系统造成干扰的重要原因。毛竹属于典型的无性系繁殖植物，无性繁殖的营养生长过程(即克隆生长)使其具有相当大的水平扩展能力，通过地下竹鞭向周边常绿阔叶林分扩张。苦槠作为常绿阔叶林的主要树种，必然与扩张而来的毛竹形成强烈的种间关系。毛竹不同来源浸提液对苦槠幼苗生长、生理生态过程产生的化感效应，说明毛竹在扩张过程中释放的代谢物质可能会干扰常绿阔叶林主要树种苦槠的更新，从而对常绿阔叶林群落产生潜在的影响。

化感物质主要是通过淋洗、植物体分解浸出液及根系分泌物等发挥作用^{[22, 23, 24]}。本研究结果显示毛竹的茎叶和枯落物浸提液均对苦槠幼苗生长及光合生理有明显的影响，说明毛竹化感物质可能是由地表茎叶通过雨水和雾滴等的淋溶或枯落物分解等方式释放到环境中，来干扰其他植物的生长、发育。因此在毛竹林的经营管理中，为了防止“有毒物质”积累造成混交树种生长抑制及林下更新失败，要及时清除毛竹的枯枝落叶，提高林下透光率，为其他树种更新创造有利条件。毛竹扩张是一个较为敏感的生态学问题^[25]，为了对其扩张过程的更好理解，毛竹浸提液的化学组成及作用方式还需进一步研究。