牡丹枝叶浸提液对水稻和玉米种子萌发的影响

张贵亮，肖 敏，雷应雪，张 聪，郑先晶，邱堉炘，廖柯翔，张 冬，杨礼通*

(1.四川省彭州市规划和自然局,成都 611930；2.四川省彭州市国有林场，成都 611900；3.四川隆生林草科技有限公司,成都 610074)

化感作为植物界普遍存在的现象，其化感物质主要是通过植物分解、根际分泌、雨水淋溶和挥发等方式释放到环境中的水溶性物质，其中植物枝和叶是植物化感物质的重要来源之一，枝叶在分解的过程中，向周边环境释放了大量的化合物，这些化合物进入土壤中，对土壤种子库中种子的萌发和植株幼苗的生长具有一定的影响，这些物质对森林生态系统的更新和演替将带来重要影响[1]。凋落物浸提液化感效应主要与其组成成分和浓度有关，研究表明，低浓度的凋落物浸提液对植物种子发芽和幼苗的生长具有一定的促进作用，而高浓度的浸提液对种子发芽和幼苗生长出现一定的抑制效应[2]，这些化感促进或抑制效应对天然林的更新具有重要意义[1]。同时，相关研究表明，植物枝、叶、皮和根等不同营养器官具有不同的化感效应，研究显示，植物叶部的化感效应高于其他部位，枝和皮的化感效应较低[1]。同时，也有研究显示，植物凋落物在不同的分解时间其化感作用也存在较大差异，这主要与浸提液中的化感物质浓度有一定关系[1-2]。

牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.)，为芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)多年生落叶灌木[3]，有些地区又称其为白术和富贵花，为多年生落叶灌木[4]，牡丹花色艳丽，具有观赏、药用、食用等多种价值，在我国多个地区广泛种植[5,6]，作为中国的国花，我国拥有丰富的牡丹资源，其品种甚多，种植面积也最大，尤其在山东的菏泽、河南洛阳以及四川的彭州等地为牡丹集中发展的区域，这三个地区在历史上就是牡丹种植的中心[5]。牡丹因其绚丽多彩的颜色和硕大的花型，而受到人们推崇[2]，但是，由于牡丹花期特别集中，而且花期短，其自然花期集中在每年的四月中旬和下旬，若不受极端气候的影响，大多数品种单个花的花期为4～5d，整个牡丹花花期为20～30d。因此，可以看出，牡丹开花的花期相对比较集中，同时其花期较短，严重影响牡丹花产业发展及其观赏性[3]。目前，有关牡丹的研究主要集中在对其种子浸提液等方面，而很小关注牡丹凋落物的化感作用等相关研究。

牡丹大面积种植后，其凋落物(枝叶)所产生的化感作用是否会成为牡丹种植基地其他植物天然更新障碍的因素，而目前鲜见相关的研究，为此，本研究针对牡丹的枝和叶设置不同浓度的浸提液对水稻和玉米种子进行萌发处理，以探究牡丹枝叶浸提液化感作用对水稻和玉米种子萌发与生长的影响，为进一步查明牡丹种植对植物多样性的影响提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于彭州市天彭牡丹保育中心(103°10′E～103°40′E，30°54′N～31°26′N)，该研究区位于四川盆地亚热带湿润气候区，气候温润，季节性明显。年均气温15.9℃，温度最高月7月平均气温25.1℃，温度最低月1月平均气温5.3℃，无霜期长，雨量充沛，年均降水量为867mm，降水季节分配不均，多集中于7～9月份，雨热同期，日照偏少，日照时数为1131.0h。

1.2 浸提液制备方法

在试验地采集“丹景红”品种的牡丹枝叶并带回实验室，将采集到的枝叶凋落物烘干后，用粉碎机进行粉碎，根据1g样品中加入5mL的蒸馏水(1∶5)，将凋落物与蒸馏水进行混合后，在常温下浸泡48h后，用真空泵将滤液进行真空过滤，所得到的1∶5质量浓度浸提液为原液，标记为T1。在此基础上，将原液(T1)按照2倍、6倍、10倍和20倍的比例进行稀释，形成浓度为1/10、1/30、1/50、1/100等4种浸提液浓度，分布标记为T2、T3、T4、T5，为防止溶液变质，将其放到冰箱进行冷藏备用。

1.3 种子萌发试验

试验所需的水稻和玉米种子来自于农贸市场种子店，将购买的种子进行筛选，选取大小一致并且颗粒饱满的种子。试验未对其进行前期的浸泡等预处理，将水稻和玉米种子放在直径为15cm、底层垫有双层纱布的培养皿中，每个培养皿中放置30颗种子，并排放整齐。以T1位对照(添加蒸馏水)，然后将上述不同浓度的浸提液(T2、T3、T4、T5)分别倒入培养皿中，倒入量以浸泡到种子的1/3为宜，每个处理重复3次，将各培养皿放入温度为20℃的培养箱中，其中培养箱的白昼分别为12h，相对湿度为72%，并对各培养皿中的浸提液进行补充。

1.4 发芽指标和形态学指标测定

将各培养皿放入培养箱时记为培养的第一天，之后每天对水稻和玉米种子的萌发情况进行统计，以胚根露出种皮即为发芽[1]，试验共进行14d的统计观察，直到无新种子发芽时，结束试验。

参照种子发芽的相关标准，将本试验记录的数据按照发芽速率(GS)、最终发芽率(FG)和化感效应敏感指数(RI)等3个指标参数进行计算[7]：

(1)发芽速率(GS)=∑(Gt/Nt)

该指数的计算用每天累计的发芽种子数除以相应的天数，再进行求和。其中，Gt为逐日发芽种子数之和，Nt为相应发芽天数。

(2)最终发芽率(FG)=发芽种子总数/供试种子总数×100%

(3)化感效应敏感指数(RI)，RI的绝对值大小反应化感作用的强弱。当为化感抑制作用(RI<0)，为化感促进作用(RI>0)。

RI=T/1-C(T

式中，T为处理值，C为对照值。

1.5 数据处理

种子萌芽数据的处理采用Excel 2010进行分析，不同浓度牡丹枝和叶浸提液对水稻和玉米种子萌芽的影响采用SPSS19.0软件中的多重方差分析进行，研究中的显著性水平设置为P=0.05。

2 试验结果

2.1 牡丹枝和叶浸提液对种子发芽率的影响

牡丹枝和叶浸提液对水稻和玉米种子发芽率的影响见图1，可以看出，与对照相比，牡丹枝和叶对水稻种子发芽率具有一定的影响，水稻种子发芽率随着牡丹枝和叶浸提液浓度的升高而逐渐降低，其中，牡丹叶浸提液对水稻种子发芽率的影响较牡丹枝浸提液高，枝浸提液影响下，水稻种子最低发芽率出现在T5处理，发芽率为40%，叶浸提液下，水稻种子发芽率在T3-T5显著降低(P<0.05)，其发芽率在10.0%～13.3%。

图1 牡丹枝浸提液对水稻和玉米种子萌芽的影响

同时可以看出，与水稻相比，玉米种子在牡丹枝和叶浸提液的影响下，其种子发芽率显著降低(P<0.05)。与对照相比，低浓度的枝叶浸提液在一定程度上促进了玉米种子的发芽率。其中，牡丹枝浸提液中玉米发芽率在10.0%～56.7%，牡丹叶浸提液中玉米发芽率在3.0%～40.0%，显示出牡丹叶浸提液对玉米种子发芽的抑制高于牡丹枝。

图2 牡丹枝浸提液对水稻和玉米种子萌芽的影响

2.2 牡丹枝和叶浸提液对种子发芽速率的影响

测定种子活力通常以种子的发芽速率GS来表示[7]，该指数是反应植物种子发芽速度快慢的重要指标[1]。牡丹枝和叶浸提液对种子发芽速率的影响见图2，可以看出，无论牡丹枝和叶，水稻和玉米种子发芽速率均随着浸提液浓度的升高而降低，同时可以看出，玉米种子发芽速率整体上较水稻慢，水稻种子发芽速率在T5浓度下最低。

2.3 牡丹枝和叶浸提液化感效应敏感指数特征

化感效应敏感指数能有效展示植物化感作用强弱，通常将指数值RI大于0表示为促进作用，当RI小于0时为抑制作用。本试验对牡丹枝叶浸提液下，水稻和玉米种子受两种浸提液化感作用的影响进行研究。

从图3可以看出牡丹枝和叶浸提液化感效应敏感指数特征，总体表现出对水稻和玉米发芽的抑制效果，部分浓度出现促进作用，部分显示出无明显的促进/抑制作用。整体上来看，水稻种子发芽过程中，其受牡丹叶浸提液的化感抑制总用较强(P<0.05)，主要表现在高浓度(T3-T5)水平，化感指数RI为-86.7～-90.0，牡丹枝浸提液对水稻的化感作用表现为T5处理下的抑制作用较强，其化感指数RI为-60.0。总体上来看，牡丹枝浸提液的化感作用较叶浸提液弱，同时，牡丹枝叶对玉米种子发芽的化感作用较水稻弱(P<0.05)。本次试验中，牡丹枝叶浸提液对种子发芽的促进效应主要表现在玉米种子发芽中，其中，牡丹枝浸提液T1和T3浓度，牡丹叶浸提液T3浓度均促进了玉米种子的萌发。

图3 牡丹枝浸提液对水稻和玉米种子萌芽的影响

2.4 牡丹枝和叶浸提液对种子发霉率的影响

牡丹枝和叶浸提液对水稻和玉米种子发霉的影响见图4，可以看出，牡丹枝叶浸提液对水稻和玉米种子发霉具有一定的影响。从图4可以看出，水稻种子的发霉情况总体较好，而玉米种子的发霉情况则较严重，这可能与玉米种子的种皮较厚，而发芽试验前，没有对种子进行浸泡等预处理有关。其中，玉米种子发霉率基本随着枝叶浸提液浓度的增加而上升，与对照相比，试验处理中，除了枝T1和叶T3浓度下的种子发霉率低于对照处理外，其余处理下的玉米种子发霉率均高于对照。另一方面，可以看出，水稻种子的发霉情况主要出现在对照处理中，其次为叶浸提液的T2浓度下。

图4 牡丹枝浸提液对水稻和玉米种子萌芽的影响

3 讨论

植物在枝、叶、皮和根等不同营养器官具有不同的化感效应，研究显示，植物叶部的化感效应高于其他部位，枝和皮的化感效应较低[7]。同时，也有研究显示，植物凋落物在不同的分解时间其化感作用也存在较大差异，这主要与浸提液中的化感物质浓度有一定关系[8]。

本研究采用化感效应敏感指数来分析牡丹枝叶浸提液对水稻和玉米种子萌发的影响。一些研究认为，植物浸提液对种子萌芽表现出促进和抑制作用[9]，而在本研究中，牡丹枝叶浸提液对所研究的水稻和玉米种子萌芽总体上是抑制作用，并且水稻和玉米在低浓度时受到的抑制作用较小，随着浓度的增加其抑制作用增高，表明牡丹枝叶浸提液对水稻和玉米种子发芽均表现为抑制[10]。

本研究中所选取的两种农作物种子，水稻其发芽速率、发芽率和发霉率及受到浸提液的化感抑制作用均较弱，这主要与玉米种皮较厚，在试验前没有进行浸泡等预处理，从而导致玉米发芽速率和发霉等较高。

4 结论

通过对牡丹枝叶浸提液不同浓度处理下，水稻和玉米发芽率、发芽速率、化感效应敏感指数及种子发霉率等指标的测定，试验得出以下4点结论：

(1)牡丹枝叶浸提液对水稻和玉米种子发芽率主要表现为高浓度抑制种子的发芽；同时，在牡丹叶浸提液下，水稻和玉米种子的发芽率均低于枝浸提液；在枝叶浸提液各浓度处理中，玉米种子的发芽率总体低于水稻种子。

(2)水稻和玉米的发芽速率均随着牡丹枝叶浸提液浓度的增加而降低，牡丹叶浸提液处理下，种子的发芽速率较枝浸提液处理下低；同时，无论在枝叶浸提中，玉米种子的发芽速率均较水稻低。

(3)牡丹枝叶浸提液对水稻和玉米种子发芽总体表现出抑制作用，其中，以玉米种子在牡丹叶浸提液中受到的抑制作用最强，牡丹叶较枝的化感作用更强；同时，部分枝叶浸提液处理浓度促进了玉米种子的发芽。

(4)牡丹枝叶浸提液对玉米种子的发霉具有较强的作用，玉米种子发霉率随着枝叶浸提液浓度的增加而增加；水稻种子发霉率则基本不受其影响。