薄壳山核桃种子及种壳化感效应研究
2015-02-22朱海军俞卫东曹仁勇刘广勤曹福亮
朱海军，俞卫东，曹仁勇，吕 梅，刘广勤，曹福亮
(1.南京林业大学林学院，江苏南京210037；2.江苏省农业科学院园艺研究所，江苏南京210014；3.江苏农林职业技术学院，江苏句容212400)
薄壳山核桃种子及种壳化感效应研究
朱海军1,2，俞卫东3，曹仁勇3，吕梅3，刘广勤2，曹福亮1*
(1.南京林业大学林学院，江苏南京210037；2.江苏省农业科学院园艺研究所，江苏南京210014；3.江苏农林职业技术学院，江苏句容212400)
摘要：以薄壳山核桃和杂交狼尾草种子为材料，研究了薄壳山核桃种子对自身以及种壳浸提液、腐解液对杂交狼尾草萌发和幼苗生长的影响。结果表明，薄壳山核桃种子5 d和7 d浸提液对自身种子萌发达极显著水平；种壳浸提液、腐解液具有明显的化感效应，对杂交狼尾草幼苗生长抑制作用显著，且随处理液浓度增加而增强，但种子萌发对其化感作用不敏感；同时发现，种壳2 d、7 d浸提液和7 d腐解液对杂交狼尾草幼苗抑制作用无显著差异。
关键词：薄壳山核桃；种子；种壳；化感效应
薄壳山核桃[Caryaillinoensis(Wangenh.) K.Koch]，又名长山核桃、美国山核桃，原产美国密西西比河流域，为胡桃科山核桃属落叶乔木，是世界著名干果、高档木本油料、优良硬质阔叶木材树种[1-2]。在我国大力发展木本粮油树种和实施木材储备战略的背景下，集油、材于一身的薄壳山核桃表现出巨大的栽植价值和广阔的发展前景。
目前薄壳山核桃品种苗繁殖仍采用种子培育砧木、然后嫁接的方式，播种前将种子浸泡5～7 d充分吸涨[3]，期间如果不换水导致种子萌发率降低，原因可能是：(1)由于种子呼吸作用消耗了水中的氧气，导致种子呼吸受阻；(2)浸泡过程产生了抑制种子萌发的物质。本文假定种子浸泡过程中产生了抑制萌发的化感物质，进行试验证实。薄壳山核桃为长效经济林果，栽植6—8年进入丰产期，为增加前期土地效益、实现以短养长的目的，生产中多采取林农复合经营方式，化感作用是选择间作物的重要依据[4]。
核桃是最早发现具有化感现象的植物之一。研究表明，核桃的枝、叶、青皮都具有化感作用[5]，且对不同的受体表现出多样性、选择性及质量浓度效应，同为胡桃科的山核桃属植物也有化感作用[6-7]。目前针对薄壳山核桃自毒作用及化感效应的研究较少，本试验以薄壳山核桃种子及种壳为材料，研究种子浸提液的自毒作用以及种壳浸提液、腐解液对杂交狼尾草的化感效应，以期为薄壳山核桃种苗繁育、林农复合经营提供理论依据。
1材料与方法
1.1材料
以美国进口薄壳山核桃(CaryaillinoensisElliot)种子为试材，Elliot分布于美国东南部，中熟品种，单果重7.3 g，纵径(3.6±0.3)cm，横径(2.3±0.2)cm,出仁率53%，含油率75%。杂交狼尾草(PennisetumAlopecuroidesL.×P.americanumL.)，为禾本科狼尾草属多年生草本植物，生长速度快、产量高、营养好、抗性强，夏季7—9月生长旺盛，产量占全年的62.1%，是喂养禽畜和鱼类的优质饲料，目前在我国南方各省已有大面积种植[8]。种子由江苏省农科院畜牧所提供。
1.2浸提液和腐解液的制备
取室温贮藏的薄壳山核桃种子，破壳去除种仁，将种壳粉碎过1 mm筛，按表1所示处理分别得到浸提液和腐解液，过滤用3层纱布，蒸馏水定容得到溶液即为原液，质量浓度为0.1 g/mL(标识浓度)，每种处理液分别稀释10倍、100倍，得到0.1、0.01、0.001 g/mL 3种浓度处理液。试验所用土壤pH为5.4，有机质含量51.6%，营养元素全量为N(1.42%)、P2O5(0.23%)、K(0.119%)。
表1 试验处理
1.3发芽试验及指标测定
1.3.1薄壳山核桃种子发芽试验取饱满、均匀的薄壳山核桃种子，分别置于自来水中浸泡3，5，7 d，设每天换水和不换水两种处理，每处理100粒种子，3次重复。然后置于日光温室内催芽，催芽温度(37±2)℃，统计30 d种子发芽率。
1.3.2杂交狼尾草种子发芽试验采用培养皿培养，选取籽粒饱满，大小均匀的杂交狼尾草种子，蒸馏水冲洗干净。培养皿中平铺2层滤纸，种子均匀摆在滤纸上，每皿40粒，每皿添加设置浓度的浸提液和腐解液，以蒸馏水为对照，每处理3次重复。置于温度(25±2)℃、相对湿度70%、24 h光照的光照培养箱内培养，每天观察记录种子发芽情况，每隔1 d补充对应浓度的浸提液和腐解液3 mL/皿，第3天统计种子发芽数，计算发芽势，第8天统计种子发芽率，并测量幼苗高度和根长。
1.3.3指标测定发芽率=(发芽终期正常发芽种子数/供试种子总数)×100；发芽势=(发芽第3天正常发芽种子数/供试种子总数)×100；发芽指数=(处理平均发芽率×处理平均根长)/(对照平均发芽率×对照平均根长)。采用Williamson提出的敏感指数RI作为衡量化感强度的指标：RI=1-C/T(当T≥C)；RI=T/C-1(当T
1.4数据统计
试验结果用Excel2010和SPSS16.0统计软件进行统计分析。
2结果与分析
2.1薄壳山核桃种子浸提液对自身种子萌发的影响
薄壳山核桃种子浸提液对其自身种子萌发有显著的抑制作用，从图1可以看出，浸泡3 d不换水的种子与对照种子发芽率分别为29.0%、31.3%，两处理差异不显著；浸泡5 d不换水种子发芽率为10.3%，与对照发芽率37.3%差异达极显著水平(P<0.01)；浸泡7 d不换水种子发芽率为10.3%，对照发芽率为48.7%，差异极显著(P<0.01)。结果也表明，种子浸提液中化感物质需积累5 d，达到一定的浓度才抑制自身萌发。
2.2薄壳山核桃种壳腐解液和浸提液对杂交狼尾草种子萌发的影响
图中大、小写字母分别表示处理间差异达到0.01、0.05显著水平。The uppercase and lowercase letters in figure indicate significantly difference at 0.01 and 0.05,respectively.图1 薄壳山核桃种子浸提液对自身萌发的影响Fig.1 Effects of pecan seed water extract liquids on germination of pecan
种壳腐解液和浸提液处理后，杂交狼尾草种子发芽势及发芽率与对照差异不显著(P<0.05)；从发芽势来看，各处理间发芽势差异不显著，且种子发芽迅速，第3天种子发芽均达85%以上，原因可能是在杂交狼尾草种子发芽最初阶段对化感物质不敏感，表现为对种子发芽影响不明显；幼苗期根系和茎生长对化感物质的抑制作用更敏感，表现为幼苗根系及茎干生长受抑制。从发芽指数看，各浸提液和腐解液原液处理均降低了杂交狼尾草种子的发芽指数，且经10倍稀释后均减弱了抑制作用，经100倍稀释后发芽指数均恢复到对照水平(P<0.05)；化感效应指数也表现出一致的抑制作用。在杂交狼尾草种子发芽方面，不同的浸提液和腐解液处理间无显著差异。
表2 薄壳山核桃种壳腐解液和浸提液对杂交狼尾草种子萌发的影响
同栏数值后不同字母表示差异达0.05显著水平。
Values within a column followed by different letters indicate significantly difference at 0.05．
2.3薄壳山核桃种壳腐解液和浸提液对杂交狼尾草幼苗生长的影响
表3、图2结果表明，薄壳山核桃种壳浸提液和腐解液处理后，均显著降低了杂交狼尾草根系长度，浓度越高，抑制作用越强，稀释100倍后抑制作用消除，根长恢复到对照水平(P<0.05)；并且不同浸提液和腐解液处理间差异不显著，抑制作用趋势一致。各处理液对杂交狼尾草茎生长的影响规律与根系基本一致，低浓度(稀释100倍)处理液与对照间差异不显著，随着处理液浓度升高抑制作用增强，稀释10倍、100倍处理间及与对照间差异均达到显著水平(P<0.05)。
表3 薄壳山核桃种壳腐解液和浸提液对杂交狼尾草幼苗生长的影响
图2 薄壳山核桃种壳腐解液和浸提液对杂交狼尾草幼苗生长的影响Fig.2 Effects of pecan shell water extract and decomposition liquids on seedling growth of hybrid penisetum
3结论与讨论
贾彩霞等[10]研究表明，核桃壳中含有一定活性的内源抑制物质，其中水溶性物质对种子萌发和幼苗生长的抑制作用更强，且抑制作用随浓度的增大而增强；本试验也得到了相似的结果，薄壳山核桃种壳具有化感作用，抑制杂交狼尾草幼苗的生长，抑制作用具有浓度效应。另试验发现，杂交狼尾草幼苗生长期对化感作用的敏感性强于种子萌发期，在萌发时期，杂交狼尾草对薄壳山核桃种壳的化感作用表现为很强的适应性，仅发芽指数受到不同浸提液及腐解液的抑制，种子发芽势和发芽率均与对照无显著差异；杂交狼尾草幼苗生长对薄壳山核桃种壳的化感作用表现较为敏感，其根长和茎长均受到显著抑制，且抑制作用随浸提液、腐解液浓度升高而增强，稀释后可恢复到对照水平。说明杂交狼尾草不同发育阶段对化感作用的敏感性不同，这与刘桂霞等[11]研究结果一致。
化感作用的强弱通常依赖于化感物质浓度的大小，对同一受体不同组织也形成不同的抑制效果[12]。本试验中薄壳山核桃种壳腐解液与浸提液对杂交狼尾草幼苗生长的抑制作用一致、且无显著差异，原因可能是园土中腐殖质含量高，一定程度上促进幼苗的生长，从而减弱了种壳的化感作用[13]；通常认为，不同时间段植物残体分解释放化感物质的种类和数量具有差异[14-16]，但本试验结果显示浸提2 d和7 d的浸提液也表现出一致抑制作用，说明该时间段内浸出化感物质的量相当，或者浸提时间未达到产生差异的程度；另需要指出的是，本研究只是针对限制种子萌发的自毒作用假设进行了验证，而薄壳山核桃种子在缺氧条件下的萌发机理尚不明确，需要在以后的研究中进一步试验验证。
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Allelopathic Effects of Pecan Seeds and Shells
ZHU Hai-jun1,2,YU Wei-dong3,CAO Ren-yong3,
LYU Mei3,LIU Guang-qin2,CAO Fu-liang1*
(1.College of Forestry,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;2.Institute of Horticulture,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China;3.Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry,Jurong 212400,China )
Abstract:Effects of pecan seed extract and shell extract and decomposition liquid on seed germination and seedling growth were investigated using seeds of Carya illinoensis ‘Elliot’ and Pennisetum Alopecuroides L.× P.americanum L..The results showed that the germination of the pecan seeds were significantly inhibited by the 5 day extract and 7 day extract of the pecan seeds.The shell extract and decomposition liquid demonstrated strongly allelopathic effect on the stem growth of the young seedlings of hybrid penisetum,and the inhibition effect was enhanced with increasing concentration.But the water extract and decomposition liquid of the pecan shell showed no inhibition on seed germination of hybrid penisetum.There was no significant difference in inhibition on seedling growth among the 2 day extract,7 day extract and 7 day decomposition liquid of the pecan shell.
Key words:Carya illinoensis (Wangenh.) K.Koch;seeds;shell;allelopathic effects
作者简介：朱海军(1981—)，男，博士生，助理研究员，主要从事薄壳山核桃等干果栽培生理生态研究，E-mail:haijunzhu@jaas.ac.cn;*通信作者：曹福亮,教授,博士,E-mail:flcao126@126.com。
基金项目：中央财政林业科技推广示范资金项目([2013]TK26)和江苏省林业三新工程项目(lysx[2013]06)
收稿日期：2014-08-05修回日期:2014-10-22
中图分类号：S664.1
文献标志码：A
文章编号：1000-2286(2015)01-0096-05
