火炬树叶水浸液对白菜种子萌发的影响

岳 杰，程广有

(北华大学林学院，吉林 吉林 132013)

火炬树(RhustyphinaL.)又名加拿大盐肤木，漆树科(Anacardiaceae)盐肤木属(RhusL.)植物，原产于北美东部，1959年引入我国，在水土流失地区广为栽种.火炬树是阳性树种，主根上的萌蘖芽十分茂盛，具有“独木成林”的特性，抗寒、耐盐碱，适应性极强.火炬树有颜色鲜明的果穗和树叶，观赏性强，是园林中常见的秋色叶树种.然而，在实际的植物配置中，大面积种植火炬树后常常会出现群落单一现象[1].外来物种进入新环境中大肆繁殖，可能会导致本地物种灭绝，降低生物多样性.外来物种入侵过程中，常常释放化感物质来影响邻近植物，这就是化感作用，是一种植物或微生物通过向环境释放某些化学物质，从而影响其他有机体的化学生态学现象，这种现象广泛存在于自然界中[2].化感物质是植物次级代谢产物，几乎存在于所有器官和组织中[3]，主要通过雨雾淋溶等途径向周围环境释放[4].化感作用有自毒和他感两种形式[5]，常应用在防治杂草和探究生物入侵[6-8]等方面.利用火炬树，既要发挥其观赏性、适应性强的优势，也要防范其破坏式繁殖的发生.本试验研究火炬树对白菜的化感效应，深入生理生化水平探索其化感作用机理，为进一步研究火炬树的化感作用奠定基础.

1 材料与方法

1.1 材 料

2020年10月，在北华大学校园内收集火炬树树叶，自然风干.白菜种子购买于本地种子经销商.

1.2 方 法

1.2.1 水浸液制备

将火炬树树叶材料粉碎后于25 ℃下浸泡24 h，超声仪震荡，使其分层.继续浸泡24 h，经双层纱布过滤得到火炬树叶水浸液母液.按比例稀释，得到质量浓度为20、40、60、80 g/L的火炬树叶水浸液，置于4 ℃冰箱保存备用.

1.2.2 种子萌发试验

采用培养皿滤纸法进行种子萌发试验.铺两层滤纸于培养皿中，将消毒后的种子均匀摆在滤纸上.每皿100粒，3次重复.培养皿中分别加入不同质量浓度水浸液，对照组加入等量蒸馏水.将培养皿置于25 ℃恒温培养箱内培养，视情况补充对应质量浓度水浸液或蒸馏水.计算发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数：

活力指数(VI)=GI×S，

式中：Gt为种子在第t日的发芽数量；Dt为第t日发芽所对应的天数；S为平均鲜重(g).

1.2.3 生化指标测定

采用种子萌发试验方法培养大量白菜芽苗，于第10天清洗剪碎备用.参照刘永军等[9]的方法制备酶液，取样品于预冷的研钵研磨后冷冻条件下离心，上清液即为粗酶液，用于MDA含量、POD活性测定.取上述粗酶液，参考王连荣等[10]的方法，采用硫代巴比妥酸(TBA)法测定MDA含量，愈创木酚比色法测定POD活性.

1.2.4 化感效应计算

利用化感效应指数(RI)计算化感效应.RI参照WILLIAMSON[11]的方法：

式中：C为对照组平均值；T为处理组平均值.RI>0，为促进作用；RI<0，为抑制作用；RI绝对值大小表示化感效应的强弱.

1.3 数据统计分析

采用Microsoft Excel 2010软件统计数据及作图，利用SPSS 26.0软件对数据进行单因素方差分析和差异显著性检验(LSD).

2 结果与分析

2.1 白菜种子萌发

2.1.1 发芽进程

白菜种子发芽进程见图1.由图1可见：在发芽起始时间上，不同质量浓度水浸液间无差异，第1天均开始发芽；在发芽高峰期上，CK和20 g/L在第1天就达到发芽高峰，分别发芽79和57个，中、高质量浓度的40、60和80 g/L在第2天达到发芽高峰，分别发芽51、49和26个，中、高质量浓度水浸液推迟了发芽高峰期，降低了发芽高峰期的发芽数量；在发芽持续时间上，CK和20 g/L发芽持续了3 d，中、高质量浓度的40、60和80 g/L发芽持续了5 d，中、高质量浓度水浸液延长了发芽的持续时间.火炬树叶水浸液推迟了白菜种子发芽高峰期，降低了发芽高峰期发芽数量，延长了发芽持续时间.

图1 白菜种子萌发进程Fig.1 Seed germination process of Samolous parviflorus

2.1.2 种子萌发

火炬树叶水浸液对白菜种子发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数的影响方差分析结果见表1.由表1可见：不同质量浓度火炬树叶水浸液处理之间白菜种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数差异极显著(F为308.66**、35.67**、54.19**、47.40**).

表1 白菜种子萌发指标方差分析Tab.1 Variance analysis of seed germination parameters of Samolous parviflorus

进一步对发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数进行多重比较，结果见表2.由表2可见：火炬树叶水浸液明显抑制了白菜种子的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数，并随着水浸液质量浓度的提高，抑制作用增强.质量浓度在20～80 g/L时，发芽势为56.67%～1.33%，比CK降低了27.96%～98.31%；发芽率为89.67%～37.00%，比CK降低了4.26%～60.64%；发芽指数为91.97～33.33，比CK(95.36)降低了3.55%～65.07%；活力指数为2.14～0.67，比CK(2.47)降低了13.36%～72.87%.当质量浓度为最高的80 g/L时，水浸液表现出了最强的抑制作用：发芽势，发芽率、发芽指数和活力指数依次仅为1.33%、37.00%、33.33、0.67，比CK降低了98.31%、60.64%、65.07%、72.87%.发芽势在20 g/L时开始差异显著，发芽率在60 g/L时开始差异显著，发芽指数和活力指数在40 g/L时开始差异显著.

表2 白菜种子萌发指标多重比较Tab.2 Multiple comparisons of seed germination parameters of Samolous parviflorus

2.2 生化指标

火炬树叶水浸液对白菜芽苗MDA含量和POD活性的影响方差分析结果见表3.由表3可见：不同质量浓度火炬树叶水浸液间白菜芽苗的MDA含量和POD活性差异极显著(F为135.78**、158.63**).

表3 白菜生化指标方差分析Tab.3 Variance analysis of biochemical index of Samolous parviflorus

进一步对MDA含量和POD活性进行多重比较，结果见表4.由表4可见：火炬树叶水浸液明显提高了白菜芽苗的MDA含量，促进了POD活性，并随着水浸液质量浓度的提高，促进作用增强.20～80 g/L质量浓度水浸液处理下，MDA质量摩尔浓度为4.10～13.75 mmol/g，是CK(3.47 mmol/g)的1.18～3.96倍；POD活性为181.48～392.59 U/(min·g)，是CK的2.33～5.05倍.最高的80 g/L质量浓度处理下，促进作用最强，MDA质量摩尔浓度为13.75 mmol/g，POD活性为392.59 U/(min·g)，比CK提高了3.96倍和5.05倍.MDA含量在40 g/L时开始差异显著，POD活性在20g/L时开始差异显著.

表4 白菜生化指标多重比较Tab.4 Multiple comparisons of biochemical index of Samolous parviflorus

2.3 火炬树叶水浸液对白菜的化感效应

2.3.1 水浸液对种子萌发的化感效应

火炬树叶水浸液对白菜种子萌发指标的化感效应见图2.由图2可见：RI<0，化感效应为抑制作用，随着水浸液质量浓度的提高，RI的绝对值增大，抑制作用增强.发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数的RI绝对值均在80 g/L达到最大，分别为-0.987、-0.606、-0.651、-0.720.化感效应强度为发芽势>活力指数>发芽指数>发芽率.

2.3.2 水浸液对生化指标的化感效应

火炬树叶水浸液对白菜芽苗生化指标的化感效应见图3.由图3可见：RI>0，化感效应为促进作用，并随着水浸液质量浓度的增加而增强，80 g/L对MDA含量及POD活性的促进作用达到最大，RI分别为0.747、0.802，化感效应强度为POD活性>MDA含量.

图2 火炬树叶水浸液对白菜种子萌发的化感效应Fig.2 Allelopathic effect of extraction from leaves of Rhus typhina on seed germination of Samolous parviflorus

图3 火炬树叶水浸液对白菜种子生化指标的化感效应Fig.3 Allelopathic effect of extraction from leaves of Rhus typhina on biochemical index of Samolous parviflorus

3 结论与讨论

3.1 结 论

3.1.1 火炬树叶水浸液对种子萌发的影响

火炬树叶水浸液抑制白菜种子萌发.一方面，火炬树叶水浸液推迟了白菜种子的发芽进程，体现在推迟了白菜种子发芽高峰期的到来，降低了发芽高峰期的发芽数量，延长了发芽的持续时间.80 g/L处理下，白菜种子在第2天才达到发芽高峰，仅发芽26个，发芽持续了5 d.另一方面，火炬树叶水浸液抑制了白菜种子萌发，表现为抑制发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数，随着质量浓度的提高，抑制作用增强.化感效应强度为发芽势>活力指数>发芽指数>发芽率.80 g/L处理下，白菜种子的发芽势RI达到了-0.987.

3.1.2 火炬树叶水浸液对生化指标的影响

火炬树叶水浸液在生理生化水平上提高了白菜芽苗的MDA含量与POD活性.随着水浸液质量浓度的提高，MDA含量增加，说明水浸液质量浓度越高，白菜芽苗体内细胞的过氧化程度越高，细胞受损程度越深.POD活性随着水浸液质量浓度的提高而提高，表明化感胁迫下植物细胞产生了多余的活性氧(ROS)物质，细胞受损加剧，组织老化加深，要依靠提高POD活性进行调节.化感效应强度为POD活性>MDA含量，80 g/L处理下，POD的RI达到0.802.

3.2 讨 论

种子萌发是植物生命周期中最关键的生物学过程，影响植物的正常生长发育.种子发芽率能敏感地反映化感作用，发芽率降低会削弱本地物种在群落中的多度和早期竞争力[12]；活力指数和发芽指数降低说明种子生命力、活力低.本试验中，火炬树叶水浸液推迟了白菜种子的发芽进程，阻碍了正常萌发.火炬树叶水浸液对白菜种子的发芽率产生了显著的抑制作用，显示出强烈的化感作用.化感物质大多都表现为抑制种子萌发[13-14]，这种抑制作用与质量浓度有很大关系[15-17].本试验中，当水浸液质量浓度≥20 g/L时，抑制白菜种子的发芽势；当质量浓度≥40 g/L时，抑制发芽指数和活力指数；当质量浓度≥60 g/L时，抑制发芽率.可见，较高质量浓度的火炬树叶水浸液(60和80 g/L)对种子萌发的抑制作用更强.

生化指标的改变揭示了化感作用机制.MDA和POD均可反映植物细胞受损程度.化感胁迫导致植物细胞中ROS大量积累[18]，而ROS含量的升高会导致MDA积累，膜脂过氧化，细胞膜稳定性遭到破坏.作为膜脂过氧化产物，MDA影响着种子的质量[19]，受到逆境胁迫的种子MDA含量较高.周武先等[20]利用半夏水浸液处理白菜时，MDA含量升高，细胞受损程度加深.本试验中，处理组MDA水平显著高于CK，说明在化感胁迫下，MDA含量增大，膜脂过氧化程度加深，细胞受损.POD活性提高主要是为了保护植物细胞正常生长.在外界不利因素胁迫下，植物细胞中产生ROS、清除失调，作为抗氧化物保护酶，POD可以激活抗氧化酶系统，以排除植物体内过量的ROS[19].MATTERS[21]的研究表明，当植物体内产生了多余的ROS时，在有限范围内，为了抵御外界不利环境胁迫，酶活性会提高.本试验中，处理组POD水平显著高于CK，说明在化感胁迫下，细胞内部受损，致使POD活性提高.