曹麗娟，葛麗麗，劉宏緒，劉寶東

(1.北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林 132013；2.永吉縣林業(yè)管理總站，吉林 吉林 132200)

人參(PanaxginsengC.A.Mey)為五加科人參屬多年生植物，是我國珍貴的中草藥[1]，是嚴(yán)重的忌連作作物，其產(chǎn)業(yè)化、可持續(xù)發(fā)展受連作障礙制約嚴(yán)重[2-3].人參分泌的化感物質(zhì)能夠抑制自身種子發(fā)芽和幼苗生長，其連作障礙是一個(gè)世界性難題[4-7].栽過一茬的土壤(即老參地)在幾年甚至幾十年內(nèi)不能再栽種人參.種植人參后的土壤提取液對人參種子發(fā)芽、胚根生長、胚軸伸長有著不同程度的化感影響[6]；濃度較高的土壤浸提液可使幼苗株高、須根量、根長以及植株干重和鮮重顯著減少，對其他植物生長發(fā)育有促進(jìn)或抑制作用[5，8].2014年，在吉林省集安地區(qū)發(fā)現(xiàn)個(gè)別參農(nóng)在種植過人參的老參地種植紫蘇，并將種植后成熟的紫蘇深耕埋進(jìn)土壤，3 a后再直接種植人參.此方法有效解決了人參的連作障礙問題，但對其機(jī)理并不能做出合理解釋.吉林省地處世界三大黃金玉米帶，在老參地進(jìn)行玉米與人參輪作是農(nóng)民首先考慮的種植方式.目前，關(guān)于人參-玉米、人參-紫蘇輪作體系中化感作用因子研究的報(bào)道較少.為進(jìn)一步研究人參-玉米、人參-紫蘇輪作方式，為老參地循環(huán)利用提供依據(jù)，我們利用參后土水浸提液處理玉米和紫蘇種子，探討人參化感物質(zhì)對種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，為參后土循環(huán)利用尋找適宜植物.

1 材料與方法

1.1 材 料

2018年5月中旬，從吉林市江密峰鎮(zhèn)新山村采集種植人參5 a后當(dāng)年還林的老參地土壤.用鐵鍬鏟去參地地表雜物和表層2 cm土壤，獲取人參種植痕跡周圍10 cm范圍內(nèi)的土壤，取樣深度為10 cm左右.玉米、紫蘇種子從種子商店采購，挑選飽滿、完整的種子，清洗備用.

1.2 方 法

1.2.1 老參地土壤浸提液制備

將采集的土壤樣品去除雜物，風(fēng)干，用圓木棍搟散，過孔徑1 mm(18目)篩.準(zhǔn)確稱取土樣200 g，加入300 mL去離子水，放在搖床上以100 r/min振蕩浸提24 h，過濾，連續(xù)浸提3次，最后一次浸提加入400 mL去離子水，過濾后合并濾液得到質(zhì)量濃度為200 g/L的浸提母液，再將母液稀釋成相當(dāng)于質(zhì)量濃度為100 g/L和50 g/L的浸提液.將制得的浸提液貼好標(biāo)簽，置于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?

1.2.2 種子萌發(fā)試驗(yàn)

采用培養(yǎng)皿濾紙法進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn).挑選籽粒飽滿、大小相同、無蟲蛀的玉米和紫蘇種子，用5%次氯酸鈉浸泡8 min，再用蒸餾水洗滌3次.在室溫下，用相應(yīng)浸提液浸泡2～3 h備用.先在培養(yǎng)皿(口徑10 cm)中整齊平鋪2層濾紙，滴加不同質(zhì)量濃度的浸提液使濾紙完全濕潤(對照組用無菌蒸餾水濕潤).將浸泡過的50粒玉米種子和100粒紫蘇種子整齊擺放于濾紙上，每組3次重復(fù).培養(yǎng)皿加蓋后，置于25 ℃人工培養(yǎng)箱內(nèi)避光發(fā)芽.根據(jù)濾紙干濕情況，處理組每天添加不同質(zhì)量濃度浸提液1～5 mL，對照組添加無菌去離子水.每24 h記錄發(fā)芽種子數(shù)量(以胚根長出種皮1 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn))，發(fā)芽末期連續(xù)2 d無萌發(fā)時(shí)為種子發(fā)芽結(jié)束.計(jì)算發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽速度指數(shù)：

發(fā)芽勢=(規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%，

發(fā)芽率=(種子發(fā)芽總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%，

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)，

發(fā)芽速度指數(shù)=2(5x1+4x2+3x3+2x4+x5)，

式中：Gt為發(fā)芽時(shí)間Dt時(shí)的發(fā)芽數(shù)量；xi為每24 h發(fā)芽的種子數(shù)量，如x1為第1天的發(fā)芽數(shù)量，x2為第2天的發(fā)芽數(shù)量，以此類推.

1.2.3 芽苗生長試驗(yàn)

在培養(yǎng)容器中加入300 g消毒的細(xì)砂，將培養(yǎng)容器分成處理組和對照組，量取土壤浸提液和無菌去離子水，加入容器中，使培養(yǎng)容器中的細(xì)砂濕潤，之后分別在對應(yīng)的試驗(yàn)組中播種50粒玉米種子和100粒紫蘇種子，再覆蓋一層細(xì)砂.同樣處理3個(gè)重復(fù).待種子出土后，進(jìn)行光暗處理，每天向培養(yǎng)容器中加入2～10 mL不同質(zhì)量濃度(50、100、200 g/L)的土壤浸提液，保持砂土濕潤.對照組加入適量無菌水，并隨時(shí)旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)容器角度，保持受光均勻.待幼苗生長出現(xiàn)顯著差異時(shí)，停止試驗(yàn)，采用線繩法測量幼苗高度和根長，計(jì)數(shù)須根量，記錄數(shù)據(jù).

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、作圖，運(yùn)用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)(LSD).利用化感效應(yīng)指數(shù)(RI)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，參照WILLIAMSON[10]的方法計(jì)算：

式中：C為對照值；T為處理值.RI>0，表示促進(jìn)作用；RI<0，表示抑制作用；RI絕對值的大小表示化感效應(yīng)的強(qiáng)弱.

2 結(jié)果與分析

2.1 老參地土壤浸提液對種子萌發(fā)的影響

2.1.1 老參地土壤浸提液對種子發(fā)芽勢的影響

不同質(zhì)量濃度老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子發(fā)芽勢的影響方差分析結(jié)果見表1.由表1可見：老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇兩種作物種子的發(fā)芽勢均呈現(xiàn)高質(zhì)量濃度抑制的現(xiàn)象.當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L的低質(zhì)量濃度時(shí)，玉米和紫蘇種子的發(fā)芽勢分別為93%和94%，與對照組發(fā)芽勢略有差異，但未達(dá)到顯著水平，其化感效應(yīng)指數(shù)都在0.02左右.隨著質(zhì)量濃度的提高，對玉米、紫蘇種子發(fā)芽勢的抑制作用顯現(xiàn).當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為100 g/L的中質(zhì)量濃度時(shí)，玉米和紫蘇種子的發(fā)芽勢為83%和89%，低于對照組，且化感效應(yīng)指數(shù)已經(jīng)出現(xiàn)負(fù)值，抑制作用開始顯現(xiàn)；當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為200 g/L的母液時(shí)，發(fā)芽勢的抑制作用達(dá)到顯著水平，化感效應(yīng)指數(shù)分別為-0.18和-0.08.

表1 老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子發(fā)芽勢的影響Tab.1 Effect of soil extracts from old Ginseng field on germination energy of maize and perilla seeds

2.1.2 老參地土壤浸提液對種子發(fā)芽率的影響

老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子發(fā)芽率的影響方差分析結(jié)果見表2.由表2可見：當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L時(shí)，玉米和紫蘇種子發(fā)芽率分別為94%和95%，略高于對照組，但沒有達(dá)到顯著水平；當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為100 g/L時(shí)，玉米和紫蘇種子發(fā)芽率分別為87%和92%，玉米已經(jīng)顯著表現(xiàn)出抑制作用，紫蘇的發(fā)芽率小于對照組，其化感效應(yīng)指數(shù)均出現(xiàn)負(fù)值；當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為200 g/L時(shí)，玉米和紫蘇種子發(fā)芽率分別為83%和85%，化感效應(yīng)指數(shù)分別為-0.108 4和-0.075 1，抑制作用更加明顯，未發(fā)芽的種子更多.

表2 老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子發(fā)芽率的影響Tab.2 Effect of soil extracts from old Ginseng field on germination rate of maize and perilla seeds

2.1.3 老參地土壤浸提液對種子發(fā)芽指數(shù)的影響

老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子發(fā)芽指數(shù)的影響方差分析結(jié)果見表3.由表3可見：當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L時(shí)，玉米和紫蘇種子的發(fā)芽指數(shù)分別為29.56和40.6，化感效應(yīng)指數(shù)為負(fù)值，表現(xiàn)出抑制作用；隨著土壤浸提液質(zhì)量濃度的提高，對玉米和紫蘇種子發(fā)芽的抑制作用逐漸增強(qiáng)，當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為200 g/L時(shí)，玉米和紫蘇種子的發(fā)芽指數(shù)分別為25.52和34.78，與對照組差異顯著，對應(yīng)的化感效應(yīng)指數(shù)為-0.462 4和-0.294 2，表現(xiàn)出很強(qiáng)的抑制作用.

表3 老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子發(fā)芽指數(shù)的影響Tab.3 Effect of soil extracts from old Ginseng field on germination index of maize and perilla seeds

2.1.4 老參地土壤浸提液對種子發(fā)芽速度指數(shù)的影響

老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子發(fā)芽速度指數(shù)的影響方差分析結(jié)果見表4.由表4可見：當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L時(shí)，玉米和紫蘇種子的發(fā)芽速度指數(shù)分別為375和667，化感效應(yīng)指數(shù)為負(fù)值，表現(xiàn)出抑制作用；隨著質(zhì)量濃度的提高，對玉米和紫蘇種子發(fā)芽的抑制作用增強(qiáng)，當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為200 g/L時(shí)，玉米和紫蘇種子的發(fā)芽速度指數(shù)與對照組相比低96和118，對應(yīng)的化感效應(yīng)指數(shù)為-0.318 9和-0.204 2，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用.

表4 老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子發(fā)芽速度指數(shù)的影響Tab.4 Effect of soil extracts from old Ginseng field on germination speed index of maize and perilla seeds

2.2 老參地土壤浸提液對幼苗生長的影響

老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇幼苗植株生長的影響見表5，不同處理下的根長和須根量比較見圖1.

表5 老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇幼苗生長的影響Tab.5 Effect of soil extracts from old Ginseng field on seedling growth of maize and perilla seeds

圖1 不同處理根長和須根量Fig.1 Root length and fibrous root quantity in different treatments

對于玉米，當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L時(shí)，株高(103.1 mm)比對照組(CK)提高了20.6%，化感指數(shù)為0.161 3，達(dá)到顯著水平，當(dāng)用其他質(zhì)量濃度土壤浸提液處理時(shí)，株高與對照組相比沒有顯著差異；當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為200 g/L時(shí)，根長和須根量分別為22.91 mm和10.66條，明顯小于對照組的43.54 mm和10.66條，化感指數(shù)分別達(dá)到-0.336 6和-0.06 4，均達(dá)到顯著水平.隨著浸提液質(zhì)量濃度的降低，玉米根長有所增加，但增加幅度不大，沒有達(dá)到顯著水平.當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L時(shí)，須根數(shù)量與對照相比沒有顯著變化，化感指數(shù)僅為-0.027 7.

對于紫蘇，當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L時(shí)，株高(54.42 mm)略高于對照組的53.6 mm，沒有達(dá)到顯著水平，隨著質(zhì)量濃度的升高株高逐漸降低，但降低的幅度有限，均沒有達(dá)到顯著水平；當(dāng)土壤浸提液質(zhì)量濃度為200 g/L時(shí)，根長和須根量分別為12.65 mm和19.93條，明顯小于對照組的36.28 mm和26.62條，化感指數(shù)分別為-0.411 7和-0.094 7，均達(dá)到顯著水平.隨著浸提液質(zhì)量濃度的降低，紫蘇的根長顯著增加，但即使在土壤浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L的處理組中根長與對照組仍有較大差距，化感指數(shù)達(dá)到-0.165 9；紫蘇的須根量也隨著浸提液質(zhì)量濃度的升高顯著減少，說明浸提液中的化感物質(zhì)嚴(yán)重抑制了紫蘇根的生長.

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

本次研究表明：老參地土壤浸提液對玉米和紫蘇種子的發(fā)芽進(jìn)程、萌發(fā)、活力均表現(xiàn)出隨質(zhì)量濃度提高抑制作用增強(qiáng)的規(guī)律.老參地土壤浸提液抑制了種子的發(fā)芽勢，說明化感物質(zhì)推遲了種子的發(fā)芽進(jìn)程；種子發(fā)芽率降低，說明化感物質(zhì)抑制了種子萌發(fā)；種子發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽速度指數(shù)降低，說明化感物質(zhì)抑制了種子活力.對比發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽速度指數(shù)可見，發(fā)芽指數(shù)的化感效應(yīng)指數(shù)絕對值顯著大于其他指標(biāo)，說明發(fā)芽指數(shù)對化感作用更為敏感.對比兩種種子可知，紫蘇的發(fā)芽勢和發(fā)芽率更高，化感效應(yīng)指數(shù)絕對值偏差較小，說明紫蘇受到化感作用的影響較小，可以作為參后土壤修復(fù)的首選作物，種過人參的土壤更適合與紫蘇輪作.

老參地土壤浸提液抑制幼苗根生長，對根長和須根量的抑制作用都隨質(zhì)量濃度的提高逐漸增強(qiáng)，但對株高的抑制作用不明顯，化感效應(yīng)強(qiáng)度為根長>須根量>株高.由此表明，化感物質(zhì)的存在抑制了玉米和紫蘇的生長，推遲了生長進(jìn)程.浸提液質(zhì)量濃度為50 g/L時(shí)開始抑制根生長，尤其對根長的抑制作用最強(qiáng).

3.2 討 論

王韶娟[8]研究了人參根系的化感物質(zhì)對白菜、水稻、蘿卜、玉米和大豆種子發(fā)芽、幼苗根長、株高、幼苗株鮮重和株干重的影響，結(jié)果顯示，較高濃度的浸提物對受體種子的測定指標(biāo)都有抑制作用，與本研究結(jié)論一致.本試驗(yàn)中，在土壤浸提液質(zhì)量濃度為100、200 g/L時(shí)紫蘇幼苗有燒苗、死苗和根部腐爛的現(xiàn)象；出苗較晚的幼苗生長勢較弱，須根量明顯較少，須根較短，分支較少，根系發(fā)育不發(fā)達(dá)，說明即使玉米和紫蘇種子可以萌發(fā)，后期的生長也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問題，許世泉等[6]、張秋菊等[9]、陳蕓等[11]的研究也得到了相似結(jié)論.

化感作用對植物影響的強(qiáng)弱主要由化感物質(zhì)的濃度和持續(xù)時(shí)間決定，植物根系周圍的化感物質(zhì)濃度一般會(huì)隨著時(shí)間而改變，化感效應(yīng)也會(huì)發(fā)生改變[12].本次僅研究了玉米和紫蘇萌發(fā)和幼苗生長，要全面了解輪作植物間的化感作用，還需對受體植物整個(gè)生長周期進(jìn)行研究，探討物種間化感效應(yīng)的變化.