不同果樹根系分泌物對咖啡幼苗的影響①

趙維峰 張艷芳 劉勝輝 柴正群 鄧大華 程雙紅 楊文秀③

(1云南農業大學熱帶作物學院 云南普洱 665000；2福建省農業科學院果樹研究所 福建福州 350013；

3中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所 廣東湛江 524091)

咖啡原產于非洲埃塞俄比亞的熱帶雨林地帶[1]。中國的云南、海南、廣東、廣西和臺灣均有栽培。咖啡為多年生熱帶經濟作物，屬短日照植物，如日照時長超過13 h，咖啡植株只能進行營養生長。咖啡不耐強光，栽培需要適當的蔭蔽[2]。因此，適宜的光照時長與強度是咖啡獲得高產的必要條件。果樹是咖啡理想蔭蔽樹種選擇的重要來源，目前生產上已經采用橡膠＋咖啡、香蕉＋咖啡、澳洲堅果＋咖啡、龍眼＋荔枝＋咖啡、柚子＋咖啡等有效的復合栽培方式[3-5]。這些模式不僅使咖啡穩產、高產、品質提高，而且在增加生態系統多樣性，提高土地利用率，減少單作市場風險，調整產業結構等方面都有積極作用[6-7]。

植物在長期生長發育過程中，自身能形成某些化感物質，影響鄰近作物的生長，而且植物之間的化感作用因植物種類、品種、部位和生育期的不同而有所差異。植物的根系與莖、葉、花等地上部分一樣存在分泌現象，分泌產物能夠顯著改變根際生態環境，并對自身及周圍其他物種產生影響。近年來，研究者對不同果樹根系分泌物或浸提物的化感作用進行了研究。董彥[8]以平邑甜茶為試材，認為低濃度的根系浸提液處理對平邑甜茶幼苗高度、葉片葉綠素合成產生極顯著促進作用；高濃度處理產生抑制作用。趙新等[9]研究表明，不同蘋果砧木根系不同濃度的水浸提液對其各自種子的萌發都產生抑制作用，但抑制程度不同。李興發[10]研究認為，梨根系浸提液對梨苗的生長有自毒作用，其抑制效果隨著濃度的增大而愈發顯著。李志霞等[11]研究表明，東北山櫻(甜櫻桃的砧木)根浸提液對幼苗株高、莖粗、發根數量、莖葉和根的生長量、根系活力、PSⅡ最大光化學效率及呼吸底物含量均表現出低促高抑的化感作用效果。李坤等[12]研究了葡萄根系浸提液對葡萄幼苗生長的影響，認為葡萄根系浸提液顯著抑制了葡萄幼苗的生長，且濃度越高，抑制作用越強。郭修武等[13-14]研究認為，葡萄根系分泌物對葡萄組培苗的生長發育影響較大，隨著處理濃度提高，其抑制作用增強?？盗制降萚15]研究表明，葡萄根系浸提液對白芷、柴胡、甘草種子絕對發芽率都具有抑制作用，且隨著濃度的升高，抑制作用越明顯。張權等[16]研究認為，薄殼山核桃根系水浸提液對小麥、大豆萌發及幼苗生長的化感抑制作用較為顯著，且具有顯著的濃度效應(濃度低抑制作用弱，濃度高抑制作用強)。崔翠等[17]研究認為，核桃樹根系分泌物所釋放的化學物質對受體蘿卜和白菜種子發芽、幼苗苗長、幼苗根長以及幼苗體內保護酶活性均表現出抑制作用。顏桂軍等[18]研究認為，芒果和黃皮的水浸提液在高濃度下抑制而在低濃度下則促進玉米、黃豆、南瓜、稗草和馬唐種子的萌發和根生長?？梢?，前人對不同果樹其自身的自毒作用，果樹對短期作物的化感作用進行了一定的研究，但對果樹根系分泌物對咖啡影響的研究較少。因此，本文研究云南咖啡產區的5種特色果樹根系分泌物對咖啡幼苗的影響，為咖啡間作蔭蔽樹的合理配置，減少化感作用的負面影響提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試小?？Х绕贩N為鐵畢卡，菠蘿蜜為馬來西亞無膠菠蘿蜜，澳洲堅果(簡稱堅果)為H2，蒲桃為當地野生種，核桃為娘青核桃，油梨為Hass。

1.2 方法

1.2.1 根系分泌物的收集

準備5個直徑為20 cm的玻璃容器，盛有5～10 cm深的去離子水(或0.005 mol/L CaCl2溶液)，挑選大小一致的2～3片真葉幼苗5株，栽植于玻璃容器中，在溫室適宜的溫度和光照條件下培養72 h，分別收集培養后的5種培養液，用濾紙過濾，將5種濾液分別用去離子水定容至10 L，放于-20℃冰箱內保存備用。

1.2.2 咖啡植株的培養

選用統一規格的塑料方盆(長、寬、高分別為54、17.5、14 cm)，稱取相同質量的土壤(9 690 g)，盆栽播種咖啡種子，每4 d澆1次水，待出苗展葉后，每盆選擇長勢一致的植株留苗9棵進行試驗，整個生長期內不施用任何肥料。

1.2.3 采用單因素試驗

設置6個處理，處理為每4 d澆灌1次根系分泌物濾液(5種果樹)，澆灌清水作為對照(CK)，各5次重復，培養20 d后統一測定指標。

1.2.4 測定指標

根系(或地上部)用蒸餾水洗凈后，105℃殺青30min，65℃烘干至恒重，稱量根系干重和地上部干重；常規法測量株高；采用根系掃描儀EOSON掃描根系，WinRHIZO軟件分析總根長、根系直徑、根表面積、根體積；根系活力用TTC法測定；根可溶性蛋白質采用考馬斯亮藍G-250法測定；采用便攜式葉綠素測定儀SPAD-502Plus測定葉片葉綠素SPAD值。

1.2.5 統計分析

采用Excel 2007對試驗數據進行整理和繪圖，用DPS v9.50 Duncan新復極差法對數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同果樹根系分泌物對咖啡生物量的影響

從圖1可以看出，咖啡生物量對不同果樹根系分泌物響應不一致。菠蘿蜜、堅果、蒲桃和核桃根系分泌物可顯著增加咖啡地上部干重，堅果、菠蘿蜜和蒲桃可增加咖啡根系的干重，堅果和菠蘿蜜達顯著水平。可見，菠蘿蜜和堅果根系分泌物可促進咖啡幼苗的生長。

圖1 果樹根系分泌物對咖啡生物量的影響

2.2 不同果樹根系分泌物對咖啡根系形態的影響

由圖2可知，不同果樹根系分泌物對咖啡幼苗根系形態指標影響不同。堅果、菠蘿蜜、蒲桃根系分泌物顯著增加了咖啡的總根長，其中，堅果促進作用最強，比CK增加了27.69%；堅果處理顯著增加了咖啡幼苗的根系直徑，較CK增加了11%；菠蘿蜜和堅果根系分泌物顯著增加了咖啡根系的總體積，分別比CK增加0.07和0.37 cm3；菠蘿蜜、堅果和蒲桃根系分泌物顯著增加了咖啡根系表面積，堅果處理增加最多，較CK增加了67.75%。由此可見，堅果根系分泌物可促進咖啡根系的生長發育。

圖2 果樹根系分泌物對咖啡根系形態的影響

2.3 不同果樹根系分泌物對咖啡根系活力和可溶性蛋白的影響

從圖3可以看出，不同果樹根系分泌物對咖啡根系活力和可溶性蛋白含量的影響不同。菠蘿蜜、堅果和蒲桃根系分泌物提高了咖啡根系活力，且達顯著水平，而核桃和油梨則降低了咖啡根系活力；堅果、油梨和蒲桃處理增加了咖啡根系可溶性蛋白質含量，堅果處理增加幅度最大。表明堅果和蒲桃根系分泌物可顯著提高咖啡根系活力和可溶性蛋白質含量。

2.4 不同果樹根系分泌物對咖啡株高和葉綠素的影響

由圖4可以看出，咖啡株高和葉綠素對不同果樹根系分泌物的響應不同，有增加也有降低。堅果、蒲桃和核桃處理顯著提高了咖啡株高，3個處理間差異不顯著；菠蘿蜜、堅果和蒲桃顯著增加了咖啡葉片的SPAD值，分別比CK增加了6.30%、8.59%和5.06%，堅果增加幅度最大。

圖3 果樹根系分泌物對咖啡根系活力和可溶性蛋白的影響

圖4 果樹根系分泌物對咖啡株高和葉綠素的影響

3 討論與結論

立體栽培生態農業是可持續綠色農業[19]，是我國農業發展的必然趨勢?？Х仁a蔽樹立體栽培既有利于為咖啡提供蔭蔽條件，又能提高咖啡園的產值和抵御市場風險的能力[5]。

植物總是與鄰株存在著各種相互作用，且隨鄰株物種、基因型的變化會有不同的表現[20]。研究表明，5種果樹菠蘿蜜、堅果、蒲桃、核桃、油梨根系分泌物均對咖啡幼苗的生長產生了不同程度的影響，說明這5種果樹對咖啡具有化感作用。

根系分泌物在調控根際微生態系統結構與功能方面發揮著重要作用，越來越多的研究表明，不論是同種植物還是不同種植物之間相互作用的正效應或是負效應，都有根系分泌物的參與[21]。蘋果砧木[9]、葡萄[13]抑制自身的種子或幼苗的生長，是負效應。東北山櫻和桃樹的根浸提液對其幼苗地上部分的生長量均表現出低促高抑的化感作用效果[11-22]。

不同果樹根系浸提液或分泌物對其他作物的化感效應不同。薄殼山核桃根系水浸提液對小麥、大豆的種子萌發及幼苗生長有抑制作用[16]。核桃樹根系分泌物所釋放的化學物質對受體蘿卜和白菜種子發芽、幼苗苗長、幼苗根長以及幼苗體內保護酶活性均表現出抑制作用[17]。葡萄根系浸提液對白芷、柴胡、甘草種子進行處理，結果顯示，根系浸提液對3種藥材種子的絕對發芽率都具有抑制作用[15]。鐵核桃根系水浸液處理對紫花苜蓿植株生長和生物量無影響[23]；柿樹根提取液對蘿卜、小麥、綠豆、白菜、番茄和黃瓜發芽及幼苗生長無影響[24]。本研究發現，油梨降低了咖啡幼苗生物量，核桃、油梨抑制了咖啡幼苗的總根長、根總體積和根表面積，蒲桃和油梨處理的咖啡根系直徑減小，核桃使咖啡根系活力、可溶性蛋白質含量和葉綠素SPAD值降低。

咖啡根際土明顯抑制咖啡小苗生長，咖啡根系分泌物由多種有機化合物組成，包括烴類、醇類、有機酸類、酯類、酚類等?？Х雀捣置谖镏泻谢形镔|，具有化感作用和自毒作用潛力，并且小粒種與中粒種咖啡根系分泌物化感作用與自毒作用潛力要強于大粒種[25]?？Х雀捣置谖镆种屏丝Х茸愿缟L，且隨著根系分泌物濃度升高，抑制作用增強；低濃度根系分泌物能促進咖啡嫁接苗生長[26]?？Х炔煌a蔽樹的葉片浸提物對咖啡他感作用強弱不同，橡膠樹＞桉樹＞臺灣相思＞銀合歡[27]。本研究發現，菠蘿蜜和堅果根系分泌物可促進咖啡幼苗的生物量，澳洲堅果顯著增加咖啡根系總長、根系直徑、總體積和表面積；澳洲堅果和蒲桃顯著提高咖啡根系活力、根系可溶性蛋白質含量、株高和葉綠素含量。以上試驗結果說明澳洲堅果根系分泌物中可能存在促進咖啡幼苗生長的物質，或者能夠產生具有降解咖啡自毒物質的成分，也可能是刺激形成有利于咖啡生長的根域微生物。由于根系分泌物受植物的發育階段、礦質營養、光、溫度、CO2等生長環境的影響，所以還需進一步的研究，更好地指導咖啡生產。