南果梨營養(yǎng)器官對農(nóng)作物種子的他感作用試驗

吳楠，吳祥云，王冬琪，張延松，張永強，趙凱

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)水土保持生態(tài)修復(fù)研究院，遼寧 阜新123000)

隨著人口的迅速增長和土地資源的減少，林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營成為農(nóng)、林生產(chǎn)的重要發(fā)展方向[1-3]，實行林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營可以實現(xiàn)一地兩用，在一定程度上緩解了這種矛盾，但這對選擇搭配物種提出了較高要求[4]。林農(nóng)復(fù)合經(jīng)營選擇間作植物應(yīng)考慮的諸因素中，他感作用則是一個不容忽視的重要方面。他感作用這一概念首先由德國科學(xué)家H.Molisch于1937年提出[5]。目前針對物種間他感作用多數(shù)學(xué)者已開展較系統(tǒng)的研究[6-10]，并取得了一些成果，但針對某一樹種各營養(yǎng)器官對共生農(nóng)作物的他感作用研究則為鮮見。因此，本研究針對南果梨林農(nóng)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，探究南果梨營養(yǎng)器官對系統(tǒng)內(nèi)不同農(nóng)作物品種的他感作用，旨在為遼西地區(qū)農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的合理構(gòu)建與經(jīng)營提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于阜新市阜新蒙古族自治縣阜新鎮(zhèn)公官村南果梨(9年)農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)試驗示范區(qū)內(nèi)，地理位置為121°42′20″E，42°15′45″N，氣候為大陸性干旱半干旱季風(fēng)氣候，地貌屬遼西低山丘陵，海拔大都在260～350m，年平均降水量為519.3 mm，多集中在6—8月，年平均氣溫7.8℃，無霜期150d，土壤為褐土。

1.2 試驗材料

供體材料：南果梨的根、莖、葉；

受體材料：花生、玉米、大豆種子，且均為新種。

1.3 試驗方法

1.3.1 浸提液制備方法 將在試驗研究區(qū)內(nèi)采集的新鮮南果梨根、莖、葉試驗樣品帶回實驗室，用蒸餾水洗凈晾干后，將根、莖、葉剪成1～2cm的小段，按1∶5(相當(dāng)于200g植物材料浸于1000mL蒸餾水中)比例配成植物浸提液，靜置24h后經(jīng)3層濾紙過濾即可得到浸提液母液，濃度為0.2g·mL-1。將配好的浸提液母液用蒸餾水稀釋成0.1g·mL-1、0.05g·mL-1和0.025g·mL-13種處理濃度，設(shè)蒸餾水為對照。浸提液放置于4℃冷藏箱中待用。

1.3.2 浸提液對受體種子發(fā)芽影響的試驗 將大豆、玉米和花生種子先用0.5%的高錳酸鉀溶液進行消毒處理，用蒸餾水沖洗干凈后置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿(9cm)中。每皿放置大豆種子30粒、花生種子15粒、玉米種子20粒；每個培養(yǎng)皿各加入5mL 5種濃度(含對照)根、莖、葉的浸提液，每個處理做3次重復(fù)，共計做135次種子發(fā)芽試驗。將培養(yǎng)皿放置于培養(yǎng)箱內(nèi)恒溫(10℃)培養(yǎng)。之后每隔24h向培養(yǎng)皿中補充相應(yīng)濃度的浸提液，以保證種子萌發(fā)有充足的水分供應(yīng)。每天記錄各皿種子的萌發(fā)數(shù)量，萌發(fā)標準為胚根或胚軸突破種皮達1～2mm。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用發(fā)芽勢和發(fā)芽率作為衡量南果梨營養(yǎng)器官對農(nóng)作物種子發(fā)芽情況的影響指標，其中發(fā)芽勢時間3～5d，發(fā)芽率時間7～10d。

發(fā)芽勢(%)＝規(guī)定時間內(nèi)發(fā)芽種子粒數(shù)／供試驗種子粒數(shù)×100%；

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

采用 Williamson和Richardson[5]提出的他感作用效應(yīng)指數(shù)(RI)方法評價他感效應(yīng)：

RI＝1-C／T(當(dāng)T≥C時)RI＝T／C-1(當(dāng)T＜C時)

式中，C為對照值，T為處理值，RI示他感作用強度大小，其為正值時表示促進效應(yīng)，負值表示抑制效應(yīng)，其絕對值大小反映他感作用的強弱。

2 結(jié)果與分析

2.1 南果梨根對農(nóng)作物種子的他感作用

通過不同濃度南果梨根浸提液對農(nóng)作物種子發(fā)芽試驗研究，發(fā)現(xiàn)南果梨根對玉米種子發(fā)芽勢呈現(xiàn)抑制效應(yīng)，對花生種子僅在濃度＞0.1g·mL-1時起抑制效應(yīng)，南果梨根對大豆種子的發(fā)芽起到促進效應(yīng)(表1)。隨著根浸提液濃度的逐漸提高，玉米種子發(fā)芽勢逐漸降低，當(dāng)根浸提液濃度為0.2g·mL-1時，他感指數(shù)RI值為-0.50；而根浸提液對花生種子發(fā)芽勢的抑制效應(yīng)較弱，同樣是根浸提液濃度為0.2g·mL-1時，他感指數(shù)RI值僅為-0.13。南果梨根浸提液對大豆種子發(fā)芽起到促進效應(yīng)，在各濃度下，他感指數(shù)均為正值。

表1 南果梨根浸提液對農(nóng)作物種子發(fā)芽勢的影響

與發(fā)芽勢相類似，南果梨根浸提液對玉米發(fā)芽率也呈現(xiàn)出抑制效應(yīng)，根浸提液對花生種子、大豆種子的萌發(fā)幾乎無影響(表2)。南果梨根浸提液濃度越大，抑制效應(yīng)越突出，當(dāng)根浸提液濃度為0.2g·mL-1時，玉米種子發(fā)芽率為55%，他感指數(shù)RI值為-0.42；而相比之下，相同濃度的根浸提液對花生種子發(fā)芽率的他感指數(shù)RI值僅為-0.07，且只有當(dāng)根浸提液濃度≥0.2g·mL-1時，花生種子發(fā)芽率為93.33%，他感指數(shù)才為負值(-0.07)，呈現(xiàn)抑制效應(yīng)；對大豆種子發(fā)芽也亦然，僅在根浸提液濃度≥0.2g·mL-1時，他感指數(shù)才為負值，呈現(xiàn)抑制效應(yīng)：這表明南果梨根與花生、大豆之間呈協(xié)同共生關(guān)系。

表2 南果梨根浸提液對農(nóng)作物種子發(fā)芽率的影響

2.2 南果梨莖對農(nóng)作物種子的他感作用

表3表明，南果梨莖浸提液除在高濃度時對花生、玉米種子的發(fā)芽勢有抑制效應(yīng)外，莖浸提液在低濃度下對3種作物種子的發(fā)芽勢非但不抑制，反而起到促進效應(yīng)。其中南果梨莖浸提液對花生種子的發(fā)芽影響效果最弱，最高濃度(0.2g·mL-1)下的他感指數(shù)值僅為-0.13；對大豆種子的抑制效應(yīng)次之；對玉米發(fā)芽的影響效果最為明顯，在濃度≥0.1 g·mL-1時，他感指數(shù)為負值(-0.42)，表現(xiàn)為抑制作用。值得一提的是，莖浸提液在低濃度(≤0.05g·mL-1)下對玉米、大豆種子萌發(fā)他感指數(shù)值均為正值，表現(xiàn)出不同程度的促進作用，表明在低濃度下南果梨營養(yǎng)器官莖與花生、玉米、大豆之間有協(xié)同共生關(guān)系。

表3 南果梨莖浸提液對農(nóng)作物種子發(fā)芽勢的影響

研究表明(表4)，南果梨莖浸提液對玉米種子發(fā)芽率抑制效應(yīng)明顯，在濃度≥0.1g·mL-1時，他感作用指數(shù)均為負值；南果梨莖浸提液對大豆種子發(fā)芽率作用不明顯，他感指數(shù)RI值僅為-0.07，如果考慮種子的自身因素，可認為莖浸提液對大豆種子的發(fā)芽率影響不顯著；不同濃度莖浸提液對花生種子發(fā)芽率無影響，種子發(fā)芽率與對照處理相同均為100%，他感指數(shù)RI值均為0，表明莖與花生種子之間表現(xiàn)為協(xié)同共生關(guān)系。

表4 南果梨莖浸提液對農(nóng)作物種子發(fā)芽率的影響

2.3 南果梨葉對農(nóng)作物種子的他感作用

研究表明(表5)，南果梨葉浸提液對花生、玉米、大豆種子的發(fā)芽勢均有抑制效應(yīng)。浸提液濃度越大，供試種子發(fā)芽勢越低。葉浸提液對玉米種子發(fā)芽勢的抑制作用最強，當(dāng)葉浸提液濃度為0.2g·mL-1時，大豆種子發(fā)芽勢僅為5%，他感指數(shù)RI為-0.92，接近絕對值為1的顯著水平。葉浸提液對花生種子發(fā)芽勢的抑制效應(yīng)最弱，最高濃度0.2g·mL-1時，花生種子發(fā)芽勢為80%，他感指數(shù)RI為-0.20。

表5 南果梨葉浸提液對農(nóng)作物種子發(fā)芽勢的影響

與根、莖兩種器官浸提液表現(xiàn)有所不同，南果梨葉浸提液對花生種子的發(fā)芽率無影響，而對玉米、大豆種子的發(fā)芽率均表現(xiàn)為抑制效應(yīng)(表6)，且浸提液濃度越大，作物種子發(fā)芽率越低。其中葉浸提液抑制玉米種子發(fā)芽率的效應(yīng)最強，當(dāng)葉浸提液濃度為0.20g·mL-1時，他感作用指數(shù)RI為-0.79：表明南果梨營養(yǎng)器官葉與花生之間為協(xié)同共生關(guān)系。

表6 南果梨葉浸提液對農(nóng)作物種子發(fā)芽率的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 南果梨根浸提液對玉米種子萌發(fā)抑制效應(yīng)最強，且濃度越高，抑制作用越明顯；根浸提液對花生種子、大豆種子的萌發(fā)影響效果不明顯。

3.2 南果梨莖浸提液在高濃度下(≥0.1g·mL-1)對玉米、大豆種子發(fā)育有抑制效應(yīng)，而在低濃度下(≤0.05g·mL-1)則對玉米、大豆種子萌發(fā)無影響；莖對花生種子的萌發(fā)幾乎無影響。

3.3 在任何濃度下，南果梨葉浸提液對玉米、大豆種子萌發(fā)均表現(xiàn)為抑制效應(yīng)，且濃度越高，抑制作用越強。葉浸提液對玉米種子萌發(fā)抑制效應(yīng)最顯著，對大豆抑制效應(yīng)次之，對花生種子萌發(fā)無任何影響。

3.4 南果梨根對農(nóng)作物生長初期為直接影響，莖、葉對農(nóng)作物生長初期為間接影響，因此，構(gòu)建南果梨農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)應(yīng)首選南果梨—花生模式，不宜構(gòu)建南果梨—玉米模式。

[1]張明如，翟明普，尹昌君，等.農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)學(xué)原理及生態(tài)經(jīng)濟功能研究進展[J].中國水土保持科學(xué)，2003，1(4)：66-71

[2]方升佐，田野.楊樹根系浸提液對3種牧草種子萌發(fā)及幼苗生長的影響[J].植物資源與環(huán)境學(xué)報，2003，12(4)：27-30

[3]王德藝，張維梅，袁玉欣，等.中林-46楊他感作用初探[J].河北林果研究，2000，15(1)：1-5

[4]羅誠彬，方升佐，孫啟祥，等.楊樹-草決明復(fù)合經(jīng)營中他感作用的分析[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，33(2)：9-12

[5]Williamson G B，Richardson D.Bioassays for allelopathy：measuring treatment responses within dependent controls[J].Journal of Chemical Ecology，1988，14(1)：181-187

[6]衛(wèi)春，陳建群，張鵬飛，等.復(fù)合農(nóng)林系統(tǒng)中水杉他感作用的生物測定[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1999，23(4)：85-88

[7]鄭麗，馮玉龍.紫莖澤蘭葉片化感作用對10種草本植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響[J].生態(tài)學(xué)報，2005，25(10)：2782-2787

[8]張鳳云，翟梅枝，毛富春，等.核桃青皮提取物對幾種作物幼苗生長的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2005，14(1)：62-65

[9]李富榮，黃瑩，梁士楚，等.幾種菊科入侵植物和非入侵植物的化感作用比較[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2011，20(5)：813-818

[10]錢春榮，王俊河，馮延江，等.不同浸種時間對水稻種子發(fā)芽勢和發(fā)芽率的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2008，24(9)：183-185