唐鳳鸞, 陳月圓, 趙 健, 李典鵬, 仇 碩

(廣西壯族自治區(qū)中國(guó)科學(xué)院廣西植物研究所， 廣西 桂林 541006)

桉樹(shù)是桃金娘科(Myrtaceae)桉樹(shù)屬(Eucalyptus)植物的總稱(chēng)，原產(chǎn)于澳大利亞。桉樹(shù)因具有生長(zhǎng)速度快、耐旱耐貧瘠能力強(qiáng)、用途廣泛等特點(diǎn)而被世界各國(guó)廣泛引種，目前全球桉樹(shù)引種面積超過(guò)1 400萬(wàn)hm2，而我國(guó)人工桉樹(shù)林面積則達(dá)155萬(wàn)hm2，居世界第3位[1-2]。然而，桉樹(shù)作為一個(gè)外來(lái)速生樹(shù)種，隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，在獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也帶來(lái)了一系列生態(tài)問(wèn)題，如導(dǎo)致生物多樣性下降[3]、引起地力衰退[4-5]以及強(qiáng)烈的化感作用[6-15]等?；凶饔米鳛槿斯よ駱?shù)林的三大生態(tài)問(wèn)題之一，國(guó)內(nèi)外已有大量文獻(xiàn)從根系分泌物[7-9]、葉片代謝產(chǎn)物[10-12]、植物殘?bào)w分解[13-15]等進(jìn)行了深入研究，但結(jié)果存在較大差異。如有些研究結(jié)果支持桉樹(shù)對(duì)其他生物具有較強(qiáng)的化感作用，但也有不少結(jié)果認(rèn)為桉樹(shù)的化感作用并不明顯，且在低濃度時(shí)還能促進(jìn)一些農(nóng)作物及林下物種的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[16-17]。究其根源，認(rèn)為桉樹(shù)年齡、化感物質(zhì)的釋放方式是造成結(jié)果差異的主要原因，因?yàn)殡S著林齡的增加森林群落內(nèi)外環(huán)境因素不斷變化，加上不同時(shí)期樹(shù)體生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)所導(dǎo)致的生理、生化變化，從而影響樹(shù)體自身的代謝產(chǎn)物，此外不同的釋放方式則直接影響環(huán)境中化感物質(zhì)成分和含量。對(duì)于不同樹(shù)齡桉樹(shù)的化感效應(yīng)，現(xiàn)有研究從根系浸提液、根際土壤浸提液、土壤微生物及林下物種多樣性等方面進(jìn)行了探索。謝君[18]認(rèn)為，隨著樹(shù)齡的增加尾巨桉根系浸提液對(duì)黑麥草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的抑制作用逐漸減弱，根際土壤浸提液對(duì)黑麥草、黃豆、四季豆的苗高及根長(zhǎng)的抑制作用也隨樹(shù)齡的增加依次減弱。在對(duì)樹(shù)齡1～10 a巨桉根系及根際土壤化感效應(yīng)研究中也發(fā)現(xiàn)，輪伐期前(樹(shù)齡4 a)化感物質(zhì)含量高化感作用強(qiáng)烈，超出輪伐期(樹(shù)齡5～10 a)化感作用減弱，并且隨著樹(shù)齡的增加，促進(jìn)作用逐漸顯現(xiàn)，而樹(shù)齡10 a巨桉根際土壤對(duì)受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)作用[19]。與土壤化感效應(yīng)變化相應(yīng)，巨桉人工林中林下物種和土壤微生物的數(shù)量及多樣性也隨樹(shù)齡的增加呈先(樹(shù)齡1～4 a)降低后(樹(shù)齡5～10 a)增加的趨勢(shì)[20-21]。不同樹(shù)齡的桉樹(shù)化感效應(yīng)差異明顯，而葉片是桉樹(shù)生長(zhǎng)過(guò)程中生物量最大的器官，也是化感物質(zhì)合成及釋放的主要場(chǎng)所，因此對(duì)不同樹(shù)齡的桉樹(shù)葉片化感效應(yīng)進(jìn)行研究非常必要，而現(xiàn)有文獻(xiàn)并未檢索到相關(guān)研究。為此，筆者等選取廣西區(qū)桉樹(shù)主栽品種之一的巨尾桉(E·grandis×E·urophylla)為研究對(duì)象，以種植區(qū)內(nèi)的主要農(nóng)作物玉米為測(cè)試植物，對(duì)樹(shù)齡1～8 a的巨尾桉新鮮葉片揮發(fā)物和水提物的化感效應(yīng)進(jìn)行研究，初步了解不同樹(shù)齡的巨尾桉葉片代謝產(chǎn)物的化感效應(yīng)，旨在為桉樹(shù)林區(qū)糧食或經(jīng)濟(jì)作物的種植提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1巨尾桉葉樣 以廣西區(qū)桉樹(shù)主栽品種巨尾桉( E·grandis×E·urophylla)為研究對(duì)象，于2018年4-6月，從廣西國(guó)有黃冕林場(chǎng)隨機(jī)選擇樹(shù)齡為1 a、2 a、4 a和8 a的林地，分別從東、南、西、北4個(gè)坡向選取長(zhǎng)勢(shì)均勻、生長(zhǎng)良好、無(wú)病蟲(chóng)害的巨尾桉樹(shù)各10棵，其中每個(gè)坡向上部和下部各為3棵，中部為4棵。將所選樹(shù)樹(shù)冠分為上、中、下3層，分別從東、南、西、北4個(gè)方向采集每層的4個(gè)枝條，混合后帶回實(shí)驗(yàn)室，摘取每條枝條的第5～15片成熟功能葉(從項(xiàng)端開(kāi)始數(shù))，擦洗干凈后備用。

1.1.2 葉片水提物 分別將樹(shù)齡為1 a、2 a、4 a和8 a的桉樹(shù)新鮮葉片各200 g與蒸餾水按1∶5的比例混合，裝入玻璃瓶中并密封，在28℃的恒溫?fù)e床上浸泡24 h，揺床轉(zhuǎn)速為50 r/min，最后過(guò)濾得到桉樹(shù)葉片水浸出液，貯藏于0～4℃的冰箱中備用。

1.1.3玉米種子 受試玉米種子由廣西桂林市種子公司提供，是桉樹(shù)種植區(qū)主要的玉米栽培品種正大619。選取大小、形狀、色澤基本一致的飽滿(mǎn)無(wú)病蟲(chóng)種子，用自來(lái)水清洗干凈，在50℃左右的溫水中浸泡1 h并不斷攪拌，然后用1 mg/mL的農(nóng)用鏈霉素浸泡3～4 min，無(wú)菌濾紙吸干種子表面水分后，于室內(nèi)通風(fēng)處涼干備用。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用生物測(cè)試法對(duì)桉樹(shù)葉片的揮發(fā)物和水提物進(jìn)行化感效應(yīng)檢測(cè)，即分別以樹(shù)齡為1 a、2 a、4 a和8 a桉樹(shù)葉片的揮發(fā)物和水提物對(duì)玉米種子進(jìn)行發(fā)芽及生長(zhǎng)處理。

1.2.2 桉樹(shù)葉片揮發(fā)物化感效應(yīng)的生物測(cè)試選取直徑為60 mm、高90 mm的白色透明玻璃瓶，清洗干凈后在底部墊5層濾紙，并用無(wú)菌去離子水充分濕潤(rùn)。將預(yù)處理好的玉米種子均勻放置于玻璃瓶，每瓶5粒，每處理12瓶，重復(fù)6次。在瓶口上覆蓋1層用無(wú)菌水濕潤(rùn)過(guò)的紗布，以保持濕度。分別將處理好的新鮮桉樹(shù)葉片裝于直徑為20 cm、高為40 cm的無(wú)色透明廣口玻璃瓶中，根據(jù)方碧真等[22]的研究及預(yù)備試驗(yàn)結(jié)果，葉片用量設(shè)定為200 g，并用多層鐵絲支架使葉片盡量蓬松透氣。在距桉樹(shù)葉片頂部5 cm處用鐵絲網(wǎng)搭建一個(gè)平臺(tái)，將置有玉米種子的玻璃瓶置于平臺(tái)上，每個(gè)廣口瓶放4個(gè)置有玉米種子的玻璃瓶，并及時(shí)密封廣口瓶，以避免揮發(fā)氣體散失。最后將處理好的廣口瓶置于28℃左右的培養(yǎng)室進(jìn)行避光培養(yǎng)。待大部分種子萌芽后再在光照時(shí)間12 h/d、光照強(qiáng)度100 μmol/(m2·s)的日光燈下培養(yǎng)，每3 d更換1次新鮮桉樹(shù)葉片，同時(shí)設(shè)不加葉片的廣口瓶為對(duì)照。

1.2.3 桉樹(shù)葉片水提物化感效應(yīng)的生物測(cè)試在直徑為60 mm、高90 mm的白色透明玻璃瓶底部墊5層濾紙，將預(yù)處理好的玉米種子均勻放于濾紙上，每瓶5粒，每處理12瓶，重復(fù)6次。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)分別向放置種子的玻璃瓶中加入10 mL無(wú)菌水(對(duì)照)或桉樹(shù)葉片水提物，培養(yǎng)3 d后每隔1 d向瓶中添加2 mL無(wú)菌水和水提物，以保證濾紙濕潤(rùn)。將置有玉米種子的玻璃瓶放入直徑為20 cm、高為40 cm的無(wú)色透明廣口玻璃瓶中，在28℃左右的培養(yǎng)室進(jìn)行培養(yǎng)，光照條件及處理同葉片揮發(fā)物化感效應(yīng)的生物測(cè)試。

1.2.4 觀(guān)測(cè)記錄試驗(yàn)開(kāi)始后，隔24 h統(tǒng)計(jì)每個(gè)玻璃瓶中的種子萌發(fā)狀況，以胚根長(zhǎng)2 mm為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，培養(yǎng)至連續(xù)3 d無(wú)種子萌發(fā)后終止培養(yǎng)。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取10株幼苗，測(cè)量苗高和根長(zhǎng)，并統(tǒng)計(jì)胚根數(shù)和從胚根上長(zhǎng)出的側(cè)根數(shù)。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用種子萌發(fā)率(germination Rate，GR)和萌發(fā)指數(shù)( germination index，GI)對(duì)玉米種子萌發(fā)特征進(jìn)行描述[23]。GR=萌發(fā)種子數(shù)/試驗(yàn)用種子總數(shù)× 100%；GI=∑Gt/Dt。式中:Gt為第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)。

數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2003和 SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用單因素方差(One-way ANOVA)對(duì)不同處理間玉米種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、根條數(shù)、根長(zhǎng)和苗高進(jìn)行差異性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同樹(shù)齡巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

由表1看出，不同樹(shù)齡巨尾桉葉片的揮發(fā)物和水提物對(duì)玉米種子萌發(fā)的化感效應(yīng)差異較大，抑制效果隨樹(shù)齡的增加呈減弱趨勢(shì)。樹(shù)齡1 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物嚴(yán)重抑制玉米種子萌發(fā)，其玉米萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)分別為10.65%和4.03，與對(duì)照相比分別下降62.85百分點(diǎn)和74.7%，差異達(dá)極顯著水平。隨著樹(shù)齡增加抑制作用依次減弱，樹(shù)齡4 a的其抑制作用已不顯著，樹(shù)齡8 a的桉樹(shù)葉片處理后的玉米種子萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)分別為70.83%和14.09，與對(duì)照接近。與葉片揮發(fā)物相比，葉片水提物對(duì)玉米種子萌發(fā)的抑制作用更強(qiáng)烈，其中，樹(shù)齡1 a的葉片水提物完全抑制玉米種子萌發(fā)；樹(shù)齡8 a的按樹(shù)葉片水提物處理的種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)比對(duì)照分別下降27.07百分點(diǎn)和37.4%，差異極顯著。

巨尾桉葉片對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響存在顯著的樹(shù)齡效應(yīng)，隨著樹(shù)齡的增加其抑制作用減弱，成林后的桉樹(shù)其化感作用大幅降低，并且自然條件下葉片揮發(fā)物的化感效應(yīng)比實(shí)驗(yàn)室水提液弱。因此，在分析桉樹(shù)化感作用時(shí)要充分考慮樹(shù)齡及化感物質(zhì)釋放方式。

表1不同樹(shù)齡巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物處理玉米種子的萌發(fā)率與萌發(fā)指數(shù)

注：同列不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference at 0.01 level．

2.2不同樹(shù)齡巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響

由表2看出，不同樹(shù)齡巨尾桉葉片揮發(fā)物和水提物對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的化感作用不同。樹(shù)齡1 a和4 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物和水提物抑制作用強(qiáng)于樹(shù)齡2 a和8 a的巨尾桉。雖然玉米種子在樹(shù)齡1 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物、樹(shù)齡4 a的巨尾桉葉片水提物處理后還有部分種子萌發(fā)，但萌發(fā)的胚根突破種皮后不久就變黃并死亡；樹(shù)齡4 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物處理的玉米種子幼苗根系及芽生長(zhǎng)緩慢，抑制作用顯著；而樹(shù)齡2 a和8 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的抑制作用明顯較弱，且樹(shù)齡2 a和8 a的巨尾桉葉片的作用效果差異不明顯。

化感物質(zhì)釋放方式也能明顯影響巨尾桉葉片對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的化感作用，相同樹(shù)齡巨尾桉葉片水提物的化感作用強(qiáng)于葉片揮發(fā)物。除樹(shù)齡1 a的葉片揮發(fā)物、水提物處理的玉米種子未萌發(fā)或萌發(fā)后幼芽死亡外，樹(shù)齡2 a、4 a、8 a之間葉片水提物對(duì)玉米幼苗胚根數(shù)量、根長(zhǎng)、芽高的抑制程度差異達(dá)均顯著水平。樹(shù)齡2 a和8 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物對(duì)胚根數(shù)量、苗高的抑制作用不明顯，甚至有輕微促進(jìn)作用，并對(duì)根長(zhǎng)生長(zhǎng)的抑制作用明顯輕于葉片水提物。

巨尾桉葉片揮發(fā)物和水提物對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的化感效應(yīng)還因受體器官的不同存在較大差異，其中表現(xiàn)最敏感的是側(cè)根分化，樹(shù)齡2 a和4 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物及樹(shù)齡8 a的葉片水提物均能完全抑制側(cè)根發(fā)生。其次影響較大的是胚根長(zhǎng)度，不同樹(shù)齡巨尾桉葉片揮發(fā)物和水提物均能顯著抑制胚根伸長(zhǎng)。對(duì)胚根數(shù)量、苗高的影響則因樹(shù)齡和化感物質(zhì)釋放方式而異，其中樹(shù)齡2 a和8 a的巨尾按葉片揮發(fā)物處理的胚根數(shù)、苗高與對(duì)照相比差異不明顯；而樹(shù)齡2 a和8 a的巨尾桉葉片水提物和樹(shù)齡4 a的葉片揮發(fā)物、水提物顯著或極顯著抑制玉米幼苗胚根數(shù)量和苗生長(zhǎng)。

表2不同樹(shù)齡巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物處理玉米幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level．

3結(jié)論與討論

研究表明，樹(shù)齡顯著影響巨尾桉葉片的化感作用。樹(shù)齡1 a的巨尾桉的葉片揮發(fā)物和水提物嚴(yán)重抑制玉米種子萌發(fā)，其萌發(fā)率分別為10.65%和0，隨著樹(shù)齡的增加抑制作用減弱，當(dāng)樹(shù)齡達(dá)8 a時(shí)，葉片揮發(fā)物的化感作用已不明顯。這可能是因?yàn)橛啄觇駱?shù)生長(zhǎng)迅速，需要大量的養(yǎng)分、水分及充足的光照等，為獲取足夠的資源用于生長(zhǎng)，桉樹(shù)會(huì)釋放化感物質(zhì)抑制其他植物的生長(zhǎng)。但這與不同樹(shù)齡尾巨桉根浸提液對(duì)黑麥草種子萌發(fā)的抑制作用隨樹(shù)齡增加而增強(qiáng)的結(jié)果差異較大[18]，究其原因可能是與根系分泌物和葉片釋放物的化學(xué)成分、含量差異有關(guān)，因?yàn)槿~片主要釋放的化合物為萜類(lèi)化合物、香豆素類(lèi)化合物等[24-26]，而根系分泌物主要為香草醛、肉桂酸、阿魏酸、對(duì)羥基苯甲酸等化合物[27-28]；另外，不同測(cè)試物種對(duì)同一化合物的敏感性也存在差異。不同樹(shù)齡巨尾桉葉片也明顯抑制玉米幼苗的生長(zhǎng)，但與對(duì)種子萌發(fā)的影響不同，樹(shù)齡1 a和4 a的巨尾桉葉片幾乎完全抑制玉米幼苗根系和芽的生長(zhǎng)，樹(shù)齡2 a和8 a的巨尾桉葉片對(duì)胚根長(zhǎng)度、側(cè)根分化抑制明顯，對(duì)胚根數(shù)量、苗高的抑制作用相對(duì)較弱。這一結(jié)果與尾巨桉根浸提液對(duì)黑麥草幼苗生長(zhǎng)的抑制作用隨樹(shù)齡的增加而增強(qiáng)，及尾巨桉根際土壤水浸液對(duì)黃豆、四季豆幼苗生長(zhǎng)的抑制作用隨樹(shù)齡的增加而減弱的結(jié)果不一致[18]。由此可見(jiàn)，桉樹(shù)對(duì)不同植物的化感效應(yīng)與桉樹(shù)生長(zhǎng)年齡、受試物種及其不同生長(zhǎng)發(fā)育階段和組織器官密切相關(guān)。因此，在造林及林區(qū)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)要根據(jù)不同林齡選擇適當(dāng)收獲期的物種進(jìn)行套種。

巨尾桉葉片揮發(fā)物及水提物對(duì)玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)均存在一定的化感效應(yīng)，且水提物的化感作用明顯強(qiáng)于揮發(fā)物。其結(jié)果與桉樹(shù)葉片揮發(fā)物和水提物均能限制、影響林下植被繁殖體的建立和作物及草本植物初期的生長(zhǎng)相似[29]，但與剛果12號(hào)桉葉片揮發(fā)物對(duì)綠豆、大豆、柱花草與大翼豆的種子萌發(fā)有強(qiáng)烈的抑制作用，而水提物則不一定有抑制作用[30]，及檸檬桉、細(xì)葉桉、尾葉桉鮮葉自然揮發(fā)物的化感作用比水浸液強(qiáng)烈等結(jié)論存在較大差異[22]。這可能是研究的受試物種、不同品種桉樹(shù)的化感物質(zhì)的種類(lèi)、含量不同而導(dǎo)致的結(jié)果，具體原因還有待進(jìn)一步研究。

因巨尾桉葉片的化感作用強(qiáng)弱與樹(shù)齡、化感物質(zhì)釋放方式關(guān)系密切，樹(shù)齡1～4 a的桉樹(shù)生長(zhǎng)迅速，為了獲取生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)、水分及光照等，桉樹(shù)會(huì)釋放化感物質(zhì)抑制其他植物的生長(zhǎng)；4 a后桉樹(shù)已成林，具有強(qiáng)大的根系并在生態(tài)系統(tǒng)中占居了有利冠層，在獲取光、水、肥等資源時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯，從而化感物質(zhì)會(huì)隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)為化感作用隨樹(shù)齡增長(zhǎng)逐漸減弱，到一定時(shí)期還表現(xiàn)為促進(jìn)作用。因此，在經(jīng)營(yíng)桉樹(shù)林時(shí)要合理延長(zhǎng)砍伐年限，或與其他植物進(jìn)行輪植，以使環(huán)境中積累的化感物質(zhì)得到充分降解或擴(kuò)散，從而減少或消除因化感物質(zhì)帶來(lái)的負(fù)面影響。