核桃內(nèi)果皮水提物對(duì)3種受體植物的化感效應(yīng)

賈彩霞， 郝苑汝， 趙鑫丹， 馬凱恒， 翟梅枝

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院， 陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)核桃研究中心， 陜西 楊凌 712100)

化感作用是由供體植物分泌到環(huán)境中的次生代謝物(化感物質(zhì))介導(dǎo)的對(duì)自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的現(xiàn)象[1]?；形镔|(zhì)大多數(shù)為植物次級(jí)代謝產(chǎn)物，如酚類、萜類、糖類、生物堿和非蛋白氨基酸等物質(zhì)[2]?；形镔|(zhì)經(jīng)過(guò)莖葉揮發(fā)、淋浴、根系分泌以及植物殘株分解等多途徑向環(huán)境中釋放的化學(xué)物質(zhì)，并對(duì)周圍植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響[3]?；凶饔每梢杂绊懠?xì)胞膜的通透性、影響光合作用和呼吸作用、影響營(yíng)養(yǎng)元素和水分的吸收等[4-6]。

核桃(JuglansregiaL.)是核桃屬中分布最廣、經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的植物，核桃內(nèi)果皮是核桃堅(jiān)果的外殼。據(jù)報(bào)道，核桃內(nèi)果皮含有酚酸類、黃酮類、苷類等多種物質(zhì)[7]，具有抗氧化[8]、抗菌[9]、抑制腫瘤[10]、降脂[11]等生物活性，主要應(yīng)用于活性炭[12]、生物質(zhì)吸附劑[13]及有機(jī)肥料[14]生產(chǎn)等化工領(lǐng)域；棕色素提取[15]、食用菌栽培[16]等食品領(lǐng)域以及治療腹瀉[17]、白內(nèi)障[18]等醫(yī)藥領(lǐng)域。

核桃也是最早發(fā)現(xiàn)的化感植物之一。研究發(fā)現(xiàn)，核桃枝條、葉片及青皮的水提液對(duì)小麥、油菜、綠豆、黃芩、蘿卜、萵苣等植物均有化感作用，但核桃內(nèi)果皮提取物是否有化感作用未見報(bào)道[19-23]。本研究以核桃內(nèi)果皮為供試材料，以小麥、油菜、蘿卜等為模式受體植物，探究核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的化感效應(yīng)，以期為以核桃內(nèi)果皮為原料開發(fā)植物源除草劑或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑奠定基礎(chǔ)，為核桃園林農(nóng)間作提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

核桃(JuglansregiaL.)于2019年9月采自西北農(nóng)林科技大學(xué)核桃試驗(yàn)基地。小麥(TriticumAestivuL.)、油菜(BrassicacampestrisL.)、蘿卜(RaphanussativusL.)種子購(gòu)于西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)城種業(yè)科技中心，其中，小麥為小堰22號(hào)，油菜為秦榮3號(hào)，蘿卜為洛育1號(hào)。

1.2 方 法

1.2.1核桃內(nèi)果皮水提液制備

采集成熟的核桃先去除青皮，待自然干燥后去種仁，內(nèi)果皮粉碎、過(guò)40目篩，備用。稱取100 g粗粉，加入10倍量(W∶V)的蒸餾水，56 ℃下浸提24 h后過(guò)濾，殘?jiān)瓷鲜龇椒ɡ^續(xù)浸提2次，合并濾液，48 ℃下濃縮，配制1.0 g·mL-1(1.0 mL提取液含材料的質(zhì)量數(shù))的水提原液，4 ℃下保存?zhèn)溆谩Ｔ囼?yàn)時(shí)采用無(wú)菌水稀釋原液為0.02、0.04、0.08、0.16、0.32 g·mL-1等5個(gè)濃度梯度。

1.2.2種子發(fā)芽試驗(yàn)

采用培養(yǎng)皿濾紙法[24]。選取均勻飽滿、大小一致的受體作物種子，用0.3%高錳酸鉀溶液消毒5 min，無(wú)菌水沖洗直至無(wú)色。將100粒種子均勻擺放在鋪有2層滅菌濾紙的培養(yǎng)皿中(直徑15 cm)，各皿分別加入濃度為0.02、0.04、0.08、0.16、0.32 g·mL-1的水提液15 mL，以無(wú)菌蒸餾水為對(duì)照(ck)，3次重復(fù)。在25 ℃、80%相對(duì)濕度、光照4 000 lx、12 h/12 h(光/暗)條件下培養(yǎng)，期間每天定時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)濃度水提液和無(wú)菌蒸餾水以保持濾紙濕潤(rùn)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

在種子萌發(fā)過(guò)程中，每24 h統(tǒng)計(jì)發(fā)芽數(shù)，以胚根突出種皮長(zhǎng)度達(dá)種子長(zhǎng)度的50%為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[25]，一定時(shí)間(油菜和蘿卜4 d，小麥5 d)后測(cè)定植株干重、鮮重[27]，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、化感效應(yīng)指數(shù)和綜合化感效應(yīng)。

發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)；

式中：Gt為第t天的發(fā)芽數(shù)；Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)；

化感效應(yīng)指數(shù)：RI=1-C/T(當(dāng)T≥C時(shí))或RI=T/C-1(當(dāng)T

式中：C為對(duì)照值，T為處理值；RI≥0為促進(jìn)作用，RI<0為抑制作用，RI絕對(duì)值大小表示化感作用強(qiáng)度[26]。

綜合化感效應(yīng)(SE)是指供體植物對(duì)同一受體各個(gè)測(cè)試指標(biāo)化感效應(yīng)指數(shù)(RI)的算術(shù)平均值[27]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 9.1軟件繪圖，SPSS 18.0軟件進(jìn)行方差分析，Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較，以確定各因子內(nèi)部不同水平之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)受體種子萌發(fā)的影響

不同濃度的核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)小麥、油菜、蘿卜3種受體種子萌發(fā)的影響如表1所示。

由表1可知，核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)小麥、油菜和蘿卜種子的萌發(fā)均表現(xiàn)出不同程度的抑制作用，且表現(xiàn)出顯著的濃度依賴效應(yīng)，即抑制效果隨著水提液濃度的增大而增強(qiáng)。除0.02 g·mL-1外，其余各濃度處理下3種受體種子發(fā)芽率均與ck有顯著差異(p<0.05)。不同水提液濃度處理下的小麥種子發(fā)芽率在55.13%～90.1%之間，發(fā)芽率極差為34.97%，高于油菜、蘿卜種子發(fā)芽率極差10%以上，說(shuō)明小麥種子的萌發(fā)對(duì)內(nèi)果皮水提物較為敏感；不同濃度下的小麥發(fā)芽指數(shù)在23.51～48.57之間變化，不同濃度下的油菜、蘿卜發(fā)芽指數(shù)分別在25.25～55.31及25.83～55.24之間，三者對(duì)照的發(fā)芽指數(shù)分別為52.53、59.80、60.25，綜合分析認(rèn)為，蘿卜發(fā)芽指數(shù)對(duì)核桃內(nèi)果皮水提物較為敏感。供試濃度0.32 g·mL-1時(shí)，3種植物種子發(fā)芽率的化感效應(yīng)指數(shù)分別為-41.2、-36.4和-35.8；發(fā)芽指數(shù)的化感效應(yīng)指數(shù)分別為-55.2、-57.8和-57.1。從表1還可以看出，相同濃度下，核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體種子發(fā)芽指數(shù)的RI絕對(duì)值大于發(fā)芽率的RI值，表明其對(duì)3種受體種子發(fā)芽指數(shù)的化感抑制作用大于發(fā)芽率化感抑制作用。核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物的種子發(fā)芽率抑制作用依次為：小麥>油菜>蘿卜，水提液對(duì)發(fā)芽指數(shù)的抑制效果與發(fā)芽率剛好相反，對(duì)蘿卜種子表現(xiàn)出的抑制作用最強(qiáng)，油菜次之，小麥最弱。

表1 核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及化感效應(yīng)指數(shù)的影響

2.2 核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)受體植物幼苗生長(zhǎng)的影響

由圖1和表2可知，核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種植物胚根、胚芽的生長(zhǎng)均表現(xiàn)出一定化感作用。對(duì)小麥胚芽和胚根的生長(zhǎng)表現(xiàn)為抑制作用，且隨著水提液濃度的增大，抑制作用逐漸增強(qiáng)。濃度為0.32 g·mL-1時(shí)，水提液對(duì)小麥胚芽長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)的抑制作用最大，化感效應(yīng)指數(shù)分別達(dá)到-72.9和-65.2，與ck相比差異顯著(p<0.05)。而核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)油菜和蘿卜胚芽長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)的化感作用表現(xiàn)為低促高抑的雙重濃度效應(yīng)，即在低濃度下促進(jìn)植物幼苗的芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)，高濃度下對(duì)根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)表現(xiàn)出抑制作用。由表2可以看出，隨著水提液濃度的增加，對(duì)油菜和蘿卜幼苗芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)的化感效應(yīng)表現(xiàn)為促進(jìn)作用降低或抑制作用增強(qiáng)的現(xiàn)象。在0.02 g·mL-1濃度下，蘿卜胚芽和胚根長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)分別為1.3和1.2，油菜胚芽長(zhǎng)化感效應(yīng)指數(shù)為1.7，胚根長(zhǎng)化感效應(yīng)指數(shù)為1.9，且對(duì)胚根生長(zhǎng)促進(jìn)作用顯著(p<0.05)；在0.32 g·mL-1濃度下，油菜和蘿卜胚芽長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)分別為-65.0、-59.9，油菜和蘿卜胚根長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)分別為-58.8、-60.5，與ck相比，抑制效果均表現(xiàn)為極顯著。綜合看來(lái)，對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)的抑制作用較強(qiáng)，且在3種受體植物幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中水提液對(duì)幼苗胚芽長(zhǎng)的抑制作用較強(qiáng)。

圖1 核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物胚芽長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)的影響

表2 核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物胚芽和胚根的化感效應(yīng)指數(shù)

2.3 核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)受體植物幼苗物質(zhì)積累的影響

核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)不同受體植物幼苗萌發(fā)過(guò)程中物質(zhì)積累的影響不同(表3)。水提液處理對(duì)小麥幼苗的鮮重和干重均表現(xiàn)出抑制作用，與ck相比其抑制作用達(dá)到顯著水平(p<0.05)，且隨著水提液濃度增大而逐漸增強(qiáng)，供試濃度為0.32 g·mL-1時(shí)，小麥鮮重和干重的化感效應(yīng)指數(shù)分別為-70.2和-76.1；不同濃度水提液處理對(duì)油菜和蘿卜幼苗的鮮重、干重表現(xiàn)出低促高抑的雙重濃度效應(yīng)，濃度為0.02、0.04 g·mL-1時(shí)，油菜和蘿卜幼苗的鮮重、干重與ck相比有所增加，但兩處理間差異不顯著(p>0.05)；濃度大于0.04 g·mL-1時(shí)，水提液處理后對(duì)油菜、蘿卜幼苗鮮重和干重的抑制作用均表現(xiàn)為顯著抑制(p<0.05)，濃度為0.32 g·mL-1時(shí)，內(nèi)果皮水提液對(duì)油菜和蘿卜鮮重和干重的化感效應(yīng)指數(shù)最大，分別達(dá)到-67.2、-72.1和-66.9、-70.0。

表3 核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物鮮重和干重及化感指數(shù)的影響

2.4 核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)受體植物的綜合化感效應(yīng)

由圖2可知，核桃內(nèi)果皮水提液處理對(duì)3種受體植物小麥、油菜和蘿卜均有較強(qiáng)的化感抑制作用，且隨著水提液質(zhì)量濃度的增大，對(duì)受體植物的化感抑制效應(yīng)逐漸增強(qiáng)；在同一質(zhì)量濃度處理下，核桃內(nèi)果皮水提液處理對(duì)3種受體植物的化感效應(yīng)不同。水提液對(duì)小麥的抑制作用最強(qiáng)，SE總平均值為-30.33，對(duì)油菜和蘿卜的抑制作用相近，SE分別為-23.6和-23.4。說(shuō)明小麥比油菜和蘿卜對(duì)核桃內(nèi)果皮水提液具有更強(qiáng)的敏感性，其化感作用綜合效應(yīng)的平均值從大到小依次為：小麥、油菜、蘿卜。

圖2 核桃內(nèi)果皮水提液處理對(duì)3種受體植物的綜合化感效應(yīng)

3 結(jié)論與討論

化感物質(zhì)首先通過(guò)對(duì)植物種子發(fā)芽產(chǎn)生影響來(lái)決定種子是否萌發(fā)，或決定幼苗是否健壯，進(jìn)而對(duì)受體植物的生長(zhǎng)和發(fā)育產(chǎn)生影響[28]。因此，供體對(duì)受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響是研究植物化感作用最重要的測(cè)定方法之一。本試驗(yàn)以核桃內(nèi)果皮為試材，選取小麥、油菜、蘿卜種子作為受體，通過(guò)室內(nèi)生物測(cè)定，以發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、鮮重、干重等為測(cè)定指標(biāo)，探究不同濃度核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)小麥等3種植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均產(chǎn)生不同程度的影響，證實(shí)了核桃內(nèi)果皮對(duì)小麥、油菜和蘿卜的化感效應(yīng)。

核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物的種子萌發(fā)均表現(xiàn)為化感抑制作用，且抑制作用的強(qiáng)弱與水提液質(zhì)量濃度成正比，在其水提液處理下，3種受體植物種子的發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照差異顯著，且在0.08、0.16 g·mL-1和0.32 g·mL-1濃度處理下，種子發(fā)芽率與ck相比有顯著差異；水提液對(duì)小麥幼苗生長(zhǎng)和物質(zhì)積累表現(xiàn)為顯著抑制效應(yīng)，但其對(duì)油菜和蘿卜均表現(xiàn)出低促高抑的雙重濃度效應(yīng)，在低濃度下(0.02～0.04 g·mL-1)對(duì)油菜、蘿卜的胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、鮮重和干重具有一定促進(jìn)作用，高濃度下(0.08～0.32 g·mL-1)表現(xiàn)為抑制作用。同一質(zhì)量濃度核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)不同受體植物的綜合化感效應(yīng)不同，小麥與油菜和蘿卜相比，對(duì)核桃內(nèi)果皮水提液具有更強(qiáng)的敏感性，其綜合化感效應(yīng)依次為：小麥>油菜>蘿卜。由此表明化感效應(yīng)的強(qiáng)弱因受體植物不同而異，也反映出化感作用具有專一性和選擇性[29]。

本研究就不同濃度的核桃內(nèi)果皮水提液對(duì)3種受體植物種子萌芽和幼苗生長(zhǎng)影響做了初步比較分析，關(guān)于核桃內(nèi)果皮水浸液對(duì)其他植物種子萌發(fā)以及對(duì)受體植物幼苗生理生化特性的影響及其作用機(jī)理方面，還有待于進(jìn)一步深入研究，以期為核桃內(nèi)果皮資源充分利用及開發(fā)綠色植物源除草劑和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑提供理論依據(jù)。