垂穗披碱草(Elymus nutans)是高寒草甸植被群落中具有代表性的禾本科牧草之一^[1]。在西藏海拔2500—4000 m的一些草地类型中为建群种。垂穗披碱草具有品质好、产草量高、耐盐碱、寿命长等特性^[2], 是高寒地区建立人工草地和治理生态环境的主要草种之一^[3]。垂穗披碱草在海拔3000—4000 m的地区若能顺利通过成苗期则可安全越冬, 适合在西藏高原推广。但目前, 垂穗披碱草幼苗抗旱能力差, 苗期生长持续时间较长, 在一定程度上影响了其大面积的推广。诸多学者对垂穗披碱草成苗、苗期耐盐、抗旱能力进行研究。方法主要集中在温度、水分、施肥等常规方法^[4-8]。由于垂穗披碱草为野生牧草, 其种子萌发条件与典型的栽培草种存在较大差异, 采用常规种子质量检验方法很难得出准确可靠的结果, 总体上仍无法动摇垂穗披碱草种子的适宜发芽温度明显低于一般栽培草种的基本结论。因此, 进一步探讨垂穗披碱草种子萌发生长的影响因素, 不仅是科学测定和评价种子真实品质的需要, 也是合理建立健康又可持续的人工草地的基本依据。

紫花苜蓿具有很强的抗逆性, 在我国北方地区人工草地的建植中起着重要的作用。大量研究表明, 苜蓿体内含有水溶性抑制物, 这对周边植物的生长产生促进或抑制作用(即化感作用)^[9-10]。

我国对豆科牧草化感作用的研究较深入。邬彩霞等^[11]研究豆科牧草对多花黑麦草(Lolium multiflorum)化感作用的种间差异发现, 当浸提液浓度升高至一定程度, 紫花苜蓿和黄花草木樨(Melilotus officinalis)对多花黑麦草的化感抑制作用逐渐增强。刘迎等^[12]研究白三叶草(Trifolium repens)对苘麻(butilon theophrasti)和稗草(Echinochloa crusgalli )的化感作用。结果表明, 白三叶植株水浸液及挥发物对苘麻和稗草等杂草种子生理生化机理具有明显的影响。

王玉芬等^[13]对苜蓿与不同禾本科牧草进行间混作增产效应的试验发现, 苜蓿和无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)混作产量比苜蓿单作和无芒雀麦单作分别增产7.85%、57.32%；而间作产量与苜蓿单作和无芒雀麦单作相比分别增产5.77%、54.27%。李治强等^[14]通过紫花苜蓿与垂穗披碱草混播防治褐斑病试验发现, 混播与紫花苜蓿单播相比, 使苜蓿褐斑病的发病率明显降低7.07个百分点, 使严重度显著降低16.76个百分点。这种混播组合是有效防治苜蓿褐斑病的重要途径。可见, 豆科与禾木科牧草混播可以有效控制杂草及虫害的同时能达到增产效果^[15]。

鉴于此, 本研究通过苗期紫花苜蓿植株浸提液对拉萨、青海、甘肃、那曲、康马县、浪卡子、当雄、林芝等8个不同地区垂穗披碱草种子萌发生长的影响。从化感现象着手了解牧草种和品种间的促进和抑制作用, 以期对影响垂穗披碱草种子萌发生长的因素进一步补充和完善；另一方面从苜蓿的化感作用着手探索合理的种植模式, 来弥补高寒地区苜蓿种植产业方面的不足, 为西藏人工草地建设和畜牧业的发展作出应有的贡献。

1 试验材料与方法 1.1 供体材料的采集与处理

采样区概况：西藏农牧学院牧草试验基地位于西藏尼洋河畔的河谷地带, 94°21′E, 29°33′N, 海拔2950 m, 年均温8.6℃, 最冷月0.2℃, 最热月15.6℃, 极端最低温-15.3℃, 极端最高温30.2℃, 年降水量634.2 mm, 平均相对湿度71%。全年日照时数1988.6 h, 日照百分率46%, 总的气候特征为季风气候^[16]。

2017年3月31日从牧草试验基地采集新鲜的苗期紫花苜蓿植株, 将地上部和根分开, 称取地上部和根部分别20 g, 剪成2 cm的小段, 用100 mL蒸馏水浸泡48 h。浸提液双重过滤(第一重用定性滤纸过滤, 第二重用定量滤纸过滤), 获得浓度为20 g/mL的不含微生物的母液, 溶液保存于4℃的冰箱中, 备用。

1.2 受体处理

供试不同地区垂穗披碱草种子来源如表 1所示。种子具体处理方法：将受体LS、QH、GS、NQ、KMX、LKZ、DX、LZ等8个地区的垂穗披碱草种子预先用70%的酒精溶液消毒15 min, 用自来水冲洗3次, 再用蒸馏水冲洗5次, 晾干, 备用。

1.3 化感作用的生物检测

采用种子培养皿滤纸发芽法(曾任森)^[17]进行培养。在直径为6 cm的培养皿中垫两层滤纸, 每个苗期紫花苜蓿地上部及根浸提液分别设低(5.5%)、中(10%)、高(14.5%)和对照(0)4个浓度5.5 g/mL处理, 其中浓度设置参考国内外研究化感常用质量分数^[18-19]为主要依据, 每个培养皿中分别加入处理液5 mL, 对照加等量的蒸馏水。然后在每个培养皿中播入大小均匀的供试种子, 每皿50粒。试验采取完全随机区组设计, 3次重复。培养皿置于人工气候箱中恒温培养, 温度(25±0.5)℃, 每天光照12 h。每天补充适量水浸提液1次, 每次使用前将浸提液用玻璃棒顺时针充分搅匀使浓度保持均匀一致, 每隔2 d将培养皿用万分之一天平称重一次, 并及时用蒸馏水补充因挥发而失去的水分, 期间保持培养皿湿润。每天定时观察并记录发芽种子数(以胚根突破种皮并达种子长度的1/2为发芽标准), 培养7 d后统计各处理的发芽率、苗长、根长、苗干重和根干重, 求平均值。

1.4 观测项目

发芽率：在发芽最适条件下, 发芽终期全部正常种苗数占供试种子数的百分率。计算受体植物发芽率3次重复的平均值。

苗长、根长：播种7 d后从每个培养皿中随机抽取受体植物10株, 测量其根长和苗长, 取平均值。

苗干重、根干重：对随机抽取的10个健康植株, 分别将幼苗和根分开, 在105℃杀青0.5 h, 然后调至65℃烘干至恒重, 称重并计算苗干重(g/株)和根干重(g/株)。

1.5 数据分析 1.5.1 发芽率(Germination Rate, 缩写GR)

(1)

1.5.2 化感效应指数(Response Index, 缩写RI)

参照(G.Brue Williamson)^[20]等提出的方法, 计算化感效应指数RI。

(2)

式中, T：测试项目的处理值, T₀：对照值；当RI> 0时, 表示存在促进作用；当RI < 0时, 表示存在抑制作用; RI的绝对值代表作用强度的大小。

1.5.3 化感综合效应指数(M_R)

M_R为紫花苜蓿浸提液的同一处理对同一受体植物5个测试项目的对照抑制百分率的算术平均值^[21-23]。

(3)

式中, M_R表示平均敏感指数；a为数据项RI；n为该级别数据RI的总个数。当M_R>0时为促进作用, 反之则为抑制作用。

试验数据运用SPSS 13.0软件, 并采用单因素方差分析(One-way ANOVA)检验, Duncan ′s新复极差法进行多重比较, 分析不同处理间的差异。

2 结果与分析 2.1 苗期紫花苜蓿地上部浸提液对不同地区垂穗披碱草种子萌发生长的影响

表 2中的结果表明, 地上部浸提液对不同地区垂穗披碱草种子萌发生长具有明显的影响。在发芽率方面, 浸提液对LS、DX垂穗披碱草种子的发芽率具有促进作用, 尤其浸提液浓度5.5%和10%时, 对LS垂穗披碱草种子发芽率的促进率分别为9.008%、4.5054%。相反, 不论浸提液浓度高还是低, 均对GS、KMX、LKZ、LZ地区垂穗披碱草种子的发芽率具有明显的抑制作用。总的来说, 5.5%浸提液浓度对不同地区垂穗披碱草种子发芽率的抑制率顺序为：GS>KMX>LZ>NQ>LKZ；而14.5%浓度对其抑制率顺序为：GS>QH>KMX>LKZ>LZ。其中, 抑制率最高的为GS垂穗披碱草, 在14.5%和5.5%浓度时抑制率分别为57.8947%、55.2632%。14.5%浸提液浓度对NQ垂穗披碱草种子的发芽率产生促进作用, 但5.5%、10%浓度时均为抑制效应(高促低抑)。5.5%浓度对QH垂穗披碱草种子的发芽率具有促进作用(P> 0.05), 而10%、14.5%浓度时均表现为抑制作用(低促高抑)。

在苗长方面, 紫花苜蓿地上部浸提液对各地区垂穗披碱草苗长均具有抑制作用, 与对照相比, 均显著(P < 0.05)。5.5%浓度对不同地区垂穗披碱草苗长的抑制率顺序为：LZ>NQ>DX>LS>KMX>QH>GS>LKZ, 而14.5%浓度时抑制率顺序为：LZ>KMX>LKZ>NQ>GS>QH>DX>LS, 其中抑制率最高的为LZ垂穗披碱草, 在14.5%和5.5%浸提液浓度处理时抑制率分别为33.03%、28.97%。此外, 浸提液对LS、NQ、GS、LZ垂穗披碱草苗长的作用具有一定的浓度效应, 对LS、NQ和LZ垂穗披碱草苗长的化感效应指数随浸提液浓度的升高而降低, 而对GS垂穗披碱草苗长的化感作用随浓度的升高呈增强趋势。

在根长方面, 紫花苜蓿地上部浸提液对各地区垂穗披碱草根长均具有抑制作用。5.5%浓度处理对垂穗披碱草根长的抑制率顺序为：QH>NQ>LZ>KMX、GS>LKZ>DX、LS；14.5%浓度时抑制率顺序为：GS>QH、NQ>LZ>LS>KMX>DX>LKZ。其中, 在高浓度下抑制率最高的为GS垂穗披碱草, 14.5%和5.5%浓度处理时抑制率分别为57.69%、35.37%。浸提液对LS、GS、QH、NQ、DX、LKZ垂穗披碱草根长的作用具有浓度效应, 随着浸提液浓度的升高, 对LS、GS垂穗披碱草根长的化感作用逐渐增强, 而对QH、NQ、DX、LKZ地区反之。浸提液对KMX、LZ垂穗披碱草根长的抑制作用无明显的浓度效应。

在苗干重方面, 浸提液对LKZ、LZ垂穗披碱草苗干重具有促进作用。高浓度浸提液对NQ垂穗披碱草苗干重产生促进作用(RI>0), 而对KMX、DX地区垂穗披碱草的苗干重均具有明显的抑制作用。5.5%、10%浸提液浓度对LS、QH、GS地区垂穗披碱草苗干重具有促进作用, 而14.5%浓度对其产生明显的抑制(低促高抑)。

在根干重方面, 浸提液对LS、QH、GS、NQ、LKZ垂穗披碱草的根干重具有明显的抑制作用。随着浸提液浓度的升高对LS垂穗披碱草根干重的抑制作用增强。反之, 对QH、GS、NQ、LKZ垂穗披碱草根干重的抑制作用随浓度的升高呈降低趋势。5.5%浸提液浓度对GS垂穗披碱草根干重无明显的影响, 但较高浓度处理时均产生抑制作用。浸提液对KMX、DX垂穗披碱草根干重具有促进作用。14.5%浓度处理对LZ垂穗披碱草的根干重产生促进作用, 而低浓度下均表现为抑制作用。

2.2 苗期紫花苜蓿根浸提液对不同地区垂穗披碱草种子萌发生长的影响

从化感效应指数来看(表 3), 紫花苜蓿根浸提液对不同地区垂穗披碱草种子萌发生长多有抑制作用(RI < 0)。根浸提液除对LS、DX垂穗披碱草种子发芽率和根干重、GS垂穗披碱草种子发芽率和苗干重及NQ垂穗披碱草根干重具有促进作用外(P > 0.05), 对其余地区垂穗披碱草的各项指标均有明显的抑制作用(RI < 0), 尤其对苗长、根长的抑制作用更明显, 多个处理与对照相比差异显著(P < 0.05)。浸提液对QH垂穗披碱草苗干重、KMX垂穗披碱草种子发芽率和根干重及LKZ垂穗披碱草根干重均表现为低促高抑现象, 而对NQ垂穗披碱草种子发芽率及LS、KMX、LKZ垂穗披碱草苗干重、LZ垂穗披碱草苗干重和根干重呈低抑高促现象。紫花苜蓿根浸提液对LS垂穗披碱草的根长、QH垂穗披碱草苗干重和根干重的化感作用具有明显的浓度效应。随着浸提液浓度的升高, 对LS垂穗披碱草根长的抑制作用明显增强。反之, 对QH垂穗披碱草苗干重和根干重的抑制作用逐渐降低。

2.3 苗期紫花苜蓿植株浸提液对不同地区垂穗披碱草种子萌发生长的综合效应(M_R)分析

由表 4可见, 从地上部浸提液的作用来看, LS、QH、GS、NQ、KMX等地区的所有化感效应综合指数受到浸提液的明显抑制而均为负值。随着浸提液浓度的升高对LS、GS垂穗披碱草种子萌发生长的化感作用强度明显提高, 对NQ垂穗披碱草的化感作用反而降低, 对QH、KMX垂穗披碱草的化感作用无明显的浓度效应。地上部浸提液对LKZ垂穗披碱草种子萌发生长的化感效应综合指数均为正值, 表现为促进作用, 而对DX、LZ垂穗披碱草, 其化感综合效应指数趋势不规律。5.5%、10%浸提液浓度对LZ垂穗披碱草种子萌发生长具有抑制作用, 而14.5%浓度处理时表现为促进作用。从根浸提液的化感作用而言, QH垂穗披碱草的化感综合效应指数在根浸提液的作用下均为负值, 表现为明显的抑制作用；对GS、KMX、LKZ垂穗披碱草种子萌发生长呈低促高抑趋势。随着浸提液浓度的升高对LS垂穗披碱草种子萌发生长产生促进作用, 而对NQ、DX、LZ垂穗披碱草的作用无明显规律。总的来说, 不同地区垂穗披碱草对紫花苜蓿地上部浸提液的敏感性趋势总体为：GS>QH>LS>KMX>NQ>LKZ>LZ, 最不敏感或有促进作用的是DX垂穗披碱草。不同地区垂穗披碱草对根浸提液的敏感性趋势总体为：QH>NQ>LZ>KMX, 根浸提液对LS、GS、LKZ、DX垂穗披碱草种子的萌发生长具有促进作用。

进一步用植物平均敏感指数(M_R)分析紫花苜蓿不同部位浸提液对不同地区垂穗披碱草种子萌发生长的化感作用发现(图 1), 植株浸提液除对DX垂穗披碱草种子萌发生长具有明显的促进作用外, 对其余地区垂穗披碱草种子的萌发生长均表现出一定的抑制作用, 且地上部浸提液的化感抑制作用强度明显大于根浸提液。

3 讨论与结论

李志华等研究表明：同一植物器官不同浓度处理对其他植物作用程度不同；同一器官同一浓度处理对不同植物的化感作用也不同^[24]。本试验中, 地上部浸提液同一浓度处理对不同地区垂穗披碱草种子萌发生长的抑制效应顺序有很大差异(表 2)。根浸提液对不同地区垂穗披碱草种子萌发生长多有抑制作用(RI < 0, 表 3)。可见, 不同地区垂穗披碱草同一品种在同一浓度处理下, 测定值具有明显的差异, 同一受体不同浓度下RI值也均不同。研究表明, 植物的化感物质大部分是通过对植物细胞膜的影响、能量的产生及能量使用等过程来产生作用。由此判断, 不同地区垂穗披碱草, 不同生境、不同水分、光照和物候条件可能造就了同一品种的不同品质特性, 如薄膜结构、生活力、植物光合调节和呼吸代谢、生长调节、养分吸收等都产生不同程度的变化, 以致对紫花苜蓿浸提液敏感程度也不同^[17]。

从表 4可以看出, 随着紫花苜蓿地上部浸提液浓度的升高对LS、GS地区垂穗披碱草种子萌发生长的抑制作用逐渐增强。5.5%、10%浸提液浓度处理对LZ垂穗披碱草种子萌发生长具有抑制作用, 而14.5%浓度对其产生促进作用。根浸提液5.5%、14.5%浓度对NQ、DX垂穗披碱草种子萌发生长表现为化感抑制作用, 但10%浓度时产生促进作用, RI值分别为5.5%浓度时-0.1820%、10%浓度时0.1160%、14.5%浓度时-0.1810%。根浸提液对GS、KMX、LKZ垂穗披碱草种子萌发生长呈低促高抑趋势。说明, 紫花苜蓿植株浸提液在未达到某一浓度前, 对垂穗披碱草种子的萌发会产生促进作用。这与李志华等^[10]、朱旺生等^[25]及Xuan等^[26]的研究结果, 植物的化感作用强度与其浸提液的浓度密切相关。一般, 高浓度浸提液的抑制作用更显著；而未达到该作用浓度前, 反而对受体植物起促进作用结果相一致。

袁莉等^[27]研究不同年限的苜蓿植株对小麦(Triticum aestivum L.)、玉米(Zea mays L.)、棉花(Cotton)及苜蓿种子的他感影响时发现, 同等条件下苜蓿茎叶浸提液的化感作用大于根浸提液, 且茎叶和根浸提液均对玉米的生长有促进作用。因此，玉米适合与苜蓿轮作。本研究中, 紫花苜蓿地上部浸提液的化感作用大于根。植株浸提液不同浓度均对LS、DX垂穗披碱草种子的发芽率具有促进作用, 14.5%浓度处理对NQ垂穗披碱草种子的发芽率也产生促进作用。因此建议, 在生产上, 可选用紫花苜蓿与LS、DX、NQ垂穗披碱草轮作或混播种植。

综上所述, 从化感效应综合指数来看, 苗期紫花苜蓿株体对LS、NQ、GS、QH、KMX、LKZ、LZ垂穗披碱草种子萌发生长均有一定的化感抑制作用, 而对DX垂穗披碱草种子萌发生长具有促进作用(图 1)。紫花苜蓿植株浸提液对垂穗披碱草种子萌发生长的作用具有一定的浓度效应。由此判断, 种间的相互作用(促进、抑制)可能成为垂穗披碱草成苗及繁殖生长的一个因素, 还需进一步的试验证明此现象。