米槁-綠殼砂林藥間作系統(tǒng)可行性

童炳麗,劉濟明,熊 雪,陳敬忠,黃小龍,李麗霞

貴州大學林學院,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、胸悶嘔吐及風濕關節(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、生態(tài)學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,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林學院劉濟明教授鑒定。

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,置于25℃人工氣候培養(yǎng)箱中,每天補充等量相應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林學院苗圃,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,每個重復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)進行化感效應指數(shù)(RI)計算[16],當T≥C時,RI=1-C/T；當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MSI>0時為促進,當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：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)采用試劑盒進行測定(北京索萊寶生物科學技術(shù)有限公司),方法與結(jié)果計算參照試劑公司方案。

化學成分鑒定及相似度比較：根土與林土洗脫相進樣量均為1 μL,不分流(HP6890/5975CGC/MS聯(lián)用儀)。毛細管柱為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標準質(zhì)譜圖,確定揮發(fā)性化學成分,用峰面積歸一化法測定了各化學成分的相對質(zhì)量分數(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為根土中特有組分數(shù)目,b為林土中特有組分數(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)計軟件進行分析,并采用單因素方差分析(One-Way ANOVA)檢驗,Duncan′s新復極差法進行多重比較,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。當根土水浸提液濃度為10 mg/mL時,綠殼砂種子的發(fā)芽率達到最大值。雖然化感效應指數(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),且化感效應指數(shù)(RI)均>0,表現(xiàn)出促進作用。

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)芽勢的化感效應指數(shù)(RI)均為負值,且大多在-0.2—-0.5范圍。達最大值后,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)芽率的化感效應指數(shù)(RI)雖大多為負值,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。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,化感效應指數(shù)(RI)均>0,表現(xiàn)為促進作用,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),化感效應指數(shù)(RI)均>0,有促進作用,呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,5 mg/mL處理達到最大值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,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SOD酶活性升高后,MDA含量積累相應減少,很可能是超氧陰離子被清除后,細胞膜質(zhì)膜透性開始恢復。

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,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；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的效應。

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、三級敏感指標大多為正值,少量為負值,總體表現(xiàn)為促進作用。由一級指標可知,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,其余指標均顯示米槁土壤水浸提液對綠殼砂生長為促進作用,且林土水浸提液的促進作用更強。從二級指標可看出,2種水浸提液對綠殼砂植物生理指標均有輕微抑制作用,但對綠殼砂形態(tài)生長及土壤酶活性均為促進作用。從三級指標可看出,土壤水浸提液均對綠殼砂生長表現(xiàn)為促進作用,林土水浸提液促進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標準質(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性的重要指標[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乙酰基-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胞產(chǎn)生嚴重的毒害作用[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?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活性反而會導致其過量的H2O2不能被進行進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[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。化感綜合效應指數(shù)(SE)是用來衡量化感作用類型及其強度的重要指標之一,被廣泛應用于各類型的化感實驗[34,16]。從化感綜合效應指數(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表現(xiàn)為輕微抑制作用,但對其他指標的作用趨勢總體是促進作用,并且在林土水浸提液處理下對綠殼砂的促進效果更好。

本試驗應用GC-MS對米槁化學成分鑒定后發(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)進入根際區(qū)的源于植物自身的化學物質(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的差異和化學成分分析可知,在實際經(jīng)營中應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效應,在一定程度上提高了綠殼砂的抗逆性和適應性。因此,在米槁林下套種綠殼砂時應在米槁林葉遮蔽范圍外的空閑區(qū)間進行幼苗移栽,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。