麻風(fēng)樹不同器官浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)和幼苗莖生長的化感作用

朱君麗， 李育川， 余開聰， 穆愛秋， 李子航

(昆明學(xué)院農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，云南昆明 650000)

麻風(fēng)樹(Linn)別稱小桐子，屬大戟科(Euphorbiaceae)大戟屬。原產(chǎn)于中美洲和南美洲，現(xiàn)廣泛分布于中美洲、非洲和亞洲，在我國主要分布于云南、廣東、廣西、貴州、福建以及四川等多個(gè)省份。麻風(fēng)樹是一種具有較大開發(fā)潛力的植物。麻風(fēng)樹結(jié)實(shí)多、種子大，其種子含油量大多大于60%，可以用來研制生物柴油，作為礦質(zhì)燃料的替代品，被世界糧農(nóng)組織確定為生態(tài)扶貧的首選樹種。由于麻風(fēng)樹“不與人爭糧，不與糧爭地”的特性，在云南省被廣泛種植。2009年6月，中國發(fā)展和改革委員會(huì)批準(zhǔn)了3個(gè)以麻風(fēng)樹籽油為原油的“油林”一體化生物柴油國家示范項(xiàng)目，標(biāo)志著我國的麻風(fēng)樹生物柴油正式走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。麻風(fēng)樹中具有的化感物質(zhì)：醚類、酚類、黃酮類、醇類及皂苷類物質(zhì)，這些物質(zhì)隨雨水淋溶至土壤，影響其他植物的生長，導(dǎo)致其林下幾乎寸草不生。為了將麻風(fēng)樹的林下資源利用起來，將農(nóng)作物與麻風(fēng)樹套作以增加經(jīng)濟(jì)收入，選取3種較為常見的農(nóng)作物：生菜(L. var.Hort.)、油麥菜(L.)和草莓(Duch.)，分別用麻風(fēng)樹各部位水浸提液進(jìn)行處理，極大程度上模擬出雨水淋溶使麻風(fēng)樹化感物質(zhì)進(jìn)入土壤進(jìn)而影響植物生長的生態(tài)環(huán)境，測試麻風(fēng)樹各部位浸提液的化感強(qiáng)度，對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)和幼苗生長進(jìn)行觀察記錄，選擇出對(duì)麻風(fēng)樹化感作用反應(yīng)較為不敏感的農(nóng)作物，旨在為麻風(fēng)樹的資源開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)基礎(chǔ)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及地點(diǎn)

試驗(yàn)材料：麻風(fēng)樹葉片及果實(shí)采自云南省楚雄市雙柏縣，晾干密封保存。生菜、油麥菜、草莓種子均購于云南省昆明市小板橋種質(zhì)資源市場。試驗(yàn)時(shí)間：2021年3月12日至4月18日；試驗(yàn)地點(diǎn)：云南省昆明學(xué)院農(nóng)學(xué)院大棚及組培室。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 麻風(fēng)樹葉水浸液的制取 取10 g干燥的麻風(fēng)樹葉經(jīng)粉碎后于錐形瓶中加蒸餾水至500 mL，搖床處理24 h，過濾后即制備成麻風(fēng)樹葉水浸提母液，其濃度為0.05 mg/mL(以母液為基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)處理液的制備)，置于4 ℃冰箱中保存。

1.2.2 麻風(fēng)樹外果殼水浸液的制取 取10 g干燥的麻風(fēng)樹果實(shí)的外果殼經(jīng)粉碎后于錐形瓶中加蒸餾水至500 mL，于搖床處理24 h，過濾后即制備成麻風(fēng)樹外果殼水浸提母液，其濃度為0.05 mg/mL(以母液為基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)處理液的制備)，置于4 ℃冰箱中保存。

1.2.3 麻風(fēng)樹內(nèi)果殼水浸提液的制備 取10 g干燥的麻風(fēng)樹種子內(nèi)果殼(果殼壁干凈不黏有果仁)經(jīng)粉碎后于錐形瓶中加蒸餾水至500 mL，于搖床處理24 h，過濾后即制備成麻風(fēng)樹外果殼水浸提母液，其濃度為0.05 mg/mL(以母液為基礎(chǔ)進(jìn)行后續(xù)處理液的制備)，置于4 ℃冰箱中保存。

1.2.4 種子的消毒 選擇籽粒飽滿、均勻一致且無損傷的生菜、油麥菜和草莓種子，用KMnO滅菌處理10 min，用蒸餾水沖洗3～4次，洗凈后再加適量蒸餾水吸脹12 h，保留備用。

1.2.5 種子的萌發(fā) 用蒸餾水將麻風(fēng)樹的葉、外果殼和內(nèi)果殼母液分別稀釋為0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 mg/mL的溶液，其中0 mg/mL的處理溶液用蒸餾水作為空白對(duì)照。在各培養(yǎng)皿中分別加入5 mL不同濃度不同部位麻風(fēng)樹的水浸提液，并分別放入10粒種子，進(jìn)行標(biāo)記記錄，每個(gè)處理濃度重復(fù)3次，置于20～25 ℃室內(nèi)環(huán)境中培養(yǎng)，每隔12 h補(bǔ)充1次相應(yīng)濃度的水浸提液5 mL，并計(jì)算受試植物種子的萌發(fā)率(種子萌發(fā)以胚根突破種皮1 mm為標(biāo)準(zhǔn))，待種子發(fā)芽恒定后(為了后續(xù)幼苗莖生長的記錄，特將觀察培養(yǎng)時(shí)間定為30 d)，計(jì)算萌發(fā)率和萌發(fā)速率。

1.2.6 幼苗生長 將空白處理組萌發(fā)的3種農(nóng)作物的種子在其發(fā)芽后進(jìn)行盆栽處理，分別加入0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 mg/mL麻風(fēng)樹葉、外果殼和內(nèi)果殼的浸提液，每組處理重復(fù)3次，置于室內(nèi)培養(yǎng)，并及時(shí)補(bǔ)充相應(yīng)濃度的水浸提液。培養(yǎng)30 d后，利用直尺記錄幼苗莖高。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理及分析 萌發(fā)率=(發(fā)芽的種子數(shù)/供檢測的種子數(shù))×100%。萌發(fā)速率=規(guī)定天數(shù)內(nèi)發(fā)芽總粒數(shù)/試驗(yàn)總粒數(shù)×100%。

按照Williamson等的方法， 計(jì)算各參數(shù)化感敏感指數(shù) (the index of allelopathy effect， RI)，化感綜合效應(yīng) (synthesis effects， SE) 用各參數(shù)的算術(shù)平均值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

=1-(≥)；

=-1 (<)。

式中：為對(duì)照值；為處理值。當(dāng)>0時(shí)表示浸提液對(duì)受體植物有促進(jìn)作用，當(dāng)<0時(shí)表示浸提液對(duì)受體植物有抑制作用。的絕對(duì)值代表化感作用強(qiáng)度，并通過值計(jì)算綜合化感效應(yīng)。利用SPSS 18.0軟件對(duì)各參數(shù)進(jìn)行單因素方差分析 (one-way ANOVA) 和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 麻風(fēng)樹對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)率的影響

2.1.1 麻風(fēng)樹內(nèi)果殼浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)率的影響 由圖1可知，隨著麻風(fēng)樹內(nèi)果殼浸提液濃度的增加，3種農(nóng)作物種子的萌發(fā)率明顯降低，且均在0.05 mg/mL濃度處理時(shí)達(dá)到最低；其中草莓對(duì)浸提液的反應(yīng)最為敏感，油麥菜次之，生菜最為不敏感；在0.05 mg/mL的極高濃度處理?xiàng)l件下，三者萌發(fā)率分別為生菜(32%)>油麥菜(9%)>草莓(5%)，3種農(nóng)作物種子的萌發(fā)率具有顯著差異(<0.01)，顯示出生菜具有抗化感物質(zhì)的能力。

2.1.2 麻風(fēng)樹外果殼浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)率的影響 由圖2可知，隨著麻風(fēng)樹外果殼浸提液濃度的增加，3種農(nóng)作物種子的萌發(fā)率也明顯降低，且在 0.05 mg/mL處理濃度時(shí)達(dá)到最低，分別為生菜(30%)>油麥菜(8%)>草莓(3%)；其中，在 0.03 mg/mL 處理濃度時(shí)，發(fā)芽率為生菜(68%)>油麥菜(57%)>草莓(21%)，生菜和油麥菜的發(fā)芽率都較草莓發(fā)芽率高出許多，生菜的發(fā)芽率(68%)與內(nèi)果殼浸提液0.03 mg/mL處理濃度時(shí)的發(fā)芽率(70%)相比，沒有太明顯的差異，但隨著處理濃度的增加，其發(fā)芽率顯著低于內(nèi)果殼浸提液處理組；油麥菜和草莓種子在外果殼浸提液處理時(shí)，其發(fā)芽率顯著低于內(nèi)果殼浸提液處理組，由此可見，外果殼浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子發(fā)芽率的抑制作用高于內(nèi)果殼浸提液的抑制作用。

2.1.2 麻風(fēng)樹葉浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)率的影響 由圖3可知，隨著處理濃度的增加，3種農(nóng)作物種子的萌發(fā)率展現(xiàn)出不同程度的減少，其中以草莓種子最為明顯。生菜種子在0.03 mg/mL時(shí)仍能保持較好的萌發(fā)率，其萌發(fā)率為70%，遠(yuǎn)超草莓種子的發(fā)芽率(27%)；在0.05 mg/mL的極高濃度處理時(shí)，發(fā)芽率分別為生菜(35%)>油麥菜(10%)>草莓(6%)。從圖1到圖3可以看出，麻風(fēng)樹葉、外果殼及內(nèi)果殼的水浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子的萌發(fā)均表現(xiàn)出了不同程度的抑制，其中以外果殼水浸提液對(duì)草莓、油麥菜及生菜的抑制作用最強(qiáng)，內(nèi)果殼次之，葉的抑制作用最弱；在3種浸提液處理中，發(fā)現(xiàn)生菜種子的萌發(fā)率一直高于油麥菜和草莓種子的萌發(fā)率。

2.2 麻風(fēng)樹對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)的化感作用分析

2.2.1 麻風(fēng)樹內(nèi)果殼浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)的化感作用分析 由表1可知，隨著處理液濃度的增加，3種農(nóng)作物種子最終發(fā)芽率的絕對(duì)值也隨之增大。其中，3種農(nóng)作物種子最終發(fā)芽率的絕對(duì)值隨濃度的增大呈現(xiàn)出直線增加的趨勢，并在 0.05 mg/mL 處理濃度時(shí)達(dá)到最大，分別為油麥菜(0.86)>草莓(0.70)>生菜(0.66)。3種農(nóng)作物種子發(fā)芽速率的絕對(duì)值隨濃度的增大呈現(xiàn)先增大再減小隨后又增大的現(xiàn)象，其中生菜種子發(fā)芽速率的絕對(duì)值在0.04 mg/mL處理濃度時(shí)達(dá)到最大(0.10)，油麥菜種子的絕對(duì)值在0.05 mg/mL處理濃度時(shí)達(dá)到最大(0.20)，草莓種子在0.05 mg/mL處理濃度時(shí)絕對(duì)值達(dá)到最大(0.54) ，表明生菜種子對(duì)麻風(fēng)樹化感物質(zhì)的反應(yīng)較為不敏感，其在極高濃度下的絕對(duì)值極顯著低于油麥菜和草莓種子的絕對(duì)值(<0.01)，0.05 mg/mL處理濃度下3種農(nóng)作物發(fā)芽速率絕對(duì)值表現(xiàn)為草莓(0.54)>油麥菜(0.20)>生菜(0.09)。

表1 麻風(fēng)樹內(nèi)果殼浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)的化感效應(yīng)敏感指數(shù)

2.2.2 麻風(fēng)樹外果殼浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)的化感作用分析 由表2可知，麻風(fēng)樹外果殼浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子的絕對(duì)值隨處理液濃度的增加而增加；表2與表1相比較可知，以草莓種子為例，外果殼的化感作用要明顯高于內(nèi)果殼的化感作用，草莓外果殼浸提液的絕對(duì)值整體大于內(nèi)果殼浸提液的絕對(duì)值。

表2 麻風(fēng)樹外果殼浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)的化感效應(yīng)敏感指數(shù)

2.2.3 麻風(fēng)樹葉浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)的化感作用分析 由表3可以看出，隨著麻風(fēng)樹浸提液濃度的增加，每種作物種子最終發(fā)芽率的絕對(duì)值也在不斷地增大，說明麻風(fēng)樹化感作用的強(qiáng)弱與作用濃度有關(guān)。3種農(nóng)作物的值隨處理濃度的增加而下降，表明3種農(nóng)作物的最終發(fā)芽率與發(fā)芽速率隨處理濃度的增加而降低。通過的計(jì)算表明，3種農(nóng)作物萌發(fā)率化感強(qiáng)度是草莓(0.52)>油麥菜(0.24)>生菜(0.11)，表明麻風(fēng)樹葉浸提液對(duì)草莓的化感作用最強(qiáng)，對(duì)生菜的化感作用最弱，而油麥菜處于中間層次。

表3 麻風(fēng)樹葉浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)的化感效應(yīng)敏感指數(shù)

2.3 麻風(fēng)樹浸提液對(duì)3種農(nóng)作物種子萌發(fā)速率的影響

不同濃度的麻風(fēng)樹葉、外果殼及內(nèi)果殼的浸提液會(huì)對(duì)3種農(nóng)作物種子的萌發(fā)速率產(chǎn)生不同的影響。由圖4至圖6所示，生菜種子對(duì)麻風(fēng)樹葉、外果殼和內(nèi)果殼的浸提液反應(yīng)不敏感；油麥菜種子對(duì)麻風(fēng)樹葉浸提液的反應(yīng)不敏感，但對(duì)麻風(fēng)樹內(nèi)外果殼浸提液的反應(yīng)敏感；草莓種子對(duì)麻風(fēng)樹葉、外果殼和內(nèi)果殼的浸提液反應(yīng)都極敏感，油麥菜和草莓種子的發(fā)芽速率明顯受到麻風(fēng)樹內(nèi)外果殼浸提液的抑制，且這種抑制效應(yīng)都達(dá)到極顯著水平(<0.01)。生菜種子的發(fā)芽速率在0.02、0.03、0.04 mg/mL 濃度下，有些處理比對(duì)照有所增長，但各濃度的葉、外果殼和內(nèi)果殼的浸提液無顯著性差異。由表1計(jì)算表明，麻風(fēng)樹對(duì)3種作物萌發(fā)速率的化感強(qiáng)度為草莓(0.62)>油麥菜(0.28)>生菜(0.18)。

2.4 麻風(fēng)樹對(duì)幼苗莖生長的影響

2.4.1 麻風(fēng)樹浸提液對(duì)幼苗莖生長的影響 不同濃度的麻風(fēng)樹葉、外果殼及內(nèi)果殼的浸提液對(duì)3種農(nóng)作物地上部幼苗莖的生長會(huì)產(chǎn)生不同的化感作用，如圖7到圖9所示，不同濃度的麻風(fēng)樹葉、外果殼及內(nèi)果殼的浸提液對(duì)3種農(nóng)作物的地上部生長能產(chǎn)生不同的化感作用，其中麻風(fēng)樹內(nèi)外果殼的水浸提液的化感作用與麻風(fēng)樹的葉水浸提液有極顯著差異(<0.01)。麻風(fēng)樹的葉、內(nèi)外果殼對(duì)生菜的地上部生長有促進(jìn)作用，尤其是麻風(fēng)樹葉浸提液0.04 mg/mL時(shí)，效果顯著(<0.01)。不同濃度的麻風(fēng)樹葉、內(nèi)外果殼浸提液對(duì)油麥菜的莖生長表現(xiàn)出低促進(jìn)高抑制的現(xiàn)象，對(duì)草莓的莖生長表現(xiàn)為強(qiáng)烈的抑制作用。由表4可以看出，3種作物幼苗莖高的RI值都不超過0.20(絕對(duì)值)，說明麻風(fēng)樹對(duì)3種作物幼苗高的化感作用較小，化感強(qiáng)度為油麥菜(0.18)>草莓(0.16)>生菜(0.07)。

2.4.2 對(duì)3種農(nóng)作物幼苗莖生長的化感影響 麻風(fēng)樹浸提液對(duì)3種農(nóng)作物幼苗莖生長有明顯的抑制作用(表4)，尤其是麻風(fēng)樹外果殼浸提液對(duì)幼苗莖生長的影響最大。3種浸提液均對(duì)草莓幼苗莖高產(chǎn)生了較強(qiáng)的抑制作用，表明麻風(fēng)樹林下不適宜種植草莓，但3種浸提液對(duì)生菜的抑制作用沒有草莓強(qiáng)，且生菜能在0.04 mg/mL處理濃度時(shí)，仍能保持莖生長，表明麻風(fēng)樹林下較適宜種植生菜。麻風(fēng)樹浸提液對(duì)3種農(nóng)作物幼苗莖生長有明顯的的抑制作用，尤其是麻風(fēng)樹外果殼浸提液對(duì)幼苗莖生長的影響最大。3種浸提液均對(duì)草莓莖生長產(chǎn)生了較強(qiáng)的抑制作用，表明麻風(fēng)樹林下不適宜種植草莓，3種浸提液對(duì)草莓的抑制作用強(qiáng)于生菜，且生菜能在 0.04 mg/mL 處理濃度時(shí)，仍能較好地保持莖生長，其中生菜在3種浸提液處理中的絕對(duì)值分別為葉(0.10)>外果殼(0.03)>內(nèi)果殼(0.02)，表明葉浸提液對(duì)生菜生長的影響最大。

表4 麻風(fēng)樹浸提液對(duì)3種農(nóng)作物莖生長的化感效應(yīng)指數(shù)

3 結(jié)論與討論

綜上可得：(1)隨著麻風(fēng)樹各部位浸提液處理濃度的增加，生菜、油麥菜和草莓種子的萌發(fā)率都隨之發(fā)生不同程度的減少，說明麻風(fēng)樹浸提液的化感作用強(qiáng)度隨處理液濃度的增加而增強(qiáng)。(2)由計(jì)算出的絕對(duì)值可知，3種麻風(fēng)樹的浸提液相比較時(shí)，麻風(fēng)樹外果殼浸提液的絕對(duì)值要高于其他2種浸提液的絕對(duì)值，表明麻風(fēng)樹外果殼浸提液的化感作用要強(qiáng)于內(nèi)果殼和葉的化感作用。(3)比較3種農(nóng)作物在外果殼、內(nèi)果殼和葉的浸提液的最終發(fā)芽率和發(fā)芽速率時(shí)，生菜幾乎都能在0.04 mg/mL高濃度處理下保持高于油麥菜和草莓的生長速率，表明麻風(fēng)樹林下適宜種植生菜。(4)從3種麻風(fēng)樹浸提液對(duì)3種農(nóng)作物莖生長的影響來看，其均對(duì)草莓的莖生長有較大的抑制作用，對(duì)生菜的抑制作用最弱，對(duì)油麥菜的抑制作用次之。麻風(fēng)樹林下最不適宜種植草莓。

麻風(fēng)樹葉、外果殼和內(nèi)果殼的浸漬液對(duì)生菜、油麥菜和草莓的化感作用不盡相同，通過對(duì)化感效應(yīng)敏感綜合指數(shù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，其總化感作用強(qiáng)度為草莓(0.19)>油麥菜(0.16)>生菜(0.05)，其中麻風(fēng)樹各部位化感作用的強(qiáng)度為外果殼>內(nèi)果殼>葉。本研究選取種子的發(fā)芽率、萌發(fā)速率，幼苗生長的莖高、發(fā)芽率及萌發(fā)速率的值和幼苗莖高的值這6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測定，運(yùn)用蒸餾水作浸提劑對(duì)麻風(fēng)樹內(nèi)外果殼及葉進(jìn)行提取，極大程度上模擬了自然環(huán)境中麻風(fēng)樹化感物質(zhì)隨雨水淋溶至土壤的化感生態(tài)環(huán)境，可以直觀地反映麻風(fēng)樹各部位浸提液對(duì)3種農(nóng)作物的化感影響?，F(xiàn)已有研究證明麻風(fēng)樹對(duì)大豆根細(xì)胞、紫莖澤蘭和蠶豆根細(xì)胞有化感作用。其中，已被證實(shí)麻風(fēng)樹中含有酚類、萜類、醇類和皂苷類化感物質(zhì)，猜測是由于這些物質(zhì)隨雨水淋溶于土壤中而抑制了麻風(fēng)樹林下其他植物的正常生長，但具體是其中哪種物質(zhì)起主要抑制作用仍需要進(jìn)行深入研究。植物化感作用釋放的物質(zhì)可以抑制或促進(jìn)其他植物的生長，而麻風(fēng)樹的化感作用卻嚴(yán)重影響了其林下農(nóng)業(yè)的發(fā)展，甚至連雜草都難以生長，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)效益，浪費(fèi)了大片的麻風(fēng)樹林下資源。研究麻風(fēng)樹各部位水浸漬液的化感作用主要是為了模擬麻風(fēng)樹的自然化感環(huán)境，指導(dǎo)麻風(fēng)樹的林下套作。本研究證明，生菜適合作為麻風(fēng)樹的套種作物，在麻風(fēng)樹林下種植生菜可以很好地利用其林下資源，提高經(jīng)濟(jì)收入，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。關(guān)于麻風(fēng)樹的化感作用，以及麻風(fēng)樹下寸草不生的現(xiàn)象，可考慮研究其除草活性，分析其中含有的有效物質(zhì)，研制植物源除草劑，也可將其化感作用與藿香薊、葡萄、紫莖澤蘭及唐古特白刺種子等進(jìn)行比對(duì)測試，對(duì)惡性雜草及入侵雜草進(jìn)行除草活性的探究，這些都將會(huì)在后續(xù)的研究中體現(xiàn)。