核桃叶水浸提液对药材种子萌发及幼苗生长的化感效应

李 茜，何 俊，吕 雯，张硕新

(1.宁夏大学 环境工程研究院，宁夏 银川 750021；2.教育部中阿旱区特色资源环境治理国际合作联合实验室，宁夏 银川 750021；3. 宁夏(中阿)旱区资源评价与环境调控重点实验室，宁夏 银川 750021；4.西北农林科技大学 林学院，陕西 杨凌 712100)

【研究意义】化感作用是指高等植物次生代谢产生的化学物质释放到环境中, 对其临近植物或自身产生的不利或有利作用[1]。化感作用广泛存在于农林生态系统中，影响着植物群落的结构、演替和农作物的产量[2]。植物的化感作用有明显的选择性、专一性，且同一化感物质对同一植物，质量浓度高低不同时，则会产生抑制或促进两种截然不同的作用。近年来，随着农业产业结构的不断调整，我国大力发展了经果林，栽培面积逐年增大。农林复合系统是一种高效的土地利用方式[4]，不仅能够协调农林用地间的矛盾、高效利用各种自然资源，同时还有助于提高土地利用率、起到保护生态环境[5]的作用，而林-药复合种植是特种农林复合系统中的一种。在林下种植一些短期作物，或见效快、收益早的物种，能达到以短养长，短、中、长相结合的优势效应，应用前景广泛。【前人研究进展】核桃(JuglansregiaL.)又名胡桃，胡桃科(Juglandaceae)核桃属(JuglansL.)植物，是我国重要的经济林树种之一，其栽培历史悠久，分布广泛，资源较为丰富[3]。核桃是最早发现的化感植物之一，被认为是具有强烈化感作用的植物，目前核桃的农林复合种植模式已受到国内外的广泛重视。研究人员针对核桃化感作用开展了大量的研究工作[6-9]，但是大都集中在受体植物是玉米、小麦、大豆、黄瓜、萝卜、番茄等作物蔬菜类植物，而对于中药材植物的化感效应研究鲜有报道。种子萌发是植物生命周期中的关键环节, 对植物生长发育至关重要[10],合理的选择物种搭配，科学利用植物间的化感作用，对于农林业生产实践具有重要的指导意义。【本研究切入点】本文研究了核桃叶不同浓度水浸提液对中草药白术、板蓝根、远志和丹参种子萌发相关指标的影响以及对幼苗生长的化感效应。【拟解决的关键问题】旨在探讨核桃对不同药材种子的化感作用潜力，揭示核桃与中草药复合种植的可行性，为充分发挥林-药复种植合经营模式提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以西北农林科技大学林学院苗圃的2年生核桃苗为供体植物，以采购于陕西省西安市药材市场的板蓝根、白术、远志、丹参种子为受体植物。

1.2 试验方法

1.2.1 核桃叶水浸提液的制备 采集当年生核桃鲜叶，采样后用蒸馏水冲洗，自然晾干表面水分后剪成1 cm左右的小段。称取10 g剪好的鲜叶放入三角瓶中，加入100 mL蒸馏水后静置24 h(室温20～25 ℃)后，经过3层滤纸过滤即得浓度为 0.1 g/mL的水浸提液母液，置于4 ℃冰箱中保存备用。

1.2.2 生物测定 将母液用蒸馏水稀释为0.0025、0.005、0.025 和0.05 g/mL 4个浓度梯度，以蒸馏水为对照，共设5个处理。取以上浓度水浸提液6 mL分别加入铺有2层滤纸的培养皿中(直径9 cm)。滤纸上播种经过H2O2消毒3 min的且均匀饱满的受体植物种子，每皿30粒。每个处理5次重复，在培养箱(25 ℃)条件下暗培养，每24 h补充核桃叶水浸提液或蒸馏水1 mL。2 d后观察受体种子萌发率，每24 h调查发芽种子数，待种子完全发芽后，测定各受体植物幼苗长，幼根长，幼苗鲜重。

1.3 数据分析

1.3.1 数据分析参数 发芽势(%)=(发芽初期正常发芽种子数/供试种子数)×100 %

发芽势(%)=(发芽终期正常发芽种子数/供试种子数)×100 %

发芽指数(%)=(Gt/Dt)，Gt为第t天的发芽数，Dt为相应的发芽天数

1.3.2 数据统计分析方法 数据采用Excel和SPSS软件进行统计分析。化感效应参照Williamson等提出的化感效应指数(RI)来衡量。

2 结果与分析

2.1 不同浓度核桃叶水浸提液对受体种子发芽势的影响

不同浓度核桃叶水浸提液对受体种子发芽势的化感效应有促进作用，也有抑制作用，因受体植物的种类不同而有所不同，也因水浸提液浓度不同而有所差异(表1,图1)。

不同浓度核桃叶水浸提液对白术和远志种子的发芽势呈促进作用。当浓度为0.0025 和0.005 g/mL处理下，白术发芽势分别达到了15.00 %和13.33 %，与对照发芽势差异显著，其RI分别为0.6667和0.6250。当浓度为0.005 g/mL处理时，对远志种子发芽势的促进作用最大，其RI达到了0.6111，和对照的发芽势存在显著差异。不同浓度核桃叶水浸提液对板蓝根和丹参种子的发芽势呈现出抑制作用，且抑制作用的强弱随着浸提液浓度的增加而表现出增强的趋势。当浓度为0.05 g/mL处理时，板蓝根和丹参种子的发芽势分别为3.33 %和6.67 %，其相应RI分别为-0.8571和-0.6363，处理组和对照组之间差异显著。

2.2 不同浓度核桃叶水浸提液对受体种子发芽率的影响

不同浓度核桃叶水浸提液对受体种子发芽率的影响可以划分为3种类型(表1，图2)。第一种是浸提液对白术种子的发芽率有低促高抑的双重浓度效应。浓度为0.0025、0.005和0.025 g/mL时，发芽率分别比对照提高了69.23 %、30.79 %和23.08 %；当浓度为0.05 g/mL时，对白术种子发芽率表现出抑制作用，发芽率仅为对照发芽率的84.63 %，其RI为-0.1537。 第二种是浸提液对对板蓝根和远志的发芽率具有促进作用，但化感作用强弱因受体植物的种类不同而不同。当浓度为0.0025 g/mL时，对板蓝根种子的发芽率有明显的促进作用，其发芽率达到了63.33 %，RI为0.4473。当4种浓度的浸提液处理下对远志种子发芽率都呈现出微弱的促进作用，但和对照组不存在显著差异。第三种是浸提液浓度越大，丹参种子的发芽率越低，当浓度达到0.05 g/mL时，丹参种子的发芽率仅为46.67 %，其RI为-0.4399。

注：表中数据为不同处理的均值；数据后所标字母为邓肯氏多重比较的结果，同列数据后标有相同字母表示无显著差异(α=0.05)。下表同。

Note：The data in the table are the mean value of different treatments. The letter after data expression Duncan’s multiple comparison results. Those date in the same column with the same letter indicate there is no significant difference(α=0.05).The same as below.

2.3 不同浓度核桃叶水浸提液对受体种子发芽指数的影响

不同浓度核桃叶水浸提液对4种受体植物种子的发芽指数的影响见(表1，图3)。当浓度为0.0025、0.005和0.025 g/mL时，白术种子发芽指数分别为4.67、4.10和3.36，较对照提高了85.31 %、62.69 %和33.33 %；当浓度为0.05 g/mL时，白术种子发芽指数为2.27，其RI为-0.1537。不同浓度核桃叶水浸提液对板蓝根和远志同样表现出促进作用，但作用强度随着浓度的增加而逐渐减弱。当浓度为0.0025 g/mL时，对板蓝根种子的发芽势呈现出明显的促进作用，其RI达到了0.5198。4种浸提液浓度处理下远志种子发芽指数的RI分别为0.1773、0.1599、0.1404和0.0091。不同浓度核桃叶水浸提液对丹参种子的发芽指数表现出低促高抑的双重浓度效应, 当浓度为0.05 g/mL时，丹参种子发芽指数为3.75，其RI为-0.4769。

图2 不同浓度核桃叶水浸提液对受体种子发芽率RI的影响Fig.2 RI of germination rate of receptor plants under different walnut leaves extracts concentration

图3 不同浓度核桃叶水浸提液对受体种子发芽指数RI的影响Fig.3 RI of germination index of receptor plants under different walnut leaves extracts concentration

2.4 不同浓度核桃叶水浸提液对受体幼苗苗长的影响

不同浓度核桃叶水浸提液对白术和远志的幼苗苗长呈现出抑制作用，随着浸提液浓度升高，其化感作用强度增大(表2，图4)。整体来看，对远志幼苗的苗长抑制作用要大于对白术幼苗苗长，可见远志幼苗苗长对核桃叶水浸提液中的化感物质较为敏感。白术幼苗苗长在0.0025、0.005和0.025 g/mL处理下其苗长与对照差异显著，浓度为0.05 g/mL处理下抑制作用最强，苗长仅为对照苗长的76.82 %，其RI达到了-0.2316。远志幼苗苗长在4种浓度的浸提液处理下，其苗长与对照之间差异显著，各处理RI值分别为-0.3860、-0.4872、-0.4627和-0.4833。不同浓度浸提液对板蓝根幼苗苗长的化感作用表现出低浓度促进，高浓度抑制的作用效果，而对丹参幼苗苗长均表现出促进作用，但是对照组和处理组之间差异并不显著，4种处理对丹参幼苗苗长的RI值分别为0.0926、0.1736、0.2059和0.0875(图4)。

2.5 不同浓度核桃叶水浸提液对受体幼苗根长的影响

不同浓度核桃叶水浸提液对白术和远志幼苗根长表现出促进作用，且随浸提液浓度的增加，促进作用减弱(图5)。4种浓度浸提液对白术幼苗根长的RI分别为0.6935、0.6761、0.6806和0.4476。当浓度为0.0025 g/mL，远志幼苗根长比对照提高了82.45 %，其与对照组和其他处理组之间差异显著。不同浓度核桃叶水浸提液对板蓝根根长的化感作用表现为低促高抑双重浓度效应，当浓度为0.0025 g/mL，其RI为0.1697，而浓度为0.005、0.025和0.05 g/mL对其RI分别为-0.4150、-0.5914和-0.5269。不同浓度浸提液对丹参幼苗根长表现出抑制作用，且随着核桃叶水浸提液质量浓度的增加，对丹参幼苗根长的抑制作用逐渐增强，4种处理对丹参幼苗根长分别较对照降低了31.41 %、35.43 %、41.89 %和67.88 %。

图5 不同浓度核桃叶水浸提液对受体幼苗根长RI的影响Fig.5 RI of root length of receptor plants under different walnut leaves extracts concentration

2.6 不同浓度核桃叶水浸提液对受体幼苗鲜重的影响

不同浓度核桃叶水浸提液对不同受体幼苗鲜重的影响表现出不同的化感作用效应(表2，图6)。低浓度0.0025 g/mL对白术幼苗鲜重表现为促进作用，鲜重比对照增加了16.34 %，其RI为0.1405，当浓度为0.05 g/mL处理时，白术幼苗鲜重仅为0.0025 g/mL处理下的62.41 %。当浓度为0.0025 g/mL时对板蓝根幼苗的鲜重表现出微弱的促进作用，其RI为0.0672。不同浓度浸提液处理对远志幼苗的鲜重的影响和对照组之间没有显著差异，而对丹参幼苗的鲜重均表现出抑制作用，当浓度为0.05 g/mL时，丹参种子幼苗鲜重11.40 mg，RI达到了-0.3495，仅为对照鲜重的65.03 %。

3 讨 论

化感作用在可持续农业、环境保护领域以及农林复合种植模式中具有重要作用及应用前景。我国对植物化感作用的研究起步较晚，且多集中在水稻、小麦等农作物[11-12]，在林业方面主要集中在桉树、马尾松、杉木和杨树等几种用材树种上[13-16]。很多研究结果表明，植物化感作用存在浓度效应，即化感作用强度随着化感物质质量浓度的增加而增加[17]。在一定质量浓度范围内，核桃凋落叶浸提液对萝卜种子萌发及幼苗生长具有较明显的抑制作用，且随着处理液质量浓度的升高抑制作用增强[18]。薄壳山核桃根系水浸提液对小麦、大豆种子萌发及幼苗生长的化感抑制作用较为显著，且具有显著的浓度效应[19]。胡桃醌和核桃叶水浸提液能够明显降低西红柿、黄瓜及向日葵的幼苗生长，但是又能显著促进西瓜的幼苗生长[20]；核桃叶水浸提液对白术幼苗的株高、地径、叶绿素含量及净光合速率和气孔导度的影响均表现出低促高抑的双重质量浓度效应[21],这和本研究结果核桃叶水浸提液对白术种子的发芽率有低浓度促进高浓度抑制的双重效应结论一致。

图6 不同浓度核桃叶水浸提液对受体幼苗鲜重RI的影响Fig.6 RI of fresh weight of receptor plants under different walnut leaves extracts concentration

不同受体植物的发芽势、发芽率和发芽指数分别从3个方面反应了化感物质对受体种子萌发的化感作用。受体种子幼苗的鲜重又是幼苗长和幼根长的综合表现。本研究结果表明：不同浓度核桃叶水浸提液对远志的发芽势、发芽率和发芽指数均表现为促进作用，说明远志在种子萌发的整个过程中，对核桃叶水浸提液中的化感物质有很好的适应性。相同浓度的核桃叶水浸提液对不同的受体植物表现出的化感效应不相同，对同一种受体的不同部位(幼苗长和幼根长)也有不同的化感作用[22]。晏婷研究结果表明，核桃根系提取物质量浓度为40 mg/mL时，对小麦、白菜和绿豆根长抑制作用大于对苗高的抑制作用[23]。本研究发现，核桃叶水浸提液中的水溶性化感物质对4种受体种子的幼根比幼苗更为敏感，可能原因是种子幼根最先从周围环境中吸收到化感物质[24]。丹参对核桃叶水浸提液的化感效应最为明显，随着核桃叶水浸提液质量浓度的增加，对其幼苗根长生长抑制作用增强，说明丹参幼苗的根对核桃叶水浸提液的化感物质较敏感，这和王蓓[25]等人研究结果类似。

4 结 论

随着对化感作用研究的不断深入，对化感物质作为信息载体在生态系统中的作用有了更加科学和完善的认识，逐渐揭示了化感作用与环境因子的互作规律和作用机理[26]，在生产实际中也会利用这些研究成果合理进行调控，对共生树种、作物品种的搭配提供科学的依据。林-药复合种植是林果(乔木或者灌木)与中草药混合种植的模式，是农林复合经营模式的一种，其中核桃与黄芩复合种植模式是较为成功的模式之一[27]。本研究初步确定远志是核桃-药材复合种植的适生药材品种，但还需研究不同树龄、栽植密度以及土壤、温度、水分等环境因子之间的交互作用，在大田进行复合种植还需进一步验证,最终筛选出对核桃有较强抗性的药材品种，为农-林复合可持续发展模式提供科学的理论指导。