老油茶林土壤浸提液对其种子萌发及幼苗生长的化感作用

(1.黔东南民族职业技术学院， 贵州 凯里 556000； 2.贵州省山地资源研究所， 贵阳 550001；3.贵州百里杜鹃瑞伟生态产业开发有限公司， 贵州 毕节 551700)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)是世界主要的木本油料树种之一，种子含有丰富的油脂[1]。我国有非常悠久的油茶栽培历史，现有栽培面积约4.0×106hm2，年产茶油量约1.2×109kg[2]。其中包含有相当大面积的老油茶林，由于连作障碍等原因导致抗性降低、种群衰退，产果量和产油量不稳定，经济效益衰退，严重降低了林农的种植积极性。近年来，植物化感作用已成为农林科研工作者的研究热点，并且多种植物被证实具有显著的化感作用[3-8]。植物通过根系分泌和落叶淋溶、分解等方式[9]，向环境中释放的起化感作用的次生代谢产物被称为化感物质。种子萌发和幼苗生长是种群建立和更新的重要阶段[10]，测定化感物质对植物种子发芽及幼苗生长的影响，是目前植物化感作用研究中较为常用的生物测定方法。对植物种子发芽的影响一般采用发芽率、发芽势和发芽指数等表示，对幼苗生长的影响常采用根长、苗高和植株鲜重等表示[11]。现已发现许多植物的连作障碍和人工林的衰退是植物释放的化感物质对其自身毒害的结果[3]。目前，对于种间化感作用的研究较多，且取得了一定进展[3-6]，其中油茶种间化感作用的研究相对较少[12,13]，而关于油茶种内化感作用的研究鲜见报道。本试验以老油茶林根际土壤为化感供体材料，以老油茶林采集的种子为受试材料，探讨不同浓度的老油茶林根际土壤水浸提液对其种子萌发和幼苗生长的影响，以期为解决油茶林连作障碍和人工林衰退的问题提供科学参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自约30年树龄的老油茶林，林分密度约1 430株·hm-2，面积达4.7 hm2，采用五点取样法取样。根际土壤取样采用抖落法，即采集直径小于0.5 cm的油茶细根并装袋，室内自然风干，抖落根际土壤并混匀研碎，过0.25 mm筛(60目)去除杂物备用。采集老油茶树果实置于室内通风干燥处，收集脱落的种子，去除杂质，晾干，4 ℃冷藏备用。

1.2 试验方法

1.2.1油茶根际土壤水浸提液制备

参照陈艳芳等[14]的方法进行油茶根际土壤水浸提液制备，并用0.22 μm微孔滤膜过滤灭菌，放入冰箱中冷藏备用。试验时采用无菌水稀释成0.25、0.5、1.0 g·mL-1等3种浓度梯度。

1.2.2油茶种子萌发化感试验

选取大小均匀一致、颗粒饱满的油茶种子，采用5%的NaClO溶液消毒预处理8 min，无菌水冲洗3～5次后，均匀放置于铺有2层湿润滤纸的培养皿(D=10 cm)内，各皿分别加入浓度为0.25、0.5、1.0 g·mL-1的水浸提液5 mL。将培养皿放在(25 ± 0.5)℃、光照6 000 lx、8 h/16 h(光/暗)的人工气候箱中培养，期间每隔2 d更换相应浸提液，以保证其浓度的准确性。以无菌水为对照(ck)，每处理25粒，3次重复。

表1 老油茶林土壤浸提液对其种子萌发的影响

表2 老油茶林土壤浸提液对其幼苗生长的影响

1.2.3油茶幼苗生长化感试验

选取生长健壮、大小一致的油茶幼苗定植于花盆(D=13 cm，H=18 cm)中，基质为园土∶河沙∶草炭∶蛭石=1∶1∶1∶1，每盆1株，缓苗20 d后进行化感试验。分别浇灌3种浓度的油茶根际土壤水浸提液，每周60 mL，以无菌水为对照(ck)，每处理20株，3次重复。试验期间正常水肥管理。处理60 d后，进行各处理形态指标的测定。

1.3 生物检测方法

当胚根长约2 mm 时即视为种子发芽，连续4 d不再有种子萌发视为发芽结束，于播种后每天统计发芽数，计算发芽率、发芽势和发芽指数[15]。幼苗化感试验形态指标主要测定植株的根长、苗高和鲜重，分别使用游标卡尺和万分之一天平进行测定。

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子数)×100%；

发芽势(%)=(第9天发芽种子数/供试种子数)×100%；

发芽指数=∑Gt/Dt；

式中：Gt为第t天的发芽数；Dt为相应的发芽时间(d)。

化感效应指数(RI)=(1-C/T)×100%；

式中：C为对照值，T为处理值。RI>0为促进作用，RI<0为抑制作用，绝对值表示化感作用强度的大小[16]。化感综合效应指数(SE)为同一处理下对同一植物个体的发芽率、发芽势、发芽指数、根长、苗高和鲜重等所有测定指标RI的算术平均值[17]，更能体现化感效应的强弱。

1.4 数据统计与分析

使用Excel 2013软件统计整理数据，SPSS 22.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比较(Duncan法)。

2 结果与分析

2.1 老油茶林土壤浸提液对其种子萌发的影响

不同浓度的老油茶林土壤水浸提液对其种子萌发影响显著，化感作用强度差异明显(表1)。其中，0.25 g·mL-1土壤浸提液处理下，油茶种子发芽率和发芽势显著高于ck和其他处理(p<0.05)，说明低浓度的土壤浸提液显著促进种子发芽率和发芽势；0.5 g·mL-1和1.0 g·mL-1浸提液处理下，种子发芽率、发芽势显著低于ck，且处理间差异显著(p<0.05)，说明高浓度的浸提液显著抑制种子发芽率和发芽势。随着土壤浸提液浓度的增加，发芽指数逐渐降低，且各处理间差异显著，说明浸提液显著抑制种子的发芽指数。此外，随着土壤浸提液浓度的增加，发芽率、发芽势和发芽指数的化感效应指数绝对值逐渐增加，说明化感作用强度逐渐增加。0.25 g·mL-1土壤浸提液处理下，发芽率和发芽势的化感效应指数RI>0，也说明低浓度的土壤浸提液能够促进种子的发芽率和发芽势。

2.2 老油茶林土壤浸提液对其幼苗生长的影响

由表2可知，不同浓度的老油茶林土壤浸提液对其幼苗生长影响显著，化感作用强度差异明显。其中，0.25 g·mL-1土壤浸提液处理下，根长显著高于ck和其他处理(p<0.05)，说明低浓度的土壤浸提液显著促进油茶幼苗根的生长；0.5 g·mL-1和1.0 g·mL-1土壤浸提液处理下，根长显著低于ck，且处理间差异显著(p<0.05)，说明高浓度的土壤浸提液显著抑制幼苗根的生长。随着土壤浸提液浓度的增加，苗高和鲜重逐渐降低，且各处理间差异显著，说明浸提液显著抑制幼苗地上部分的生长和生物量的积累。苗高和鲜重的化感效应指数绝对值逐渐增加，说明化感作用强度逐渐增加。0.25 g·mL-1土壤浸提液处理下，根长的化感效应指数RI>0，也说明低浓度的土壤浸提液能够促进幼苗根的生长。

2.3 老油茶林土壤浸提液对其种子萌发和幼苗生长的化感综合效应

由不同浓度土壤浸提液对其种子萌发和幼苗生长的综合效应指数分析可知(表3)，在0.25～1.0 g·mL-1的浓度处理下，综合效应指数均为负值，说明土壤浸提液抑制油茶种子萌发和幼苗生长；且随着浸提液浓度的增加，综合效应指数绝对值逐渐增大，说明抑制作用与浸提液浓度呈正相关。另外，除幼苗根长外，其余各指标的化感效应指数绝对值均随着浸提液浓度提高而逐渐增大，说明化感作用强度逐渐增加，且与浸提液浓度呈正相关。

表3 老油茶林土壤浸提液对其种子萌发和幼苗生长的综合效应指数

2.4 油茶化感作用敏感指标的筛选

油茶种子萌发和幼苗生长的各指标化感效应指数均值差异显著(p<0.05)(表4)，土壤浸提液对其发芽率、发芽势、发芽指数、根长、苗高和鲜重的化感效应指数均值分别为-36.40%、-16.79%、-44.77%、-10.81%、-46.40%和-20.78%，各指标的化感效应指数均值大小依次为：苗高>发芽指数>发芽率>鲜重>发芽势>根长，可见，苗高和发芽指数对土壤浸提液较为敏感，根长最不敏感。表明，苗高和发芽指数可作为老油茶林土壤浸提液对其种子萌发和幼苗生长抑制效果的首先鉴定指标，其它可以作为参考指标。

表4 老油茶林土壤浸提液对其种子萌发和幼苗生长的化感效应指数

3 结论与讨论

植物界中化感作用普遍存在，显著地影响着植物种子萌发、幼苗生长以及群落更替等，种子萌发是植物生长发育过程中至关重要的时期[10,11]，种子萌发能力下降必将影响植物的早期竞争力以及建群能力和生产性能[12]。试验结果表明，老油茶林根际土壤水浸提液对其种子发芽率、发芽势表现出“低促高抑”的浓度效应，这可能是低浓度(0.25 g·mL-1)水浸提液能够为种子萌发提供一定的营养，而随着浓度的升高，化感作用逐渐增强并发挥作用[13]，同时，种子只有吸水膨胀后其内部各种酶才开始发挥作用，但高浓度的化感物质抑制了酶的活化[14]。

从幼苗生长方面分析，低浓度(0.25 g·mL-1)浸提液促进根系生长，这可能是浸提液中含有某些能够促进其地下部分生长的物质，且化感作用强度还未达到呈现的阈值[15]。高浓度(0.5，1.0 g·mL-1)土壤浸提液显著抑制幼苗根系和株高的生长以及生物量的积累。原因可能是幼苗期对外界逆境最为敏感，而化感物质作为一种胁迫因子，会抑制幼苗根系和株高的生长，加之发芽势的显著降低，必将导致幼苗生物积累物质的减少。

老油茶林根际土壤水浸提液能够显著抑制其种子萌发和幼苗生长，其化感作用强度与浓度呈正相关，苗高和发芽指数对土壤浸提液最为敏感，可作为衡量老油茶林化感作用的首先鉴定指标。