核桃叶片、青果水浸液对小麦种子萌发及幼苗生长的化感效应

王一峰，宫峥嵘，陈耀年，赵淑玲，王明霞，胡文斌

(1.陇南师范高等专科学校 农林技术学院，甘肃 成县 742500；2.陇南特色农业生物资源研发中心，甘肃 成县 742500；3.成县核桃科技服务中心，甘肃 成县 742500)

化感作用，又称植物化学他感作用，是指植物能产生一些特殊的化学物质，进而促进或抑制其他植物生长的现象[1].具有化感作用的植物，通过化感物质的释放来实现其化感作用，化感物质的主要释放途径有挥发、淋溶和根系分泌等，也可以通过残体分解时分泌[2].农业生态系统中的化感作用普遍存在，并对生态系统中群落演替、生物入侵产生一定的影响，同时，通过影响作物产出影响着农林业的生产[3].还有研究表明，在间作中不同物种间通过化感作用可提高产量或抑制杂草生长[4].因此，研究植物间的化感作用，可以为植物资源的合理、高效利用及农林复合种植中物种的选择和配置提供理论指导.

核桃是著名的经济林树种之一，是世界四大干果之一[5-6]，也是我国主要的经济林树种之一，其在我国栽培历史悠久、种质资源丰富、种植广泛[7].然而，核桃生产周期较长，造林初期植株间空间较大，容易滋生杂草，增加生产成本，而且容易导致土壤侵蚀，不利于环境保护.为提高土地利用率、增加经济效益、实现以短养长的目的，采用核桃林农复合种植模式成为新型生产方式.然而，大多数植物存在化感作用，复合种植中作物种类选择和配置不当，会造成物种间关系不协调，导致总体效益下降，世界农林业生产中，每年因化感作用造成的损失达数十亿美元.因此，化感作用已成为农林复合种植系统中物种选择和配置的重要依据[8].

核桃产业作为甘肃省陇南市的支柱产业，是当地农民创收的主要经济来源，也是该地区实施乡村振兴战略和精准扶贫的主要抓手，截至2018年，全市核桃栽培面积达28.33万公顷，惠及42.01万农户(占全市总农户的76.9%)、195万农民(占全市农业总人口的78.3%).陇南市核桃栽植多采用与农作物间作的模式，小麦是当地的主要粮食作物，也是核桃林下间作较多的粮食作物，核桃—小麦间作既能增加农民收入，又能保证粮食生产需要.但是，由于核桃含有大量的醌类、苷类、挥发油等多种化感物质，具有明显的化感作用[9]，研究发现，在核桃茎、叶、青果中都含有化感物质[10]，但核桃化感作用的研究以青果较多[11].别智鑫等[12]的研究结果表明，核桃青果浸提液具有抑制植物生长的作用，且抑制作用与核桃青果浸提液浓度成正比.王婷等[13]的研究表明，核桃青皮水浸提液具有抑制小麦、油菜、绿豆、萝卜等植物幼苗生长的化感效应.然而，我国核桃化感作用研究起步较晚，且因核桃复合种植中多以林草间作模式为主，关于核桃化感作用的研究多以草种为受体植物，大多集中在核桃叶浸提液对其他植物的化感作用研究，关于不同核桃组织间化感作用的差异研究较少.基于此，本试验以核桃叶片、青果为核桃化感物质的供体，以小麦作为受体，研究不同质量浓度核桃叶片、青果水浸提液在特定质量浓度下对小麦种子萌发及幼苗生长的化感效应，旨在了解不同核桃浸提液对小麦化感效应的差异性，以期为核桃化感作用研究提供理论依据，并为核桃—小麦间作管理提供理论指导.

1 材料与方法

1.1 试验材料

核桃叶片、青果采自甘肃省成县大路沟国家核桃良种基地核桃品种示范园，品种为‘香玲’；小麦为‘潘林麦’，为成县农户惠赠.

1.2 核桃不同组织水浸提液母液的制备

采集核桃鲜叶及核桃园自然凋零的核桃青果，用蒸馏水洗晾干后粉碎，称取250 g碎叶片(青果)，加入500 mL蒸馏水在振荡器上震荡浸提24 h，经1 000 r/min离心2 min后弃沉淀，重复3次，将上清液定容至500 mL，配成0.5 g/mL的母液，置4℃冰箱中备用.

1.3 核桃不同组织水浸提液的制备

试验时，将上述各母液分别稀释成0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 g/mL的5个浓度梯度，以蒸馏水为CK.

1.4 试验设计

试验采用随机区组设计，分核桃叶浸提液、核桃青果浸提液两组，每组各6个处理(浓度)，其中CK为对照，两组间共用，共11个处理，每处理重复3次.挑选1 650粒大小和饱满度一致的小麦种子，用有效氯质量浓度为5%的次氯酸钠消毒3 min，并用蒸馏水冲洗3次后随机分成11组，每组150粒，重复3次，利用培养皿滤纸法播种，每皿50粒，播种后按试验设计加入适量不同浓度的核桃叶片及青果水浸提液，以水浸液不淹过种子为准，播种后每天适时补充适量的浸提液.

1.5 指标测定

参照王一峰等[14]的方法，测定小麦发芽势(GE)、发芽率(GP)、苗高、主根长及苗鲜质量(整个培养皿中小麦幼苗的鲜质量)，并计算化感指数(RI).相应指标计算公式为：

(1)

(2)

(3)

式(1)、(2)中，N为供试种子总数，N1为第3 d发芽的种子数，N2为第7 d发芽的种子数；式(3)中，T为处理值，CK为对照值.RI绝对值的大小代表化感作用强度.当RI>0时，表示存在促进效应；当RI<0时表示存在抑制效应[15].

1.6 数据处理

利用SPSS 23.0软件对不同处理下小麦种子萌发及幼苗生长指标进行单因素方差分析，用S-N-K法进行多重比较.同时采用双因素方差分析评价不同浸提液种类与不同浓度的主效应；用Origin 2018软件制作图表.

2 结果与分析

2.1 核桃不同浸提液对小麦种子萌发的影响

2.1.1 核桃不同浸提液对小麦发芽势的影响 核桃不同浸提液对小麦发芽势的影响如图1所示.由图1可知，当核桃叶片浸提液浓度小于0.04 g/mL时，对小麦发芽势具有促进作用，浸提液浓度大于0.04 g/mL时则表现为抑制作用，且抑制作用大于促进作用，但是，核桃叶片浸提液对小麦发芽势的影响在不同浓度间差异不显著(P>0.05).核桃青果浸提液对小麦种子发芽势具有抑制作用，且抑制作用随着浸提液浓度的升高而增强；当浸提液浓度大于0.06 mg/mL时，与对照差异显著(P<0.5).

图1 核桃不同浸提液对小麦发芽势的影响Fig.1 Effects of different extractions from walnut on germination energy of wheat

2.1.2 核桃不同浸提液对小麦发芽率的影响 核桃不同浸提液对小麦发芽率的影响如图2所示.由图2可知，核桃不同组织的浸提液当小麦种子发芽率的影响表现为低浓度下促进及高浓度下抑制的双重效应.其中，核桃叶片浸提液对小麦发芽率的影响在不同浓度间差异不显著(P>0.05)，当浓度小于0.04 g/mL时，对小麦种子发芽率的影响应表现为促进作用，当浓度大于0.04 g/mL时，对小麦发芽率的影响表现为抑制作用；核桃青果浸提液对小麦发芽率的影响在不同浓度间也不显著(P>0.05)，当浸提液浓度小于0.02 g/mL时，对小麦发芽率具有促进作用，当浸提液浓度大于0.02 g/mL时，对小麦发芽率具有一定的抑制作用.

图2 核桃不同浸提液对小麦发芽率的影响Fig.2 Effects of different extractions from walnut on germination rate of wheat

2.1.3 核桃不同浸提液对小麦种子萌发的化感指数 通常用化感指数作为衡量化感强度的指标，本试验中，不同核桃浸提液对小麦种子萌发的化感指数是由发芽率计算所得，结果如图3所示.由图3可知，不同核桃组织的浸提液对小麦种子萌发的化感作用不同.核桃叶片浸提液当浓度小于0.04 g/mL时，对小麦种子萌发的化感作用表现为促进作用，当浸提液浓度大于0.04 g/mL时，对小麦种子萌发的化感作用表现为抑制作用；核桃青果浸提液在浓度为0.02 g/mL时，对小麦种子萌发的化感作用表现为促进作用，当浓度大于0.02 g/mL时，对小麦种子萌发的化感作用表现为抑制作用，且随着浸提液浓度的升高，抑制作用增强.

图3 核桃不同浸提液对小麦种子萌发的化感指数Fig.3 Allelopathic index of germination rates of wheat seeds by different walnut extracts

2.2 核桃不同浸提液对小麦幼苗生长的影响

核桃不同浸提液对小麦幼苗生长的影响如图4所示.由图4可知，核桃叶片浸提液在低浓度(0.02 g/mL)时，对小麦苗高的影响表现为促进作用，在高浓度下(>0.02 g/mL)则表现为抑制作用，且抑制作用随着浸提液浓度的升高而增强，但与对照差异不显著(P>0.05).核桃青果浸提液在低浓度(0.02 g/mL)时，对小麦苗高具有一定的促进作用，但随着浸提液浓度的升高，核桃青果浸提液对小麦苗高的影响表现为抑制作用，且抑制作用随着浸提液浓度的升高而增强，当浓度大于0.08 g/mL时，抑制作用与对照差异显著(P<0.05).

图4 核桃不同浸提液对小麦幼苗生长的影响Fig.4 Effects of different extractions from walnut on growth of wheat

不同浓度的核桃浸提液对小麦主根长的影响差异显著(P<0.05)，其中，叶片浸提液在浓度小于0.02 g/mL时，当小麦主根长的影响表现为促进作用，当浓度大于0.02 g/mL时，对小麦主根长的影响表现为抑制作用，当浸提液浓度大于0.08 g/mL时，抑制作用与对照差异显著(P<0.05)；青果浸提液当浓度小于0.02 g/mL时，对小麦主根长表现为促进作用，当浓度大于0.04 g/mL时，对小麦主根长表现为抑制作用，且随着浓度的升高，抑制作用增强，当浸提液浓度大于0.1 g/mL时，抑制作用与对照差异显著(P<0.05).

不同浓度的核桃叶浸提液和青果浸提液对小麦苗鲜质量的影响总体表现为抑制作用，但抑制作用与对照差异不显著(P>0.05).进一步双因素方差分析结果，如表1所示，浸提液浓度效应对小麦苗高和主根长有极显著影响(P<0.01)，但对苗鲜质量影响不显著(P>0.05)，浸提液种类效应对苗高、主根长及苗鲜质量均有显著影响(P<0.05)，浸提液和浓度的交互效应对小麦苗高、主根长、苗鲜质量的影响均不显著(P>0.05).

表1 质量浓度、浸提液及其交互作用对小麦幼苗生长指标影响的方差分析Tab.1 Variance analysis of effects of mass concentration,extract and their interaction on growth indexes of wheat seedlings

3 讨论与结论

作为植物长期进化过程中形成的一种对环境的适应机制，化感作用的存在，可以保持物种的竞争优势[16-17].化感物质几乎在化感植物的所有器官和组织中都能合成[18-19]，且有研究表明，植物释放的化感物质多数结构简单，可溶于水[20]，因此，以化感植物的器官、组织为供体，利用水浸提法是收集植物化感物质的最常用方法[21]，已在植物化感作用的研究中广泛应用[22-25].种子萌发是植物生命活动中最关键的环节，在一定程度上决定着植物的生长发育，而苗期的长势，则直接影响农业生产中作物的产量.因此，研究化感物质对作物种子萌发及幼苗生长的影响具有重要的意义[26].化感物质对种子萌发具有促进或抑制的双重效应，化感物质对种子萌发的化感效应方向和强度与化感物质种类、浓度有关[27-31].

本试验结果表明，不同浓度的核桃叶片浸提液和青果浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长的影响均表现为促进或抑制作用，表明核桃叶片和青果中均含有亲水性化感物质.同时，不同核桃组织浸提液对小麦种子萌发及幼苗生长的影响程度不同，总体来看，核桃青果浸提液处理对小麦种子萌发及幼苗生长的影响作用强于核桃叶片浸提液的处理，表明核桃不同组织，所含化感物质的量不同，这与胡飞等[32]的研究结果相一致.本试验结果表明，不同浓度的核桃叶浸提液和青果浸提液对小麦种子萌发的化感作用表现为低促高抑的双重效应，这可能是作为一种胁迫作用，化感物质在浓度较低时胁迫较轻，影响了种子萌发过程中活性氧的产生与消除，进而促进种子萌发，但随着胁迫浓度的继续升高，种子细胞膜结构受到破坏，从而影响种子萌发[33-34].本试验结果表明，核桃叶片浸提液和青果浸提液对小麦幼苗不同生长指标的影响不同，对主根长的影响最强，其次是苗高、对苗鲜质量的影响最小.这与张风云等[35]、赵彩霞等[36]的研究结果相一致.这可能是由于植物根系在浸提液中直接与化感物质接触，使得根系细胞膜最先受到破坏引起的[37-38]，也可能是受体植物根系对化感物质较敏感所致[39].

总之，核桃叶片浸提液和青果浸提液对小麦种子萌发和幼苗生长均存在化感作用，总体表现为抑制作用，且青果的抑制作用强于叶片，加之小麦生长需要较强的光照.因此，选择核桃和小麦进行林农间作复合种植时，最好选择尚未结果或结果量少、尚未郁闭的早期核桃园.