全 文 ：第 34卷 第 4期 生 态 科 学 34(4): 2125
2015 年 7 月 Ecological Science Jul. 2015

收稿日期: 2013-00-00; 修订日期: 2014-00-00
基金项目: 浙江省自然科学基金 (No. LQ12C03002); 浙江农林大学亚热带森林资源培育研究中心预研基金项目(No. CCSFR2013003); “国家自然科学
基金项目 (No. 31400366；31270497; 31301725)”
作者简介: 胡洋(1992—), 女, 贵州人, 本科生, 从事恢复生态学研究, E-mail: 1462024756@qq.com
*通信作者: 王艳红, 女, 博士, 从事恢复生态学研究, E-mail: wangyh313@126.com

胡洋, 王艳红, 温国胜, 等. 基质不同灭菌条件下空心莲子草浸提液对白三叶种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 生态科学, 2015,
34(4): 2125.
HU Yang, WANG Yanhong, WEN Guosheng, et al. The interactive effects of different sterilization levels and aqueous extracts from
Alternanthera philoxeroides on the seed germination and seedling growth of Trifolium repens[J]. Ecological Science, 2015, 34(4):
2125.

基质不同灭菌条件下空心莲子草浸提液对白三叶种
子萌发和幼苗生长的影响
胡洋 1, 王艳红 1,٭, 温国胜 1, 沈莉芹 1, 吴爱平 2
1. 浙江农林大学亚热带森林资源培育研究中心, 杭州 311300
2. 湖南农业大学生物与科学技术学院, 长沙 410128

【摘要】 空心莲子草(Alternanthera philoxeroides Griseb)为广泛分布且亟待解决防除的重要外来恶性杂草, 其化感作用
机制近年来逐渐引起人们的广泛关注。该研究通过添加空心莲子草地上和地下水浸提液和土壤灭菌处理来研究其对白
三叶种子萌发和幼苗生长的影响, 以期深入理解空心莲子草的化感作用及其机理。结果表明, 土壤灭菌和空心莲子草
浸提液处理及其交互作用对白三叶种子萌发率及其幼苗的芽长和根长均有显著或极显著影响。在基质未灭菌条件下 ,
空心莲子草的地下浸提液表现为促进效应, 而地上浸提液表现为抑制效应; 在基质灭菌条件下, 空心莲子草地上和地
下浸提液均表现为抑制效应, 但其抑制程度存在差异。相比地上浸提液, 地下浸提液的抑制程度更大且不同器官响应
存在差异。相对于芽长, 根长受到的抑制作用更大。由此可见, 空心莲子草地下浸提液与地上浸提液的化感效应存在
一定的差异, 在对其化感机理的研究中不仅要关注植株不同部位的作用效应差异, 同时要关注外界环境条件特别是土
壤微生物的影响。

关键词：空心莲子草; 白三叶; 种子萌发; 化感作用; 土壤灭菌
doi:10.14108/j.cnki.1008-8873.2015.04.004 中图分类号：Q945.7 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2015)04-021-05
The interactive effects of different sterilization levels and aqueous extracts
from Alternanthera philoxeroides on the seed germination and seedling growth
of Trifolium repens
HU Yang1, WANG Yanhong1,*, WEN Guosheng1, SHEN Liqin1, WU Aiping2
1. Center for Cultivation of Subtropical Forest Resources, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Hangzhou 311300,
China
2. College of Bioscience & Biotechnology, Institute of Ecology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
Abstract: Alternanthera philoxeroides Griseb is a worldwide weed and urgently needed to be controlled and removed, of
which the allelopathy mechanism has gradually aroused peoples extensive attention in recent years. To deeply understand its
allelopathy mechanism, the seeds of Trifolium repens are subjected to the treatment groups of sterilization and aqueous
22 生 态 科 学 34 卷

extracts from A. philoxeroides. The results showed that sterilization and aqueous extracts from A. philoxeroides and their
interactive effects had significant impacts on the seed germination, bud length and root length of T. repens. Under the
condition of non-sterilization in soil, the underground aqueous extracts from A. philoxeroides had positive effects on T.
repens and the aboveground ones had negative impacts. However, under the condition of sterilization in soil, both the
underground aqueous extracts and the aboveground ones from A. philoxeroides had negative effects, but there were
differences between the degree of their impacts. Compared to the aboveground ones, the effects of underground ones were
more worse. Compared to the bud length as well, the root length was more vulnerable to the negative impacts of aqueous
extracts from A. philoxeroides. In a word, there were some differences between the effects of the aqueous extracts from
different parts of A. philoxeroides, and it was suggested that to study the allelopathy of A. philoxeroides, we should not only
pay attention to the different parts of A. philoxeroides, but also to the external environment conditions, especially the
microbes in the soil.
Key words: Alternanthera philoxeroides; Trifolium repens; seed germination; allelopathy; soil sterilization
1 前言
空心莲子草(Alternanthera philoxeroides Griseb.)
又名喜旱莲子草、水花生, 为苋科莲子草属多年生
草本植物, 原产南美, 现已蔓延成为一种世界性的
恶性杂草, 在陆地上的分布十分广泛, 尤其在一些
人为活动影响较大的陆生生境, 空心莲子草更容易
入侵[1], 入侵后对局部生态系统常造成不可逆转的
破坏[2–3]。目前, 国内外对空心莲子的研究主要集中
在生物防治、生物多样性、危害评估、环境适应性、
抗逆性等方面[4–6]。对于其化感作用的研究还处于
起步阶段[6–8], 多数研究集中在对水稻(Oryza sativa)
等大田作物的影响方面[6, 9], 且研究结果差异较大。
这说明空心莲子草对其他植物的化感作用较为复
杂, 加之其分泌和作用过程受到外界环境影响较
大[5–6, 10]。例如, 杨期和等人[5]认为, 土壤理化性质
是影响植物化感作用的重要因素, 特别是土壤微生
物对化感物质的转化作用显著, 其能使本身活性的
化感物质分解成无活性的物质, 也能使有活性或无
活性的化感物质分解成活性更大的物质。然而, 关
于土壤微生物对入侵植物化感作用影响的研究较为
有限[11], 其作用机理有待于进一步研究。
白三叶原名叫白车轴草(Trifolium repens), 又名
白花三叶草、白三草、车轴草、荷兰翘摇等, 是一
种温带地区广泛种植的多年生牧草, 因其叶色深
绿 , 覆盖地面能力强 , 并且具有很好的水土保持
作用和观赏价值, 目前已被大面积应用于城市园林
绿化[12]。通过前期野外调查, 我们发现空心莲子草
和白三叶经常大面积共存, 且在不同土壤基质上的
白三叶和空心莲子草的竞争格局差别较大。我们推
测, 空心莲子草化感效应以及土壤微生物两者共同
在白三叶的生长中起到了重要作用。为验证这一假
设, 本文通过添加空心莲子草浸提液和对培养基质
进行灭菌处理来研究在土壤微生物发生改变时空心
莲子草对白三叶种子萌发的化感作用机理, 以期为
空心莲子草的防控和园林绿化管理提供理论和实践
依据。
2 实验材料与方法
2.1 实验材料
本实验中供体植物为在浙江农林大学及其周边
地区 20 个采样点(每个采样点之间的距离大于 100 m
左右)采集到的 20 个空心莲子草克隆片段, 将其混
合, 分为地上和地下部分提取浸提液。同时, 在 20
个采样点的空心莲子草根际附近采集根际土壤, 去
除枯枝落叶和杂草, 采集 8—10 cm 深度的土壤(含
空心莲子草的根系)。将采集的 20 个土壤样品混匀,
过 20 目(10 mm)筛子, 混匀备用。受体植物为白三
叶。白三叶种子购于临安市种子公司。
2.2 空心莲子草水浸提液的制备
实验于 2012 年 5 月—6 月在浙江农林大学生
态学基础实验室进行, 将采集到的新鲜空心莲子
草洗净分为地上和地下部分, 然后洗净, 晾干, 剪
成 1 cm 长的小段。称取供体植物地上和地下部分各
50 g, 分别加入 500 mL 蒸馏水充分混匀后浸泡
48h(间歇振荡), 3 层纱布过滤 1 次后, 用双层滤纸
过滤 2 次, 离心, 无菌双蒸水定容, 制得浓度为
0.1 g·mL–1 的浸提液, 置于 4 ºC 冰箱保存备用。使用
前取出, 放置一段时间, 使其自然冷却至室温, 以
免骤冷对种子、幼苗造成伤害。
2.3 实验处理与测定指标
挑选饱满白三叶种子, 用 10% H2O2 溶液浸泡
4 期 胡洋, 等. 基质不同灭菌条件下空心莲子草浸提液对白三叶种子萌发和幼苗生长的影响 23

10 min 表面消毒, 然后用去离子水清洗干净, 再用
无菌水浸泡 2 h 后分别播种于垫有 2 层定性滤纸的
培养皿(90 mm)中, 播种密度为 50 粒/皿, 培养基质
为 1 cm 厚的灭菌或未灭菌的土壤。土壤为在 20 个
采样点采集的空心莲子草根际土壤混合物。土壤灭
菌为在高压灭菌锅中, 设置 120 ℃, 灭菌 30 min,
连续灭菌三次。每个培养皿加入 5 mL 浸提液。浸提
液处理分三个水平: 对照(喷施等量蒸馏水)、空心莲
子草地上与地下浸提液。共计 6 个处理组合, 每个
处理组合重复 8 次, 合计 48 个培养皿。实验期间的
温度为 25 ℃, 光照条件为 1200 µmol·m–2·s–1 以上,
每日统计其发芽种子数, 3 d 更换一次新鲜浸提液,
以 5 d 不再有新种子发芽作为实验结束的标志, 并
移出幼苗。以胚根或胚芽突破种皮为种子萌发标准,
每天记录萌发种子数、胚根长度、胚芽长度, 计算
萌发率(发芽种子总数/供试种子总数)。
2.4 数据分析
数据处理分析前, 所有数据均进行正态性和齐
性检验。采用二元方差分析(GLM, SPSS13.0)进行土
壤灭菌处理和不同浸提液处理的显著性检验。同时,
采用 One-Way ANOVA 和 LSD (SPSS13.0)多重比较
检验各处理组合间的差异显著性。
3 结果与分析
3.1 土壤灭菌和空心莲子草浸提液处理对白三叶
种子萌发率的影响
如表 1 所示, 土壤灭菌和空心莲子草浸提液处
理及其两者交互效应对白三叶种子萌发率均有极显
著的影响。随着处理时间的延长, 累积萌发率的增
加趋于平缓。在实验处理前期, 培养基质未灭菌条
件下的白三叶种子萌发率高于培养基质灭菌条件下
的萌发率。同时, 在培养基质未灭菌条件下, 与对照
相比, 空心莲子草地下浸提液对白三叶种子萌发率
表现为促进效应, 而地上浸提液表现为抑制效应;
在培养基质灭菌条件下, 与对照相比, 空心莲子草
的地上和地下浸提液对白三叶种子均表现为抑制效
应, 且其作用程度随处理时间而异, 即在实验前期
地下浸提液的抑制强度弱于地上浸提液的作用, 而
在实验后期地上浸提液的抑制作用强度弱于地下浸
提液的效应(图 1)。由此说明, 土壤根际微生物的存
在对白三叶种子萌发具有一定的促进作用, 空心莲
表 1 白三叶(Trifolium repens)的相应参数对灭菌、空心莲子
草浸提液处理及其两者交互效应的二元方差分析的 F 值及
其自由度。显著性水平小于 0.05 的 F 值用加粗字体标出。
显著水平: ** P < 0.01; * P < 0.05。
Tab. 1 F-values of Two-way ANOVA for the effects of
sterilization, aqueous extracts from A. philoxeroides and
their interactive effects on the variables of Trifolium repens.
Values significant at P< 0.05 are presented in boldface.
Significance levels: ** P < 0.01; * P < 0.05.
植株指标 灭菌 浸提液 灭菌×浸提液
萌发率/% 37.855 **(1,42) 11.277 **(2,1502) 9.132 **(2,1502)
芽长/cm 4.505 *(1,1502) 7.629 **(2,1502) 9.132 **(2,1502)
根长/cm 82.637 **(1,1502) 83.654 **(2,1502) 41.712 **(2,1502)

图 1 不同处理时间下灭菌和浸提液的交互作用对白三叶种
子萌发率的影响
Fig. 1 The seed germination rate of T. repens changed with
time under the interactive effects of sterilization and aqueous
extracts from A. philoxeroides
子草浸提液的效应及其程度受培养基质灭菌与否及
其实验处理时间的影响。
3.2 土壤灭菌和空心莲子草浸提液处理对白三叶
幼苗芽长和根长的影响
如表 1 所示, 土壤灭菌和空心莲子草浸提液处
理及其两者交互效应对白三叶种子芽长和根长均有
极显著的影响。对白三叶幼苗芽长分析发现, 在土
壤未灭菌处理下, 空心莲子草地下和地上浸提液处
理与对照差异不显著,而在土壤灭菌条件下, 空心莲
子草地上和地下浸提液处理均比对照显著降低约
21%和 24%; 另外, 在空心莲子草地上或地下浸提
液处理下, 基质未灭菌处理下的芽长均显著高于基
质灭菌处理的芽长,而在蒸馏水处理(对照)下, 基质
灭菌处理下的芽长比未灭菌处理显著高 11%(图 2A)。
24 生 态 科 学 34 卷


注: 图 A、B 分别代表空心莲子草浸提液和灭菌交互作用下白三叶幼苗的芽长和根长; 阴影柱、白柱分别代表未灭菌处理和灭菌处理; 每个数
据均代表六个重复的平均值(±标准误)。标有相同字母的柱子表示差异不显著。
图 2 灭菌和空心莲子草浸提液对白三叶幼苗芽长和根长的影响
Fig. 2 The interactive effects of sterilization and aqueous extracts from A. philoxeroides on the bud length and root length of
T. repens
对白三叶幼苗根长分析发现, 在土壤未灭菌处理下,
与对照相比, 空心莲子草地下浸提液表现为促进作
用而地上浸提液表现为抑制作用。相反地, 在土壤
灭菌条件下, 与对照相比, 地上和地下浸提液均表
现为抑制效应且相对来说地下浸提液的抑制程度更
强; 另外, 在空心莲子草地上和地下浸提液处理下,
基质未灭菌处理下的根长均显著高出基质灭菌处理
的根长分别约 56%和 66%, 而在蒸馏水处理(对照)
下, 基质灭菌处理下的根长比未灭菌处理下的根长
差异不显著(图 2B)。由此可见, 空心莲子草浸提液
的效应在一定程度上依赖于培养基质灭菌与否, 而
且不同器官组织的响应亦存在差异。
4 讨论
种子萌发是植物生活史的重要阶段, 化感物质
可通过影响种子萌发而影响种群的建立和更新, 因
此, 化感物质对种子萌发的影响是植物化感作用研
究的重要内容[5]。其中, 水浸提法是研究植物化感作
用的有效方法之一[13–14]。但以往关于入侵植物化感
作用对种子萌发的研究多集中于其浸提液的效应,
而较少关注培养基质等外界生态因子对其效应的影
响。本试验研究结果表明, 土壤灭菌和空心莲子草
浸提液处理及其两者交互效应对白三叶种子萌发率
及其芽长和根长均有显著或极显著的影响。同时,
基质未灭菌时的各参数值基本表现为显著高于基质
灭菌条件下的各参数响应值, 而对三种入侵植物飞
机草(Chromolaena odoratum L.)、假臭草(Eupatorium
catarium Veldkamp)、蟛蜞菊(Wedelia chinensis Merr.)
的研究发现, 在微生物存在条件下三种入侵植物浸
提液的化感抑制作用更强。由此可见, 土壤基质中
微生物对化感作用的影响不容忽视, 其原因有可能
是培养基质中的微生物使本身活性的化感物质分解
成无活性的物质[5], 从而出现在基质未灭菌时空心
莲子草地上或地下浸提液处理的各参数值与对照差
异不显著或差异较小, 而在基质灭菌条件下与对照
相比显著降低或降低幅度大。另外, 本实验中通过
对白三叶萌发率的研究表明, 土壤灭菌的效应具有
一定的时间效应, 即在种子萌发初期, 培养基质土
壤未灭菌的处理组合萌发率显著高于灭菌处理组合,
但在萌发后期灭菌与否萌发率差异不显著。因此,
我们认为土壤微生物对空心莲子草浸提液的化感效
应具有一定的影响, 但其作用机理尚未可知, 需要
进一步的实验研究来验证。
同时, 在基质灭菌条件下, 空心莲子草地上和
地下浸提液均表现为抑制效应, 且相对芽长来说,
对根长的抑制作用更大。以往关于空心莲子草水浸
提液对植物种子萌发的化感效应研究, 类似于在基
质灭菌条件下进行。本实验中, 空心莲子草浸提液
在基质灭菌条件下对根系的强烈抑制效应与张志忠
等[10]、张远兵[15]等人和唐英杰和王国夫[9]的研究结
果较为相似。原因可能在于, 白三叶幼苗根系最先
受到空心莲子草植株浸提液的影响, 生长受到抑制,
进而影响其吸收功能, 不能给幼苗提供足够养分和
水分, 最终对地上部分的生长产生抑制[10]。然而, 本
4 期 胡洋, 等. 基质不同灭菌条件下空心莲子草浸提液对白三叶种子萌发和幼苗生长的影响 25

实验研究与前两项研究的不同之处在于我们制备的
空心莲子草浸提液是地上和地下浸提液, 而这两项
研究是利用空心莲子草整株来制备且本实验所使用
浸提液的浓度也与这三项存在差异。但本实验还是
从另一侧面, 验证了空心莲子草通过抑制其他植物
种子发芽和幼苗生长的方式来促进其对周边空间的
占领。另外, 徐成东等[16]研究入侵植物紫茎泽兰浸
提液对玉米种子萌发率的抑制作用、李洁等[17]研究
空心莲子草浸提液对小麦和油菜种子的萌发率的抑
制作用及刘爱荣等人[18], 都不同程度地验证了入侵
植物对土著物种的化感抑制效应。
另外, 基质未灭菌条件下, 空心莲子草地上浸
提液的促进作用与地下浸提液的抑制作用截然相反
且在基质灭菌条件下, 空心莲子草地上和地下的抑
制程度存在差异, 即地下浸提液的抑制程度更大。
这说明, 空心莲子草地上与地下浸提液的效应及程
度存在差异, 这可能与化感物质的种类、化感物质
的浓度、受体植物的种类及外界环境条件有关[5]。
关于空心莲子草地上浸提液的促进作用, 以往的研
究也表明了, 有些杂草种子在用空心莲子草浸提液
处理后反而提高了其种子发芽率[19]。但关于空心莲
子草地上浸提液与地下浸提液的效应差异机制尚未
可知, 需要继续加强这方面的深入研究。但关于空
心莲子草对草坪草白三叶的竞争机制我们还是可以
得出一点启示, 空心莲子草对白三叶群落的入侵更
多的可能是地下部分的化感抑制作用, 因此, 在对
草坪草白三叶的保护中更多地需要注意对空心莲子
草地下部分的铲除, 以此来削弱其化感抑制作用,
同时注意对土壤微生物多样性的保护。
5 结论
(1) 本实验中, 基质未灭菌条件下白三叶种子
各参数均显著高于基质灭菌条件下各参数的相应值
且对空心莲子草的化感效应强度亦有影响, 因此,
在对受到空心莲子草入侵的草坪草白三叶群落的恢
复和管理中, 应注意对根际土壤微生物的保护, 勿
随意喷施灭菌剂或除草剂。
(2) 目前空心莲子草已经在我国大多数省市出现,
并不同程度地造成了极为严重的影响, 在研究有效防
除策略的时候, 重点关注其地下部分的化感抑制效应,
同时注意其他外界生态因子对其化感效应的影响。
(3) 本项研究中基质不同灭菌条件下土壤微生
物的作用机制及空心莲子草地上和地下浸提液效应
的差异机制尚未明确, 在进一步的研究中需要针对
这些方面进行深入研究。
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