張?jiān)频?，曹舉英，廖柯翔，雷應(yīng)雪，肖 敏，張 冬，楊禮通*

(1.四川省廣元市利州區(qū)林業(yè)局，四川 廣元 628000；2.大熊貓國(guó)家公園彭州管護(hù)總站，成都 611930；3.四川大學(xué)錦江學(xué)院，成都 620860；4.成都市彭州市規(guī)劃和自然局,成都 611930)

巨桉(Eucalyptusgrandis)是雙蒴蓋亞屬橫脈組柳桉系樹(shù)種，屬于桃金娘科(Myrtaceae)桉樹(shù)屬(Eucalyptus)植物。自20世紀(jì)大量引種栽培到我國(guó)以來(lái)，因其具有生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、木材優(yōu)質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展面積超過(guò)了我國(guó)一些鄉(xiāng)土樹(shù)種的面積，成為我國(guó)重要的生態(tài)和木材原料樹(shù)種，為解決我國(guó)因天然林保護(hù)實(shí)施的木材禁伐而帶來(lái)的木材工業(yè)原料短期問(wèn)題做出了積極的貢獻(xiàn)。巨桉自然分布于澳大利亞?wèn)|部沿海地帶[1]，經(jīng)過(guò)幾十年的引種和發(fā)展，目前，在廣東省、廣西省及云南省等區(qū)域成為桉樹(shù)屬里面栽培面積最大的一個(gè)種。目前社會(huì)對(duì)巨桉產(chǎn)生的各類生態(tài)問(wèn)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(zhì)，這些化感物質(zhì)部分是揮發(fā)性物質(zhì)，部分是水溶性物質(zhì)和脂溶性物質(zhì)，巨桉大量強(qiáng)烈且大量的化感物質(zhì)對(duì)周邊的植物生長(zhǎng)產(chǎn)生了一定的抑制效應(yīng)，從而造成桉樹(shù)林下植物多樣性和動(dòng)物多樣性降低、土壤含水量下降、當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)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(zhì)，這些化感物質(zhì)可以分為11類。不同生長(zhǎng)年限的巨桉林，其化感物質(zhì)濃度及組成均存在一定的差異。同時(shí)，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(zhì)也存在差異。大量的學(xué)者在前期開(kāi)展了巨桉的化感物質(zhì)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(duì)赤子愛(ài)勝蚓體內(nèi)酶活性的影響。王春子等[4]研究了土壤細(xì)菌群落對(duì)巨桉化感物質(zhì)的響應(yīng)。張丹桔等[5]對(duì)不同林齡的巨桉人工林的化感物質(zhì)濃度變化和組成進(jìn)行了系列的研究。李羿橋等[6]則對(duì)巨桉葉分解過(guò)程中，產(chǎn)生的水溶性的化感物質(zhì)對(duì)3種草種萌芽及生理的影響進(jìn)行了研究。這些研究有效地推動(dòng)了巨桉化感效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)大面積發(fā)展巨桉提供了科學(xué)支撐作用。這些研究多數(shù)主要集中在森林生態(tài)系統(tǒng)，由于巨桉作為農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的重要樹(shù)種，對(duì)植物種子萌芽的影響程度如何，需要開(kāi)展進(jìn)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(nóng)作物和1種樹(shù)種對(duì)巨桉化感物質(zhì)的響應(yīng)，從而為合理協(xié)調(diào)發(fā)展巨桉人工林產(chǎn)業(yè)具有重要的意義。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)處理

將巨桉凋落葉在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將巨桉凋落物用尼龍網(wǎng)進(jìn)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(jìn)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(shí)，燒杯口用保鮮膜密封后，把燒杯放到溫度為20℃的培養(yǎng)箱中，待48h后取出燒杯。用折疊好的3層紗布進(jìn)行過(guò)濾，濾液進(jìn)行離心處理(轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，時(shí)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(guī)格為100mL)進(jìn)行定容，定容后的溶液配制成3種相當(dāng)于原凋落物質(zhì)量濃度的浸提液(0.25g/mL，0.50g/mL和0.75g/mL)，為了防止溶液發(fā)酵變質(zhì)，配置好的浸提液被置于冰箱備用(4℃)，具體處理見(jiàn)表1。

表1 巨桉凋落物浸提液試驗(yàn)處理及其濃度

1.2 種子萌發(fā)

選擇水稻(Oryzasativa)、小麥(Triticumaestivum)、玉米(Zeamays)和柏木(Cupressusfunebris)等種子進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。試驗(yàn)采用培養(yǎng)皿濾紙法，在每個(gè)培養(yǎng)皿中鋪墊雙層濾紙，并選取30粒無(wú)病蟲害、質(zhì)量較好、飽滿、大小均勻的種子，這些種子經(jīng)過(guò)浸種處理后，進(jìn)行萌芽試驗(yàn)。將準(zhǔn)備好的4種濃度的浸提液添加到培養(yǎng)皿中，注意不能全部把種子淹沒(méi)，以淹沒(méi)種子的1/3為宜。同時(shí)，以蒸餾水處理為對(duì)照(T0)，試驗(yàn)中的各處理均重復(fù)3次。

將處理好的培養(yǎng)皿放置在光照培養(yǎng)箱中(其中晝夜分別為12h/d，溫度設(shè)置為20℃)培養(yǎng)，待種子萌芽3d后，對(duì)種子的萌芽和種子發(fā)霉情況進(jìn)行記錄。其中，當(dāng)種子的胚根/胚軸突破種皮1～2mm的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，種子被視為發(fā)芽。本次試驗(yàn)共觀察14d。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

參照種子發(fā)芽的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將本試驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)按照發(fā)芽速率(GS)、最終發(fā)芽率(FG)和化感效應(yīng)敏感指數(shù)(RI)等3個(gè)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算[1]：

(1)發(fā)芽速率(GS)=∑(Gt/Nt)

該指數(shù)的計(jì)算用每天累計(jì)的發(fā)芽種子數(shù)除以相應(yīng)的天數(shù)，再進(jìn)行求和。其中，Gt為逐日發(fā)芽種子數(shù)之和，Nt為相應(yīng)發(fā)芽天數(shù)。

(2)最終發(fā)芽率(FG)=發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù)×100%

(3)化感效應(yīng)敏感指數(shù)(RI)，RI的絕對(duì)值大小反應(yīng)化感作用的強(qiáng)弱。當(dāng)為化感抑制作用(RI<0)，為化感促進(jìn)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(duì)照值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

種子萌芽數(shù)據(jù)的處理采用Excel 2010進(jìn)行分析，不同濃度凋落物浸提液對(duì)種子萌芽的影響采用SPSS19.0軟件中的多重方差分析進(jìn)行，本研究中的顯著性水平設(shè)置為P=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 巨桉化感物質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽率的影響

巨桉凋落物浸提液均降低了4種種子的發(fā)芽率，且4種種子的發(fā)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(fā)芽率受浸提液影響最大(圖1)。其中，T1、T2和T3濃度下，小麥發(fā)芽率下降不顯著(P>0.05)，T4濃度顯著降低了小麥的發(fā)芽率(P<0.05)，發(fā)芽率為43.33%。T1和T2濃度下，水稻發(fā)芽率均在93.33%，發(fā)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(fā)芽率(P<0.05)，其發(fā)芽率分別為50.00%和46.67%。玉米和柏木種子發(fā)芽率對(duì)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(fā)芽率(P<0.05)，尤其在高濃度T3和T4下，玉米發(fā)芽率降低至23.33%和16.67%，柏木發(fā)芽率降低至16.67%和6.67%。

圖1 四種種子發(fā)芽率特征

2.2 巨桉凋落物化感效應(yīng)敏感指數(shù)特征

與對(duì)照相比，巨桉凋落物各濃度浸提液均對(duì)4種種子的的萌發(fā)產(chǎn)生的不同的抑制作用，并且呈現(xiàn)出隨著浸提液濃度的升高，化感效應(yīng)敏感性增強(qiáng)的趨勢(shì)(圖2)。4種種子萌發(fā)的化感抑制作用比較來(lái)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(duì)巨桉浸提液的響應(yīng)存在一定的差異。其中，高濃度浸提液對(duì)小麥(T4)和水稻(T3和T4)的抑制作用較大，其中，T3濃度對(duì)小麥的抑制作用化感效應(yīng)敏感指數(shù)為-0.57，T3和T4對(duì)水稻的抑制作用化感效應(yīng)敏感指數(shù)為-0.50和-0.53，玉米和柏木種子對(duì)巨桉浸提液化感效應(yīng)敏感指數(shù)均在-0.50以上，其最高值在T4濃度下對(duì)柏木的影響，化感效應(yīng)敏感指數(shù)為-0.93。

圖2 巨桉化感效應(yīng)敏感指數(shù)特征

2.3 巨桉化感物質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽速率的影響

從圖3可以看出，巨桉凋落物浸提液對(duì)種子發(fā)芽速率產(chǎn)生了一定影響。總體表現(xiàn)為低濃度的浸提液促進(jìn)了各類種子的發(fā)芽速率。而高濃度則降低了其發(fā)芽速率，同時(shí)4種種子的發(fā)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(fā)芽速率有較高的提升。

圖3 巨桉凋落物浸提液對(duì)種子發(fā)芽速率的影響

3 討論

化感物質(zhì)是植物的次生代謝物質(zhì)，主要包括酚類、萜類、生物堿等次生代謝物。其主要通過(guò)降水的淋溶作用、植物自身的揮發(fā)作用、凋落物通過(guò)分解釋放和根系代謝過(guò)程中的分泌等方式而產(chǎn)生大量的化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)是大多是化感物質(zhì)的重要組成。同時(shí)，這些物質(zhì)不斷向其周圍環(huán)境進(jìn)行釋放，對(duì)其他的植物正常的萌芽和生長(zhǎng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈的影響[7]。大量的研究表明，植物的化感物質(zhì)作用，其不僅對(duì)非同種植物造成影響，而且對(duì)同種植物也會(huì)帶來(lái)影響，這些影響有些是起著促進(jìn)效果，而有些是抑制效果[8]。

巨桉作為外來(lái)引進(jìn)的速生樹(shù)種，具有生長(zhǎng)快等特點(diǎn)，巨桉林下植物多樣性減少問(wèn)題是學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期研究的內(nèi)容，目前的研究結(jié)果表明，導(dǎo)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(dǎo)致，巨桉可以通過(guò)根系、樹(shù)皮、枝葉等分泌和釋放出成分復(fù)雜的化感物質(zhì)，從而抑制了其他生物的生長(zhǎng)。其中，凋落物通過(guò)自然降水的浸泡作用，而將溶解于水的化感物質(zhì)滲入土壤中，從而抑制了土壤中的種子萌發(fā)[9]。

研究表明，巨桉凋落物浸提液對(duì)水稻、小麥、玉米和柏木種子發(fā)芽率產(chǎn)生了顯著影響，這些種子的發(fā)芽率隨著巨桉凋落物浸提液濃度的增高而呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，表明高濃度對(duì)種子的抑制作用較明顯。同時(shí)，由于本試驗(yàn)處理中，最高濃度是1.00g/mL，是其他相關(guān)試驗(yàn)研究處理最高濃度10倍，因此，在本次試驗(yàn)過(guò)程中，4種種子萌發(fā)對(duì)高濃度有顯著的響應(yīng)。同時(shí)，本研究采用化感效應(yīng)敏感指數(shù)來(lái)分析巨桉凋落物浸提液對(duì)植物種子萌發(fā)的影響。一些研究認(rèn)為，植物浸提液對(duì)種子萌芽表現(xiàn)出促進(jìn)和抑制作用。而在本研究中，巨桉浸提液對(duì)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(shí)受到的抑制作用較小，而玉米和柏木種子無(wú)論浸提液濃度高低，對(duì)其抑制作用均較高，表明巨桉浸提液對(duì)植物種質(zhì)的化感抑制和促進(jìn)作用是有選擇性的[10]。

植物種子的發(fā)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(fā)芽快慢的一個(gè)重要指標(biāo)[12]。本研究表明，巨桉低濃度浸提液(T1)能提供3種農(nóng)作物種子的發(fā)芽速率，而高濃度則抑制4種種子的發(fā)芽速率。

4 結(jié)論

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

(2)化感效應(yīng)敏感指數(shù)表明，巨桉浸提液對(duì)4種種子的化感效應(yīng)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(fā)芽速率，但高濃度的促進(jìn)作用不明顯。