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        不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜種子的化感效應

        2017-04-25 05:10:54熊靜朱成磊萬志兵伍漢斌
        關(guān)鍵詞:化感樹皮促進作用

        熊靜,朱成磊,萬志兵,伍漢斌

        (黃山學院生命與環(huán)境科學學院,黃山 245041)

        不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜種子的化感效應

        熊靜,朱成磊,萬志兵,伍漢斌

        (黃山學院生命與環(huán)境科學學院,黃山 245041)

        以白菜種子為受體,采用生物測定的方法,研究了楊梅樹皮化感效應。結(jié)果表明,不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)表現(xiàn)為抑制作用,且濃度越高抑制作用越明顯,在發(fā)芽率和活力指數(shù)方面呈現(xiàn)出“低促高抑”現(xiàn)象,當濃度為0.4 g·mL-1時,促進作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔茫粚Π撞擞酌绲那o生長表現(xiàn)出促進作用,且低濃度促進作用顯著,對根生長表現(xiàn)為抑制作用,且高濃度抑制作用顯著。綜上說明,楊梅樹皮浸提液中存在化感物質(zhì),且其化感物質(zhì)對白菜各項生理指標的化感效應和作用強度均不同。

        楊梅;樹皮;化感作用;果糧間作;生物測定

        楊梅(Myrica rubra)屬于楊梅科楊梅屬小喬木或灌木植物,又稱圣生梅、白蒂梅、樹梅。楊梅是我國南方的特產(chǎn)果樹并且被作為一種經(jīng)濟果樹栽培[1],記載的野生種生長史有7000多年,人工栽培史也有2000多年[2]。主要分布于長江流域以南各地,主產(chǎn)區(qū)包括浙江、江蘇、福建、湖南、江西及廣東等省[3]。

        隨著人口的劇增,土地利用率不斷提高,為適應這一發(fā)展,農(nóng)林復合經(jīng)營逐漸成為林、林業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要方向,而果糧間作即是農(nóng)林業(yè)系統(tǒng)的群落類型之一[4]。林(果)糧間作也逐漸成為現(xiàn)代農(nóng)林復合生態(tài)系統(tǒng)的重要形式,并以其高產(chǎn)、高效和穩(wěn)定的生態(tài)經(jīng)濟效益被廣泛應用于生產(chǎn)實踐。但是,由于化感作用引起的種間關(guān)系不協(xié)調(diào)將導致林(果)糧間作中作物生長受挫,總體效益下降?;凶饔檬侵钢参餇帄Z土壤中的養(yǎng)分、空間及競爭生態(tài)位而形成的對外界環(huán)境的一種適應機制[5],通過向環(huán)境釋放次生代謝產(chǎn)物即化感物質(zhì)而實現(xiàn),引起植物的相克或相生。因此,化感效應的研究有利于深入認識種間關(guān)系,對林(果)糧間作中選擇適宜的間作模式,提高作物產(chǎn)量、生態(tài)效益和經(jīng)濟效益具有重要的指導意義[6-7]。

        傳統(tǒng)的化感作用的研究多集中在植物的各種器官上?,F(xiàn)已證實,核桃葉水提取物的化感作用能夠影響萵筍、小麥等作物的正常生長發(fā)育;杜仲葉水提液濃度越高,對大豆、綠豆和辣椒種子萌發(fā)及幼苗生長的化感抑制作用越強[8];不同作物根系對黃瓜種子萌發(fā)和幼苗生長均表現(xiàn)出一定的促進或抑制作用[9]。楊梅作為一種具有藥用價值的植物和良好的果糧間作樹種,在考慮選擇間作物時應涉及到楊梅對林下農(nóng)作物的化感作用,但人們的研究多側(cè)重在探究其楊梅素、黃酮類、酚類、苷類等內(nèi)含物等各方面的作用[10-14]。而在化感作用方面的研究目前鮮有報道。因此,以白菜種子為受體,探究楊梅樹皮不同濃度提取物對白菜種子的化感效應,根據(jù)其對白菜種子萌發(fā)、幼苗生長等各方面生理指標的影響了解楊梅樹皮的化感效應,對楊梅的果糧間作加以調(diào)節(jié)和改善,為進一步利用化感作用奠定了基礎。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        2015年4 月中旬于安徽省黃山市屯溪區(qū)黃山學院南區(qū)采集的楊梅樹枝皮。清洗、晾干后備用。實驗白菜種子為536小白菜,由江西省豐城市航城種業(yè)有限公司生產(chǎn),純度96%,凈度98%,含水量≤7%,發(fā)芽率≥85%。實驗所用甲醇、乙醚均為分析純。

        1.2 方法[15]

        將楊梅樹枝皮(200 g)放入研缽中加入5 mL甲醇研磨,加入 1 L 80%甲醇溶液浸提24 h,過濾后保留上清液;再向濾渣中加入1 L的80%乙醚浸提24 h,過濾后保留上清液;合并兩次上清液,于35℃烘箱中揮干,加去離子水配成1 g·mL-1的母液,置于4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

        用去離子水將樹枝皮母液稀釋為10%,20%,40%,60%,80%,100%六個濃度梯度,每個梯度20 mL溶液。在培養(yǎng)皿(Φ=9 cm)的底部鋪上2層濾紙,將白菜種子均勻分布在培養(yǎng)皿芽床上,每個培養(yǎng)皿中加入某種濃度浸提液5 mL,對照組加入等量的去離子水。一共7個處理,每個處理3個重復。所有操作完成后,將培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱中,光周期條件為:12 h光照,12 h黑暗;溫度:25℃。培養(yǎng)48 h統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)(長出子葉為準),72 h測定根長、莖長,統(tǒng)計發(fā)芽數(shù)。

        1.3 性狀測定

        根據(jù)發(fā)芽數(shù)、根長、莖長,計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、根長抑制指數(shù)和莖長抑制指數(shù)。

        發(fā)芽率(GR)=發(fā)芽終期(72 h)全部正常發(fā)芽粒數(shù)/供檢種子粒數(shù))。(以第3天累計發(fā)芽種子數(shù)計算)

        發(fā)芽勢(GP)=發(fā)芽初期(48 h)正常發(fā)芽粒數(shù)/供檢種子粒數(shù)。(以第2天累計發(fā)芽種子數(shù)計算)

        發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)

        活力指數(shù)(VI)=S×∑(Gt/Dt)[16]

        式中:Gt為不同時間的發(fā)芽數(shù);Dt為相應的發(fā)芽日數(shù)。S為一定時期內(nèi)幼苗長度(mm)。(實驗取第3天幼苗的莖長為S值)

        根長抑制指數(shù)、芽長抑制指數(shù):發(fā)芽試驗結(jié)束后,以每株苗的平均根長或芽長計算。

        根長抑制指數(shù)(或芽長抑制指數(shù))=(對照長度-處理長度)/對照長度。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        利用Excel 2013進行數(shù)據(jù)記錄、計算處理、分析,用GraphPad Prism 5進行多重比較和方差分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜種子萌發(fā)的影響

        2.1.1 對發(fā)芽率的影響

        發(fā)芽率是衡量種子質(zhì)量好壞的重要指標,可以顯示種子胚的活性。由表1可知,不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜種子的萌發(fā)總體表現(xiàn)為“低促高抑”作用。當濃度≤0.2 g·mL-1時,各濃度梯度發(fā)芽率高于對照組,表現(xiàn)促進作用,當濃度>0.2 g·mL-1時,隨著浸提液濃度的提高,抑制作用逐漸增強。其中0.1 g·mL-1和0.2 g·mL-1的低濃度浸提液處理組白菜種子發(fā)芽率略高于對照組,分別達到了94.87%和93.80%,當濃度達到0.4 g·mL-1時,發(fā)芽率比對照組降低了11.24%,但三者之間差異均不顯著。當濃度≥0.6 g·mL-1時,各濃度梯度發(fā)芽率低于對照組,且與對照組差異極顯著,0.6 g·mL-1處理組發(fā)芽率與 0.8 g·mL-1、1.0 g·mL-1處理組之間差異顯著。表明隨著楊梅樹皮浸提液濃度的逐漸升高,對白菜種子的萌發(fā)產(chǎn)生了先促進后抑制的作用,低濃度浸提液促進作用不顯著,高濃度浸提液抑制作用顯著。

        2.1.2對發(fā)芽勢的影響

        發(fā)芽勢是檢驗種子發(fā)芽整齊度的重要指標。通過表1可知,與對照組相比,白菜種子的發(fā)芽勢均低于對照組,且隨著樹皮浸提液濃度的逐漸提升,白菜種子的發(fā)芽勢逐漸降低,說明在發(fā)芽初期,隨著楊梅樹皮浸提液的濃度逐漸增大,抑制作用逐漸加強。通過分析可得,濃度為0.6 g·mL-1和1.0 g·mL-1時,種子的發(fā)芽勢最低為0。隨著濃度的降低,其發(fā)芽勢有不同程度的提高,呈負相關(guān)關(guān)系。在濃度≥0.1 g·mL-1時,白菜種子的發(fā)芽勢與對照組差異極顯著,均表現(xiàn)出顯著抑制作用,其中濃度為0.2 g·mL-1處理組抑制作用最弱,與0.1 g·mL-1和0.4 g·mL-1處理組兩兩比較差異不顯著;與0.1 g·mL-1處理組相比,濃度為0.4 g·mL-1和0.8 g·mL-1處理組發(fā)芽勢分別降低了24.17%和26.37%,且差異極顯著。表明在白菜種子的發(fā)芽初期,楊梅樹皮浸提液能顯著抑制其萌發(fā),且濃度越大,抑制作用越明顯。

        2.1.3 對發(fā)芽指數(shù)的影響

        與對照組相比,隨著浸提液濃度的逐漸升高,發(fā)芽指數(shù)曲線呈緩慢下降趨勢,說明楊梅樹皮浸提液對白菜種子的發(fā)芽抑制作用,且隨濃度的升高抑制作用逐漸增強。其中,各濃度的楊梅樹皮浸提液處理組白菜種子發(fā)芽指數(shù)均低于對照組,且與對照組差異極顯著;0.1 g·mL-1處理組與0.2 g·mL-1處理組之間差異不顯著但其與0.4 g·mL-1處理組差異顯著,與濃度≥0.6 g·mL-1處理組差異極顯著。說明白菜種子發(fā)芽指數(shù)隨楊梅樹皮浸提液濃度上升而逐漸降低,表明隨著楊梅樹皮浸提液濃度的逐漸提高,對白菜種子發(fā)芽指數(shù)抑制作用逐漸增強。

        2.1.4 對活力指數(shù)的影響

        種子活力是決定種子在發(fā)芽和出苗期間的活性水平和行為的那些種子特性的綜合表現(xiàn)。由表1可見,楊梅樹皮浸提液對白菜種子活力指數(shù)表現(xiàn)出“低促高抑”的現(xiàn)象。當浸提液濃度≤0.2 g·mL-1時表現(xiàn)為促進作用,濃度升高,促進作用增強,當浸提液濃度>0.2 g·mL-1時表現(xiàn)為抑制作用,抑制作用隨濃度升高逐漸增強。其中濃度為0.2 g·mL-1的處理組活力指數(shù)與對照組在0.05水平上差異顯著,與0.1 g·mL-1處理組差異不顯著。當濃度≥0.4 g·mL-1時,活力指數(shù)與對照組相比在0.01水平上差異極顯著,當濃度為0.8 g·mL-1和1.0 g·mL-1時,活力指數(shù)僅為33.30和24.64,與濃度為0.4 g·mL-1處理組差異極顯著。說明不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜種子的活力指數(shù)影響不同,當濃度低于0.2 g·mL-1時,能提高白菜種子的活力指數(shù),且0.2 g·mL-1處理組能達到顯著水平;當濃度高于0.4 g·mL-1時,楊梅樹皮浸提液能顯著降低白菜種子的活力指數(shù),且濃度越大,抑制作用越顯著。

        表1 不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜種子發(fā)芽影響Table 1 The effect of different concentrations of extract liquid of Myrica rubra bark on the cabbage seed’s germination

        2.2 不同濃度楊梅樹皮浸提液對幼苗生長的影響

        2.2.1 對根長的影響

        由表2可知,楊梅樹皮浸提液對根系生長總體上呈抑制作用,隨著濃度的升高,抑制作用逐漸增加。當濃度≥0.2 g·mL-1時,抑制程度緩慢增加,當濃度從0.8 g·mL-1提高到1.0 g·mL-1時,抑制作用有所降低。濃度為0.1 g·mL-1和0.2 g·mL-1處理組根長抑制指數(shù)分別為42.06%和72.9%,與對照組差異極顯著,兩者之間差異顯著。當濃度≥0.4 g·mL-1時,各濃度浸提液對白菜種子的根長均表現(xiàn)為抑制作用,抑制指數(shù)均達到80%以上,與對照組差異極顯著,各組間差異不顯著。說明不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜種子根長的生長有抑制作用,且隨著浸提液濃度的逐漸增加,抑制作用更加顯著,當濃度≥0.4 g·mL-1時,抑制作用強度不隨濃度的升高而增加,而維持在一個穩(wěn)定水平。

        2.2.2 對莖長的影響

        與對照組上相比,楊梅樹皮浸提液對白菜幼苗莖長的生長有促進作用,濃度≤0.2 g·mL-1時,促進作用隨濃度升高逐漸增強,當濃度>0.2 g·mL-1時,促進作用隨濃度升高逐漸減弱,當濃度從0.8 g·mL-1提升至1.0 g·mL-1時,促進作用又有所提升。由表2可知,當濃度為 0.2 g·mL-1時,莖長促進指數(shù)為110.37%,與對照組相比差異極顯著,與0.1 g·mL-1處理組差異不顯著;0.1 g·mL-1處理組莖長促進指數(shù)為86.91%,與對照組差異顯著;當濃度為≥0.6 g·mL-1時,各濃度莖長促進指數(shù)分別為29.39%、9.45%和22.84%,與對照組差異均不顯著。說明楊梅樹皮浸提液對白菜幼苗莖長的生長有促進作用,且濃度為0.1 g·mL-1和0.2 g·mL-1處理組促進作用顯著。

        表2 不同濃度楊梅樹皮浸提液對白菜幼苗生長的影響Table 2 The effect of different concentrations of extract liquid of Myrica rubra bark on the growth of the cabbage seedling

        3 結(jié)論與討論

        化感物質(zhì)廣泛存在于植物器官內(nèi),這些物質(zhì)雖然很少,但能強烈影響植物自身或其他植物的生長?;形镔|(zhì)進入環(huán)境的方式較多,主要有根分泌、淋溶、揮發(fā)和植物殘體分解等方式[18]。化感物質(zhì)的測定一般通過其提取物對非休眠植物生長的影響來確定,白菜對生化物質(zhì)的反應較為敏感,國內(nèi)外常用其作為受體植物反映化感作用的強弱[19]。因此,以白菜種子為試驗對象,采用溶劑提取法提取楊梅樹皮中的物質(zhì),生物測定的結(jié)果表明,楊梅樹皮的甲醇乙醚浸提液對白菜種子的萌發(fā)及生長有一定的影響,主要表現(xiàn)為低濃度促進,高濃度抑制作用。

        有研究發(fā)現(xiàn),高濃度的化感物質(zhì)對植物的生長有抑制作用,低濃度的化感物質(zhì)不影響或者促進植物生長[20-23],但對于具體在什么濃度范圍是促進作用,濃度升高到什么程度時表現(xiàn)抑制作用,需要做進一步的研究[24]。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在種子萌發(fā)方面,當濃度≤0.2 g·mL-1時,楊梅樹皮浸提液對白菜種子的發(fā)芽率和活力指數(shù)均有促進作用,且濃度升高,促進作用增加,濃度提升為0.4 g·mL-1時,促進作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔茫乙种谱饔秒S濃度的提升而逐漸增強。在幼苗生長方面,楊梅樹皮浸提液對白菜幼苗根的生長均表現(xiàn)為明顯的抑制作用,當濃度≤0.2 g·mL-1時,浸提液對白菜幼苗莖的生長有促進作用,且濃度越高促進作用越大,當濃度提升為0.4 g·mL-1時,促進作用逐漸降低但未表現(xiàn)出抑制作用,可見,對于同一受體植物,同種化感物質(zhì)從促進作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔玫臐舛戎挡煌?,這與王曉英等的古樹的化感作用研究結(jié)果類似[23]。有研究表明[24],當植物幼苗受到低濃度物質(zhì)的化感脅迫時,幼苗體內(nèi)的SOD(超氧化物歧化酶)、POD(過氧化物酶)活性和MDA(丙二醛)含量均會增加,對體內(nèi)過氧化產(chǎn)物進行轉(zhuǎn)化,從而對種子萌發(fā)和幼苗生長產(chǎn)生一定的促進作用。當化感物質(zhì)濃度增大到一定值時,POD活性降低,導致活性氧積累,細胞膜的通透性改變,而導致抑制種子萌發(fā)和幼苗的生長的結(jié)果。綜上所述,楊梅樹皮中含有能抑制白菜種子萌發(fā)及幼苗生長的化感物質(zhì),有研究表明[25],楊梅樹皮中含有黃酮類,單寧類和三萜類物質(zhì),大量實驗說明,黃酮類的山奈酚,楊梅苷和槲皮素均為典型的化感物質(zhì)[26-28],而且這些物質(zhì)均能溶解于甲醇和乙醚溶劑中,因此,猜測正是這些物質(zhì)對白菜種子的萌發(fā)及生長產(chǎn)生影響,但對于具體為哪種物質(zhì),還需做進一步的研究討論。

        謝苑等[29]指出土壤微生物和土壤礦物質(zhì)元素作用可導致化感作用發(fā)生改變,可由促進作用變?yōu)橐种谱饔没蛴梢种谱饔米優(yōu)榇龠M作用。由于實驗采用室內(nèi)人工培育的方法,沒有考慮到在自然狀態(tài)下的土壤物質(zhì)作用等諸多因素的影響,所以,研究結(jié)果與自然條件下生長結(jié)果可能會有所不同,且僅對幼苗階段的生長狀況做了部分研究,對于其整個生命周期的影響還需做進一步探討。另外,不同實驗受體對同種化感物質(zhì)表現(xiàn)出來的化感作用不同[23,30-31],還需進一步探討楊梅樹皮化感物質(zhì)在不同農(nóng)作物的各項生理指標上的影響,從而選擇最佳間作物。

        因此,在實際生產(chǎn)中應根據(jù)其表現(xiàn)出來的不同的化感效應,充分利用其促進作用,盡量降低或者消除不利作用,使其能被很好的利用起來,真正發(fā)揮作用。另外,在果糧間作種植中,還可以通過合理密植,增加間作寬帶,定期深翻土壤,加強水肥管理、清理枯枝落葉等措施來降低化感作用,促進果糧雙豐收,達到可持續(xù)發(fā)展目標。

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        Allelopathic Effect of Different Concentrations of Myrica rubra Bark Extract Liquid on Cabbage Seed

        Xiong Jing,Zhu Chenglei,Wan Zhibing,Wu Hanbin
        (College of Life and Environment Science,Huangshan University,Huangshan 245041)

        The allelopathic effects of extracts from the bark of Myrica rubra on cabbage seeds were studied by adopting the bioassay method.The results showed that different concentrations of extract liquid of Myrica rubra bark had a negative effect on germination potential and germination index of cabbage seeds and the higher the concentration was the stronger the inhibition became.It also had effect on the germination rate and vigor index and the effect showed the“Hormesis effect”,when the concentration reached 0.4 g·mL-1,the promotion was changed into inhibition.It had a positive effect on the growth of stem and the promoting effect was conspicuous.It had a negative effect on the growth of root and the inhibiting effect of the high concentration was conspicuous.In conclusion,there were some allelochemicals that had allelopathic influence and different strength of the physiological indexes of cabbage seeds.

        Myrica rubra;tree bark;allelopathy;fruit-crop planting;bioassay

        Q945.3

        A

        1002-2090(2017)02-0074-05

        10.3969/j.issn.1002-2090.2017.02.015

        2016-05-16

        安徽省優(yōu)秀青年人才支持計劃重點項目(gxyqZD2016306);安徽省教育廳自然科學研究項目(KJ2016A682);安徽省大學生創(chuàng)新訓練項目。

        熊靜(1994-),女,黃山學院生命與環(huán)境科學學院林學專業(yè)2013級本科生。

        萬志兵,男,副教授,E-mail:wanzb626@hsu.edu.cn。

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