药用植物米槁土壤水浸提液对枫香幼苗的化感作用

2020-05-23刘济明武梦瑶熊雪陈敬忠文安来

河北大学学报（自然科学版） 2020年2期

刘济明，武梦瑶，熊雪，陈敬忠，文安来

(贵州大学林学院，贵州贵阳 550025)

米槁CinnamomummigaoH W Li，系樟科Lauraceae樟属Cinnamomum的常绿高大乔木，其果实为西南地区常用民族药材大果木姜子，是贵州十大苗药之一，在治疗心胃肠病症方面具有显著的疗效[1-3].但目前米槁资源稀缺，主要分布于滇黔桂交界地区，市场上对于米槁果实的需求量远高于其产量.在对米槁的野外调查过程中发现，成熟的米槁大都以独木形式出现，且间隔较远，仅少部分林下有幼苗.但是，凡米槁所在地必有药用植物枫香[4].枫香树LiquidambarformosanaHance系金缕梅科Hamamelidaceae枫香树属Liquidambar的落叶树种，是中国重要的乡土多用树种[5].在观赏、用材、药用方面都有重要作用[6].目前已有对枫香-黄精复合经营技术的研究[7]及枫香与杉木、鹅掌楸、马尾松等树种混交林的研究[8-10].

化感作用是植物种间相互作用的重要途径[11]，对群落的植物组成和分布及其演替过程具有重要作用，是影响森林天然更新的重要因子.混交林的营造也要充分考虑化感作用的影响[12-13].以植物化感作用原理为指导，充分发挥其相生作用、互补作用，从而实现中药材的高产、优质、安全、高效[14].本文以米槁的土壤水浸提液为供体，枫香幼苗为受体，研究枫香幼苗在米槁根际土壤与林间土壤作用下的生长情况，为实现米槁和枫香种植产业中的复合经营系统提供依据.

1 材料与方法

1.1 米槁土壤的采集与处理

供试根际土壤、林间土壤均取自罗甸县罗书乡6年生米槁人工林基地.于基地内沿等高线选取6个10 m×10 m的样方，分别于每个样方内选取10株长势优良的米槁作为样株.去除样株下表层枯落物，沿样株树冠滴水线挖取40 cm×40 cm×30 cm的土壤剖面，将细根带土取出，轻轻抖落根系表面附着的土壤作为根际土壤.于样地内未栽种米槁处挖取土壤剖面，取土壤为林间土壤.2种土壤分别装袋带回实验室.

枫香种子购于贵州省罗甸县种子交易市场，对种子进行播种育苗3个月后分株培养，供试的土壤酶活性见表1.

表1 供试土壤酶活性

1.2 水浸提液的制备

所采土样风干后研磨过2 mm筛,取过筛的根际土壤与林间土壤各50 g备用.分别取10 g根际土壤与林间土壤，于100 mL蒸馏水中浸提24 h，期间置于摇床上多次常温振荡.用10 层纱布粗过滤收集得到粗浸提液，再将粗滤液置于离心机中4 000 r/min离心20 min，取上清浸提液，反复浸提3次，由此得到根际土壤和林间土壤质量浓度为0.1 g/mL的水浸提液，以此为母液分别配置0(CK)、0.5、1、5、10及50 mg/mL 6个质量浓度梯度，放置于4 ℃冰箱中保存备用.

1.3 实验设计

将根际土壤与林间土壤的水浸提液母液分别设置0(CK)、0.5、1、5、10及50 mg/mL 6个质量浓度梯度，每个质量浓度梯度6个重复，每个重复3株幼苗.每周每盆浇250 mL的各质量浓度土壤水浸提液，对照组(CK)浇250 mL蒸馏水，实验处理90 d.每周测量幼苗地径、苗高，实验结束后将植株收获测量生物量与其他各项指标.取不同处理下植株根际土壤，自然风干后研磨过0.25 mm筛备用.

1.4 指标测定

生长指标：分别利用卷尺和游标卡尺测定枫香幼苗的苗高、地径.实验结束后将收取的完整植株材料放置烘箱中，105 ℃杀青20 min，再用80 ℃烘至恒重，用天平称取数值为枫香生物量.

生理指标：可溶性糖和可溶性淀粉含量测定用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量测定用考马斯亮蓝G-250染色法，游离脯氨酸含量测定用酸性荀三酮显色法，叶片丙二醛含量测定用TBA(硫代巴比妥酸)显色法，叶片超氧化物歧化酶测定用NBT光还原法[15].

土壤指标：S-ACP、S-PPO、S-UE和S-CAT活性采用试剂盒测定法，方法与结果计算参照试剂公司方案(北京索莱宝生物科学技术有限公司).

化感作用评价：以化感作用抑制率(Inhibitory rate， IR)作为化感作用的评价指标[16]，IR=(测试项目处理值-对照值)/对照值.IR≥0 表示具有促进作用，IR≤0 表示具有抑制作用，IR 绝对值越大，其化感作用潜力越大[17].

1.5 数据处理

采用WPS进行数据整理，SPSS软件对数据进行统计分析，Origin作图.

2 结果与分析

2.1 米槁土壤水浸提液对枫香幼苗生物量及形态指标的影响

如表2所示，枫香幼苗总生物量随米槁根际土壤水浸提液质量浓度的升高，呈现出先增大后减小的趋势.1 mg/mL时，总生物量最大，且显著高于对照组和50 mg/mL处理组.高质量浓度处理下枫香总生物量略高于对照组.在米槁根际土壤水浸提液的作用下，枫香幼苗地径和苗高随质量浓度的升高而波动，总体呈上升趋势，各质量浓度梯度处理下地径和苗高量均高于对照组.

表2 米槁根际土壤与林间土壤水浸提液对枫香幼苗生物量及苗高的影响

*P<0.05 差异显著，**P<0.01 差异极显著.

枫香幼苗总生物量、地径、苗高均随林间土壤水浸提液质量浓度的升高呈现出先升高后降低的趋势.当质量浓度为5 mg/mL时，枫香总生物量、地径与苗高达到最大值.仅当林间土壤质量浓度为50 mg/mL时，总生物量化感作用抑制率为负值，表示存在轻微的抑制作用.说明高质量浓度的米槁林间土壤水浸提液会抑制枫香幼苗的生长，低质量浓度下有促进生长的作用.

2.2 米槁土壤水浸提液对枫香幼苗渗透物质的影响

如图1所示，随着米槁根际土壤水浸提液质量浓度的提高，枫香幼苗可溶性蛋白含量与可溶性淀粉含量呈上升趋势，在50 mg/mL时出现最大值，且同对照组存在极显著差异.枫香可溶性糖含量在对照组呈最大值，其他处理下均低于对照组，但仅在0.5 mg/mL处理下有显著差异，其余处理同对照组差异不显著.游离脯氨酸含量在不同质量浓度根际土壤水浸提液处理下呈不规则变化趋势，在1 mg/mL处理时最大，仅在5 mg/mL处理下低于对照组.

枫香幼苗可溶性蛋白含量在米槁林间土壤水浸提液处理下呈先增加后减少趋势，在1 mg/mL处理下最大.较对照组相比，米槁林间土壤水浸提液对可溶性蛋白含量表现低质量浓度促进高质量浓度抑制的作用.不同质量浓度米槁林间土壤水浸提液对枫香幼苗可溶性淀粉含量的影响总体呈上升趋势，且均高于对照组，在50 mg/mL时最大.随着米槁土壤水浸提液质量浓度的增加，枫香幼苗的可溶性糖含量总体呈先下降后上升的趋势.游离脯氨酸含量呈波浪状变化，均仅在50 mg/mL处理下高于对照组，达到最大值.

图中w指各物质在鲜枫香幼苗中的质量分数.不同小写字母之间表示差异显著(P<0.05),不同大写字母之间表示差异极显著(P<0.01)，下同.图1 米槁土壤水浸提液对枫香幼苗渗透物质的影响Fig.1 Effect of aqueous extract from soil of Cinnamomum migao on the infiltration of Liquidambar formosana seedlings

2.3 米槁土壤水浸提液对枫香幼苗MDA含量和SOD酶活性的影响

如图2所示，枫香幼苗MDA含量与米槁根际土壤水浸提液质量浓度呈正相关.随质量浓度升高，枫香幼苗MDA含量不断增加.在林间土壤水浸提液处理下，MDA含量变化总体呈增加趋势.2种水浸提液均在50 mg/mL时最大，且与对照组有显著差异，在米槁根际土壤水浸提液处理下差异更显著.

随着米槁根际土壤水浸提液质量浓度的增加，SOD活性呈现先增加后减小的趋势，且仅在0.5 mg/mL处理下，SOD活性高于对照组.质量浓度越高，SOD活性越小.SOD活性在林间土壤水浸提液处理下呈波浪状变化，无明显规律.

图2 米槁土壤水浸提液对枫香幼苗MDA含量和SOD酶活性的影响Fig.2 Effect of aqueous extract from soil of Cinnamomum migao on MDA content and SOD activity of Liquidambar formosana seedlings

2.4 米槁土壤水浸提液对枫香幼苗土壤酶活性的影响

如图3所示，枫香S-UE活性随着米槁根际土壤水浸提液质量浓度的增加，表现出先上升后下降的趋势，但各质量浓度处理下枫香S-UE活性均高于对照组，在1 mg/mL时最大，极显著高于其他处理.枫香S-UE活性随米槁林间土壤水浸提液质量浓度的增加逐渐上升，且上升程度不断变大.在50 mg/mL处理下达到最大，与其他处理均有极显著差异.不同质量浓度处理下的S-UE活性均大于对照组.

图3 米槁土壤水浸提液对枫香幼苗土壤酶活性的影响Fig.3 Effect of aqueous extract from soil of Cinnamomum migao on the soil enzyme activity of Liquidambar formosana seedlings

在米槁根际土壤水浸提液的处理下，枫香S-PPO活性随质量浓度的升高先增加后减弱，但总体呈减弱趋势.仅在0.5 mg/mL时略高于对照组.质量浓度不断增加，S-PPO活性不断降低，且均低于对照组.在米槁林间土壤水浸提液的处理下，枫香S-PPO活性呈波浪状变化，总体呈下降趋势.在50 mg/mL时最小，仅在0.5 mg/mL处理下，S-PPO活性略高于对照组值.

在米槁根际土壤水浸提液的作用下，枫香S-CAT活性随质量浓度增加呈现先上升后下降再急速上升的趋势.在5 mg/mL处理时最小，与对照组差异不显著.在50 mg/mL时最大，且显著高于其他处理.在米槁林间土壤水浸提液处理下，枫香S-CAT活性随着质量浓度增加不断升高，均高于对照组.在50 mg/mL时最大，且与其他处理有极显著差异.

米槁根际土壤水浸提液对枫香S-ACP活性的影响呈先升高后降低的趋势，在5 mg/mL时最大，各质量浓度处理下S-ACP活性均高于对照组.随米槁林间土壤水浸提液质量浓度的增加，枫香幼苗S-ACP活性呈现先降低后升高再降低的趋势，且无显著变化规律.低质量浓度处理下S-ACP活性低于对照组，在1 mg/mL处理时达到最小值，与对照组差异不显著.高质量浓度处理下S-ACP活性高于对照组，在10 mg/mL时最大，且与对照组差异显著.

3 讨论

3.1 米槁土壤水浸提液对枫香幼苗形态指标的影响

米槁根际土壤水浸提液与林间土壤水浸提液对枫香幼苗的生长总体上有促进作用，但随着处理质量浓度升高，促进作用逐渐减弱，这一现象与很多化感植物观察到的现象类似[18]，这种“低促高抑”的现象与Hossain等[19]和Weidenhamer等[20]的研究结果一致.这说明米槁根际与林间土壤水浸提液促进了枫香幼苗生长.虽然化感作用通常被认为是抑制作用的机制[21-22]，但是相关研究也表明适量的植物水溶性产物通常不影响其周围植物的生长，反而能通过多方面的作用促进其生长发育[23-26]，正好与本文结论相互佐证.

3.2 米槁土壤水浸提液对枫香渗透物质的影响

植物体内的渗透物质能够调节植物胞压、保护酶和细胞结构，其含量的多少也是衡量植物受伤害程度的重要因素[27-28].从根际与林间土壤浸提液对枫香幼苗渗透物质的影响可以看出，根际土处理下的可溶性蛋白、根际土与林间土处理下的可溶性淀粉呈现逐步升高的趋势，枫香幼苗体内淀粉含量均显著增加，极有可能该处理阻止了淀粉的水解，并逐渐累积，糖利用减少，导致幼苗体内可溶性糖含量减小[29-30].可溶性蛋白和可溶性淀粉变化可能是植物体在受到外界负面作用时开启了自保模式，诱导产生多种酶抵抗胁迫.脯氨酸和可溶性糖变化在二者处理下没有明显的规律，说明枫香幼苗在应对米槁化感胁迫时体内脯氨酸和可溶性糖可能未参与调节过程.

3.3 米槁土壤水浸提液对枫香抗氧化系统的影响

MDA是膜脂发生过氧化生成的产物，其含量的高低直接预示着果实细胞膜被破坏的程度[31].MDA含量的高低反应其胁迫程度及细胞膜脂过氧化程度.通常植物是通过改变SOD等酶活性来减轻MDA等次生代谢产物对植物体造成的伤害[32-34].随着米槁根际土与林间土水浸提液质量浓度增加枫香幼苗体内MDA含量呈现出逐步上升趋势，SOD呈现出先升后降的趋势.MDA含量的变化说明米槁根际与林间土壤浸提液促进枫香体内过氧化物的积累，SOD变化则可能是枫香在轻微氧化压力下SOD产生积极的响应，但当胁迫压力达到一定阈值，活性氧积累过多，致使SOD酶活性受到抑制[35-36].

3.4 米槁土壤水浸提液对枫香土壤酶活性的影响

土壤酶是评价土壤质量优劣和肥力高低的重要指标[37-38]，而S-UE、S-ACP、转化酶从根本上反映了土壤中氮、碳、磷、钾的转化强度.土壤中酶活性的变化可以反映出土壤代谢作用的强度，以及其适应外界环境和维持植物生长条件的能力[39].米槁2种土壤水浸提液对枫香S-UE、S-CAT和S-ACP活性均有不同程度的促进作用，其中低质量浓度的根际土壤水浸提液对枫香S-UE和S-ACP活性具有促进作用.促进S-UE活性能增加枫香土壤中的脲酶含量，这与胡亚林等[40]研究混合凋落物处理的土壤脲酶活性结果一致.S-CAT活性的增强可能是由于土壤中H2O2增多，促进了枫香土壤有机质转化，土壤中微生物的代谢变得频繁，增加了枫香土壤有机质含量.S-ACP活性的增加可能是由于土壤中含有能促进酸性磷酸酶活性的根系分泌物.这与菌根化马尾松根系分泌物能增加马尾松土壤中S-ACP活性的结论相同[41].高质量浓度的土壤水浸提液对S-PPO活性表现出一定抑制作用，随水浸提液的升高并未向枫香土壤环境中添加过多芳香族化合物.土壤水提液引起酶活性发生改变的原因可能是水提液影响了土壤微生物的数量、种类和活性，从而影响了土壤微生物分泌、释放和修饰酶的强度，还可能是水提液中的某些化感物质对土壤酶直接作用的结果[42].