藍(lán)桉枝、葉氣態(tài)揮發(fā)物對幼苗生長的自毒作用

曹子林，王曉麗，陳 勇，諶永蕾

(1.西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，云南昆明 650224;2.西南林業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，云南昆明 650224)

桉樹(Eucalyptus sp.)是一類重要的速生優(yōu)質(zhì)樹種，其樹皮、樹脂、葉、花、果、種子、木材等皆可綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益潛力很大。由于桉樹具有生長速度快、輪伐期短、適應(yīng)性強、用途廣等特點，因而世界各國均大量引種。目前，全世界有96個國家商業(yè)性栽培桉樹約600萬hm2，我國引種桉樹的歷史已超過100年，現(xiàn)有17個省(區(qū))種植，桉樹人工林面積超過150萬hm2。桉樹的大量引種栽植，既可帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但也帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)方面的問題，如生物多樣性下降、土壤退化、土地生產(chǎn)力下降、多代連栽產(chǎn)量下降等。對于這種現(xiàn)象，以往人們通常把它歸結(jié)為桉樹對水、肥競爭的結(jié)果?？墒?，越來越多的研究結(jié)果證明，桉樹除具有較強的水、肥競爭力外，更重要的因素是它所具有較強的化感作用。桉樹會釋放某些化學(xué)物質(zhì)以抑制林內(nèi)其它植物的生長，從而導(dǎo)致林內(nèi)群落結(jié)構(gòu)簡單，林下灌木和草本植物稀少，進(jìn)而引起較為嚴(yán)重的水土流失［1－3］。有關(guān)桉樹的化感作用已經(jīng)做過一些的研究，但有關(guān)桉樹枝、葉氣態(tài)揮發(fā)物的自毒作用未見報道［4－7］。本研究以藍(lán)桉為受體植物，研究藍(lán)桉(Eucalyptus globulus Labill.)新鮮枝、葉氣態(tài)揮發(fā)物對自身種子發(fā)芽后幼苗生長的自毒作用，為桉樹化感作用研究提供新的資料。

1 材料與方法

1.1 材料

藍(lán)桉種子購自云南省林木種苗站，產(chǎn)地是昆明。所需的藍(lán)桉鮮枝、葉，為現(xiàn)用現(xiàn)采，且胸徑、高度基本一致，胸徑約為5 cm，高度約為3 m，每次取樣約為1 kg，分4次采樣。

1.2 方法

1.2.1 藍(lán)桉枝、葉氣態(tài)揮發(fā)物自毒作用的測定 試驗前用0.15%的福爾馬林溶液擦洗光照培養(yǎng)箱，悶2 d后使用;培養(yǎng)皿在120℃的烘干箱中高溫滅菌3 h;藍(lán)桉種子用始溫45℃的水浸泡24 h，然后用0.15%的福爾馬林溶液浸泡20 min，再用蒸餾水沖洗2～3次。將藍(lán)桉種子放在鋪有2層定性濾紙的培養(yǎng)皿(12cm)中，每皿放100粒藍(lán)桉種子，3次重復(fù)。參照文獻(xiàn)［8］中方法，將所采的鮮枝和鮮葉分別稱取300 g、100 g、33 g放在保鮮盒(保鮮盒分2層，長27 cm、寬12 cm、高12 cm)的底部，對照的底部為空白。將培養(yǎng)皿放在保鮮盒上部，培養(yǎng)皿不加蓋，保鮮盒加蓋，所加試劑為蒸餾水。將保鮮盒放入光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25℃，空氣相對濕度75%左右，光照強度約1225 Lux，每天光照8 h，每隔24 h觀察種子萌發(fā)狀況，并通風(fēng)片刻。置床當(dāng)天為第1 d，第14 d結(jié)束發(fā)芽實驗［8］，量測幼苗胚根長、胚軸長，用電子天平稱鮮重，在85℃恒溫箱烘干至恒重后再稱干重。

1.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計假設(shè)檢驗方法均以RI值進(jìn)行。RI=1－C/T(當(dāng)T≥C);RI=T/C－1(當(dāng)T＜C)，其中C為對照值，T為實測值，RI為化感作用，RI＞0時表示促進(jìn)作用，RI＜0為抑制作用，RI=0時表示無化感作用，RI的絕對值代表作用強度的大?。?0］，用t檢驗對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于實驗分兩次進(jìn)行，為便于比較本文使用相對值(對照的百分比)表示胚軸和胚根長度以及幼苗鮮重、干重，方差分析與多重比較采用SPSS方差分析處理軟件分析不同處理間對照百分比的差異性［11－12］。

2 結(jié)果與分析

由于產(chǎn)生的氣態(tài)揮發(fā)物量與枝葉質(zhì)量有密切關(guān)系，通常情況下，藍(lán)桉枝葉越多，在單位空間內(nèi)釋放的氣態(tài)揮發(fā)物越多，將會使單位空間內(nèi)氣態(tài)揮發(fā)物濃度越高。根據(jù)實驗結(jié)果，為便于比較，以葉片為基準(zhǔn)，分別將300 g、200 g、100 g藍(lán)桉枝葉產(chǎn)生的氣態(tài)揮發(fā)物濃度定義為高濃度(300 g/3888 cm3)、中等濃度(100 g/3888 cm3)和低濃度(33 g/3888 cm3)。

2.1 藍(lán)桉枝、葉氣態(tài)揮發(fā)物對幼苗生長的自毒作用

鮮葉、鮮枝氣態(tài)揮發(fā)物對藍(lán)桉幼苗生長影響的規(guī)律基本相同，也呈現(xiàn)出高濃度抑制，隨濃度降低，抑制作用減弱，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)作用的規(guī)律。但鮮葉、鮮枝對幼苗生長影響的程度大小不同。高濃度時，鮮葉處理后期萌發(fā)種子腐爛，相對胚根長、胚軸長、鮮重、干重都為0，而鮮枝處理后分別為53.33%、53.40%、61.36%、96.45%，經(jīng)方差分析及多重比較，除鮮枝處理后干重與對照未達(dá)顯著水平外，其余不同處理間及不同處理與對照間均達(dá)極顯著水平。中等濃度時，相對胚根長、胚軸長、鮮重、干重都為72.84%、63.08%、83.21%、110.55%，與鮮枝處理后的 96.39%、73.98%、98.58%、113.54%相比分別降低了 24.4%、14.7%、15.6%、2.6%。就鮮重、干重而言，不同處理間及不同處理與對照間均未達(dá)顯著水平。就胚根長而言，鮮葉與鮮枝、對照間達(dá)顯著水平，就胚軸長而言，鮮葉、鮮枝與對照間達(dá)極顯著水平，鮮葉與鮮枝間達(dá)顯著水平。低濃度時，相對胚根長、胚軸長、鮮重、干重都為103.37%、85.77%、83.21%、100.09%，與鮮枝處理后的 84.51%、75.30%、67.49%、90.11% 相比分別提高了 22.3%、13.9%、13.4%、11.1%。就干重而言，不同處理間及不同處理與對照間均未達(dá)顯著水平。就胚根長、胚軸長而言，除鮮葉與對照在胚根長這一指標(biāo)未達(dá)顯著水平外，其余不同處理間及不同處理與對照間均達(dá)極顯著水平(見圖1、表1)。

圖1 鮮枝葉處理對幼苗生長的影響Fig.1 Influence of fresh leave and branch treatment on seedling growth

表1 藍(lán)桉枝、葉氣態(tài)揮發(fā)物處理后各測試指標(biāo)對照百分比的方差分析與多重比較Table 1 Variance analysis and multiple comparison of control percentage of testing items after treated by branches and leaves volatiles of E.globulus

2.2 藍(lán)桉枝、葉氣態(tài)揮發(fā)物自毒作用RI值比較

化感指數(shù)是衡量化感作用強度的重要指標(biāo)。從圖2可看出，高濃度時，鮮葉處理對胚軸長度、胚根長度、鮮重、干重的化感抑制作用強度都為1.00(P ＜0.01)，鮮枝處理分別為 －0.47(P ＜0.05)、－0.47(P ＜0.01)、－0.39(P＜0.01)、－0.04，鮮葉處理的化感抑制作用都大于鮮枝處理的。中等濃度時，鮮葉處理對胚軸長度、胚根長度、鮮重的化感抑制作用強度分別為 －0.27(P ＜0.01)、－0.37(P ＜0.01)、－0.17，而鮮枝處理對胚軸長度、胚根長度、鮮重的化感抑制作用強度分別為 －0.04、－0.26(P ＜0.05)、－0.02，鮮葉處理對干重有一定的促進(jìn)作用(RI=0.05)，鮮枝處理對干重的抑制作用強度為－0.12(P＜0.05)。低濃度時，鮮葉處理對胚根長度、鮮重抑制作用分別為 －0.14(P＜0.01)、－0.23，比鮮枝處理的－0.25(P＜0.01)、－0.33(P＜0.01)小;鮮葉處理對胚軸長度、干重表現(xiàn)為一定的促進(jìn)作用和中性作用，RI值分別為0.03、0.00，鮮枝處理則對這兩指標(biāo)表現(xiàn)為抑制作用，RI值分別為 －0.16(P ＜0.01)、－0.11。

圖2 藍(lán)桉枝、葉氣態(tài)揮發(fā)物化感作用強度比較Fig.2 Allelopathy intensity comparison of branches and leaves volatiles of E.globulus

3 結(jié)論與討論

據(jù)研究桉樹揮發(fā)物主要含有萜烯類化合物，揮發(fā)性化感物質(zhì)有蒎烯、均烯、非蘭烯和桉樹腦等［1］。種子發(fā)芽試驗是評價化感作用較常采用的一種方法［13］。本研究在密閉透明的保鮮盒內(nèi)用不同濃度鮮葉、鮮枝氣態(tài)揮發(fā)物對藍(lán)桉種子進(jìn)行處理，觀察其對種子萌發(fā)后幼苗生長的影響，探討了藍(lán)桉枝葉氣態(tài)揮發(fā)物的自毒作用規(guī)律。結(jié)果表明，鮮葉、鮮枝氣態(tài)揮發(fā)物對藍(lán)桉幼苗生長影響的規(guī)律基本相同，藍(lán)桉枝葉高濃度氣態(tài)揮發(fā)物可以顯著降低胚根和胚軸長度以及幼苗鮮重和干重(圖1)，隨濃度降低，抑制作用減弱，甚至轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)作用，這與桉油揮發(fā)物濃度增大抑制作用增強規(guī)律相類似［6］。這可能是高濃度時鮮枝葉產(chǎn)生的揮發(fā)性的萜類以及倍半萜內(nèi)酯化感物質(zhì)較多，影響了種子發(fā)芽時ATP的產(chǎn)生和呼吸作用［14］，抑制種子內(nèi)貯藏淀粉和蛋白質(zhì)的分解，從而影響種子萌發(fā)所需要的物質(zhì)和能量，致使種子萌發(fā)和幼苗生長受抑制［15］，進(jìn)而顯示了強的化感抑制作用。另外，鮮葉、鮮枝處理對幼苗生長影響的程度大小不同，高濃度時，鮮葉處理對各測試指標(biāo)的化感抑制作用明顯強于鮮枝處理，這與多數(shù)學(xué)者認(rèn)為植物葉片中含有的化感物質(zhì)較多的結(jié)論相一致［16－17］。化感物質(zhì)對胚根生長的抑制導(dǎo)致植株根系變小，吸水、吸肥能力降低，對胚軸生長的抑制導(dǎo)致植株矮小、瘦弱，影響其對光的競爭，這些均會直接影響未來植株的生長發(fā)育及其在群落中的地位和作用［11］。當(dāng)然，藍(lán)桉林冠層尤其是成熟林冠層離地面較高，在林地空間內(nèi)能否達(dá)到實驗測定時起抑制作用的濃度、起直接抑制作用還有待進(jìn)一步研究。而且在雨霧條件下，揮發(fā)途徑可以轉(zhuǎn)變成淋溶途徑［18］，有關(guān)揮發(fā)性化感物質(zhì)隨淋溶途徑進(jìn)入土壤中的轉(zhuǎn)化及其對種子萌發(fā)后幼苗生長的影響也待進(jìn)一步探討。

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