核桃内果皮水提物对3种受体植物的化感效应

贾彩霞， 郝苑汝， 赵鑫丹， 马凯恒， 翟梅枝

(1.西北农林科技大学林学院， 陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学核桃研究中心， 陕西 杨凌 712100)

化感作用是由供体植物分泌到环境中的次生代谢物(化感物质)介导的对自然和农业生态系统产生影响的现象[1]。化感物质大多数为植物次级代谢产物，如酚类、萜类、糖类、生物碱和非蛋白氨基酸等物质[2]。化感物质经过茎叶挥发、淋浴、根系分泌以及植物残株分解等多途径向环境中释放的化学物质，并对周围植物的生长发育产生影响[3]。化感作用可以影响细胞膜的通透性、影响光合作用和呼吸作用、影响营养元素和水分的吸收等[4-6]。

核桃(JuglansregiaL.)是核桃属中分布最广、经济价值最高的植物，核桃内果皮是核桃坚果的外壳。据报道，核桃内果皮含有酚酸类、黄酮类、苷类等多种物质[7]，具有抗氧化[8]、抗菌[9]、抑制肿瘤[10]、降脂[11]等生物活性，主要应用于活性炭[12]、生物质吸附剂[13]及有机肥料[14]生产等化工领域；棕色素提取[15]、食用菌栽培[16]等食品领域以及治疗腹泻[17]、白内障[18]等医药领域。

核桃也是最早发现的化感植物之一。研究发现，核桃枝条、叶片及青皮的水提液对小麦、油菜、绿豆、黄芩、萝卜、莴苣等植物均有化感作用，但核桃内果皮提取物是否有化感作用未见报道[19-23]。本研究以核桃内果皮为供试材料，以小麦、油菜、萝卜等为模式受体植物，探究核桃内果皮水提液对3种受体植物种子萌发和幼苗生长的化感效应，以期为以核桃内果皮为原料开发植物源除草剂或植物生长调节剂奠定基础，为核桃园林农间作提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

核桃(JuglansregiaL.)于2019年9月采自西北农林科技大学核桃试验基地。小麦(TriticumAestivuL.)、油菜(BrassicacampestrisL.)、萝卜(RaphanussativusL.)种子购于西北农林科技大学农城种业科技中心，其中，小麦为小堰22号，油菜为秦荣3号，萝卜为洛育1号。

1.2 方 法

1.2.1核桃内果皮水提液制备

采集成熟的核桃先去除青皮，待自然干燥后去种仁，内果皮粉碎、过40目筛，备用。称取100 g粗粉，加入10倍量(W∶V)的蒸馏水，56 ℃下浸提24 h后过滤，残渣按上述方法继续浸提2次，合并滤液，48 ℃下浓缩，配制1.0 g·mL-1(1.0 mL提取液含材料的质量数)的水提原液，4 ℃下保存备用。试验时采用无菌水稀释原液为0.02、0.04、0.08、0.16、0.32 g·mL-1等5个浓度梯度。

1.2.2种子发芽试验

采用培养皿滤纸法[24]。选取均匀饱满、大小一致的受体作物种子，用0.3%高锰酸钾溶液消毒5 min，无菌水冲洗直至无色。将100粒种子均匀摆放在铺有2层灭菌滤纸的培养皿中(直径15 cm)，各皿分别加入浓度为0.02、0.04、0.08、0.16、0.32 g·mL-1的水提液15 mL，以无菌蒸馏水为对照(ck)，3次重复。在25 ℃、80%相对湿度、光照4 000 lx、12 h/12 h(光/暗)条件下培养，期间每天定时补充相应浓度水提液和无菌蒸馏水以保持滤纸湿润。

1.3 测定指标

在种子萌发过程中，每24 h统计发芽数，以胚根突出种皮长度达种子长度的50%为发芽标准[25]，一定时间(油菜和萝卜4 d，小麦5 d)后测定植株干重、鲜重[27]，计算发芽率、发芽指数、化感效应指数和综合化感效应。

发芽率(%)=(发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽指数=∑(Gt/Dt)；

式中：Gt为第t天的发芽数；Dt为相应的发芽天数；

化感效应指数：RI=1-C/T(当T≥C时)或RI=T/C-1(当T

式中：C为对照值，T为处理值；RI≥0为促进作用，RI<0为抑制作用，RI绝对值大小表示化感作用强度[26]。

综合化感效应(SE)是指供体植物对同一受体各个测试指标化感效应指数(RI)的算术平均值[27]。

1.4 数据处理

采用Origin 9.1软件绘图，SPSS 18.0软件进行方差分析，Duncan检验进行多重比较，以确定各因子内部不同水平之间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 核桃内果皮水提液对受体种子萌发的影响

不同浓度的核桃内果皮水提液对小麦、油菜、萝卜3种受体种子萌发的影响如表1所示。

由表1可知，核桃内果皮水提液对小麦、油菜和萝卜种子的萌发均表现出不同程度的抑制作用，且表现出显著的浓度依赖效应，即抑制效果随着水提液浓度的增大而增强。除0.02 g·mL-1外，其余各浓度处理下3种受体种子发芽率均与ck有显著差异(p<0.05)。不同水提液浓度处理下的小麦种子发芽率在55.13%～90.1%之间，发芽率极差为34.97%，高于油菜、萝卜种子发芽率极差10%以上，说明小麦种子的萌发对内果皮水提物较为敏感；不同浓度下的小麦发芽指数在23.51～48.57之间变化，不同浓度下的油菜、萝卜发芽指数分别在25.25～55.31及25.83～55.24之间，三者对照的发芽指数分别为52.53、59.80、60.25，综合分析认为，萝卜发芽指数对核桃内果皮水提物较为敏感。供试浓度0.32 g·mL-1时，3种植物种子发芽率的化感效应指数分别为-41.2、-36.4和-35.8；发芽指数的化感效应指数分别为-55.2、-57.8和-57.1。从表1还可以看出，相同浓度下，核桃内果皮水提液对3种受体种子发芽指数的RI绝对值大于发芽率的RI值，表明其对3种受体种子发芽指数的化感抑制作用大于发芽率化感抑制作用。核桃内果皮水提液对3种受体植物的种子发芽率抑制作用依次为：小麦>油菜>萝卜，水提液对发芽指数的抑制效果与发芽率刚好相反，对萝卜种子表现出的抑制作用最强，油菜次之，小麦最弱。

表1 核桃内果皮水提液对3种受体植物种子发芽率、发芽指数及化感效应指数的影响

2.2 核桃内果皮水提液对受体植物幼苗生长的影响

由图1和表2可知，核桃内果皮水提液对3种植物胚根、胚芽的生长均表现出一定化感作用。对小麦胚芽和胚根的生长表现为抑制作用，且随着水提液浓度的增大，抑制作用逐渐增强。浓度为0.32 g·mL-1时，水提液对小麦胚芽长和胚根长的抑制作用最大，化感效应指数分别达到-72.9和-65.2，与ck相比差异显著(p<0.05)。而核桃内果皮水提液对油菜和萝卜胚芽长和胚根长的化感作用表现为低促高抑的双重浓度效应，即在低浓度下促进植物幼苗的芽长和根长，高浓度下对根长和芽长表现出抑制作用。由表2可以看出，随着水提液浓度的增加，对油菜和萝卜幼苗芽长、根长的化感效应表现为促进作用降低或抑制作用增强的现象。在0.02 g·mL-1浓度下，萝卜胚芽和胚根长的化感效应指数分别为1.3和1.2，油菜胚芽长化感效应指数为1.7，胚根长化感效应指数为1.9，且对胚根生长促进作用显著(p<0.05)；在0.32 g·mL-1浓度下，油菜和萝卜胚芽长的化感效应指数分别为-65.0、-59.9，油菜和萝卜胚根长的化感效应指数分别为-58.8、-60.5，与ck相比，抑制效果均表现为极显著。综合看来，对小麦幼苗生长的抑制作用较强，且在3种受体植物幼苗生长过程中水提液对幼苗胚芽长的抑制作用较强。

图1 核桃内果皮水提液对3种受体植物胚芽长和胚根长的影响

表2 核桃内果皮水提液对3种受体植物胚芽和胚根的化感效应指数

2.3 核桃内果皮水提液对受体植物幼苗物质积累的影响

核桃内果皮水提液对不同受体植物幼苗萌发过程中物质积累的影响不同(表3)。水提液处理对小麦幼苗的鲜重和干重均表现出抑制作用，与ck相比其抑制作用达到显著水平(p<0.05)，且随着水提液浓度增大而逐渐增强，供试浓度为0.32 g·mL-1时，小麦鲜重和干重的化感效应指数分别为-70.2和-76.1；不同浓度水提液处理对油菜和萝卜幼苗的鲜重、干重表现出低促高抑的双重浓度效应，浓度为0.02、0.04 g·mL-1时，油菜和萝卜幼苗的鲜重、干重与ck相比有所增加，但两处理间差异不显著(p>0.05)；浓度大于0.04 g·mL-1时，水提液处理后对油菜、萝卜幼苗鲜重和干重的抑制作用均表现为显著抑制(p<0.05)，浓度为0.32 g·mL-1时，内果皮水提液对油菜和萝卜鲜重和干重的化感效应指数最大，分别达到-67.2、-72.1和-66.9、-70.0。

表3 核桃内果皮水提液对3种受体植物鲜重和干重及化感指数的影响

2.4 核桃内果皮水提液对受体植物的综合化感效应

由图2可知，核桃内果皮水提液处理对3种受体植物小麦、油菜和萝卜均有较强的化感抑制作用，且随着水提液质量浓度的增大，对受体植物的化感抑制效应逐渐增强；在同一质量浓度处理下，核桃内果皮水提液处理对3种受体植物的化感效应不同。水提液对小麦的抑制作用最强，SE总平均值为-30.33，对油菜和萝卜的抑制作用相近，SE分别为-23.6和-23.4。说明小麦比油菜和萝卜对核桃内果皮水提液具有更强的敏感性，其化感作用综合效应的平均值从大到小依次为：小麦、油菜、萝卜。

图2 核桃内果皮水提液处理对3种受体植物的综合化感效应

3 结论与讨论

化感物质首先通过对植物种子发芽产生影响来决定种子是否萌发，或决定幼苗是否健壮，进而对受体植物的生长和发育产生影响[28]。因此，供体对受体植物种子萌发和幼苗生长的影响是研究植物化感作用最重要的测定方法之一。本试验以核桃内果皮为试材，选取小麦、油菜、萝卜种子作为受体，通过室内生物测定，以发芽率、发芽指数、胚芽长、胚根长、鲜重、干重等为测定指标，探究不同浓度核桃内果皮水提液对小麦等3种植物种子萌发和幼苗生长的影响，发现核桃内果皮水提液对3种受体植物种子萌发和幼苗生长均产生不同程度的影响，证实了核桃内果皮对小麦、油菜和萝卜的化感效应。

核桃内果皮水提液对3种受体植物的种子萌发均表现为化感抑制作用，且抑制作用的强弱与水提液质量浓度成正比，在其水提液处理下，3种受体植物种子的发芽指数与对照差异显著，且在0.08、0.16 g·mL-1和0.32 g·mL-1浓度处理下，种子发芽率与ck相比有显著差异；水提液对小麦幼苗生长和物质积累表现为显著抑制效应，但其对油菜和萝卜均表现出低促高抑的双重浓度效应，在低浓度下(0.02～0.04 g·mL-1)对油菜、萝卜的胚芽长、胚根长、鲜重和干重具有一定促进作用，高浓度下(0.08～0.32 g·mL-1)表现为抑制作用。同一质量浓度核桃内果皮水提液对不同受体植物的综合化感效应不同，小麦与油菜和萝卜相比，对核桃内果皮水提液具有更强的敏感性，其综合化感效应依次为：小麦>油菜>萝卜。由此表明化感效应的强弱因受体植物不同而异，也反映出化感作用具有专一性和选择性[29]。

本研究就不同浓度的核桃内果皮水提液对3种受体植物种子萌芽和幼苗生长影响做了初步比较分析，关于核桃内果皮水浸液对其他植物种子萌发以及对受体植物幼苗生理生化特性的影响及其作用机理方面，还有待于进一步深入研究，以期为核桃内果皮资源充分利用及开发绿色植物源除草剂和生长调节剂提供理论依据。