童炳麗,劉濟明,熊 雪,陳敬忠,黃小龍,李麗霞

貴州大學(xué)林學(xué)院,貴陽 550025

米槁(Cinnamomummigao)是貴州近年來重點發(fā)展的民族特色藥材之一,為樟科(Lauraceae)樟屬的常綠植物[1- 2],屬多年生高大喬木,其干燥成熟的果實又名大果木姜子,主要分布于滇、黔、桂三省交界地,為貴州省十大苗藥之一,主治胃痛腹痛、胸悶嘔吐及風(fēng)濕關(guān)節(jié)疼痛等[3]。近年來,米槁作為藥用植物、香料等被大量使用,造成米槁資源的過度開發(fā)利用,野生資源日益匱乏。已有研究表明米槁種子、果皮與葉片中含有大量的萜類、酚酸類等具化感潛力的物質(zhì),且對某些林下植物生長有明顯的抑制作用[4- 6],導(dǎo)致了一定程度的資源浪費。

本文選用的間作植物為綠殼砂(Amomumvillosum),屬姜科多年生常綠草本植物,名貴中藥材,其果實、果皮及葉又具有行氣調(diào)中、消食、溫脾、健胃、安胎等功效[7],具有較高藥用價值。貴州南北盤江、紅水河流域一帶綠殼砂主要是作為香料專用型植物種植[8],其生長發(fā)育期內(nèi)需要一定蔽蔭,喜高溫多濕氣候環(huán)境[9]。按其生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性在高大喬木之間間作綠殼砂,即可充分利用光能、熱能、又可充分利用土地資源與空間,是進(jìn)行林藥間作的又一嘗試。目前,米槁與綠殼砂間作及林內(nèi)生態(tài)效益國內(nèi)還尚未見報道。

林藥間作種植模式不僅能提高林地土壤肥力、改善土壤理化結(jié)構(gòu)、改善林內(nèi)光照強度和促進(jìn)植物的生長,而且還能有效地利用空間資源,提高單位面積的生態(tài)和經(jīng)濟效益[10- 12]。如何選擇間作植物是實現(xiàn)林藥間作的重要因素[13]。然而,影響林藥間作因素中,除間作物種需要在占據(jù)不同生態(tài)位實現(xiàn)對光溫水肥氣熱充分利用外,物種間是否存在化感作用也是影響間作系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵因素。例如,潘丹等[14]發(fā)現(xiàn)核桃葉片水浸提液對黃芩的生長具有一定促進(jìn)作用,適合于高密度間作套栽在核桃林下。經(jīng)課題組調(diào)查發(fā)現(xiàn),在羅甸地區(qū)自然條件下存在米槁-綠殼砂的自然群落,并且綠殼砂生長良好,說明米槁與綠殼砂復(fù)合種植存在可能性。若能合理利用人工米槁林下空間,不僅能提高土地利用率,更能推進(jìn)藥用植物種植結(jié)構(gòu)多元化。本試驗主要從米槁土壤浸提液對受體植物綠殼砂的發(fā)芽率、滲透物質(zhì)及抗氧化物酶活性等幾個方面的影響,以此探討米槁土壤浸提液對綠殼砂種子萌發(fā)及幼苗生長的化感效應(yīng),為探索米槁野外生境及人工林下套種綠殼砂提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

綠殼砂種子和幼苗于2017年6月購買于云南省鶴慶縣香砂仁育苗基地,幼苗苗齡3個月,米槁根際土壤(以下簡稱根土)和林間土壤(以下簡稱林土)采自貴州省羅甸縣羅書鄉(xiāng)6年生米槁人工林,以上物種均由貴州大學(xué)林學(xué)院劉濟明教授鑒定。

1.2 土壤樣品采集

沿所選植株樹干根部挖取溝面,去除土壤表層的腐殖質(zhì),在距主干20—30 cm處,用內(nèi)徑10 cm的土鉆分層挖取距地表0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm的根系土樣,采集各層直徑0.1—0.5 cm 的細(xì)根,用抖落法獲取其上粘附的土壤作為根際土壤。林間土壤采集于米槁林間未被枝葉遮蔽范圍處挖取土壤剖面,用內(nèi)徑10 cm的土鉆分層挖取距地表0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm的土壤。分別將3個不同點相應(yīng)層次的根際土壤樣和林間土壤分別充分混勻,去掉大石粒、須根及可見的土壤動物(如蚯蚓)等,裝袋帶回。將帶回米槁根土及林土自然風(fēng)干后,分別等量充分混合待用。

1.3 供試液制備

取過2 mm篩的根土、林土各50 g,蒸餾水按照料液比體積為1∶10拌勻浸泡,常溫下置于搖床振蕩24 h,分別用10層紗布過濾浸提液,4000 r/min離心20 min后取上清液,即為0.1 g/mL母液。將母液進(jìn)行以下2種配置：(1)將母液分別配制0.5、1、5、10、50 mg/mL濃度梯度5個,用蒸餾水作為對照(CK)用于生物檢測,置于4℃冰箱中備用。(2)另取母液用甲醇浸提液反復(fù)浸提3次,混合上清液,分別過0.45 μm孔徑濾膜抽濾并旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),并用乙酸乙酯洗脫,4℃保存,用于GC-MS成分分析。根土—甲醇浸提—乙酸乙酯洗脫相記為RSME；林土—甲醇浸提—乙酸乙酯洗脫相記為WSME。

1.4 實驗設(shè)計

1.4.1種子萌發(fā)試驗

采用培養(yǎng)皿濾紙法,培養(yǎng)皿置于高壓滅菌鍋中120℃消毒,在培養(yǎng)皿中鋪2層定量濾紙,每個培養(yǎng)皿選擇100粒大小均勻一致的種子,分別加入5 mL不同濃度的供試液,濃度梯度配置是0、0.5、1、5、10、50 mg/mL,每個處理3個重復(fù),置于25℃人工氣候培養(yǎng)箱中,每天補充等量相應(yīng)的各處理供試液保持培養(yǎng)皿濕潤,從種子著床后第14天統(tǒng)計綠殼砂種子發(fā)芽數(shù),計算發(fā)芽率,發(fā)芽勢。

1.4.2幼苗生長試驗

育苗采用盆栽法并置于溫室內(nèi),栽培土源于貴州大學(xué)林學(xué)院苗圃,經(jīng)曬干、碾碎、消毒滅菌過篩后分別裝入花盆中(25 cm×20 cm),于當(dāng)年6月底將購買的苗齡3個月的綠殼砂幼苗挑選長勢良好,且較為一致的幼苗移栽至花盆中,按照1.4.1中的6個濃度梯度處理綠殼砂幼苗,每個處理6次重復(fù),每個重復(fù)2株幼苗。為保證幼苗正常生長存活,緩苗處理1個月后,挑選長勢一致、無病害植株用于化感試驗,此時苗齡為4個月。

1.4.3指標(biāo)測定

發(fā)芽率、發(fā)芽勢[15]：發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù)×100%；發(fā)芽勢=發(fā)芽達(dá)到高峰值時發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%,并對數(shù)據(jù)進(jìn)行化感效應(yīng)指數(shù)(RI)計算[16],當(dāng)T≥C時,RI=1-C/T；當(dāng)T

化感強度計算：參考張子龍和沈玉聰[17]的方法計算平均化感指數(shù)來比較各測定指標(biāo)間的化感作用強弱。

式中,R為平均敏感指數(shù)(M)的級別或?qū)哟?a為數(shù)據(jù)項,n為該級別或?qū)哟螖?shù)據(jù)(RI)的總個數(shù)。當(dāng)MSI>0時為促進(jìn),當(dāng)MSI<0時為抑制,絕對值的大小與作用強度(敏感性)一致。

苗高：每個處理選取3株,利用卷尺和游標(biāo)卡尺測量并記錄其苗高。

生物量：實驗結(jié)束后將不同濃度處理的3個重復(fù)沖洗干凈,烘箱105℃殺青20 min,80℃烘干至恒重,用電子天平稱量。

滲透物質(zhì)：可溶性糖含量與可溶性淀粉含量采用蒽酮比色法；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G- 250染色法、游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法。

抗氧化系統(tǒng)：丙二醛(MDA)含量采用TBA顯色法測定；葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性用NBT光還原法測定[18]。

土壤酶指標(biāo)：酸性磷酸酶(S-ACP)、多酚氧化酶(S-PPO)、脲酶(S-UE)、過氧化氫酶(S-CAT)采用試劑盒進(jìn)行測定(北京索萊寶生物科學(xué)技術(shù)有限公司),方法與結(jié)果計算參照試劑公司方案。

化學(xué)成分鑒定及相似度比較：根土與林土洗脫相進(jìn)樣量均為1 μL,不分流(HP6890/5975CGC/MS聯(lián)用儀)。毛細(xì)管柱為AB-INOWAX(30 m×0.25 μm×0.25 mm),初始溫度45℃,保持2 min后升溫至240℃(以5℃/min勻速升溫),保持14 min,總共運行時間為55 min。汽化室溫度250℃；載氣為高純He(99.999%)；柱前壓7.64 psi,載氣流量1.0 mL/min,溶劑延遲時間：5.0 min。質(zhì)譜條件：離子源為EI源,離子源溫度230℃,四極桿溫度150℃,電子能量70 eV,發(fā)射電流34.6 μA,倍增器電壓1612 V,接口溫度280℃,質(zhì)量范圍29—500 amu。對總離子流圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索及核對Nist2005和Wiley275標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖,確定揮發(fā)性化學(xué)成分,用峰面積歸一化法測定了各化學(xué)成分的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

借鑒Jaccard相似系數(shù)公式[19],比較根土與林土化合物的相似度。

J=c/(a+b+c)%

式中,a為根土中特有組分?jǐn)?shù)目,b為林土中特有組分?jǐn)?shù)目,c為根土與林土中共有組分的數(shù)目(a,b所代表組分歸一化百分含量大于1%,c所代表兩個共有組分中至少有一個的歸一化百分含量大于1%)。

1.4.4數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析,并采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)檢驗,Duncan′s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較,分析不同處理間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 米槁根土與林土水浸提液對綠殼砂種子的生物活性測定

由表1可知,隨著米槁根土和林土水浸提液濃度的升高,綠殼砂種子的發(fā)芽率呈現(xiàn)出先增加而后逐漸減小的變化趨勢。當(dāng)根土水浸提液濃度為10 mg/mL時,綠殼砂種子的發(fā)芽率達(dá)到最大值。雖然化感效應(yīng)指數(shù)(RI)均<0,對種子的發(fā)芽率表現(xiàn)出一定的抑制作用,但在各米槁根土和林土水浸提液處理下的綠殼砂種子發(fā)芽率與CK間均無顯著差異。發(fā)芽勢隨著各水提液濃度的增加未呈現(xiàn)明顯變化規(guī)律。米槁根土水浸提液各濃度處理下,種子發(fā)芽勢均低于CK處理,沒有顯著差異,化感效應(yīng)指數(shù)(RI)均<0,表現(xiàn)出抑制作用。林土水浸提液各濃度處理下,經(jīng)1、10和50 mg/mL 3個濃度處理后的種子發(fā)芽勢大于等于CK處理,差異顯著(P<0.05),且化感效應(yīng)指數(shù)(RI)均>0,表現(xiàn)出促進(jìn)作用。

表1 米槁根際土壤與林間土壤水浸提液對綠殼砂種子的生物活性測定

相同字母表示沒有顯著性差異,不同小寫字母之間表示差異顯著(P<0.05);CK:對照 Control；RI:化感效應(yīng)指數(shù) Allelopathic response index

綠殼砂種子經(jīng)根土水浸提液處理后,發(fā)芽率和發(fā)芽勢的化感效應(yīng)指數(shù)(RI)均為負(fù)值,且大多在-0.2—-0.5范圍。達(dá)最大值后,隨著濃度的增加,抑制力越明顯,可說明米槁根土水浸提液對綠殼砂種子萌發(fā)具有較強的抑制作用,且對降低種子發(fā)芽數(shù)和延遲種子發(fā)芽周期均有一定作用。綠殼砂種子經(jīng)林土水浸提液處理后,發(fā)芽率的化感效應(yīng)指數(shù)(RI)雖大多為負(fù)值,但多接近0,這一定程度上說明林土水浸提液對綠殼砂種子的發(fā)芽率沒有明顯化感抑制效應(yīng)。林土水浸提液在1 mg/mL和50 mg/mL兩個濃度對綠殼砂種子的發(fā)芽勢表現(xiàn)出明顯的促進(jìn)作用。

2.2 米槁根土與林土水浸提液對綠殼砂幼苗生物量與苗高的影響

由表2可知,米槁根土和林土水浸提液處理下,綠殼砂的總生物量與苗高均隨浸提液濃度升高呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。米槁根土和林土水浸提液處理下,綠殼砂生物量高于對照組CK,化感效應(yīng)指數(shù)(RI)均>0,表現(xiàn)為促進(jìn)作用,存在極顯著差異(P<0.01)。根土水浸提液處理下,低濃度0.5—5 mg/mL對綠殼砂幼苗的苗高有促進(jìn)作用,差異顯著(P<0.05),而高濃度處理10—50 mg/mL對苗高有抑制作用,但無顯著差異。與對照組CK相比,5個濃度林土水浸提液對苗高均存在差異顯著(P<0.05),化感效應(yīng)指數(shù)(RI)均>0,有促進(jìn)作用,呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,5 mg/mL處理達(dá)到最大值25.16 mg/mL。整體而言,綠殼砂的總生物量與苗高隨著米槁根土與林土浸提液濃度的增加,大體呈現(xiàn)出低促高抑的現(xiàn)象。由此可推斷,低濃度的土壤浸提液可促進(jìn)植物生長。

表2 米槁根際土壤與林間土壤水浸提液對綠殼砂幼苗生物量與形態(tài)的影響

綠殼砂仁為草本植物,地徑和冠幅不納入生長指標(biāo)測定范圍

2.3 根土和林土水浸提液對綠殼砂種子的發(fā)芽和幼苗生長響應(yīng)的差異分析

為直觀比較兩種土壤水浸提液對綠殼砂的影響,故從形態(tài)生長上進(jìn)行差異比較分析。從圖1可知,林土水浸提液對綠殼砂種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、總生物量及苗高的作用效果比根土水浸提液更為顯著,且在濃度5 mg/mL浸提液處理下效果最佳。由此可知,較根土而言,林土水浸提液對綠殼砂種子促進(jìn)作用更顯著或抑制作用更小。

圖1 根際土壤和林間土壤水浸提液對綠殼砂種子的發(fā)芽和幼苗生長響應(yīng)的差異分析Fig.1 Difference analysis of response of rhizosphere soil and forest soil of C. migao water extract to seed germination and seedling growth of A.villosum相同字母表示沒有顯著性差異,不同小寫字母之間表示差異顯著(P<0.05)

2.4 米槁根土與林土水浸提液對綠殼砂幼苗滲透物質(zhì)的影響

由表3可知,米槁根土水浸提液處理下,綠殼砂可溶性蛋白質(zhì)含量最大值在根土5 mg/mL下為1.99 mg/g FW,除50 mg/mL處理外其他各個濃度處理均與對照組間存在顯著差異(P<0.05)；綠殼砂可溶性糖含量各處理下均高于對照組,根土5 mg/mL處理下可溶性糖含量最高,達(dá)3.59 mg/g FW(鮮重),且與對照組間具有顯著差異(P<0.05)；綠殼砂游離脯氨酸含量均極顯著低于對照組,根土5 mg/mL處理下為最大(61.28 μg/g FW),此后隨著浸提液濃度增大而減少。米槁林土水浸提液處理下,綠殼砂幼苗可溶性蛋白質(zhì)含量隨濃度升高而降低,林土0.5 mg/mL處理下略高于對照組,但無明顯差異；綠殼砂幼苗可溶性糖含量均高于對照組,但彼此間數(shù)值較為接近,無顯著差異；綠殼砂游離脯氨酸含量隨林土水浸提液濃度升高,呈現(xiàn)先增加后減緩的趨勢,各處理值均高于對照值,體現(xiàn)出一定累積現(xiàn)象,5—50 mg/mL處理與對照組間存在極顯著差異(P<0.01)。

表3 米槁根際土壤與林間土壤水浸提液對砂仁幼苗滲透物質(zhì)的影響

FW: 鮮重

2.5 米槁根土與林土水浸提液對砂仁幼苗MDA含量和SOD酶活性的影響

由圖2可知,米槁根土和林土水浸提液處理下,綠殼砂幼苗MDA含量及SOD酶活性均呈先升高后降低趨勢。根土水浸提液處理下,MDA含量在5 mg/mL濃度下為最大值57.91(根土10 mg/mL),與對照組間極顯著相關(guān),其余濃度與對照組差異不大；SOD酶活性除根土0.5 mg/mL(289.73 U/g FW)外,其余值均高于對照處理,酶活性最高達(dá)326.09 U/gFW(根土5 mg/mL),說明綠殼砂幼苗在根土水浸液處理下表現(xiàn)出一定的自我調(diào)節(jié)機制。林土水浸提液處理下,綠殼砂幼苗MDA含量除林土0.5 mg/mL(42.29 μmol/g FW)外,其余處理值均顯著高于對照水平,林土5 mg/mL(49.37 μmol/g FW)處理下MDA含量最高；除0.5 mg/mL外,各濃度處理下綠殼砂SOD酶活性均顯著高于對照水平,最大值為311.71 U/gFW(林土5 mg/mL)；說明當(dāng)SOD酶活性升高后,MDA含量積累相應(yīng)減少,很可能是超氧陰離子被清除后,細(xì)胞膜質(zhì)膜透性開始恢復(fù)。

2.6 米槁根土與林土水浸提液對砂仁幼苗土壤酶活性的影響

圖3 米槁根際土壤與林間土壤水浸提液對砂仁幼苗土壤酶活性的影響Fig.3 Effect of soil enzyme activity on A. villosum seedlings from rhizosphere soil and forest soil of C. migao aqueous extract S-UE：脲酶 Solid-Urease；S-PPO：多酚氧化酶 Solid-Polyphenol oxidase；S-CAT：過氧化氫酶 Solid-catalase；S-ACP：酸性磷酸酶 Solid-acid phosphatase

由圖3可知,米槁根土水浸提液處理下,綠殼砂S-UE活性體現(xiàn)出輕微的抑制效應(yīng),其無明顯變化規(guī)律,且均略低于對照處理(51.77 ugNH3-N/g),說明綠殼砂S-UE活性在根土水浸提液作用下變化不敏感,但受到一定抑制；綠殼砂S-PPO活性隨浸提液濃度升高大體呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,且所有處理間均無顯著差異,說明根土水浸提液能使綠殼砂S-PPO活性增強,但作用力不大。而綠殼砂S-CAT活性對根土水浸提液具有低促高抑的效應(yīng)；綠殼砂S-ACP活性隨根土水浸提液濃度的升高不斷增強,且均高于對照水平21.81 μmol g-1d-1,最大值為29.87 μmol g-1d-1(根土10 mg/mL),與對照差異極顯著,說明根土水浸提液的施加促進(jìn)了綠殼砂土壤中S-ACP的活力。米槁林土水浸提液作用下,綠殼砂S-UE活性變化趨勢同根際土壤一致,對脲酶具有一定抑制作用,且總體作用強于根土；綠殼砂S-PPO活性變化不顯著,最小值12.02 mg g-1d-1(林土0.5 mg/mL)、最大值13.29 mg g-1d-1(林土1 mg/mL)均為低濃度處理,說明林土水浸提液能促進(jìn)綠殼砂S-PPO活性增強；0.5—1 mg/mL處理下綠殼砂S-CAT活性低于對照水平(18.49 U/g),但差異不顯著,隨著濃度升高S-CAT活性高于對照組；而綠殼砂S-ACP活性也表現(xiàn)出了同S-CAT類似的趨勢,但隨著濃度的增加,S-ACP活性增長速度更快,說明米槁土壤水浸提液對綠殼砂S-ACP活性同樣有高濃度促進(jìn)的效應(yīng)。

2.7 米槁根土與林土水浸提液對綠殼砂幼苗的化感作用

由表4可知,2種水浸提液對綠殼砂幼苗的化感作用中,一、二、三級敏感指標(biāo)大多為正值,少量為負(fù)值,總體表現(xiàn)為促進(jìn)作用。由一級指標(biāo)可知,除可溶性蛋白質(zhì)、游離脯氨酸含量與土壤脲酶活性表現(xiàn)為抑制效應(yīng),其余指標(biāo)均顯示米槁土壤水浸提液對綠殼砂生長為促進(jìn)作用,且林土水浸提液的促進(jìn)作用更強。從二級指標(biāo)可看出,2種水浸提液對綠殼砂植物生理指標(biāo)均有輕微抑制作用,但對綠殼砂形態(tài)生長及土壤酶活性均為促進(jìn)作用。從三級指標(biāo)可看出,土壤水浸提液均對綠殼砂生長表現(xiàn)為促進(jìn)作用,林土水浸提液促進(jìn)效果強于根土水浸提液。

表4 米槁根際土壤與林間土壤水浸提液對綠殼砂幼苗的化感作用

SOD：超氧化物歧化酶 Superoxide dismutase ；MDA：丙二醛 Malondialdehyde；S-UE：脲酶 Solid-Urease；S-PPO：多酚氧化酶 Solid-Polyphenol oxidase；S-CAT：過氧化氫酶 Solid-catalase；S-ACP：酸性磷酸酶 Solid-acid phosphatase

2.8 米槁根際土壤與林間土壤化學(xué)成分鑒定結(jié)果

經(jīng)質(zhì)譜計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索及核對Nist2005和Wiley275標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖,RSME法所得化合物共計18種,所占總類百分比分別為59.99%,相對含量超過1%的有14種,含量最高的化合物為棕櫚酸,達(dá)13.05%；WSME法所得化合物共計18種,所占總類百分比分別為63.72%,相對含量超過1%的有13種,含量最高的化合物為十五烷,達(dá)13.42%。其中含量超過1%的成分具體組成情況詳見表6,其中1個萜類(十二醛)、3個酚酸類(油酸、硬脂酸、棕櫚酸)、5個烷烴類(十七(碳)烷、十五烷、正二十三烷、正十八烷、正十九烷)為根土和林土中共有成分(>1%)。為了更好比較米槁根土與林土中化學(xué)組分歸一化百分含量大于1%的組分的相似程度(J),本研究參考Jaccard相似系數(shù)公式,計算相似度。在甲醇浸提,乙酸乙酯洗脫下,兩者相似系數(shù)為58.82%,兩種土壤化學(xué)組分種類差異不大,但物質(zhì)含量上有差異。整體而言,根土含酚酸和萜類物質(zhì)較多,但林土相對含量普遍高于根土。

3 討論

本研究表明,米槁根土和林土水浸提液對綠殼砂種子的發(fā)芽和幼苗生長的影響存在差異,兩種土壤浸提液均對綠殼砂種子萌發(fā)存在不同程度的抑制作用,但差異都不顯著,其中林土水浸提液對綠殼砂的發(fā)芽率、生物量及苗高的抑制效果比根土水浸提液更弱,并且林土在一定濃度下比對照組更能促進(jìn)綠殼砂的發(fā)芽勢。種子發(fā)芽效果的好壞直接決定植物個體更新、生存和群體數(shù)量[20- 21],生長和生物量為表征植物對脅迫適應(yīng)性的重要指標(biāo)[22- 23]。因此,探究米槁根土和林土水浸提液對綠殼砂種子發(fā)芽效果、幼苗生長及生物量的影響是實現(xiàn)林藥間作的關(guān)鍵一步。

表5 米槁根際土壤與林間土壤水浸提液對綠殼砂幼苗的化感作用

表6 米槁根際土壤與林間土壤不同萃取相化學(xué)組分(含量大于1%)相似性比較

Table 6 Similarity comparison on chemical components(contentgreater than 1%)of different extraction phases in rhizosphere soil and forest soil ofC.migao

物質(zhì)成分Material composition相對含量Relative content/%RSMEWSME十二醛Dodecanal3.775.62十七(碳)烷Heptadecane3.463.05十五烷Pentadecane5.7113.42硬脂酸Stearic acid4.795.49油酸Oleic acid3.591.13正二十三烷Tricosane3.733.08正十八烷Octadecane4.293.72正十九烷Nonadecane3.787.13棕櫚酸Palmitic acid13.059.81,3-丁二醇1,3-Butanediol1.672,3-丁二醇2,3-Butanediol1.42乙?；?2-羥基-2-甲基-5-雙環(huán)異丙基-[4.3.0]壬烷7-Acetyl-2-hydroxy-2-methyl-5-sopropylbicyclo[4.3.0] nonane1.37正二十一烷Heneicosane2.98己內(nèi)酰胺Caprolactam3.89二十四烷Tetracosane1.69十六烷Hexadecane 2.82正二十二烷Docosane 1.9棕櫚酸甲酯Methyl palmitate1.83相似性系數(shù)Similarity Coefficient58.82

“-”表示未檢測出該物質(zhì); RSME：根土-甲醇浸提-乙酸乙酯洗脫相 Root Soil-Methanol Extraction-Ethyl Acetate Elution Phase； WSME：林土-甲醇浸提-乙酸乙酯洗脫相 Forest Soil-Methanol Extraction-Ethyl Acetate Elution Phase

植物體內(nèi)滲透物質(zhì)含量和抗氧化物酶活性往往能較為直接地反映植物體受害程度[24- 25],無論是在外界環(huán)境脅迫下還是正常生長過程中,均能產(chǎn)生大量的活性氧,如果不能及時清除將會對植物細(xì)胞產(chǎn)生嚴(yán)重的毒害作用[26]。在米槁根土與林土水浸提液處理下滲透物質(zhì)、抗氧化系統(tǒng)、土壤酶活性均發(fā)生了不同程度改變。隨著米槁根土水浸提液濃度的升高,綠殼砂幼苗的可溶性蛋白和可溶性糖含量顯著高于對照,游離脯氨酸含量則顯著下降；但隨著林土水浸提液濃度的上升,除可溶性蛋白含量有所降低,其余都呈上升趨勢,差異不顯著。說明綠殼砂幼苗在米槁根土水浸提液處理下,適應(yīng)性較林土水浸提液強。綠殼砂幼苗能通過可溶性糖與游離脯氨酸參與體內(nèi)滲透勢的調(diào)節(jié)減輕對自身的傷害,這與楊延杰等的研究結(jié)論較為類似[27]。

因米槁根際與林間土壤中物質(zhì)組成和含量的不同,可能導(dǎo)致兩種水浸提液對綠殼砂幼苗的作用機制和作用趨勢的差異。MDA是生物膜系統(tǒng)脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物之一,因此其含量高低能直接指示細(xì)胞膜脂過氧化以及植物受脅迫的程度[28]。隨著米槁根土水浸提液濃度升高,綠殼砂幼苗SOD酶活性呈逐漸升高趨勢,MDA含量則相應(yīng)降低；在林土水浸提液處理下,綠殼砂幼苗MDA含量及SOD酶活性均呈先升高后降低趨勢。當(dāng)?shù)蜐舛鹊幕形镔|(zhì)對植物產(chǎn)生較弱的脅迫作用,這反而會啟動植物的應(yīng)激機制從而增加抗氧化物酶活性以消除多余的過氧化產(chǎn)物[29]；然而本研究中根土水浸提液在高濃度10mg/mL下,受體植物綠殼砂雖有較高的SOD酶活性,但其MDA含量仍顯著高于對照處理。這可能是因為單純提高SOD活性反而會導(dǎo)致其過量的H2O2不能被進(jìn)行進(jìn)一步消耗而會對植物造成傷害[21]。

土壤酶主要來源于土壤微生物的活動、植物根系分泌物和動植物殘體腐解過程中釋放的酶,可以作為評價土壤肥力水平的指標(biāo)[30- 31]。米槁根土和林土水浸提液對綠殼砂幼苗S-UE活性、S-PPO活性、S-CAT活性(除林間土壤)均呈現(xiàn)出低促高抑現(xiàn)象,與徐冬梅等[32]用外源酸對S-UE和S-ACP活性研究的變化規(guī)律一致。對S-ACP活性、S-CAT(除根際土壤)活性則表現(xiàn)為不斷增加趨勢,而余世金等[33]研究了茯苓栽培場的土壤酶變化,發(fā)現(xiàn)4種土壤酶活性均呈下降趨勢。這與本研究的結(jié)論截然不同,原因可能是土壤酶活性與綠殼砂生長狀況之間的緊密聯(lián)系,米槁林下種植綠殼砂,在一定濃度范圍內(nèi),土壤中的化感物質(zhì)還未對綠殼砂植物體的生長造成明顯抑制作用。化感綜合效應(yīng)指數(shù)(SE)是用來衡量化感作用類型及其強度的重要指標(biāo)之一,被廣泛應(yīng)用于各類型的化感實驗[34,16]。從化感綜合效應(yīng)指數(shù)分析的結(jié)果看,米槁根土和林土水浸提液對綠殼砂幼苗的生理指標(biāo)表現(xiàn)為輕微抑制作用,但對其他指標(biāo)的作用趨勢總體是促進(jìn)作用,并且在林土水浸提液處理下對綠殼砂的促進(jìn)效果更好。

本試驗應(yīng)用GC-MS對米槁化學(xué)成分鑒定后發(fā)現(xiàn)米槁根土和林土中含量超過1%的化學(xué)組分相似度較高,林土成分所占種類百分比普遍高于根土,并且含酚酸和烷烴類物質(zhì)較多,證明米槁根土及林土中均含有一定的化感物質(zhì)。植物在生長發(fā)育過程中不斷與根土溶液進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換,通過各種途徑(如地上部分淋溶、根系分泌、植物殘體分解等)進(jìn)入根際區(qū)的源于植物自身的化學(xué)物質(zhì),直接影響著根際區(qū)土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu),最終對植物自身的生長發(fā)育產(chǎn)生影響[35]。從上述的分析中發(fā)現(xiàn),米槁林土水浸提液對綠殼砂種子促進(jìn)作用更顯著或抑制作用更小,推測較林土相比,根土更容易累積化感物質(zhì),而林土則因為通過根系分泌物以及殘根腐爛等方式進(jìn)入環(huán)境中的化感物質(zhì)濃度較低,在一定程度上可以促進(jìn)林下物種的生長發(fā)育,并且綜合兩種水浸提液對綠殼砂生長響應(yīng)的差異和化學(xué)成分分析可知,在實際經(jīng)營中應(yīng)在米槁林葉遮蔽范圍外的空閑區(qū)種植綠殼砂植株。

綜上所述,本研究表明米槁根土和林土中含有一定的化感物質(zhì),但米槁根土水浸提液和林土水浸提液在一定濃度范圍內(nèi),對受體植物綠殼砂種子萌發(fā)、幼苗生長沒有明顯的抑制作用。米槁根土水浸提液對綠殼砂種子萌發(fā)和幼苗生長具有更明顯的潛在促進(jìn)效應(yīng),在一定程度上提高了綠殼砂的抗逆性和適應(yīng)性。因此,在米槁林下套種綠殼砂時應(yīng)在米槁林葉遮蔽范圍外的空閑區(qū)間進(jìn)行幼苗移栽,在合理的經(jīng)營管理模式下,實現(xiàn)米槁-綠殼砂林藥間作經(jīng)營模式是可行的。