朱臨淵，曹受金，顏惠芳，彭翠英，廖德志，梁軍生，楊鵬華，龔雄夫，王旭軍

(1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004； 2.湖南省林業(yè)科學院，湖南 長沙 410004； 3.新化縣湘鑫農業(yè)綜合開發(fā)有限公司，湖南 新化 417699； 4.新化縣林業(yè)局，湖南 新化 417699)

魔芋(Amorphophalluskonjac)，別稱磨芋、花魔芋等，為天南星科(Araceae)魔芋屬(Amorphophallus)多年生草本植物，常生于疏林下、林緣或溪谷兩旁濕潤地等[1]。魔芋含有豐富的碳水化合物，熱量低，蛋白質含量高于馬鈴薯和甘薯，微量元素豐富，還含有維生素A、維生素B等[2]，特別是其葡甘聚糖含量豐富。葡甘聚糖是魔芋的主要成分，在可食性膜和各種食品添加劑方面應用廣泛[3-4]，對人體有促進減肥、通便等作用[5]，可改善糖尿病患者的碳水化合物代謝[6]，降低甲亢患者血清甲狀腺激素水平[7]，防止結腸癌風險形成[8]，還有調節(jié)脂質代謝等功能。同時，魔芋具喜溫暖濕潤、忌高溫干旱、耐蔭蔽等習性[9]，為湖南省適于林下種植的重要作物之一。

杉木(Cunninghamialanceolata)為湖南省的重要用材樹種，有生長快、產量高、材質好、用途廣等特點，在湖南林業(yè)生產中占重要地位[10]。凋落物是連接杉木林和土壤的重要“紐帶”，杉木凋落物在維持杉木人工林土壤肥力等方面起著重要作用[11]。

研究表明，林木凋落物產生的化感物質能影響林下種子萌發(fā)及幼苗生長。李夢琪等[12]發(fā)現(xiàn)低濃度的杉木凋落物和木荷(Schimasuperba)凋落物對杉木幼苗萌發(fā)和成長起到一定的促進作用，晉夢然等[13]發(fā)現(xiàn)格氏栲(Castanopsiskawakamii)天然林凋落物低質量濃度浸提液對杉木種子萌發(fā)總體呈促進或輕微的抑制作用。沈文濤等[14]發(fā)現(xiàn)連香樹(Cercidiphyllumjaponicum)凋落物浸提液在高濃度下對連香樹種子萌發(fā)表現(xiàn)出抑制作用。因此凋落物是林下植物生長的重要環(huán)境因子[15]。但關于魔芋與杉木凋落物之間的相互作用目前則未見報道。因此，本研究分析了不同濃度杉木凋落物浸提液對魔芋葉柄長度、葉柄直徑、葉盤直徑等形態(tài)性狀、葉、根及塊莖鮮(干)質量、塊莖葡甘聚糖含量以及葉片酶活性和光合特性等指標的影響，以期為魔芋杉木林下高效栽培提供理論依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地設在長沙市雨花區(qū)湖南省林業(yè)科學院杜家沖試驗林場，地理位置為112°59′E，28°05′N，為中亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，年均氣溫達17.2℃，且光照充足，年均日照達1 496～1 850 h。同時，研究區(qū)雨量豐沛，年均降水量達1 400～1 900 mm，無霜期為264 d。此外，研究區(qū)海拔較低，為110 m，土壤為砂巖紅壤，深達60 cm以上，肥力中等，pH為6.2。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

魔芋：2022年4月，以無病斑、無裂痕、形狀整齊、大小一致、葉芽短而粗壯、球莖質量約150 g 的魔芋塊莖作種芋種植于高28 cm、直徑18 cm的桶狀容器中。

杉木浸提液：將杉木林下原狀枯落物和半分解枯落物洗凈、烘干、粉碎，過1 mm篩后按料液比1∶5加入蒸餾水，于室溫條件下震蕩48 h，然后過濾所得液體即為200 g·L-1的母液。

2.2 試驗設計

本試驗設置5個杉木浸提液濃度梯度，分別為0(蒸餾水處理,對照)、 25 、 50、 100和200 g·L-1,每個處理10缽，完全隨機區(qū)組設計，3次重復。

從2022年7月上旬開始每2 d澆灌1次浸提液，每缽每次澆灌50 mL。施加1個月杉木凋落物浸提液后，2022年8月上旬開始取不同濃度處理的魔芋葉片用做酶活性試驗，每隔7 d取1次，共5次。施加2個月杉木凋落物浸提液后，將魔芋整株取出，將地上和地下部分分開，測定其生長指標；地下部分測定完后將魔芋塊莖切碎、烘干、磨粉后用作魔芋葡甘聚糖試驗。

2.3 指標調查與方法

2.3.1 生長指標的測定

測量指標為葉柄長度、葉柄直徑、葉盤直徑、葉柄鮮(干)重、根鮮(干)重及塊莖鮮(干)重。每個濃度處理下的魔芋選擇5株，用鋼卷尺測定葉柄長度(地面到葉柄分叉處的長度)和葉盤直徑(葉片張開角度最大的距離，精確到0.1 cm)，用游標卡尺測定葉柄直徑(葉柄基部緊貼地面直徑，精確到0.01 cm)，用電子天平稱量其葉柄鮮(干)重、根鮮(干)重及塊莖鮮(干)重(精確到0.01 g)。

2.3.2 葡甘聚糖含量測定

首先，將魔芋塊莖切片、干燥、粉碎；然后，按3，5-二硝基水楊酸顯色法[16]測定葡甘聚糖的含量。

2.3.3 葉片酶活性的分析[17]

丙二醛(MDA)含量測定采用硫代巴比妥酸法測定，過氧化物歧化酶 (POD)活力測定采用愈創(chuàng)木酚法測定，超氧化物歧化酶(SOD)活力采用抑制氮藍四唑的光還原作用測定。每隔7 d測定1次，共測定5次。

2.3.4 光合特性的測定

光響應曲線和二氧化碳(CO2)響應曲線的測定參照王孟等[18]的方法。具體設置如下：PAR梯度設置為1 400、1 200、1 000、800、600、400、200、100、60、40、20、0 μmol·m-2·s-1；CO2濃度梯度設置為400、300、200、100、50、20、400、600、800、1000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000 μmol·mol-1。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有數(shù)據(jù)利用Microsoft Office Excel軟件進行整理，并利用IBM SPSS statistics 24.0軟件進行方差分析和多重比較。

光補償點(LCP)、光飽和點(LSP)、最大光合速率(Pmax)和暗呼吸(Rd)采用葉子飄等[19-20]的雙曲線修正模型計算。表觀量子利用效率(AQY)用光補償點(LCP)附近線性回歸斜率表示。羧化效率(CE)用二氧化碳補償點(Г)附近線性回歸斜率表示。

3 結果與分析

3.1 杉木凋落物浸提液對魔芋地上部分生長的影響

由表1可知，不同濃度杉木浸提液處理對魔芋地上部分形態(tài)性狀及其生物量均存在顯著影響。隨著浸提液濃度逐漸提高，葉柄長度、葉柄直徑逐漸減小(對照除外)。浸提液濃度為25 g·L-1時其葉柄長度、葉柄直徑均為最大值，稍高于對照組；當浸提液濃度達200 g·L-1時，其葉柄長度、葉柄直徑均為最小值，且與對照相比達到顯著性差異。而就葉盤直徑來說，當浸提液濃度為25 g·L-1時，葉盤直徑反而增大，此后則隨著浸提液濃度的逐漸提高而持續(xù)減小，直至200 g·L-1時達到最小值。

由表1可知，當浸提液濃度為25 g·L-1時，葉柄鮮重和葉柄干重與對照組相比無顯著性差異。此后，隨著浸提液濃度的逐漸升高，葉柄鮮重、葉柄干重卻逐漸減?。划斀嵋簼舛冗_到200 g·L-1時，葉柄鮮重、葉柄干重達到最小值且與對照組相比存在顯著性差異。

表1 不同濃度杉木凋落物浸提液對魔芋地上部分生長的影響Tab.1 Effects of different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extracts on the aboveground growth of Amorphophallus konjac浸提液濃度/(g·L-1)葉柄長度/cm葉柄直徑/mm葉盤直徑/cm葉柄鮮重/g葉柄干重/g056.80±8.25 a20.29±1.66 a55.40±4.18 ab162.74±46.82 a16.66±7.82 ab2557.90±3.56 a20.45±1.29 a62.86±4.11 a167.23±20.91 a16.99±1.88 a5055.00±8.16 ab18.78±5.26 ab54.94±7.62 ab149.11±50.79 ab13.56±4.38 ab10045.06±4.17 bc18.47±4.56 ab53.18±5.05 b119.32±27.56 ab12.70±2.44 ab20043.90±7.42 c15.44±1.45 b52.92±6.10 b113.51±26.12 b10.60±2.91 b 注:同一列中不同小寫字母表示在0.05水平存在顯著差異。下同。

3.2 杉木凋落物浸提液對魔芋地下部分生長的影響

由表2可知，在不同濃度的杉木浸提液處理下，魔芋根的鮮重和干重均沒有顯著性差異，說明杉木浸提液對根的質量影響不大。而對于魔芋塊莖而言，在濃度低于50 g·L-1時，隨著浸提液濃度的逐漸升高，塊莖的鮮重和干重也逐漸升高，當濃度達到50 g·L-1時達到最大值；而當濃度超過50 g·L-1時，隨著浸提液濃度的逐漸升高，塊莖的鮮重和干重卻逐漸減小，在濃度為200 g·L-1時達到最小值。

表2 不同濃度杉木凋落物浸提液處理對魔芋地下部分生長的影響Tab.2 Effects of different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extracts on the growth of underground part of Amorphophallus konjac浸提液濃度/(g·L-1)根鮮重/g根干重/g塊莖鮮重/g塊莖干重/g019.35±9.11 a2.15±1.44 a118.12±16.21 ab16.74±3.15 ab2519.01±12.83 a1.64±0.44 a119.13±10.31 ab17.09±1.77 ab5024.23±19.21 a2.62±1.75 a138.04±31.49 a20.02±2.83 a10021.15±2.53 a3.52±1.42 a125.05±23.98 ab18.25±4.03 ab20022.50±9.26 a3.38±1.36 a105.42±22.31 b15.47±2.47 b

3.3 杉木凋落物浸提液對魔芋葡甘聚糖含量的影響

由圖1可以看出，在50 g·L-1濃度下，魔芋葡甘聚糖含量顯著高于其他組，其他組分之間無明顯差異，且200 g·L-1略低于對照組，100 g·L-1高于對照組。說明一定濃度的杉木浸提液可提高魔芋葡甘聚糖的含量，且當濃度在50 g·L-1附近時，提高效果最好。

圖1 不同濃度杉木凋落物浸提液對魔芋葡甘聚糖含量的影響Fig.1 Effects of different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extracts on glucomannan content of Amorphophallus konjac

從圖1還可以看出，在濃度高于50 g·L-1時，隨著杉木浸提液濃度的升高，葡甘聚糖含量卻減少，當濃度達到200 g·L-1時達到最小值，且與對照相比無顯著差異。當濃度下降到25 g·L-1時，葡甘聚糖含量與對照組無明顯差異，且數(shù)值略低于對照組，說明當杉木浸提液濃度過低時，則對葡甘聚糖含量沒有顯著影響。

3.4 杉木凋落物浸提液對魔芋葉片酶活性的影響

3.4.1 杉木凋落物浸提液對魔芋葉片SOD酶活性的影響

由圖2可知，魔芋葉片的SOD酶活性總體呈隨時間延長而下降的趨勢。其中，200 g·L-1濃度的杉木凋落物浸提液處理下的SOD酶活性下降最快，而在其他濃度杉木凋落物浸提液處理下的SOD酶活性下降則較為平緩，其中，0 g·L-1濃度杉木凋落物浸提液處理的SOD酶活性下降趨勢最為平緩。由于SOD 基因的啟動子是組成型啟動子，SOD酶活性受葉片自身衰老程度影響，說明施加杉木凋落物浸提液會使葉片加速衰老，且施加高濃度200 g·L-1的杉木凋落物浸提液會大大提高葉片的衰老速度。

圖2 不同濃度杉木凋落物浸提液對魔芋葉片SOD酶活性變化的影響Fig.2 Effects of different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extracts on SOD activity changes in Amorphophallus konjac leaves

3.4.2 杉木凋落物浸提液對魔芋葉片POD酶活性的影響

由圖3可知，魔芋葉片POD活性總體呈隨時間延長先上升后下降的趨勢。其中200 、100 g·L-1濃度杉木凋落物浸提液處理下的POD初始酶活性較高，且在第14天就達到峰值，從第14天開始POD酶活性開始下降并在第28天到達最低點；而50、25、0 g·L-1濃度杉木凋落物浸提液處理下的魔芋葉片POD酶活性初始較低，在第21天達到活性峰值并且開始下降，在第28天達到最低點。POD酶為誘導酶，受SOD酶影響對活性氧和自由基分解后產生的過氧化氫進行誘導。在魔芋生長過程中葉片中的活性氧和自由基增多，SOD酶分解產生過氧化氫也越多，誘導魔芋葉片的POD酶活性上升；而當葉片開始衰老時，SOD酶活性下降，分解產生過氧化氫減少，此時POD酶活性也下降；所以POD酶活性變化總體呈現(xiàn)上升達到峰值后下降的趨勢。而200、100 g·L-1濃度杉木凋落物浸提液處理下的POD活性初始高于其他濃度且先達到峰值，說明較高濃度的杉木凋落物浸提液能使魔芋葉片中活性氧和自由基增加，使其POD酶活性相對提前達到峰值，也說明較高濃度杉木凋落物浸提液能促使葉片提前衰老。

圖3 不同濃度杉木凋落物浸提液對魔芋葉片POD酶活性變化的影響Fig.3 Effects of different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extracts on POD activity changes in Amorphophallus konjac leaves

3.4.3 杉木凋落物浸提液對魔芋葉片MDA含量的影響

由圖4可知，魔芋葉片的MDA含量總體呈隨時間推移而上升的趨勢。其中25、50 g·L-1濃度杉木凋落物浸提液處理下的MDA含量和空白對照初始差異不大，而200、100 g·L-1濃度杉木凋落物浸提液處理下的MDA含量始終高于其他濃度，200 g·L-1略高于100 g·L-1。在7～14 d，50 g·L-1濃度處理下的MDA含量開始顯著增加，在14 d時顯著高于25 g·L-1和空白對照，此時25 g·L-1濃度處理下的MDA含量和空白對照處理差異仍然不大，而在14～21 d時25 g·L-1濃度處理下的MDA含量開始顯著增加，在21 d時高于空白對照，空白對照則在21～28 d時MDA含量才開始顯著增加。綜上可知，越高濃度杉木凋落物浸提液處理，葉片MDA含量越高且MDA含量顯著上升的時間也越早。

圖4 不同濃度杉木凋落物浸提液對魔芋葉片MDA含量變化的影響Fig.4 Effects of different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extracts on MDA content in Amorphophallus konjac leaves

3.5 杉木凋落物浸提液對魔芋光合特性的影響

3.5.1 杉木凋落物浸提液對魔芋光響應的影響

由表3和圖5可知，不同濃度杉木凋落物浸提液處理下的魔芋對光強有著不同的響應特征，不同處理下的光飽和點(LSP)無顯著差異。最大凈光合速率(Pmax)、光補償點(LCP)、光飽和點(LSP)先隨杉木凋落物浸提液濃度的升高而增大，在濃度達到50 g·L-1時達到最大值，然后減小。呼吸速率(RD)和表觀量子效率(AQY)也先隨杉木凋落物浸提液濃度的升高而增大，在濃度達到100 g·L-1時達到最大值，然后減小。光補償點(LCP)和光飽和點(LSP)反映植物對外界光環(huán)境的需求，是植物葉片在弱光和強光下的適應狀態(tài)[21]，表觀量子效率(AQY)則反映植物對弱光的利用能力[22]，光飽和點(LSP)、光補償點(LCP)、表觀量子效率(AQY)均先隨杉木凋落物浸提液濃度的升高而增大，然后再減小，說明低濃度的杉木凋落物浸提液可以提高魔芋在低光強下的光照需求以及增強對弱光利用的能力，而當濃度超過100 g·L-1后，則會減小魔芋在低光強下的光照需求以及減弱對弱光的利用能力。

圖5 不同濃度杉木凋落物浸提液處理下魔芋光響應曲線Fig.5 Light response curves of Amorphophallus konjac under different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extract

表3 不同濃度杉木凋落物浸提液處理下魔芋光響應和二氧化碳響應Tab.3 Light and carbon dioxide indicators response of Amorphophallus konjac to different concentrations of Cun-ninghamia lanceolata litter extract濃度PmaxRDLCPLSPAQYCEГ011.11±0.66 ab1.70±0.26 ab20.83±1.33 a817.81±99.24 a0.090 3±0.002 4 ab0.013 0±0.010 0 a78.89±2.16 a2511.28±0.59 ab1.80±0.65 a17.50±1.06 b845.40±28.24 a0.065 6±0.002 7 c0.012 9±0.020 0 a76.21±1.61 a5011.70±0.91 a1.86±0.18 a21.95±1.22 a885.47±46.56 a0.093 8±0.005 5 a0.013 4±0.000 8 a59.69±14.17 b1009.56±1.12b c1.87±0.16 a20.51±0.62 a836.85±18.90 a0.104 2±0.012 8 a0.012 2±0.000 7 ab69.83±5.63 ab2009.00±1.24 c1.09±0.17 b15.62±2.41 b831.43±27.14 a0.076 3±0.075 0 bc0.010 4±0.001 4 b75.94±3.24 a 注: 表中濃度單位是g·L-1;Pmax、RD、LCP、LSP、CE、Г單位均為μmol·m-2 ·s-1;AQY單位為mol·mol-1。

3.5.2 杉木凋落物浸提液對魔芋二氧化碳濃度響應的影響

由表3和圖6可知，不同濃度杉木凋落物浸提液處理下的魔芋對二氧化碳濃度有著不同的響應特征。

圖6 不同濃度杉木凋落物浸提液處理下魔芋二氧化碳響應曲線Fig.6 Carbon dioxide response curves of Amorphophallus konjac under different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extract

羧化效率(CE)先隨著濃度的升高而增大，當濃度達到50 g·L-1時達到最大值，然后隨濃度的升高而減小。二氧化碳補償點(Г)則是先隨杉木凋落物浸提液的濃度升高而減小，在50 g·L-1達到最小值，然后隨濃度升高而增大。羧化效率(CE)反映植物對二氧化碳的利用能力，二氧化碳補償點(Г)反映了植物對外界二氧化碳的需求，這說明低濃度的杉木凋落物浸提液可提高二氧化碳的利用能力，降低對二氧化碳的需求；而當濃度超過100 g·L-1后，減弱對弱光和二氧化碳的利用能力，提高對二氧化碳的需求。

3.5.3 杉木凋落物浸提液對魔芋水分利用效率的影響

水分利用效率(Water use efficiency，WUE)可用葉片凈光合速率和蒸騰速率的比值來表示。植物葉片水分利用效率的值越大，其適應能力越強。

由圖7可以看出，不同濃度處理下魔芋葉片的水分利用效率變化趨勢大致相同，在光照強度低于200 μmol·m-2·s-1時，WUE隨光照強度增強而快速上升；當光照強度超過200 μmol·m-2·s-1時，WUE隨光照強度升高變化平穩(wěn)，最后緩慢減小；且在光照強度超過200 μmol·m-2·s-1后，25 g·L-1濃度的WUE值最大且高于空白對照，其他濃度則低于空白對照且隨濃度升高WUE逐漸降低，在濃度達到200 g·L-1時WUE達到最小值。說明濃度超過25 g·L-1的杉木浸提液會降低魔芋的水分利用效率，這可能是因為高濃度的杉木浸提液會對魔芋產生不良影響，使魔芋適應能力減弱，其水分利用效率值也隨著減小。

圖7 不同濃度杉木凋落物浸提液處理下魔芋WUE隨光照強度的變化Fig.7 WUE changes of Amorphophallus konjac under different concentrations of Cunninghamia lanceolata litter extract treatment with light intensities

4 結論與討論

杉木凋落物分解時會產生大量次生代謝物質[23]，會對魔芋起化感作用[24]，從而對魔芋的生長影響顯著。杉木凋落物浸提液對魔芋地上部分的生長影響表現(xiàn)為在25 g·L-1時具有促進作用。而在濃度高于25 g·L-1時反而產生抑制作用，各項指標隨著浸提液濃度升高而減小，這說明杉木凋落物浸提液對魔芋地上部分生長的影響具有高濃度抑制、低濃度促進的效應，這與莊正等[25]的研究一致，也說明化感物質對植物的生長具有雙重效應，既有有利的影響，也會產生不利因素[26]。

就杉木凋落物浸提液對魔芋地下部分的影響而言，浸提液對魔芋根的生長沒有顯著影響，但對魔芋塊莖鮮重及干重的影響則與地上部分相似。隨著浸提液濃度的升高，表現(xiàn)為先促進后抑制，在濃度為25、50 g·L-1時起促進作用，但高于50 g·L-1時，各項指標隨著浸提液濃度升高而減小。

杉木凋落物浸提液對魔芋葡甘聚糖含量的影響則與其對魔芋地下部分生長的影響相同。在濃度為25、50 g·L-1時，魔芋葡甘聚糖含量高于空白對照組，但當濃度高于50 g·L-1時，隨著浸提液濃度升高，魔芋葡甘聚糖含量開始減少。

而杉木凋落物浸提液對魔芋葉片酶活性的影響則表現(xiàn)為隨著浸提液濃度升高，POD酶活性也越高，但其達到峰值開始減小的時間也越早，SOD酶活性下降越快，MDA含量積累越早。這說明杉木凋落物浸提液含有能讓魔芋葉片加速衰老的物質。

不同濃度杉木凋落物浸提液處理下的魔芋水分利用效率隨光照強度變化趨勢大致相同。在光照強度低于200 μmol·m-2·s-1時，WUE隨光照強度增強而快速上升；當光照強度超過200 μmol·m-2·s-1時，WUE隨光照強度變化趨于平緩。另外，濃度超過25 g·L-1的杉木浸提液會對魔芋產生不良影響，使魔芋適應能力減弱，其WUE也隨著減小。低濃度的杉木凋落物浸提液可以提高魔芋在低光強下的光照需求且增強對弱光和二氧化碳的利用能力，降低對二氧化碳的需求；而當杉木凋落物浸提液的濃度超過100 g·L-1后，則會減小魔芋在低光強下的光照需求，且減弱對弱光和二氧化碳的利用能力，提高對二氧化碳的需求。

通過以上研究，發(fā)現(xiàn)在杉木凋落物浸提液濃度提高的過程中，浸提液對魔芋的影響總會由促進作用轉化為抑制作用，一般表現(xiàn)為低濃度促進高濃度抑制，這可能是因為浸提液中含有的酚酸類化感物質對魔芋有一定的影響。在較低含量下會刺激魔芋進一步生長，從而使魔芋的生長及品質有所提升；而當它們的含量過高時，超過了魔芋的調節(jié)能力則會對魔芋產生毒害作用，抑制魔芋生長，降低魔芋品質。所以在實際種植過程中要控制好杉木凋落物的量，避免對魔芋產生不利影響，而關于這些化感物質的具體成分及其產生不利影響時的具體含量則有待進一步研究。