核桃葉水浸提液對藥材種子萌發及幼苗生長的化感效應

李 茜，何 俊，呂 雯，張碩新

(1.寧夏大學 環境工程研究院，寧夏 銀川 750021；2.教育部中阿旱區特色資源環境治理國際合作聯合實驗室，寧夏 銀川 750021；3. 寧夏(中阿)旱區資源評價與環境調控重點實驗室，寧夏 銀川 750021；4.西北農林科技大學 林學院，陜西 楊凌 712100)

【研究意義】化感作用是指高等植物次生代謝產生的化學物質釋放到環境中, 對其臨近植物或自身產生的不利或有利作用[1]。化感作用廣泛存在于農林生態系統中，影響著植物群落的結構、演替和農作物的產量[2]。植物的化感作用有明顯的選擇性、專一性，且同一化感物質對同一植物，質量濃度高低不同時，則會產生抑制或促進兩種截然不同的作用。近年來，隨著農業產業結構的不斷調整，我國大力發展了經果林，栽培面積逐年增大。農林復合系統是一種高效的土地利用方式[4]，不僅能夠協調農林用地間的矛盾、高效利用各種自然資源，同時還有助于提高土地利用率、起到保護生態環境[5]的作用，而林-藥復合種植是特種農林復合系統中的一種。在林下種植一些短期作物，或見效快、收益早的物種，能達到以短養長，短、中、長相結合的優勢效應，應用前景廣泛。【前人研究進展】核桃(JuglansregiaL.)又名胡桃，胡桃科(Juglandaceae)核桃屬(JuglansL.)植物，是我國重要的經濟林樹種之一，其栽培歷史悠久，分布廣泛，資源較為豐富[3]。核桃是最早發現的化感植物之一，被認為是具有強烈化感作用的植物，目前核桃的農林復合種植模式已受到國內外的廣泛重視。研究人員針對核桃化感作用開展了大量的研究工作[6-9]，但是大都集中在受體植物是玉米、小麥、大豆、黃瓜、蘿卜、番茄等作物蔬菜類植物，而對于中藥材植物的化感效應研究鮮有報道。種子萌發是植物生命周期中的關鍵環節, 對植物生長發育至關重要[10],合理的選擇物種搭配，科學利用植物間的化感作用，對于農林業生產實踐具有重要的指導意義。【本研究切入點】本文研究了核桃葉不同濃度水浸提液對中草藥白術、板藍根、遠志和丹參種子萌發相關指標的影響以及對幼苗生長的化感效應。【擬解決的關鍵問題】旨在探討核桃對不同藥材種子的化感作用潛力，揭示核桃與中草藥復合種植的可行性，為充分發揮林-藥復種植合經營模式提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以西北農林科技大學林學院苗圃的2年生核桃苗為供體植物，以采購于陜西省西安市藥材市場的板藍根、白術、遠志、丹參種子為受體植物。

1.2 試驗方法

1.2.1 核桃葉水浸提液的制備 采集當年生核桃鮮葉，采樣后用蒸餾水沖洗，自然晾干表面水分后剪成1 cm左右的小段。稱取10 g剪好的鮮葉放入三角瓶中，加入100 mL蒸餾水后靜置24 h(室溫20～25 ℃)后，經過3層濾紙過濾即得濃度為 0.1 g/mL的水浸提液母液，置于4 ℃冰箱中保存備用。

1.2.2 生物測定 將母液用蒸餾水稀釋為0.0025、0.005、0.025 和0.05 g/mL 4個濃度梯度，以蒸餾水為對照，共設5個處理。取以上濃度水浸提液6 mL分別加入鋪有2層濾紙的培養皿中(直徑9 cm)。濾紙上播種經過H2O2消毒3 min的且均勻飽滿的受體植物種子，每皿30粒。每個處理5次重復，在培養箱(25 ℃)條件下暗培養，每24 h補充核桃葉水浸提液或蒸餾水1 mL。2 d后觀察受體種子萌發率，每24 h調查發芽種子數，待種子完全發芽后，測定各受體植物幼苗長，幼根長，幼苗鮮重。

1.3 數據分析

1.3.1 數據分析參數 發芽勢(%)=(發芽初期正常發芽種子數/供試種子數)×100 %

發芽勢(%)=(發芽終期正常發芽種子數/供試種子數)×100 %

發芽指數(%)=(Gt/Dt)，Gt為第t天的發芽數，Dt為相應的發芽天數

1.3.2 數據統計分析方法 數據采用Excel和SPSS軟件進行統計分析。化感效應參照Williamson等提出的化感效應指數(RI)來衡量。

2 結果與分析

2.1 不同濃度核桃葉水浸提液對受體種子發芽勢的影響

不同濃度核桃葉水浸提液對受體種子發芽勢的化感效應有促進作用，也有抑制作用，因受體植物的種類不同而有所不同，也因水浸提液濃度不同而有所差異(表1,圖1)。

不同濃度核桃葉水浸提液對白術和遠志種子的發芽勢呈促進作用。當濃度為0.0025 和0.005 g/mL處理下，白術發芽勢分別達到了15.00 %和13.33 %，與對照發芽勢差異顯著，其RI分別為0.6667和0.6250。當濃度為0.005 g/mL處理時，對遠志種子發芽勢的促進作用最大，其RI達到了0.6111，和對照的發芽勢存在顯著差異。不同濃度核桃葉水浸提液對板藍根和丹參種子的發芽勢呈現出抑制作用，且抑制作用的強弱隨著浸提液濃度的增加而表現出增強的趨勢。當濃度為0.05 g/mL處理時，板藍根和丹參種子的發芽勢分別為3.33 %和6.67 %，其相應RI分別為-0.8571和-0.6363，處理組和對照組之間差異顯著。

2.2 不同濃度核桃葉水浸提液對受體種子發芽率的影響

不同濃度核桃葉水浸提液對受體種子發芽率的影響可以劃分為3種類型(表1，圖2)。第一種是浸提液對白術種子的發芽率有低促高抑的雙重濃度效應。濃度為0.0025、0.005和0.025 g/mL時，發芽率分別比對照提高了69.23 %、30.79 %和23.08 %；當濃度為0.05 g/mL時，對白術種子發芽率表現出抑制作用，發芽率僅為對照發芽率的84.63 %，其RI為-0.1537。 第二種是浸提液對對板藍根和遠志的發芽率具有促進作用，但化感作用強弱因受體植物的種類不同而不同。當濃度為0.0025 g/mL時，對板藍根種子的發芽率有明顯的促進作用，其發芽率達到了63.33 %，RI為0.4473。當4種濃度的浸提液處理下對遠志種子發芽率都呈現出微弱的促進作用，但和對照組不存在顯著差異。第三種是浸提液濃度越大，丹參種子的發芽率越低，當濃度達到0.05 g/mL時，丹參種子的發芽率僅為46.67 %，其RI為-0.4399。

注：表中數據為不同處理的均值；數據后所標字母為鄧肯氏多重比較的結果，同列數據后標有相同字母表示無顯著差異(α=0.05)。下表同。

Note：The data in the table are the mean value of different treatments. The letter after data expression Duncan’s multiple comparison results. Those date in the same column with the same letter indicate there is no significant difference(α=0.05).The same as below.

2.3 不同濃度核桃葉水浸提液對受體種子發芽指數的影響

不同濃度核桃葉水浸提液對4種受體植物種子的發芽指數的影響見(表1，圖3)。當濃度為0.0025、0.005和0.025 g/mL時，白術種子發芽指數分別為4.67、4.10和3.36，較對照提高了85.31 %、62.69 %和33.33 %；當濃度為0.05 g/mL時，白術種子發芽指數為2.27，其RI為-0.1537。不同濃度核桃葉水浸提液對板藍根和遠志同樣表現出促進作用，但作用強度隨著濃度的增加而逐漸減弱。當濃度為0.0025 g/mL時，對板藍根種子的發芽勢呈現出明顯的促進作用，其RI達到了0.5198。4種浸提液濃度處理下遠志種子發芽指數的RI分別為0.1773、0.1599、0.1404和0.0091。不同濃度核桃葉水浸提液對丹參種子的發芽指數表現出低促高抑的雙重濃度效應, 當濃度為0.05 g/mL時，丹參種子發芽指數為3.75，其RI為-0.4769。

圖2 不同濃度核桃葉水浸提液對受體種子發芽率RI的影響Fig.2 RI of germination rate of receptor plants under different walnut leaves extracts concentration

圖3 不同濃度核桃葉水浸提液對受體種子發芽指數RI的影響Fig.3 RI of germination index of receptor plants under different walnut leaves extracts concentration

2.4 不同濃度核桃葉水浸提液對受體幼苗苗長的影響

不同濃度核桃葉水浸提液對白術和遠志的幼苗苗長呈現出抑制作用，隨著浸提液濃度升高，其化感作用強度增大(表2，圖4)。整體來看，對遠志幼苗的苗長抑制作用要大于對白術幼苗苗長，可見遠志幼苗苗長對核桃葉水浸提液中的化感物質較為敏感。白術幼苗苗長在0.0025、0.005和0.025 g/mL處理下其苗長與對照差異顯著，濃度為0.05 g/mL處理下抑制作用最強，苗長僅為對照苗長的76.82 %，其RI達到了-0.2316。遠志幼苗苗長在4種濃度的浸提液處理下，其苗長與對照之間差異顯著，各處理RI值分別為-0.3860、-0.4872、-0.4627和-0.4833。不同濃度浸提液對板藍根幼苗苗長的化感作用表現出低濃度促進，高濃度抑制的作用效果，而對丹參幼苗苗長均表現出促進作用，但是對照組和處理組之間差異并不顯著，4種處理對丹參幼苗苗長的RI值分別為0.0926、0.1736、0.2059和0.0875(圖4)。

2.5 不同濃度核桃葉水浸提液對受體幼苗根長的影響

不同濃度核桃葉水浸提液對白術和遠志幼苗根長表現出促進作用，且隨浸提液濃度的增加，促進作用減弱(圖5)。4種濃度浸提液對白術幼苗根長的RI分別為0.6935、0.6761、0.6806和0.4476。當濃度為0.0025 g/mL，遠志幼苗根長比對照提高了82.45 %，其與對照組和其他處理組之間差異顯著。不同濃度核桃葉水浸提液對板藍根根長的化感作用表現為低促高抑雙重濃度效應，當濃度為0.0025 g/mL，其RI為0.1697，而濃度為0.005、0.025和0.05 g/mL對其RI分別為-0.4150、-0.5914和-0.5269。不同濃度浸提液對丹參幼苗根長表現出抑制作用，且隨著核桃葉水浸提液質量濃度的增加，對丹參幼苗根長的抑制作用逐漸增強，4種處理對丹參幼苗根長分別較對照降低了31.41 %、35.43 %、41.89 %和67.88 %。

圖5 不同濃度核桃葉水浸提液對受體幼苗根長RI的影響Fig.5 RI of root length of receptor plants under different walnut leaves extracts concentration

2.6 不同濃度核桃葉水浸提液對受體幼苗鮮重的影響

不同濃度核桃葉水浸提液對不同受體幼苗鮮重的影響表現出不同的化感作用效應(表2，圖6)。低濃度0.0025 g/mL對白術幼苗鮮重表現為促進作用，鮮重比對照增加了16.34 %，其RI為0.1405，當濃度為0.05 g/mL處理時，白術幼苗鮮重僅為0.0025 g/mL處理下的62.41 %。當濃度為0.0025 g/mL時對板藍根幼苗的鮮重表現出微弱的促進作用，其RI為0.0672。不同濃度浸提液處理對遠志幼苗的鮮重的影響和對照組之間沒有顯著差異，而對丹參幼苗的鮮重均表現出抑制作用，當濃度為0.05 g/mL時，丹參種子幼苗鮮重11.40 mg，RI達到了-0.3495，僅為對照鮮重的65.03 %。

3 討 論

化感作用在可持續農業、環境保護領域以及農林復合種植模式中具有重要作用及應用前景。我國對植物化感作用的研究起步較晚，且多集中在水稻、小麥等農作物[11-12]，在林業方面主要集中在桉樹、馬尾松、杉木和楊樹等幾種用材樹種上[13-16]。很多研究結果表明，植物化感作用存在濃度效應，即化感作用強度隨著化感物質質量濃度的增加而增加[17]。在一定質量濃度范圍內，核桃凋落葉浸提液對蘿卜種子萌發及幼苗生長具有較明顯的抑制作用，且隨著處理液質量濃度的升高抑制作用增強[18]。薄殼山核桃根系水浸提液對小麥、大豆種子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[19]。胡桃醌和核桃葉水浸提液能夠明顯降低西紅柿、黃瓜及向日葵的幼苗生長，但是又能顯著促進西瓜的幼苗生長[20]；核桃葉水浸提液對白術幼苗的株高、地徑、葉綠素含量及凈光合速率和氣孔導度的影響均表現出低促高抑的雙重質量濃度效應[21],這和本研究結果核桃葉水浸提液對白術種子的發芽率有低濃度促進高濃度抑制的雙重效應結論一致。

圖6 不同濃度核桃葉水浸提液對受體幼苗鮮重RI的影響Fig.6 RI of fresh weight of receptor plants under different walnut leaves extracts concentration

不同受體植物的發芽勢、發芽率和發芽指數分別從3個方面反應了化感物質對受體種子萌發的化感作用。受體種子幼苗的鮮重又是幼苗長和幼根長的綜合表現。本研究結果表明：不同濃度核桃葉水浸提液對遠志的發芽勢、發芽率和發芽指數均表現為促進作用，說明遠志在種子萌發的整個過程中，對核桃葉水浸提液中的化感物質有很好的適應性。相同濃度的核桃葉水浸提液對不同的受體植物表現出的化感效應不相同，對同一種受體的不同部位(幼苗長和幼根長)也有不同的化感作用[22]。晏婷研究結果表明，核桃根系提取物質量濃度為40 mg/mL時，對小麥、白菜和綠豆根長抑制作用大于對苗高的抑制作用[23]。本研究發現，核桃葉水浸提液中的水溶性化感物質對4種受體種子的幼根比幼苗更為敏感，可能原因是種子幼根最先從周圍環境中吸收到化感物質[24]。丹參對核桃葉水浸提液的化感效應最為明顯，隨著核桃葉水浸提液質量濃度的增加，對其幼苗根長生長抑制作用增強，說明丹參幼苗的根對核桃葉水浸提液的化感物質較敏感，這和王蓓[25]等人研究結果類似。

4 結 論

隨著對化感作用研究的不斷深入，對化感物質作為信息載體在生態系統中的作用有了更加科學和完善的認識，逐漸揭示了化感作用與環境因子的互作規律和作用機理[26]，在生產實際中也會利用這些研究成果合理進行調控，對共生樹種、作物品種的搭配提供科學的依據。林-藥復合種植是林果(喬木或者灌木)與中草藥混合種植的模式，是農林復合經營模式的一種，其中核桃與黃芩復合種植模式是較為成功的模式之一[27]。本研究初步確定遠志是核桃-藥材復合種植的適生藥材品種，但還需研究不同樹齡、栽植密度以及土壤、溫度、水分等環境因子之間的交互作用，在大田進行復合種植還需進一步驗證,最終篩選出對核桃有較強抗性的藥材品種，為農-林復合可持續發展模式提供科學的理論指導。