核桃葉浸提液對4種作物種子萌發及幼苗生長的化感效應

王一峰，陳耀年，趙淑玲，王明霞，胡文斌

（1.隴南師范高等專科學校 a.農林技術學院；b.隴南特色農業生物資源研發中心，甘肅 成縣 742500； 2.成縣核桃科技服務中心，甘肅 成縣 742500）

植物在生長過程中，會向周邊環境分泌次生代謝物質，促進或抑制其他植物的生長，這種促進或抑制作用稱為化感作用[1]，具有化感作用的植物稱為化感植物，化感植物通過莖葉的揮發、淋溶、根系分泌，或在植物殘體腐解時將化感物質分泌到環境中，對受體植物產生化感效應[2]。作為植物間相互作用方式，化感效應廣泛存在并影響著農林業生產，合理利用化感作用，可以有效指導生產實踐[3]。

核桃（Juglans regiaL.）是優良的油料樹種，也是干果、材用和綠化樹種，是世界四大干果之一[4-5]。作為適應性最強，分布最廣的核桃屬經濟林樹種，核桃在我國廣泛分布，種植面積巨大，核桃產業已成為我國重點發展的產業之一[6]。然而核桃從幼樹到盛果期所經歷的時間較長，造林初期植株間空間較大，容易導致雜草叢生，增加生產成本，也容易造成水土流失，不利于環境保護。農林復合種植模式作為新型生產方式，能充分利用土地，保護土壤免受侵蝕、保護環境，增加經濟效益，已成為當前保持水土、恢復生態和提高土地利用率的一項重要途徑[7-8]。林下間作其他作物是當前農林復合生態系統的重要形式，因其具有高產、穩產、高效的經濟和生態效益被廣泛應用于生產實踐[9-10]。然而，由于大多數植物存在化感效應，物種間關系不協調，容易造成林下間作作物生長不良的現象，導致總體效益下降[11]。

核桃是最早發現的化感植物之一，早在2000年前就被發現[12]。有研究表明，核桃會通過葉片、果皮及根系分泌胡桃醌、酚類、黃酮類、亞油酸、棕櫚酸等化合物來抑制其他作物種子萌發及生 長[13]。已有研究證明核桃葉片浸提液對其他作物種子萌發及幼苗生長具有抑制作用[14-15]。廖夢雨等[16]研究發現，核桃葉浸提液對三葉鬼針草種子萌發存在低促高抑的雙重效應。張琴等[17]研究表明，不同濃度的核桃葉水浸提液對棉花種子萌發、幼苗生長及棉花枯萎病菌菌絲生長均表現出抑制效應，且抑制作用隨浸提液濃度的增高而逐漸增強。然而，我國核桃化感作用研究起步較晚，且因目前核桃林下間作主要以林草間作模式為主，關于核桃化感作用的研究受體多以草種為主，以糧食作物、油料作物及中草藥為受體的研究較少。因此，研究核桃對糧食作物、油料作物及中草藥的化感作用，篩選適合核桃林下間作的作物種類，采用核桃農林復合的生產模式，可以有效防治核桃林地雜草，改善土壤養分狀況，節約投資，提高經濟收入，實現核桃產業的可持續發展。隴南地處甘肅南部，核桃產業作為隴南的主要產業，是當地農民創收的主要經濟來源。但由于當地氣候濕潤，核桃林下大量滋生雜草，使得核桃生長受到抑制，增加了管理成本，且因核桃造林初期空間較大，土地利用率低下。基于此，本研究以核桃葉片作為供體植物，以當地主要種植的小麥、油菜、桔梗、苦參等作物種子作為受體植物，研究核桃葉水浸提液對4 種作物種子萌發及幼苗生長的化感效應，以期為當地核桃林下間作物種的選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

核桃葉片采自甘肅省成縣大路溝國家核桃良種基地2年生嫁接核桃苗，品種為‘香玲’；小麥為‘潘林麥’，油菜為甘藍型油菜‘陜油15’，均為成縣農戶惠贈；桔梗和苦參種子購自成縣藥材市場。

1.2 核桃葉浸提液的制備

采集核桃樹當年生枝條上的鮮葉，用蒸餾水沖洗干凈，置試驗臺自然晾干后剪成1 cm 左右的小片，稱取250 g 碎葉，充分研磨后，加入500 ml 蒸餾水置振蕩器震蕩24 h，1 000 r/min 離心2 min， 棄沉淀，重復3 次，將上清液定容至500 ml，得到 0.5 g/ml 的核桃葉片水浸提液母液，置4 ℃冰箱中備用。試驗時將母液分別稀釋成0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mg/ml 的5 個濃度梯度，以蒸餾水 為CK。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，分小麥、油菜、桔梗、苦參4 組，每組各6 個處理（濃度），每處理重復3 次，共72 個處理。從4 種供試作物中，挑選籽粒飽滿、大小一致的種子，經5%的次氯酸鈉消毒3 min 并用蒸餾水沖洗3 次后均勻播種在培養皿（直徑為9 cm）中的濾紙上，其中，小麥、油菜和桔梗每皿播50 粒，苦參每皿播20 粒，播種后按試驗設計加入適量不同濃度的核桃葉片水浸提液，以水浸液不淹過種子為準。播種后于室溫、自然光下進行發芽試驗，并根據培養皿中液體情況每天補充適量的浸提液，以保證種子萌發及正常生長需要。

1.4 指標測定

參照王一峰等[18]的方法，于播種當天開始，以后每天觀察種子萌發情況，以胚根長度≥1 mm為萌發標準（記為發芽第1 天），分別于發芽第3天和第7 天統計發芽勢和發芽率。在發芽的第15天從每個培養皿中拔出10 株相應植物幼苗，分別測定其主根長、苗高及整個培養皿中的幼苗鮮質量。用化感指數（RI）表示化感作用強弱。發芽勢、發芽率及RI的計算公式如下：

式（3）中，T為處理值，CK為對照值。RI絕對值的大小代表化感作用強度。當RI＞0時，表示存在促進效應；當RI＜0時，表示存在抑制效應。

1.5 數據處理

利用SPSS 23.0 軟件對不同處理下各種作物萌發及幼苗生長指標進行單因素方差分析，不同處理間用S-N-K 法進行多重比較。同時采用雙因素方差分析評價不同作物種類與核桃葉片水浸液濃度的主效應；用Origin 2018 軟件制作圖表。

2 結果與分析

2.1 不同濃度的核桃葉浸提液對4 種作物種子萌發的影響

2.1.1 不同濃度的核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽勢的影響

由圖1 可知，不同濃度核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽勢的影響總體表現為在低濃度下具有促進作用，高濃度下具有抑制作用，但化感作用的強弱因受體植物種類不同而存在差異。核桃葉浸提液對小麥種子發芽勢的影響在不同濃度間差異不顯著（P＞0.05），在0.04 g/ml 之前表現為促進作用，在大于0.06 g/ml 時則表現為抑制作用，且抑制作用大于促進作用，在濃度為0.04 g/ml 時，發芽勢為92.00%，較對照（91.33%）提高了0.7%；在濃度為0.10 g/ml 時，發芽勢為88.00%，較對照（91.33%）下降了3.33%。核桃葉浸提液對油菜種子發芽勢的影響在不同濃度間差異顯著 （P＜0.05），在濃度為0.02 g/ml 時表現為促進作 用，發芽勢為87.33%，較對照（84.67%）提高了 2.66%；隨著浸提液濃度的升高，表現為抑制作用，且濃度越高抑制作用越強，濃度為0.10 g/ml 時抑制作用最強，發芽勢為69.33%，較對照（84.67%）下降了15.34%。核桃葉浸提液對桔梗種子發芽勢的影響在不同濃度間差異顯著（P＜0.05），在濃度為0.02 g/ml 時，發芽勢有所降低，但與對照差異不顯著（P＜0.05），濃度在0.04 ～0.08 g/ml之間時均表現為促進作用，在0.04 g/ml 時促進作用最強，發芽勢為94.00%，較對照（87.33%）提高了6.67%；當濃度升高到0.10 g/ml 時，表現為抑制作用，發芽勢為82.00%，較對照（87.33%）降低了5.33%。核桃葉浸提液對苦參種子發芽勢的影響在不同濃度間差異顯著（P＜0.05），濃度在0.02 ～0.06 g/ml 時表現為促進作用，濃度為 0.06 g/ml 時促進作用最強，發芽勢為63.33%，較對照（45.00%）提高了18.33%，且與對照差異顯著（P＜0.05），當濃度大于0.06 g/ml 時表現為抑制作用，濃度為0.10 g/ml 時抑制作用最強，發芽勢為41.67%，較對照（45.00%）降低了3.33%。方差分析結果表明（表1），核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽勢的影響在不同作物種類間和不同濃度間的差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。

表1 不同濃度核桃葉浸提液處理下4 種作物發芽勢的方差分析Table 1 Variance analysis of germination potential of four crops treated with walnut leaf extracts of different concentrations

圖1 不同濃度核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽勢的影響Fig.1 Effects of different concentrations of walnut leaf extracts on seed germination potential of four crops

2.1.2 不同濃度的核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽率的影響

由圖2 可知，不同濃度核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽率的影響表現為促進和抑制作用，且在不同作物種類間存在差異。不同濃度的浸提液對小麥種子發芽率的影響表現為低濃度下的促進作用和高濃度下的抑制作用，但不同濃度間的化感作用差異不顯著（P＞0.05），當濃度為0.02 和0.04 g/ml 時對小麥種子發芽率具有一定的促進作用，當濃度為0.04 g/ml 時小麥種子發芽率為99.33%，比對照（95.33%）提高了4.00%；當浸提液濃度高于0.06 g/ml 時，對小麥種子發芽率具有抑制作用。不同濃度的浸提液對油菜種子的發芽率表現為抑制作用，且隨著濃度的升高，抑制作用增強，當濃度為0.08 和0.10 g/ml 時，油菜種子的發芽率分別為85.33%和84.67%，比對照（92.00%）分別下降了6.67%和7.33%，且與對照差異顯著（P＜0.05）。不同濃度的浸提液對桔梗種子發芽率的影響表現為低濃度下的促進作用和高濃度下的抑制作用，且抑制作用強于促進作用，當濃度低于0.04 g/ml 時表現為促進作用，但促進作用與對照相比差異不顯著（P＞0.05），當濃度高于0.06 g/ml 時表現為抑制作用，濃度為 0.10 g/ml 時抑制作用最強，發芽率為86.00%，比對照（92.67%）下降了6.67%，且與對照差異顯著 （P＜0.05）。不同濃度的浸提液對苦參種子發芽率的影響表現為低濃度下具有促進作用，且在一定范圍類隨著濃度的升高，促進作用增強，當濃度為0.06 g/ml 時，發芽率最高，為76.67%，比對照（53.33%）提高了23.34%，且與對照差異顯著 （P＜0.05），當濃度為0.08 和0.10 g/ml 時表現為抑制作用，發芽率分別為46.67%和45.00%，分別比對照（53.33%）降低了6.66%和8.33%。方差分析結果表明（表2），核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽率的影響在不同作物種類間和不同濃度間的差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。

表2 不同濃度核桃葉浸提液處理下4 種作物發芽率的方差分析Table 2 Variance analysis of germination percentage of four crops treated with walnut leaf extracts of different concentrations

圖2 不同濃度核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽率的影響Fig.2 Effects of different concentrations of walnut leaf extract on seed germination rate of four crops

2.1.3 不同濃度的核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽的化感指數的影響

化感作用的強弱常用化感指數作為衡量指標，本試驗中化感指數是由發芽率計算所得（圖3）。由圖3 可知，不同濃度的浸提液對不同作物種子發芽的化感作用強弱不同，其中，對苦參種子發芽的化感作用最強，其次是油菜種子和桔梗種子，對小麥種子發芽的化感作用最弱。

圖3 不同濃度的核桃葉浸提液對4 種作物種子發芽率的化感指數Fig.3 Allelopathy index of walnut leaf extracts of different concentrations on seed germination rate of four crops

2.2 不同濃度的核桃葉浸液對4 種作物幼苗生長的影響

由表3可知，核桃葉浸提液在濃度低于0.02 g/ml 時對小麥苗高具有一定的促進作用，當濃度高于0.02 g/ml 時對小麥苗高具有一定的抑制作用，但促進和抑制作用與對照差異均不顯著；浸提液對油菜苗高的影響表現為抑制作用，隨著濃度的升高，抑制作用逐漸增強，當濃度為0.10 g/ml 時，抑制作用最強，且與對照差異顯著；浸提液對桔梗苗高也存在抑制作用，但抑制作用不明顯，與對照差異均不顯著；浸提液對苦參苗高在0.02 ～0.06 g/ml 時具有促進作用，但促進作用與對照差異不顯著，當濃度達到0.08 g/ml 以上時表現抑制作用，且抑制作用與對照差異顯著。當浸提液濃度低于0.06 g/ml 時對小麥的主根長具有促進作用，但促進作用與對照差異不顯著，當濃度高于0.08 g/ml 時對小麥主根長表現為抑制作用，且抑制作用與對照差異顯著；浸提液對油菜主根長的影響表現為抑制作用，且隨著浸提液濃度的升高，抑制作用增強，在 0.06 g/ml 時與對照差異顯著，在0.10 g/ml 時與對照差異極顯著。不同濃度的浸提液對小麥幼苗鮮質量具有抑制作用，但抑制作用與對照差異不顯著；浸提液對油菜幼苗鮮質量表現為抑制作用，隨著浸提液濃度的升高，抑制作用增強，當濃度高于 0.08 g/ml 時，抑制作用與對照差異顯著；當浸提液濃度低于0.04 g/ml 時，對桔梗幼苗鮮質量表現為促進作用，但促進作用與對照差異不顯著，當浸提液濃度高于0.04 g/ml 時，對桔梗幼苗鮮質量表現為抑制作用，當濃度高于0.08 g/ml 時抑制作用與對照差異顯著；當浸提液濃度低于0.06 g/ml 時，對苦參幼苗鮮質量表現為促進作用，在0.06 g/ml 時與對照差異顯著，當濃度高于0.06 g/ml 時，表現為抑制作用，但與對照差異不顯著。進一步方差分析結果表明（表4），核桃葉浸提液處理下，不同作物種類間主根長、苗高、幼苗鮮質量等幼苗生長指標差異達到了極顯著水平（P＜0.01）；浸提液濃度對作物幼苗主根長、苗高影響差異極顯著（P＜0.01），但對幼苗鮮質量的影響差異不顯著（P＞0.05）。另外，從浸提液對不同作物間化感綜合效應（表5）可知，核桃葉浸提液對4 種作物的綜合效應均為抑制作用，其中對油菜的化感效應最強，其次是桔梗，對小麥和苦參的化感效應最弱。

表3 不同濃度核桃葉浸提液處理下4 種作物幼苗生長指標的影響（±s）?Table 3 Effects of walnut leaf extracts with different concentrations on seedling growth indexes of four crops

表3 不同濃度核桃葉浸提液處理下4 種作物幼苗生長指標的影響（±s）?Table 3 Effects of walnut leaf extracts with different concentrations on seedling growth indexes of four crops

? 同列不同小寫字母表示處理間在0.05 水平存在顯著性差異，不同大寫字母表示處理間在0.01 水平存在顯著性差異。 The different lowercase letters within the same column indicate significant difference at 0.05 level, and uppercase letters indicate significant difference at 0.01 level.

作物種類 浸提液濃度 苗高 主根長 苗鮮質量Crop type Extract concentration /(g·ml-1)Seedling height /cm Main length /cm Seedling fresh mass /g CK 17.53±0.10 aA 11.51±1.22 abAB 8.91±0.80 aA 0.02 18.80±0.29 aA 14.87±0.46 aA 8.43±0.61 aA小麥Wheat 0.04 15.02±2.85 aA 9.54±0.31 bcB 8.28±1.15 aA 0.06 17.97±0.37 aA 11.65±1.49 abAB 8.39±0.49 aA 0.08 15.56±0.41 aA 7.57±1.09 cB 7.90±0.27 aA 0.10 15.11±0.82 aA 7.02±1.09 cB 7.93±0.83 aA油菜Rape CK 15.47±0.56 aA 13.03±0.43 aA 4.6±0.58 aA 0.02 13.90±0.68 abAB 12.61±0.46 abA 4.5±0.58 abA 0.04 12.98±0.91 abAB 12.30±0.96 abA 4.43±0.88 abA 0.06 12.74±0.40 abAB 11.05±0.69 bcAB 4.33±0.88 abA 0.08 11.71±0.95 bAB 10.78±0.84 bcAB 4.27±0.33 bA 0.10 11.14±0.31 bB 9.36±1.04 cB 4 .23±0.88 bA桔梗P.grandiflorus CK 2.30±0.31 aA 1.49±0.13 aA 0.46±0.01 abAB 0.02 1.70±0.27 aA 1.199±0.06 aAB 0.46±0.01 abAB 0.04 1.97±0.13 aA 1.15±0.29 abAB 0.48±0.01 aA 0.06 1.88±0.35 aA 1.06±0.30 abAB 0.45±0.01 bcAB 0.08 1.96±0.03 aA 1.11±0.12 abAB 0.47±0.01 abAB 0.10 1.38±0.16 aA 0.70±0.15 bB 0.43±0 .01 cB苦參S.flavescens CK 2.27±0.39 abA 2.42±0.35 aA 1.81±0.15 bcB 0.02 2.82±0.69 abA 2.21±0.15 aA 1.87±0.09 bcB 0.04 2.87±0.23 abA 2.06±0.30 aA 2.09±0.15 bB 0.06 3.24±0.13 aA 2.34±0.49 aA 2.61±0.06 aA 0.08 1.54±0.26 bA 0.60±0.07 bB 1.59±0.06 cB 0.10 1.22±0.24 bA 0.49±0.05 bB 1.53±0.09 cB

表4 不同濃度浸提液對4 種作物幼苗生長指標的方差分析Table 4 Variance analysis of different concentrations of extracts on growth indexes of four crop seedlings

表5 不同濃度浸提液對4 種作物幼苗生長指標的化感指數Table 5 Allelopathy index of different concentration extracts on growth index of four crops seedlings

3 討論與結論

化感作用是植物進化過程中形成的一種對環境的適應機制，它的存在有利于保持物種的競爭優勢[19]，具有化感作用的植物，幾乎所有組織和器官中都能合成化感物質[20-21]，以化感植物的器官為供體，利用水浸提法是收集化感物質的最常用方法[22]，已被廣泛用作植物化感作用的研究[23-26]。 作為植物生命周期中的關鍵環節，種子萌發對植物生長發育至關重要，農業生產中，種子萌發情況和苗期長勢對作物產量影響很大，研究化感物質對種子萌發及幼苗生長的影響具有重要意義。也有學者認為植物葉片中含有化感物質較多[27]。因此，本試驗以核桃葉片作為化感物質的供體，用水浸提法收集核桃化感物質，在前人研究基礎上設置了更高濃度（0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 g/ml） 的多個質量濃度梯度，研究了不同濃度核桃浸提液對4 種作物種子萌發及幼苗生長的影響，結果表明：核桃葉浸提液對4 種作物種子的萌發及幼苗生長都有不同程度促進和抑制的雙重作用，表明核桃葉浸提液對4 種作物種子萌發及幼苗生長均存在化感效應，但相同濃度的浸提液對不同作物種子萌發及幼苗生長的化感強度不同，相同濃度的核桃葉浸提液對同一作物幼苗不同生長指標的化感強度也不相同，表明同一化感物質對不同受體植物的化感效應不同，同一受體不同生長部位對化感作用的敏感性不同。

不同濃度的核桃葉浸提液對4 種作物的發芽勢均表現為低促高抑的雙重效應，但抑制作用強于促進作用，其中油菜種子發芽勢對浸提液濃度最敏感，當浸提液濃度為0.04 g/ml 時轉為抑制作用，且隨著濃度的升高抑制作用增強；其次為小麥和桔梗，當浸提液濃度為0.06 g/ml 時轉為抑制作用；當浸提液濃度低于0.06 g/ml 時對苦參種子的發芽勢具有促進作用，且在這一范圍類隨著濃度的增大，發芽勢增高，當濃度高于0.08 g/ml 時轉為抑制作用。不同濃度的核桃葉浸提液除了對油菜種子發芽率表現為抑制作用外，對其它3 種作物種子發芽率的影響同發芽勢的基本一致。

本試驗中，不同濃度核桃葉浸提液處理下4種作物幼苗生長指標測定結果表明，相同濃度的浸提液對不同受體作物影響不同或對同一作物不同生長指標影響不同，這與前人的研究結果相一致[28-30]。其中，浸提液對作物主根長的化感作用最強，其次是苗高，對苗鮮質量的化感作用最弱，這與沈平[31]、王蓓等[30]的研究結果相一致。Chon等[32]研究發現，植物根部對化感物質的反應較地上部分更敏感，有人猜測可能是根部與處理液直接接觸，最先受到傷害，地上部分只有當根系受害作用積累到一定程度時才會表現[33]，這與本試驗中核桃葉浸提液對4 種作物主根長的化感作用強于苗高和幼苗鮮質量的結論相一致。

本試驗中，浸提液對不同作物幼苗生長的綜合化感效應分析結果表明，核桃葉浸提液對4 種作物的綜合效應均為抑制作用，其中對油菜種子的抑制作用最強，其次是桔梗，對小麥和苦參種子的抑制作用最弱，這可能是由于小麥和苦參種子對核桃化感物質的耐受度強，也可能由于油菜和桔梗種子籽粒較小且種皮較薄，容易受到浸提液的損傷，導致種子對水分的吸收困難造成的，因此，可以在農林復合種植模式中，適當選擇種子較大、種皮較厚的作物，以保證種子的正常萌發和幼苗生長，為最終的作物產量打下良好基礎。

本研究還存在一定的不足之處，比如本試驗使用水浸提法獲取核桃葉片中的化感物質，只能提取水溶性或親水性的化感物質，且水浸提試驗用時較短，忽略了土壤及土壤中微生物對核桃葉片腐解時化感物質的釋放和表達產生的影響。因此，采用不同提取方法研究核桃化感物質的化學成分，同時收集核桃凋落葉，采用盆栽試驗，模擬核桃凋落葉的自然腐解過程，研究核桃凋落物對其他作物的效應，將是本課題組下一步研究的方向。