不同果樹根系分泌物對咖啡幼苗的影響①

趙維峰 張艷芳 劉勝輝 柴正群 鄧大華 程雙紅 楊文秀③

(1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱帶作物學(xué)院 云南普洱 665000；2福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所 福建福州 350013；

3中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所 廣東湛江 524091)

咖啡原產(chǎn)于非洲埃塞俄比亞的熱帶雨林地帶[1]。中國的云南、海南、廣東、廣西和臺灣均有栽培。咖啡為多年生熱帶經(jīng)濟(jì)作物，屬短日照植物，如日照時長超過13 h，咖啡植株只能進(jìn)行營養(yǎng)生長?？Х炔荒蛷?qiáng)光，栽培需要適當(dāng)?shù)氖a蔽[2]。因此，適宜的光照時長與強(qiáng)度是咖啡獲得高產(chǎn)的必要條件。果樹是咖啡理想蔭蔽樹種選擇的重要來源，目前生產(chǎn)上已經(jīng)采用橡膠＋咖啡、香蕉＋咖啡、澳洲堅(jiān)果＋咖啡、龍眼＋荔枝＋咖啡、柚子＋咖啡等有效的復(fù)合栽培方式[3-5]。這些模式不僅使咖啡穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、品質(zhì)提高，而且在增加生態(tài)系統(tǒng)多樣性，提高土地利用率，減少單作市場風(fēng)險，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面都有積極作用[6-7]。

植物在長期生長發(fā)育過程中，自身能形成某些化感物質(zhì)，影響鄰近作物的生長，而且植物之間的化感作用因植物種類、品種、部位和生育期的不同而有所差異。植物的根系與莖、葉、花等地上部分一樣存在分泌現(xiàn)象，分泌產(chǎn)物能夠顯著改變根際生態(tài)環(huán)境，并對自身及周圍其他物種產(chǎn)生影響。近年來，研究者對不同果樹根系分泌物或浸提物的化感作用進(jìn)行了研究。董彥[8]以平邑甜茶為試材，認(rèn)為低濃度的根系浸提液處理對平邑甜茶幼苗高度、葉片葉綠素合成產(chǎn)生極顯著促進(jìn)作用；高濃度處理產(chǎn)生抑制作用。趙新等[9]研究表明，不同蘋果砧木根系不同濃度的水浸提液對其各自種子的萌發(fā)都產(chǎn)生抑制作用，但抑制程度不同。李興發(fā)[10]研究認(rèn)為，梨根系浸提液對梨苗的生長有自毒作用，其抑制效果隨著濃度的增大而愈發(fā)顯著。李志霞等[11]研究表明，東北山櫻(甜櫻桃的砧木)根浸提液對幼苗株高、莖粗、發(fā)根數(shù)量、莖葉和根的生長量、根系活力、PSⅡ最大光化學(xué)效率及呼吸底物含量均表現(xiàn)出低促高抑的化感作用效果。李坤等[12]研究了葡萄根系浸提液對葡萄幼苗生長的影響，認(rèn)為葡萄根系浸提液顯著抑制了葡萄幼苗的生長，且濃度越高，抑制作用越強(qiáng)。郭修武等[13-14]研究認(rèn)為，葡萄根系分泌物對葡萄組培苗的生長發(fā)育影響較大，隨著處理濃度提高，其抑制作用增強(qiáng)?？盗制降萚15]研究表明，葡萄根系浸提液對白芷、柴胡、甘草種子絕對發(fā)芽率都具有抑制作用，且隨著濃度的升高，抑制作用越明顯。張權(quán)等[16]研究認(rèn)為，薄殼山核桃根系水浸提液對小麥、大豆萌發(fā)及幼苗生長的化感抑制作用較為顯著，且具有顯著的濃度效應(yīng)(濃度低抑制作用弱，濃度高抑制作用強(qiáng))。崔翠等[17]研究認(rèn)為，核桃樹根系分泌物所釋放的化學(xué)物質(zhì)對受體蘿卜和白菜種子發(fā)芽、幼苗苗長、幼苗根長以及幼苗體內(nèi)保護(hù)酶活性均表現(xiàn)出抑制作用。顏桂軍等[18]研究認(rèn)為，芒果和黃皮的水浸提液在高濃度下抑制而在低濃度下則促進(jìn)玉米、黃豆、南瓜、稗草和馬唐種子的萌發(fā)和根生長?？梢?，前人對不同果樹其自身的自毒作用，果樹對短期作物的化感作用進(jìn)行了一定的研究，但對果樹根系分泌物對咖啡影響的研究較少。因此，本文研究云南咖啡產(chǎn)區(qū)的5種特色果樹根系分泌物對咖啡幼苗的影響，為咖啡間作蔭蔽樹的合理配置，減少化感作用的負(fù)面影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試小?？Х绕贩N為鐵畢卡，菠蘿蜜為馬來西亞無膠菠蘿蜜，澳洲堅(jiān)果(簡稱堅(jiān)果)為H2，蒲桃為當(dāng)?shù)匾吧N，核桃為娘青核桃，油梨為Hass。

1.2 方法

1.2.1 根系分泌物的收集

準(zhǔn)備5個直徑為20 cm的玻璃容器，盛有5～10 cm深的去離子水(或0.005 mol/L CaCl2溶液)，挑選大小一致的2～3片真葉幼苗5株，栽植于玻璃容器中，在溫室適宜的溫度和光照條件下培養(yǎng)72 h，分別收集培養(yǎng)后的5種培養(yǎng)液，用濾紙過濾，將5種濾液分別用去離子水定容至10 L，放于-20℃冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 咖啡植株的培養(yǎng)

選用統(tǒng)一規(guī)格的塑料方盆(長、寬、高分別為54、17.5、14 cm)，稱取相同質(zhì)量的土壤(9 690 g)，盆栽播種咖啡種子，每4 d澆1次水，待出苗展葉后，每盆選擇長勢一致的植株留苗9棵進(jìn)行試驗(yàn)，整個生長期內(nèi)不施用任何肥料。

1.2.3 采用單因素試驗(yàn)

設(shè)置6個處理，處理為每4 d澆灌1次根系分泌物濾液(5種果樹)，澆灌清水作為對照(CK)，各5次重復(fù)，培養(yǎng)20 d后統(tǒng)一測定指標(biāo)。

1.2.4 測定指標(biāo)

根系(或地上部)用蒸餾水洗凈后，105℃殺青30min，65℃烘干至恒重，稱量根系干重和地上部干重；常規(guī)法測量株高；采用根系掃描儀EOSON掃描根系，WinRHIZO軟件分析總根長、根系直徑、根表面積、根體積；根系活力用TTC法測定；根可溶性蛋白質(zhì)采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定；采用便攜式葉綠素測定儀SPAD-502Plus測定葉片葉綠素SPAD值。

1.2.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2007對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和繪圖，用DPS v9.50 Duncan新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同果樹根系分泌物對咖啡生物量的影響

從圖1可以看出，咖啡生物量對不同果樹根系分泌物響應(yīng)不一致。菠蘿蜜、堅(jiān)果、蒲桃和核桃根系分泌物可顯著增加咖啡地上部干重，堅(jiān)果、菠蘿蜜和蒲桃可增加咖啡根系的干重，堅(jiān)果和菠蘿蜜達(dá)顯著水平?？梢姡ぬ}蜜和堅(jiān)果根系分泌物可促進(jìn)咖啡幼苗的生長。

圖1 果樹根系分泌物對咖啡生物量的影響

2.2 不同果樹根系分泌物對咖啡根系形態(tài)的影響

由圖2可知，不同果樹根系分泌物對咖啡幼苗根系形態(tài)指標(biāo)影響不同。堅(jiān)果、菠蘿蜜、蒲桃根系分泌物顯著增加了咖啡的總根長，其中，堅(jiān)果促進(jìn)作用最強(qiáng)，比CK增加了27.69%；堅(jiān)果處理顯著增加了咖啡幼苗的根系直徑，較CK增加了11%；菠蘿蜜和堅(jiān)果根系分泌物顯著增加了咖啡根系的總體積，分別比CK增加0.07和0.37 cm3；菠蘿蜜、堅(jiān)果和蒲桃根系分泌物顯著增加了咖啡根系表面積，堅(jiān)果處理增加最多，較CK增加了67.75%。由此可見，堅(jiān)果根系分泌物可促進(jìn)咖啡根系的生長發(fā)育。

圖2 果樹根系分泌物對咖啡根系形態(tài)的影響

2.3 不同果樹根系分泌物對咖啡根系活力和可溶性蛋白的影響

從圖3可以看出，不同果樹根系分泌物對咖啡根系活力和可溶性蛋白含量的影響不同。菠蘿蜜、堅(jiān)果和蒲桃根系分泌物提高了咖啡根系活力，且達(dá)顯著水平，而核桃和油梨則降低了咖啡根系活力；堅(jiān)果、油梨和蒲桃處理增加了咖啡根系可溶性蛋白質(zhì)含量，堅(jiān)果處理增加幅度最大。表明堅(jiān)果和蒲桃根系分泌物可顯著提高咖啡根系活力和可溶性蛋白質(zhì)含量。

2.4 不同果樹根系分泌物對咖啡株高和葉綠素的影響

由圖4可以看出，咖啡株高和葉綠素對不同果樹根系分泌物的響應(yīng)不同，有增加也有降低。堅(jiān)果、蒲桃和核桃處理顯著提高了咖啡株高，3個處理間差異不顯著；菠蘿蜜、堅(jiān)果和蒲桃顯著增加了咖啡葉片的SPAD值，分別比CK增加了6.30%、8.59%和5.06%，堅(jiān)果增加幅度最大。

圖3 果樹根系分泌物對咖啡根系活力和可溶性蛋白的影響

圖4 果樹根系分泌物對咖啡株高和葉綠素的影響

3 討論與結(jié)論

立體栽培生態(tài)農(nóng)業(yè)是可持續(xù)綠色農(nóng)業(yè)[19]，是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢?？Х仁a蔽樹立體栽培既有利于為咖啡提供蔭蔽條件，又能提高咖啡園的產(chǎn)值和抵御市場風(fēng)險的能力[5]。

植物總是與鄰株存在著各種相互作用，且隨鄰株物種、基因型的變化會有不同的表現(xiàn)[20]。研究表明，5種果樹菠蘿蜜、堅(jiān)果、蒲桃、核桃、油梨根系分泌物均對咖啡幼苗的生長產(chǎn)生了不同程度的影響，說明這5種果樹對咖啡具有化感作用。

根系分泌物在調(diào)控根際微生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能方面發(fā)揮著重要作用，越來越多的研究表明，不論是同種植物還是不同種植物之間相互作用的正效應(yīng)或是負(fù)效應(yīng)，都有根系分泌物的參與[21]。蘋果砧木[9]、葡萄[13]抑制自身的種子或幼苗的生長，是負(fù)效應(yīng)。東北山櫻和桃樹的根浸提液對其幼苗地上部分的生長量均表現(xiàn)出低促高抑的化感作用效果[11-22]。

不同果樹根系浸提液或分泌物對其他作物的化感效應(yīng)不同。薄殼山核桃根系水浸提液對小麥、大豆的種子萌發(fā)及幼苗生長有抑制作用[16]。核桃樹根系分泌物所釋放的化學(xué)物質(zhì)對受體蘿卜和白菜種子發(fā)芽、幼苗苗長、幼苗根長以及幼苗體內(nèi)保護(hù)酶活性均表現(xiàn)出抑制作用[17]。葡萄根系浸提液對白芷、柴胡、甘草種子進(jìn)行處理，結(jié)果顯示，根系浸提液對3種藥材種子的絕對發(fā)芽率都具有抑制作用[15]。鐵核桃根系水浸液處理對紫花苜蓿植株生長和生物量無影響[23]；柿樹根提取液對蘿卜、小麥、綠豆、白菜、番茄和黃瓜發(fā)芽及幼苗生長無影響[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，油梨降低了咖啡幼苗生物量，核桃、油梨抑制了咖啡幼苗的總根長、根總體積和根表面積，蒲桃和油梨處理的咖啡根系直徑減小，核桃使咖啡根系活力、可溶性蛋白質(zhì)含量和葉綠素SPAD值降低。

咖啡根際土明顯抑制咖啡小苗生長，咖啡根系分泌物由多種有機(jī)化合物組成，包括烴類、醇類、有機(jī)酸類、酯類、酚類等?？Х雀捣置谖镏泻谢形镔|(zhì)，具有化感作用和自毒作用潛力，并且小粒種與中粒種咖啡根系分泌物化感作用與自毒作用潛力要強(qiáng)于大粒種[25]?？Х雀捣置谖镆种屏丝Х茸愿缟L，且隨著根系分泌物濃度升高，抑制作用增強(qiáng)；低濃度根系分泌物能促進(jìn)咖啡嫁接苗生長[26]。咖啡不同蔭蔽樹的葉片浸提物對咖啡他感作用強(qiáng)弱不同，橡膠樹＞桉樹＞臺灣相思＞銀合歡[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，菠蘿蜜和堅(jiān)果根系分泌物可促進(jìn)咖啡幼苗的生物量，澳洲堅(jiān)果顯著增加咖啡根系總長、根系直徑、總體積和表面積；澳洲堅(jiān)果和蒲桃顯著提高咖啡根系活力、根系可溶性蛋白質(zhì)含量、株高和葉綠素含量。以上試驗(yàn)結(jié)果說明澳洲堅(jiān)果根系分泌物中可能存在促進(jìn)咖啡幼苗生長的物質(zhì)，或者能夠產(chǎn)生具有降解咖啡自毒物質(zhì)的成分，也可能是刺激形成有利于咖啡生長的根域微生物。由于根系分泌物受植物的發(fā)育階段、礦質(zhì)營養(yǎng)、光、溫度、CO2等生長環(huán)境的影響，所以還需進(jìn)一步的研究，更好地指導(dǎo)咖啡生產(chǎn)。