化感作用

实验五种间关系分析——化感作用
一、目的和意义
化感作用（他感作用，Allelopathy）：也称作异株克生，是指一种植物通过向体外分泌代谢过程中的化学物质，从而影响其它植物的生长。

这种作用是物种生存斗争的一种特殊形式，种内关系和种间关系都有化感作用。

植物之间的化感作用是当前化学生态学研究的热点，具体来讲，它是指供体植物通过茎叶挥发、淋溶、凋落物分解、根系分泌等途径向环境中释放化学物质，从而促进或抑制周围植物的生长和发育。

植物的化感作用广泛存在于自然界中，与植物间光、水分、养分和空间的竞争一起构成了植物之间的相互作用。

化感作用的生态学意义：对农林生产管理具有指导作用，如歇地现象；影响群落的种类组成和群落演替等等。

化感作用发生在两个不同种之间，本实验研究的是供体植物（他感植物）对受体植物（目标植物）的他感作用。

二、仪器、器皿和材料
仪器、器皿：培养箱、托盘天平、电子天平、烘箱、摇床，剪刀、滤纸、大漏斗、纱布、锥形瓶、烧杯、容量瓶、封口塞、玻棒、量筒。

供体植物：五爪金龙、鸡屎藤
受体植物：菜心种子。

三、方法和步骤
（一）采集材料，制作浸提液
1. 采集供体植物新鲜叶片回实验室；
2. 在实验室将叶片洗净，剪成< 2 cm的片断；
3. 配制0.05 g DW mL-1浸提液：取相当于5 g干重的供体植物新鲜枝叶，加入蒸馏水70 mL，室温下浸提2次，待用。

（二）培养
吸取 5 mL 上述浓度的浸提液加入放有双层滤纸铺的直径为11 cm培养皿中, 每皿均匀放置20 粒已消毒的受体种子（之前用5%的次氯酸钠消毒10 min），以蒸馏水为对照，设3个重复（贴上标签，注明姓名、日期）。

于人工气候箱中保湿遮光培养，湿度65%，温度设置为白天30 ℃ 12 h，晚上25 ℃ 12 h。

（三）测量
种子出现萌芽（胚根长度≥1 mm）后开始记录每天种子的萌发个数，7 d 后统计萌发率（GR）和发芽指数（GI），并测定根长和苗高。

GR = (发芽种子数/供试种子总数)×100% ；
GI = ∑(Gt/Dt) (Gt:在t天内的发芽数；Dt：第t天)
发芽指数高说明发芽所用的时间短，发芽速度快。

（四）计算
计算化感效应指数(RI)：RI = T/C - 1，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。

化感综合效应（SE）用上述几个测试项目的RI 的平均值进行评价。

四、结果与分析
（一）供体植物水提液对种子萌发的影响：实验结果显示，蒸馏水的发芽率为100%，而加了鸡屎藤提取液和五爪金龙提取液的菜心平均发芽率分别为93.37%和93.40%。

蒸馏水的平均发芽指数为55.83，对应的加入了鸡屎藤和五爪金龙提取液的平均发芽指数分别为52.90和55.20。

蒸馏水的平均根长为3.30，而加入了鸡屎藤和五爪金龙提取液的平均根长为2.53和2.24。

蒸馏水处理的平均苗高为2.54，而鸡屎藤和五爪金龙提取液处理的平均妙高分别为4.16和4.05。

从上述的实验数据可以看出，鸡屎藤和五爪金龙提取液对菜心的萌发和生长是有影响的，加入了鸡屎藤和五爪金龙提取液的菜心种子发芽率和发芽指数都比蒸馏水的低，根长也比用蒸馏水处理的组要短。

而苗高则比蒸馏水处理组的平均苗高要长。

原因可能是鸡屎藤和五爪金龙的提取液中的化感物质对菜心的生长产生了影响，化感物质（allelochemica1）指化感作用中供体向环境释放的用于传递信息或作为媒介的化学物质。

植物和微生物均可产生化感物质，但大多数化感物质是由植物产生的次生代谢物。

现已证明，化感物质是多种成分的复合物，生成和释放受外界因素的影响，作用具有专一性，在高浓度时对受体起抑制作用，低浓度时起促进作用。

植物种子萌发时可分泌许多化感物质到周围土壤中，并在土壤中维持一定浓度从而对周围生物起化感作用，进而增加自身萌发和产生幼苗的机会。

因此，可能是鸡屎藤和五爪金龙的化感物质减弱了菜心种子的萌发，实验组的菜心萌发率才没有达到100%。

化感物质可增加细胞膜透过性，影响植物体酶活性；还可影响激素合成代谢和植物细胞的生长分裂调节植物生长。

Rice（1984）将化感作用定义为“一种植物（包括微生物）通过向环境释放化学物质而对另一种植物（包括微生物）产生直接或间接的有害或者有一的作用”。

从定义我们可以看出，既有有害的化感作用，又有有利的化感作用。

具体是有害还是有利，需要我们分析化感效应指数和综合化感效应来评价。

（原始数据统计见附表一、附表三）
（二）供体植物的化感效应指数和综合化感效应：实验结果显示，鸡屎藤的化感指数分别为萌芽率：-0.0663、发芽指数为：-0.0525、根长为：-0.2333、苗高为：0.6378、综合化感效应为0.0174，五爪金龙的化感指数分别为萌芽率：-0.0660、发芽指数：-0.0113、根长：-0.3212、苗高为：0.5945、综合化感效应为：0.0490。

通过对上述数据的比较和分析，结合化感作用的理解，正值为促进，负值为抑制。

所以可以看出，鸡屎藤和五爪金龙在不同程度上都对菜心萌发、萌发指数、根长有抑制作用，但对于苗高却有促进作用。

原因可能有：鸡屎藤和五爪金龙提取液中的化感物质影响到了菜心的正常萌发和生根，从而导致发芽后的菜心要通过不断的长高，以通过地上部分来摄取更多的营养。

因为是在实验室培养，周围并没有鸡屎藤和五爪金龙生存，所以鸡屎藤和五爪金龙的茎叶不能释放化感物质影响菜心地上部分的生长，从而使得加入了鸡屎藤和五爪金龙提取液的菜心种子发芽率，化感指数，根长都较对照组小，但是，苗高较对照组高很多。

因而导致综合化感效应出现了促进作用。

再者，前面提到，不同浓度的化感物质的浓度对植物的影响不同，低浓度的是促进，高浓度的是抑制。

所以可以知道，茎叶与根对化感物质的敏感性是不同的。

因而出现了实验中所观察到的苗高为
促进作用，其他的为抑制作用的现象。

研究化感作用有重要的意义，这是因为，化感作用在植物群落的形成、结构、演替中起着非常重要的作用，是植物相互竞争的重要手段之一。

草地化感植物向周围环境中释放化学物质，从而影响到周围一种或多种植物的生长发育，甚至影响土壤微生物的活动。

一旦入侵到某一地区时，便迅速扩张，形成单优群丛，减少了生境内生物的多样性，降低草原的生态效益，对于受干扰和未受干扰的生态系统都形成巨大威胁。

因此，寻找化感植物的入侵机制，防止其蔓延和危害成为生态学研究的重要内容。

同时，从化学生态学的角度来解释草原退化时植物群落结构发生变化的原因，也可为全面防止草原退化拟定正确合理的恢复重建方案提供理论依据。

（数据统计见附表二、附表四）
参考文献：
韩杰孟军黄收兵生物化感作用的途径与机制生物学通报2011年第46 卷第9 期
魏莎李素艳孙向阳张骅张强郝利峰根分泌物及其化感作用研究进展北方园艺２０1０（１８）：２２２～２２６
附录：
附表1鸡屎藤水提液对种子萌发的影响(平均值±标准差, n = 3)
形态特征处理组-
重复1处理组-重
复2
处理组-重
复3
平均值±标准
差
备注
萌芽率96.70% 96.70% 86.70% 93.37%±0.057 发芽指数55.3 57.1 52.3 52.90±2.425 根长 2.37 2.59 2.62 2.53±0.137
苗高 3.91 4.33 4.24 4.16±0.221
CK-1 CK-2 CK-3 平均值±标准
差
萌芽率100% 100% 100% 100%
发芽指数57.8 53.9 55.8 55.83±1.950 根长 2.98 3.01 3.92 3.30±0.534
苗高 2.43 2.55 2.65 2.54±0.110
附表2 鸡屎藤的化感效应指数和综合化感效应
处理组T （平均值）CK（平均
值）
化感效应
指数
=T/C-1
备注
萌芽率93.37% 100% -0.0663 发芽指数52.9 55.83 -0.0525 根长 2.53 3.30 -0.2333 苗高 4.16 2.54 0.6378 综合化感
效应
0.0714
附表3 五爪金龙水提液对种子萌发的影响(平均值±标准差, n = 3
形态特征处理组-
重复1处理组-
重复2
处理组-
重复3
平均值±标准
差
备注
萌芽率93.30% 93.30% 93.60% 93.40%±0.002
发芽指数54.8 55.3 55.5 55.2±0.361
根长 2.25 2.16 2.32 2.24±0.080
苗高 4.41 4.06 3.68 4.05±0.365
CK-1 CK-2 CK-3 平均值±标准
差
萌芽率100% 100% 100% 100%
发芽指数57.8 53.9 55.8 55.83±1.950 根长 2.98 3.01 3.92 3.30±0.534
苗高 2.43 2.55 2.65 2.54±0.110
附表4 五爪金龙的化感效应指数和综合化感效应
处理组T （平均值）CK（平均
值）
化感效应
指数
=T/C-1
备注
萌芽率93.40% 100% -0.0660 发芽指数55.2 55.83 -0.0113 根长 2.24 3.30 -0.3212 苗高 4.05 2.54 0.5945 综合化感
效应
0.0490。