巨桉凋落物浸提液對種子萌發的影響

張云德，曹舉英，廖柯翔，雷應雪，肖 敏，張 冬，楊禮通*

(1.四川省廣元市利州區林業局，四川 廣元 628000；2.大熊貓國家公園彭州管護總站，成都 611930；3.四川大學錦江學院，成都 620860；4.成都市彭州市規劃和自然局,成都 611930)

巨桉(Eucalyptusgrandis)是雙蒴蓋亞屬橫脈組柳桉系樹種，屬于桃金娘科(Myrtaceae)桉樹屬(Eucalyptus)植物。自20世紀大量引種栽培到我國以來，因其具有生長速度快、適應環境能力強、木材優質等優點，其發展面積超過了我國一些鄉土樹種的面積，成為我國重要的生態和木材原料樹種，為解決我國因天然林保護實施的木材禁伐而帶來的木材工業原料短期問題做出了積極的貢獻。巨桉自然分布于澳大利亞東部沿海地帶[1]，經過幾十年的引種和發展，目前，在廣東省、廣西省及云南省等區域成為桉樹屬里面栽培面積最大的一個種。目前社會對巨桉產生的各類生態問題有激烈的討論，大量的研究表明，巨桉的根、莖、葉等植物器官中均含有不同類型的化感物質，這些化感物質部分是揮發性物質，部分是水溶性物質和脂溶性物質，巨桉大量強烈且大量的化感物質對周邊的植物生長產生了一定的抑制效應，從而造成桉樹林下植物多樣性和動物多樣性降低、土壤含水量下降、當地生態環境惡化的現象[2]。

前期研究表明，巨桉根、莖、葉等組織器官中共含有48種不同的化感物質，這些化感物質可以分為11類。不同生長年限的巨桉林，其化感物質濃度及組成均存在一定的差異。同時，巨桉的根、莖、葉等器官中的酚類、黃酮類等主要化感組成物質也存在差異。大量的學者在前期開展了巨桉的化感物質研究，如汪金剛等[3]研究了不同濃度下的巨桉根莖葉等浸提液對赤子愛勝蚓體內酶活性的影響。王春子等[4]研究了土壤細菌群落對巨桉化感物質的響應。張丹桔等[5]對不同林齡的巨桉人工林的化感物質濃度變化和組成進行了系列的研究。李羿橋等[6]則對巨桉葉分解過程中，產生的水溶性的化感物質對3種草種萌芽及生理的影響進行了研究。這些研究有效地推動了巨桉化感效應的認識，對大面積發展巨桉提供了科學支撐作用。這些研究多數主要集中在森林生態系統，由于巨桉作為農林復合生態系統的重要樹種，對植物種子萌芽的影響程度如何，需要開展進一步的研究。

因此，為深入了解巨桉凋落物浸提液的化感作用，研究以小麥、水稻、玉米和柏木種子為受體，探索巨桉凋落物浸提液影響下，這4種種子萌芽特征，其研究成果主要揭示3種農作物和1種樹種對巨桉化感物質的響應，從而為合理協調發展巨桉人工林產業具有重要的意義。

1 試驗方法

1.1 試驗處理

將巨桉凋落葉在實驗室內將巨桉凋落物用尼龍網進行收集，在溫度為60℃的烘箱中烘干，直到恒重，一般需要24h。然后將凋落物進行粉碎，用天平稱量粉碎后的凋落物300g，放入1000mL的燒杯中，并加蒸餾水300mL，確保凋落物完全被蒸餾水浸泡。同時，燒杯口用保鮮膜密封后，把燒杯放到溫度為20℃的培養箱中，待48h后取出燒杯。用折疊好的3層紗布進行過濾，濾液進行離心處理(轉速為4 000 r/min，時間為5min)，取離心后的上清液作為水浸提液的原液，其濃度為1.00g/mL(凋落物重量與蒸餾水的比)。用移液管分別量取25、50、75mL的母液到容量瓶中(規格為100mL)進行定容，定容后的溶液配制成3種相當于原凋落物質量濃度的浸提液(0.25g/mL，0.50g/mL和0.75g/mL)，為了防止溶液發酵變質，配置好的浸提液被置于冰箱備用(4℃)，具體處理見表1。

表1 巨桉凋落物浸提液試驗處理及其濃度

1.2 種子萌發

選擇水稻(Oryzasativa)、小麥(Triticumaestivum)、玉米(Zeamays)和柏木(Cupressusfunebris)等種子進行萌發試驗。試驗采用培養皿濾紙法，在每個培養皿中鋪墊雙層濾紙，并選取30粒無病蟲害、質量較好、飽滿、大小均勻的種子，這些種子經過浸種處理后，進行萌芽試驗。將準備好的4種濃度的浸提液添加到培養皿中，注意不能全部把種子淹沒，以淹沒種子的1/3為宜。同時，以蒸餾水處理為對照(T0)，試驗中的各處理均重復3次。

將處理好的培養皿放置在光照培養箱中(其中晝夜分別為12h/d，溫度設置為20℃)培養，待種子萌芽3d后，對種子的萌芽和種子發霉情況進行記錄。其中，當種子的胚根/胚軸突破種皮1～2mm的標準時，種子被視為發芽。本次試驗共觀察14d。

1.3 測定指標

參照種子發芽的相關標準，將本試驗記錄的數據按照發芽速率(GS)、最終發芽率(FG)和化感效應敏感指數(RI)等3個指標參數進行計算[1]：

(1)發芽速率(GS)=∑(Gt/Nt)

該指數的計算用每天累計的發芽種子數除以相應的天數，再進行求和。其中，Gt為逐日發芽種子數之和，Nt為相應發芽天數。

(2)最終發芽率(FG)=發芽種子總數/供試種子總數×100%

(3)化感效應敏感指數(RI)，RI的絕對值大小反應化感作用的強弱。當為化感抑制作用(RI<0)，為化感促進作用(RI>0)。

RI=T/1-C(T

RI=1-C/T(T≥C)

式中，T為處理值，C為對照值。

1.4 數據處理

種子萌芽數據的處理采用Excel 2010進行分析，不同濃度凋落物浸提液對種子萌芽的影響采用SPSS19.0軟件中的多重方差分析進行，本研究中的顯著性水平設置為P=0.05。

2 結果與分析

2.1 巨桉化感物質對種子發芽率的影響

巨桉凋落物浸提液均降低了4種種子的發芽率，且4種種子的發芽率隨著浸提液濃度的增加而降低，尤其是玉米和柏木種子發芽率受浸提液影響最大(圖1)。其中，T1、T2和T3濃度下，小麥發芽率下降不顯著(P>0.05)，T4濃度顯著降低了小麥的發芽率(P<0.05)，發芽率為43.33%。T1和T2濃度下，水稻發芽率均在93.33%，發芽率下降不顯著(P>0.05)，而T3和T4濃度顯著降低了水稻的發芽率(P<0.05)，其發芽率分別為50.00%和46.67%。玉米和柏木種子發芽率對巨桉浸提液的影響尤其明顯，其浸提液各濃度均顯著降低了玉米和柏木種子的發芽率(P<0.05)，尤其在高濃度T3和T4下，玉米發芽率降低至23.33%和16.67%，柏木發芽率降低至16.67%和6.67%。

圖1 四種種子發芽率特征

2.2 巨桉凋落物化感效應敏感指數特征

與對照相比，巨桉凋落物各濃度浸提液均對4種種子的的萌發產生的不同的抑制作用，并且呈現出隨著浸提液濃度的升高，化感效應敏感性增強的趨勢(圖2)。4種種子萌發的化感抑制作用比較來看，玉米和柏木受抑制作用高于小麥和水稻，表明不同種子萌芽對巨桉浸提液的響應存在一定的差異。其中，高濃度浸提液對小麥(T4)和水稻(T3和T4)的抑制作用較大，其中，T3濃度對小麥的抑制作用化感效應敏感指數為-0.57，T3和T4對水稻的抑制作用化感效應敏感指數為-0.50和-0.53，玉米和柏木種子對巨桉浸提液化感效應敏感指數均在-0.50以上，其最高值在T4濃度下對柏木的影響，化感效應敏感指數為-0.93。

圖2 巨桉化感效應敏感指數特征

2.3 巨桉化感物質對種子發芽速率的影響

從圖3可以看出，巨桉凋落物浸提液對種子發芽速率產生了一定影響。總體表現為低濃度的浸提液促進了各類種子的發芽速率。而高濃度則降低了其發芽速率，同時4種種子的發芽速率隨著浸提液的濃度增加而降低，表明高濃度的巨桉浸提液降低了4種種子的活力，而低濃度浸液，尤其是T1處理下，小麥、水稻和玉米等作物種子的發芽速率有較高的提升。

圖3 巨桉凋落物浸提液對種子發芽速率的影響

3 討論

化感物質是植物的次生代謝物質，主要包括酚類、萜類、生物堿等次生代謝物。其主要通過降水的淋溶作用、植物自身的揮發作用、凋落物通過分解釋放和根系代謝過程中的分泌等方式而產生大量的化學物質，這些物質是大多是化感物質的重要組成。同時，這些物質不斷向其周圍環境進行釋放，對其他的植物正常的萌芽和生長產生的強烈的影響[7]。大量的研究表明，植物的化感物質作用，其不僅對非同種植物造成影響，而且對同種植物也會帶來影響，這些影響有些是起著促進效果，而有些是抑制效果[8]。

巨桉作為外來引進的速生樹種，具有生長快等特點，巨桉林下植物多樣性減少問題是學術界長期研究的內容，目前的研究結果表明，導致巨桉人工林生物多樣性減少的重要原因是其化感作用導致，巨桉可以通過根系、樹皮、枝葉等分泌和釋放出成分復雜的化感物質，從而抑制了其他生物的生長。其中，凋落物通過自然降水的浸泡作用，而將溶解于水的化感物質滲入土壤中，從而抑制了土壤中的種子萌發[9]。

研究表明，巨桉凋落物浸提液對水稻、小麥、玉米和柏木種子發芽率產生了顯著影響，這些種子的發芽率隨著巨桉凋落物浸提液濃度的增高而呈現降低的趨勢，表明高濃度對種子的抑制作用較明顯。同時，由于本試驗處理中，最高濃度是1.00g/mL，是其他相關試驗研究處理最高濃度10倍，因此，在本次試驗過程中，4種種子萌發對高濃度有顯著的響應。同時，本研究采用化感效應敏感指數來分析巨桉凋落物浸提液對植物種子萌發的影響。一些研究認為，植物浸提液對種子萌芽表現出促進和抑制作用。而在本研究中，巨桉浸提液對所研究的4種種子萌芽總體上是抑制作用，并且水稻和小麥在低濃度時受到的抑制作用較小，而玉米和柏木種子無論浸提液濃度高低，對其抑制作用均較高，表明巨桉浸提液對植物種質的化感抑制和促進作用是有選擇性的[10]。

植物種子的發芽速率是反映種子活力的有效方法[11]，常用于衡量植物種子發芽快慢的一個重要指標[12]。本研究表明，巨桉低濃度浸提液(T1)能提供3種農作物種子的發芽速率，而高濃度則抑制4種種子的發芽速率。

4 結論

(1)巨桉浸提液降低了4種種子的發芽率，各類種子的發芽率隨著浸提液濃度的增加而降低；小麥和水稻的發芽率低于巨桉浸提液的抑制較玉米和柏木。

(2)化感效應敏感指數表明，巨桉浸提液對4種種子的化感效應全部是呈抑制作用，尤其以高濃度的抑制作用最顯著，玉米和柏木受抑制作用最高。

(3)低濃度的巨桉浸提液能在一定程度上提高小麥、水稻和玉米等發芽速率，但高濃度的促進作用不明顯。