巨桉凋落物浸提液对种子萌发的影响

2022-07-14张云德曹举英廖柯翔雷应雪杨礼通

四川农业科技 2022年6期

张云德，曹举英，廖柯翔，雷应雪，肖敏，张冬，杨礼通*

(1.四川省广元市利州区林业局，四川广元 628000；2.大熊猫国家公园彭州管护总站，成都 611930；3.四川大学锦江学院，成都 620860；4.成都市彭州市规划和自然局,成都 611930)

巨桉(Eucalyptusgrandis)是双蒴盖亚属横脉组柳桉系树种，属于桃金娘科(Myrtaceae)桉树属(Eucalyptus)植物。自20世纪大量引种栽培到我国以来，因其具有生长速度快、适应环境能力强、木材优质等优点，其发展面积超过了我国一些乡土树种的面积，成为我国重要的生态和木材原料树种，为解决我国因天然林保护实施的木材禁伐而带来的木材工业原料短期问题做出了积极的贡献。巨桉自然分布于澳大利亚东部沿海地带[1]，经过几十年的引种和发展，目前，在广东省、广西省及云南省等区域成为桉树属里面栽培面积最大的一个种。目前社会对巨桉产生的各类生态问题有激烈的讨论，大量的研究表明，巨桉的根、茎、叶等植物器官中均含有不同类型的化感物质，这些化感物质部分是挥发性物质，部分是水溶性物质和脂溶性物质，巨桉大量强烈且大量的化感物质对周边的植物生长产生了一定的抑制效应，从而造成桉树林下植物多样性和动物多样性降低、土壤含水量下降、当地生态环境恶化的现象[2]。

前期研究表明，巨桉根、茎、叶等组织器官中共含有48种不同的化感物质，这些化感物质可以分为11类。不同生长年限的巨桉林，其化感物质浓度及组成均存在一定的差异。同时，巨桉的根、茎、叶等器官中的酚类、黄酮类等主要化感组成物质也存在差异。大量的学者在前期开展了巨桉的化感物质研究，如汪金刚等[3]研究了不同浓度下的巨桉根茎叶等浸提液对赤子爱胜蚓体内酶活性的影响。王春子等[4]研究了土壤细菌群落对巨桉化感物质的响应。张丹桔等[5]对不同林龄的巨桉人工林的化感物质浓度变化和组成进行了系列的研究。李羿桥等[6]则对巨桉叶分解过程中，产生的水溶性的化感物质对3种草种萌芽及生理的影响进行了研究。这些研究有效地推动了巨桉化感效应的认识，对大面积发展巨桉提供了科学支撑作用。这些研究多数主要集中在森林生态系统，由于巨桉作为农林复合生态系统的重要树种，对植物种子萌芽的影响程度如何，需要开展进一步的研究。

因此，为深入了解巨桉凋落物浸提液的化感作用，研究以小麦、水稻、玉米和柏木种子为受体，探索巨桉凋落物浸提液影响下，这4种种子萌芽特征，其研究成果主要揭示3种农作物和1种树种对巨桉化感物质的响应，从而为合理协调发展巨桉人工林产业具有重要的意义。

1 试验方法

1.1 试验处理

将巨桉凋落叶在实验室内将巨桉凋落物用尼龙网进行收集，在温度为60℃的烘箱中烘干，直到恒重，一般需要24h。然后将凋落物进行粉碎，用天平称量粉碎后的凋落物300g，放入1000mL的烧杯中，并加蒸馏水300mL，确保凋落物完全被蒸馏水浸泡。同时，烧杯口用保鲜膜密封后，把烧杯放到温度为20℃的培养箱中，待48h后取出烧杯。用折叠好的3层纱布进行过滤，滤液进行离心处理(转速为4 000 r/min，时间为5min)，取离心后的上清液作为水浸提液的原液，其浓度为1.00g/mL(凋落物重量与蒸馏水的比)。用移液管分别量取25、50、75mL的母液到容量瓶中(规格为100mL)进行定容，定容后的溶液配制成3种相当于原凋落物质量浓度的浸提液(0.25g/mL，0.50g/mL和0.75g/mL)，为了防止溶液发酵变质，配置好的浸提液被置于冰箱备用(4℃)，具体处理见表1。

表1 巨桉凋落物浸提液试验处理及其浓度

1.2 种子萌发

选择水稻(Oryzasativa)、小麦(Triticumaestivum)、玉米(Zeamays)和柏木(Cupressusfunebris)等种子进行萌发试验。试验采用培养皿滤纸法，在每个培养皿中铺垫双层滤纸，并选取30粒无病虫害、质量较好、饱满、大小均匀的种子，这些种子经过浸种处理后，进行萌芽试验。将准备好的4种浓度的浸提液添加到培养皿中，注意不能全部把种子淹没，以淹没种子的1/3为宜。同时，以蒸馏水处理为对照(T0)，试验中的各处理均重复3次。

将处理好的培养皿放置在光照培养箱中(其中昼夜分别为12h/d，温度设置为20℃)培养，待种子萌芽3d后，对种子的萌芽和种子发霉情况进行记录。其中，当种子的胚根/胚轴突破种皮1～2mm的标准时，种子被视为发芽。本次试验共观察14d。

1.3 测定指标

参照种子发芽的相关标准，将本试验记录的数据按照发芽速率(GS)、最终发芽率(FG)和化感效应敏感指数(RI)等3个指标参数进行计算[1]：

(1)发芽速率(GS)=∑(Gt/Nt)

该指数的计算用每天累计的发芽种子数除以相应的天数，再进行求和。其中，Gt为逐日发芽种子数之和，Nt为相应发芽天数。

(2)最终发芽率(FG)=发芽种子总数/供试种子总数×100%

(3)化感效应敏感指数(RI)，RI的绝对值大小反应化感作用的强弱。当为化感抑制作用(RI<0)，为化感促进作用(RI>0)。

RI=T/1-C(T

RI=1-C/T(T≥C)

式中，T为处理值，C为对照值。

1.4 数据处理

种子萌芽数据的处理采用Excel 2010进行分析，不同浓度凋落物浸提液对种子萌芽的影响采用SPSS19.0软件中的多重方差分析进行，本研究中的显著性水平设置为P=0.05。

2 结果与分析

2.1 巨桉化感物质对种子发芽率的影响

巨桉凋落物浸提液均降低了4种种子的发芽率，且4种种子的发芽率随着浸提液浓度的增加而降低，尤其是玉米和柏木种子发芽率受浸提液影响最大(图1)。其中，T1、T2和T3浓度下，小麦发芽率下降不显著(P>0.05)，T4浓度显著降低了小麦的发芽率(P<0.05)，发芽率为43.33%。T1和T2浓度下，水稻发芽率均在93.33%，发芽率下降不显著(P>0.05)，而T3和T4浓度显著降低了水稻的发芽率(P<0.05)，其发芽率分别为50.00%和46.67%。玉米和柏木种子发芽率对巨桉浸提液的影响尤其明显，其浸提液各浓度均显著降低了玉米和柏木种子的发芽率(P<0.05)，尤其在高浓度T3和T4下，玉米发芽率降低至23.33%和16.67%，柏木发芽率降低至16.67%和6.67%。

图1 四种种子发芽率特征

2.2 巨桉凋落物化感效应敏感指数特征

与对照相比，巨桉凋落物各浓度浸提液均对4种种子的的萌发产生的不同的抑制作用，并且呈现出随着浸提液浓度的升高，化感效应敏感性增强的趋势(图2)。4种种子萌发的化感抑制作用比较来看，玉米和柏木受抑制作用高于小麦和水稻，表明不同种子萌芽对巨桉浸提液的响应存在一定的差异。其中，高浓度浸提液对小麦(T4)和水稻(T3和T4)的抑制作用较大，其中，T3浓度对小麦的抑制作用化感效应敏感指数为-0.57，T3和T4对水稻的抑制作用化感效应敏感指数为-0.50和-0.53，玉米和柏木种子对巨桉浸提液化感效应敏感指数均在-0.50以上，其最高值在T4浓度下对柏木的影响，化感效应敏感指数为-0.93。

图2 巨桉化感效应敏感指数特征

2.3 巨桉化感物质对种子发芽速率的影响

从图3可以看出，巨桉凋落物浸提液对种子发芽速率产生了一定影响。总体表现为低浓度的浸提液促进了各类种子的发芽速率。而高浓度则降低了其发芽速率，同时4种种子的发芽速率随着浸提液的浓度增加而降低，表明高浓度的巨桉浸提液降低了4种种子的活力，而低浓度浸液，尤其是T1处理下，小麦、水稻和玉米等作物种子的发芽速率有较高的提升。

图3 巨桉凋落物浸提液对种子发芽速率的影响

3 讨论

化感物质是植物的次生代谢物质，主要包括酚类、萜类、生物碱等次生代谢物。其主要通过降水的淋溶作用、植物自身的挥发作用、凋落物通过分解释放和根系代谢过程中的分泌等方式而产生大量的化学物质，这些物质是大多是化感物质的重要组成。同时，这些物质不断向其周围环境进行释放，对其他的植物正常的萌芽和生长产生的强烈的影响[7]。大量的研究表明，植物的化感物质作用，其不仅对非同种植物造成影响，而且对同种植物也会带来影响，这些影响有些是起着促进效果，而有些是抑制效果[8]。

巨桉作为外来引进的速生树种，具有生长快等特点，巨桉林下植物多样性减少问题是学术界长期研究的内容，目前的研究结果表明，导致巨桉人工林生物多样性减少的重要原因是其化感作用导致，巨桉可以通过根系、树皮、枝叶等分泌和释放出成分复杂的化感物质，从而抑制了其他生物的生长。其中，凋落物通过自然降水的浸泡作用，而将溶解于水的化感物质渗入土壤中，从而抑制了土壤中的种子萌发[9]。

研究表明，巨桉凋落物浸提液对水稻、小麦、玉米和柏木种子发芽率产生了显著影响，这些种子的发芽率随着巨桉凋落物浸提液浓度的增高而呈现降低的趋势，表明高浓度对种子的抑制作用较明显。同时，由于本试验处理中，最高浓度是1.00g/mL，是其他相关试验研究处理最高浓度10倍，因此，在本次试验过程中，4种种子萌发对高浓度有显著的响应。同时，本研究采用化感效应敏感指数来分析巨桉凋落物浸提液对植物种子萌发的影响。一些研究认为，植物浸提液对种子萌芽表现出促进和抑制作用。而在本研究中，巨桉浸提液对所研究的4种种子萌芽总体上是抑制作用，并且水稻和小麦在低浓度时受到的抑制作用较小，而玉米和柏木种子无论浸提液浓度高低，对其抑制作用均较高，表明巨桉浸提液对植物种质的化感抑制和促进作用是有选择性的[10]。

植物种子的发芽速率是反映种子活力的有效方法[11]，常用于衡量植物种子发芽快慢的一个重要指标[12]。本研究表明，巨桉低浓度浸提液(T1)能提供3种农作物种子的发芽速率，而高浓度则抑制4种种子的发芽速率。