牡丹枝葉浸提液對水稻和玉米種子萌發的影響

張貴亮，肖 敏，雷應雪，張 聰，鄭先晶，邱堉炘，廖柯翔，張 冬，楊禮通*

(1.四川省彭州市規劃和自然局,成都 611930；2.四川省彭州市國有林場，成都 611900；3.四川隆生林草科技有限公司,成都 610074)

化感作為植物界普遍存在的現象，其化感物質主要是通過植物分解、根際分泌、雨水淋溶和揮發等方式釋放到環境中的水溶性物質，其中植物枝和葉是植物化感物質的重要來源之一，枝葉在分解的過程中，向周邊環境釋放了大量的化合物，這些化合物進入土壤中，對土壤種子庫中種子的萌發和植株幼苗的生長具有一定的影響，這些物質對森林生態系統的更新和演替將帶來重要影響[1]。凋落物浸提液化感效應主要與其組成成分和濃度有關，研究表明，低濃度的凋落物浸提液對植物種子發芽和幼苗的生長具有一定的促進作用，而高濃度的浸提液對種子發芽和幼苗生長出現一定的抑制效應[2]，這些化感促進或抑制效應對天然林的更新具有重要意義[1]。同時，相關研究表明，植物枝、葉、皮和根等不同營養器官具有不同的化感效應，研究顯示，植物葉部的化感效應高于其他部位，枝和皮的化感效應較低[1]。同時，也有研究顯示，植物凋落物在不同的分解時間其化感作用也存在較大差異，這主要與浸提液中的化感物質濃度有一定關系[1-2]。

牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.)，為芍藥科(Paeoniaceae)芍藥屬(Paeonia)多年生落葉灌木[3]，有些地區又稱其為白術和富貴花，為多年生落葉灌木[4]，牡丹花色艷麗，具有觀賞、藥用、食用等多種價值，在我國多個地區廣泛種植[5,6]，作為中國的國花，我國擁有豐富的牡丹資源，其品種甚多，種植面積也最大，尤其在山東的菏澤、河南洛陽以及四川的彭州等地為牡丹集中發展的區域，這三個地區在歷史上就是牡丹種植的中心[5]。牡丹因其絢麗多彩的顏色和碩大的花型，而受到人們推崇[2]，但是，由于牡丹花期特別集中，而且花期短，其自然花期集中在每年的四月中旬和下旬，若不受極端氣候的影響，大多數品種單個花的花期為4～5d，整個牡丹花花期為20～30d。因此，可以看出，牡丹開花的花期相對比較集中，同時其花期較短，嚴重影響牡丹花產業發展及其觀賞性[3]。目前，有關牡丹的研究主要集中在對其種子浸提液等方面，而很小關注牡丹凋落物的化感作用等相關研究。

牡丹大面積種植后，其凋落物(枝葉)所產生的化感作用是否會成為牡丹種植基地其他植物天然更新障礙的因素，而目前鮮見相關的研究，為此，本研究針對牡丹的枝和葉設置不同濃度的浸提液對水稻和玉米種子進行萌發處理，以探究牡丹枝葉浸提液化感作用對水稻和玉米種子萌發與生長的影響，為進一步查明牡丹種植對植物多樣性的影響提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于彭州市天彭牡丹保育中心(103°10′E～103°40′E，30°54′N～31°26′N)，該研究區位于四川盆地亞熱帶濕潤氣候區，氣候溫潤，季節性明顯。年均氣溫15.9℃，溫度最高月7月平均氣溫25.1℃，溫度最低月1月平均氣溫5.3℃，無霜期長，雨量充沛，年均降水量為867mm，降水季節分配不均，多集中于7～9月份，雨熱同期，日照偏少，日照時數為1131.0h。

1.2 浸提液制備方法

在試驗地采集“丹景紅”品種的牡丹枝葉并帶回實驗室，將采集到的枝葉凋落物烘干后，用粉碎機進行粉碎，根據1g樣品中加入5mL的蒸餾水(1∶5)，將凋落物與蒸餾水進行混合后，在常溫下浸泡48h后，用真空泵將濾液進行真空過濾，所得到的1∶5質量濃度浸提液為原液，標記為T1。在此基礎上，將原液(T1)按照2倍、6倍、10倍和20倍的比例進行稀釋，形成濃度為1/10、1/30、1/50、1/100等4種浸提液濃度，分布標記為T2、T3、T4、T5，為防止溶液變質，將其放到冰箱進行冷藏備用。

1.3 種子萌發試驗

試驗所需的水稻和玉米種子來自于農貿市場種子店，將購買的種子進行篩選，選取大小一致并且顆粒飽滿的種子。試驗未對其進行前期的浸泡等預處理，將水稻和玉米種子放在直徑為15cm、底層墊有雙層紗布的培養皿中，每個培養皿中放置30顆種子，并排放整齊。以T1位對照(添加蒸餾水)，然后將上述不同濃度的浸提液(T2、T3、T4、T5)分別倒入培養皿中，倒入量以浸泡到種子的1/3為宜，每個處理重復3次，將各培養皿放入溫度為20℃的培養箱中，其中培養箱的白晝分別為12h，相對濕度為72%，并對各培養皿中的浸提液進行補充。

1.4 發芽指標和形態學指標測定

將各培養皿放入培養箱時記為培養的第一天，之后每天對水稻和玉米種子的萌發情況進行統計，以胚根露出種皮即為發芽[1]，試驗共進行14d的統計觀察，直到無新種子發芽時，結束試驗。

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[7]：

(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

式中，T為處理值，C為對照值。

1.5 數據處理

種子萌芽數據的處理采用Excel 2010進行分析，不同濃度牡丹枝和葉浸提液對水稻和玉米種子萌芽的影響采用SPSS19.0軟件中的多重方差分析進行，研究中的顯著性水平設置為P=0.05。

2 試驗結果

2.1 牡丹枝和葉浸提液對種子發芽率的影響

牡丹枝和葉浸提液對水稻和玉米種子發芽率的影響見圖1，可以看出，與對照相比，牡丹枝和葉對水稻種子發芽率具有一定的影響，水稻種子發芽率隨著牡丹枝和葉浸提液濃度的升高而逐漸降低，其中，牡丹葉浸提液對水稻種子發芽率的影響較牡丹枝浸提液高，枝浸提液影響下，水稻種子最低發芽率出現在T5處理，發芽率為40%，葉浸提液下，水稻種子發芽率在T3-T5顯著降低(P<0.05)，其發芽率在10.0%～13.3%。

圖1 牡丹枝浸提液對水稻和玉米種子萌芽的影響

同時可以看出，與水稻相比，玉米種子在牡丹枝和葉浸提液的影響下，其種子發芽率顯著降低(P<0.05)。與對照相比，低濃度的枝葉浸提液在一定程度上促進了玉米種子的發芽率。其中，牡丹枝浸提液中玉米發芽率在10.0%～56.7%，牡丹葉浸提液中玉米發芽率在3.0%～40.0%，顯示出牡丹葉浸提液對玉米種子發芽的抑制高于牡丹枝。

圖2 牡丹枝浸提液對水稻和玉米種子萌芽的影響

2.2 牡丹枝和葉浸提液對種子發芽速率的影響

測定種子活力通常以種子的發芽速率GS來表示[7]，該指數是反應植物種子發芽速度快慢的重要指標[1]。牡丹枝和葉浸提液對種子發芽速率的影響見圖2，可以看出，無論牡丹枝和葉，水稻和玉米種子發芽速率均隨著浸提液濃度的升高而降低，同時可以看出，玉米種子發芽速率整體上較水稻慢，水稻種子發芽速率在T5濃度下最低。

2.3 牡丹枝和葉浸提液化感效應敏感指數特征

化感效應敏感指數能有效展示植物化感作用強弱，通常將指數值RI大于0表示為促進作用，當RI小于0時為抑制作用。本試驗對牡丹枝葉浸提液下，水稻和玉米種子受兩種浸提液化感作用的影響進行研究。

從圖3可以看出牡丹枝和葉浸提液化感效應敏感指數特征，總體表現出對水稻和玉米發芽的抑制效果，部分濃度出現促進作用，部分顯示出無明顯的促進/抑制作用。整體上來看，水稻種子發芽過程中，其受牡丹葉浸提液的化感抑制總用較強(P<0.05)，主要表現在高濃度(T3-T5)水平，化感指數RI為-86.7～-90.0，牡丹枝浸提液對水稻的化感作用表現為T5處理下的抑制作用較強，其化感指數RI為-60.0。總體上來看，牡丹枝浸提液的化感作用較葉浸提液弱，同時，牡丹枝葉對玉米種子發芽的化感作用較水稻弱(P<0.05)。本次試驗中，牡丹枝葉浸提液對種子發芽的促進效應主要表現在玉米種子發芽中，其中，牡丹枝浸提液T1和T3濃度，牡丹葉浸提液T3濃度均促進了玉米種子的萌發。

圖3 牡丹枝浸提液對水稻和玉米種子萌芽的影響

2.4 牡丹枝和葉浸提液對種子發霉率的影響

牡丹枝和葉浸提液對水稻和玉米種子發霉的影響見圖4，可以看出，牡丹枝葉浸提液對水稻和玉米種子發霉具有一定的影響。從圖4可以看出，水稻種子的發霉情況總體較好，而玉米種子的發霉情況則較嚴重，這可能與玉米種子的種皮較厚，而發芽試驗前，沒有對種子進行浸泡等預處理有關。其中，玉米種子發霉率基本隨著枝葉浸提液濃度的增加而上升，與對照相比，試驗處理中，除了枝T1和葉T3濃度下的種子發霉率低于對照處理外，其余處理下的玉米種子發霉率均高于對照。另一方面，可以看出，水稻種子的發霉情況主要出現在對照處理中，其次為葉浸提液的T2濃度下。

圖4 牡丹枝浸提液對水稻和玉米種子萌芽的影響

3 討論

植物在枝、葉、皮和根等不同營養器官具有不同的化感效應，研究顯示，植物葉部的化感效應高于其他部位，枝和皮的化感效應較低[7]。同時，也有研究顯示，植物凋落物在不同的分解時間其化感作用也存在較大差異，這主要與浸提液中的化感物質濃度有一定關系[8]。

本研究采用化感效應敏感指數來分析牡丹枝葉浸提液對水稻和玉米種子萌發的影響。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[9]，而在本研究中，牡丹枝葉浸提液對所研究的水稻和玉米種子萌芽總體上是抑制作用，并且水稻和玉米在低濃度時受到的抑制作用較小，隨著濃度的增加其抑制作用增高，表明牡丹枝葉浸提液對水稻和玉米種子發芽均表現為抑制[10]。

本研究中所選取的兩種農作物種子，水稻其發芽速率、發芽率和發霉率及受到浸提液的化感抑制作用均較弱，這主要與玉米種皮較厚，在試驗前沒有進行浸泡等預處理，從而導致玉米發芽速率和發霉等較高。

4 結論

通過對牡丹枝葉浸提液不同濃度處理下，水稻和玉米發芽率、發芽速率、化感效應敏感指數及種子發霉率等指標的測定，試驗得出以下4點結論：

(1)牡丹枝葉浸提液對水稻和玉米種子發芽率主要表現為高濃度抑制種子的發芽；同時，在牡丹葉浸提液下，水稻和玉米種子的發芽率均低于枝浸提液；在枝葉浸提液各濃度處理中，玉米種子的發芽率總體低于水稻種子。

(2)水稻和玉米的發芽速率均隨著牡丹枝葉浸提液濃度的增加而降低，牡丹葉浸提液處理下，種子的發芽速率較枝浸提液處理下低；同時，無論在枝葉浸提中，玉米種子的發芽速率均較水稻低。

(3)牡丹枝葉浸提液對水稻和玉米種子發芽總體表現出抑制作用，其中，以玉米種子在牡丹葉浸提液中受到的抑制作用最強，牡丹葉較枝的化感作用更強；同時，部分枝葉浸提液處理濃度促進了玉米種子的發芽。

(4)牡丹枝葉浸提液對玉米種子的發霉具有較強的作用，玉米種子發霉率隨著枝葉浸提液濃度的增加而增加；水稻種子發霉率則基本不受其影響。