園林樹木落葉水浸提液對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響

鄭 曦，胡婷婷

（江蘇師范大學生命科學學院，江蘇徐州 221116）

植物通過葉面淋濾、根系滲出、物質分解及氣體揮發(fā)等途徑，將化感物質引入環(huán)境并對其他生物的生長發(fā)育產生影響，是植物干擾的重要機制[1]，眾多研究發(fā)現植物可通過化感物質的釋放來抑制或刺激其他植物的生長[2-9]。大麻提取物降低了單子葉植物的發(fā)芽率[6]，豌豆籽粉可控制小麥田中雜草的生長[7]，鉆形紫菀可抑制小麥與白菜的萌發(fā)和生長[8]，而海扁柏葉的水提物則具有生物除草劑的潛力[9]。植物碎屑是農業(yè)生物群落中化感物質的主要來源[10-11]。

徐州位于江蘇省北部，近些年來引進了不少落葉的綠化樹種，在徐州地區(qū)廣泛種植，每年秋季都產生大量落葉，落葉焚燒不僅浪費了資源，還帶來大氣污染，如何將落葉轉廢為寶就成為一個新的研究方向。秸稈還田已步入現實，已有研究表明落葉還田也具有很好的經濟效益與生態(tài)效益，田楠等[12]研究發(fā)現合適質量濃度的蘋果枯落葉浸提液可促進玉米種子的萌發(fā)和幼苗生長，張偉等[13]發(fā)現實濃度較低的葶蔥凋落葉片浸提液可促進油白菜和白菜種子的萌發(fā)。

近些年來，重陽木與欒樹因生長迅速、樹形優(yōu)美等特點，在徐州地區(qū)廣泛引進種植，作為本地原有樹種的柳樹與梧桐種植亦較為廣泛，秋季均產生大量的落葉，落葉的合理利用就成為一個問題。盡管有研究表明落葉還田具有良好的經濟效益[12-13]，但這4種植物的落葉能否還田卻還未有相關介紹。因此，研究選擇這4種植物為研究對象，以徐州地區(qū)廣泛種植的5個品種的小麥（農麥1號、煙農19、濟麥22、黑馬1號、山東22）為受體，通過發(fā)芽率、根長、芽長、葉綠素含量及POD酶活性等數據的測定，了解其對不同品種的小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，為落葉的合理利用及其在農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的資源合理配置提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 材料

2018年秋季，在江蘇師范大學泉山校區(qū)收集梧桐、柳樹、欒樹和重陽木的落葉，自然風干后貯于陰涼干燥處。試驗時，粉碎稱重后加入蒸餾水，使其質量濃度均為200 g/L。放置4 d，其間每天搖動3次，過濾得到落葉水浸提液，高溫滅菌后以此為母液配制4個處理組，其質量濃度分別為：25、50、100和200 g/L。

受試植物：小麥（農麥1號、煙農19、濟麥22、黑馬1號、山東22）均購自徐州市種子公司。種子用0.5%氯化汞消毒10 min，蒸餾水沖凈后自然晾干備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 落葉水浸提液對小麥種子萌發(fā)和幼苗生長影響的生物測定

用培養(yǎng)皿濾紙法[14]進行植物落葉水浸提液處理試驗。培養(yǎng)皿內放入20粒大小一致、飽滿的小麥種子，加入20 mL不同質量濃度的處理液，以蒸餾水為對照，每組重復3次，置于光照培養(yǎng)箱內，24 h后紀錄發(fā)芽率，每天定時觀察，直至對照組種子的發(fā)芽率不再變化為止；種子發(fā)芽生長6 d后，隨機抽取各處理20株（不足20株的全部測定)幼苗，測量其根長和芽長。

1.2.2 浸提液對小麥幼苗葉綠素含量和過氧化物酶活性影響的生物測定

采用盆栽法。挑選30粒已露白的小麥種子播于直徑為 20 cm 的塑料盆內，于播種后第 0、3、6、9、12天澆灌30 mL不同濃度的落葉水浸提液，以蒸餾水澆灌為對照，每組重復3次，于第15天測定小麥葉片葉綠素含量與過氧化物酶活性[15]。

1.3 數據處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件進行不同處理間種子萌發(fā)和幼苗生長特性差異的顯著性分析，用Excel作圖，并用 Duncan's法（P=0.05）對各測定數據進行多重比較。為了綜合比較供體植物的化感效應，采用Williamson[16]、鮑根生等[17]的相加平均法進行綜合分析。

2 結果與分析

2.1 落葉對小麥種子萌發(fā)的影響

由圖1可知，較高質量濃度（≥50 g/L）的柳樹葉水浸提液均顯著抑制了5個品種小麥種子的萌發(fā)，當質量濃度為200 g/L時，煙農19與黑馬1號小麥品種已無種子萌發(fā)；較高質量濃度（＞50 g/L）的重陽木葉水浸提液均顯著抑制了5個品種小麥種子的萌發(fā)，當質量濃度為200 g/L時，所有5個品種的小麥種子均無萌發(fā)現象；梧桐葉水浸提液的質量濃度≤50 g/L，對農麥1號、濟麥22和山東22小麥品種種子的萌發(fā)基本無影響，隨著梧桐葉水浸提液的質量濃度的增加，抑制作用增強，種子萌發(fā)率隨著降低，梧桐葉水浸提液處理濃度與煙農19和黑馬1號小麥種子的萌發(fā)率呈顯著負相關，相關系數R2分別為0.832和0.722 7；欒樹水浸提液對不同品種小麥的種子萌發(fā)影響各不相同，當欒樹葉水浸提液的質量濃度≥50 g/L，明顯抑制農麥1號和山東22品種小麥種子的萌發(fā)，當欒樹葉水浸提液的質量濃度≥100 g/L，明顯抑制濟麥22和黑馬1號品種小麥種子的萌發(fā)，煙農19小麥種子的萌發(fā)率與欒樹葉水浸提液處理濃度呈顯著負相關，相關系數R2為0.961 2。

圖1 不同濃度落葉水浸提液對小麥種子的發(fā)芽率的影響Figure 1 The effects of different concentrations of leaves water extract on the seed germination of wheat cultivars

2.2 落葉對小麥幼苗芽長的影響

由圖2可知，柳樹葉水浸提液對黑馬1號小麥幼苗的生長具有顯著的抑制作用，柳樹葉水浸提液質量濃度與黑馬1號小麥芽長呈顯著負相關，相關系數R2為0.889 6，柳樹葉水浸提液處理對其余4種小麥品種幼苗的生長具有“低促高抑”的作用，當質量濃度≥50 g/L時，均顯著抑制芽的生長，當處理液的質量濃度達到200 g/L時，煙農19和黑馬1號已無芽長出；重陽木葉水浸提液處理對黑馬1號和山東22小麥幼苗的生長具有顯著的抑制作用，相關系數R2分別為0.926和0.931 8，對其余3種小麥品種幼苗的生長具有“低促高抑”的作用，當質量濃度≥50 g/L時，均顯著抑制芽的生長，當重陽木葉水浸提液的質量濃度為200 g/L，5個小麥品種均未長出幼芽；梧桐與欒樹葉水浸提液對5種小麥幼苗的生長均有抑制作用，呈顯著負相關，相關系數R2分別為（農麥 1號）0.732 8與 0.983 7，（煙農 19）0.813與0.965 7，（濟麥 22）0.730 9與 0.871 3，（黑馬 1 號）0.755 4與0.834 1和（山東22）0.859 5與0.811 6。

圖2 不同濃度落葉水浸提液對小麥種子的芽長的影響Figure 2 The effects of different concentrations of leaves water extract on the seedling length of wheat cultivars

2.3 落葉對小麥幼苗根長的影響

由圖3可知，柳樹葉水浸提液處理對農麥1號小麥根的生長具有抑制作用，負相關系數R2為0.994 6，柳樹葉水浸提液處理對煙農19、濟麥22和黑馬1號種小麥根的生長具有“低促高抑”的作用，當質量濃度≥50 g/L時，均顯著抑制這3種小麥根的生長，只有當質量濃度為200 g/L時，才會顯著抑制山東22小麥根的生長；梧桐葉水浸提液處理對農麥1號、煙農19和黑馬1號小麥根的生長具有抑制作用，負相關系數R2分別為0.889、0.922和0.892 1，只有當梧桐葉水浸提液的質量濃度分別≥100 g/L和200 g/L，其對濟麥22和山東22小麥根的生長才會產生明顯的抑制作用；重陽木與欒樹葉水浸提液對5種小麥根的生長均有抑制作用，呈顯著負相關，相關系數R2分別為（農麥1號）0.889與0.988 5，（煙農19）0.922 與 0.761 2，（濟麥 22）0.873 5與0.908 5，（黑馬 1號）0.892 1與 0.915和（山東 22）0.914 1 與0.964 4。

圖3 不同濃度落葉水浸提液對小麥種子的根長的影響Figure 3 The effects of different concentrations of leaves water extract on the root length of wheat cultivars

2.4 落葉對小麥幼葉葉綠素含量的影響

由圖4可知，柳樹葉水浸提液處理對農麥1號和山東22小麥幼葉中葉綠素的合成具有抑制作用，負相關系數R2為0.933 3和0.964 3，低質量濃度（≤25g/L）的柳樹葉水浸提液處理對煙農19和濟麥22小麥葉片中葉綠素的合成無影響，當質量濃度≥100 g/L時，才會顯著抑制黑馬1號葉片中葉綠素的合成；隨著重陽木葉水浸提液處理濃度的升高，煙農19、濟麥22和山東22小麥葉片中葉綠素的含量隨之降低，負相關系數R2分別為0.871、0.932 2和0.972，當重陽木葉水浸提液處理的質量濃度≥100 g/L時，農麥1號和黑馬1號小麥葉片中葉綠素的合成才會受阻；梧桐葉葉水浸提液處理組相比對照，顯著降低了農麥1號、濟麥22和黑馬1號小麥葉片中葉綠素的合成，較低質量濃度（≤50 g/L）的梧桐葉葉水浸提液處理對煙農19和山東22小麥葉片中葉綠素的合成無影響；欒樹葉葉水浸提液處理顯著降低了農麥1號和黑馬1號小麥葉片中葉綠素的含量，負相關系數R2為0.794 4和0.778 7，較低質量濃度（≤50 g/L）的欒樹葉葉水浸提液處理對煙農19、濟麥22和山東22小麥葉片中葉綠素的合成無影響。

圖4 不同濃度落葉水浸提液對小麥幼苗葉綠素含量的影響Figure 4 The effects of different concentrations of leaves water extract on the Chlorophyll content of wheat cultivars

2.5 落葉對小麥幼苗POD酶活性的影響

由圖5可知，植物生長會產生活性氧與清除活性氧的防御系統(tǒng)，兩者之間存在動態(tài)平衡，但當植物受到脅迫時，活性氧清除系統(tǒng)的功能會降低，致使細胞內膜脂過氧化反應，影響植物的正常生長，POD酶既是防御系統(tǒng)組成之一?？傮w看來，隨著落葉水浸提液處理濃度的增加，小麥幼苗POD的酶活性也隨之降低，僅較低質量濃度（≤25 g/L）的柳樹對農麥1號、煙農19和濟麥22，較低質量濃度（≤25 g/L）梧桐對農麥1號、煙農19和山東22小麥幼苗POD酶活性無影響。

圖5 不同濃度落葉水浸提液對小麥幼苗POD酶活性的影響Figure 5 The effects of different concentrations of leaves water extract on the POD activity of wheat cultivars

2.6 落葉對小麥化感作用的敏感性比較

由表1可以看出，5種小麥種子萌發(fā)階段和幼苗生長階段對不同植物落葉水浸液化感作用的平均敏感指數各不相同，但均為負數，說明4種樹木落葉水浸液對5種受試小麥從種子萌發(fā)到幼苗生長期總體表現為抑制作用。在種子萌發(fā)期，5種小麥對柳樹落葉化感作用最敏感，敏感程度從強到弱依次為柳樹＞重陽木＞欒樹＞梧桐；在幼苗生長期，5種小麥對重陽木化感作用最敏感，敏感程度從強到弱依次為重陽木＞欒樹＞柳樹＞梧桐。同一樹木落葉對不同小麥品種的化感作用也各不相同，種子萌發(fā)期，黑馬1號對柳樹、濟麥22對重陽木、煙農19對梧桐和欒樹最敏感；而在幼苗生長期，黑馬1號對柳樹和梧桐、山東22對重陽木、農麥1號對欒樹最敏感。

表1 不同落葉水浸提液對小麥萌發(fā)和生長的化感綜合效應Table 1 Synthesize effect of aqueous extracts of 4 tree species on germination and growth of wheat cultivars

3 討論與結論

4種樹木落葉水浸液對5種受試小麥從種子萌發(fā)到幼苗生長期總體表現為抑制作用，但具體到不同的落葉水浸提液的種類和濃度，各品種小麥所受到的影響各不相同。

研究發(fā)現較高質量濃度（≥50 g/L）的柳樹葉水浸提液均顯著抑制了5個品種小麥種子的萌發(fā)，低質量濃度（≤25 g/L）重陽木葉水浸提液均促進5個品種小麥種子的萌發(fā)，當梧桐葉水浸提液處理的質量濃度≤50 g/L，對農麥1號，濟麥22和山東22小麥種子的萌發(fā)基本無影響，而較低質量濃度（＜50 g/L）欒樹葉水浸提液處理對農麥1號、濟麥22、黑馬1號和山東22小麥種子的萌發(fā)有一定的促進作用。4種植物落葉水浸提液對5種小麥種子的萌發(fā)呈現出“低促高抑”的作用。已有研究表明較高質量濃度的化感物質會妨礙種子萌發(fā)過程的生理生化反應，抑制植物種子萌發(fā)過程中所需的酶的活性[18]，從而影響種子的萌發(fā)，本研究結果與此基本一致。

蘆站根等[19]發(fā)現植物葉水浸液中的酚類中的黃酮類化合物會抑制根系生長，而欒樹與重陽木富含黃酮類化合物[20-21]。本研究發(fā)現重陽木和欒樹落葉的水浸提液顯著抑制了5種小麥根的生長，使得小麥根系生長緩慢，吸收營養(yǎng)物質能力降低，同時其幼苗內過氧化物酶活性降低，活性氧清除速度減慢，引起細胞內膜脂過氧化反應，使得細胞膜透性增大，植物的生長受到抑制，對5種小麥幼苗的生長不利，與朱強等[20-22]的研究結果一致。而低質量濃度（≤25 g/L）的柳樹葉水浸提液處理促進了煙農19和濟麥22小麥種子的萌發(fā)與根和芽的生長，對煙農19和濟麥22小麥葉片中葉綠素的合成與POD酶活性無影響，對這兩種小麥種子的萌發(fā)和幼苗的生長均有利；梧桐葉水浸提液的質量濃度≤50 g/L時，不影響農麥1號、濟麥22和山東22小麥種子的萌發(fā)，對煙農19和山東22小麥葉片中葉綠素的合成與POD酶活性無影響，卻明顯促進濟麥22和山東22小麥根的生長，綜合看來對山東22小麥的進一步生長有利。之所以出現這種現象，概是因為不同種類和質量濃度的落葉水浸提液對同一受體植物的化感作用效果不同，不同受體植物對相同化感物質的敏感性也有很大差別所致，張偉等[13]、鄭景瑤等[23]也有相似的結論。

作為徐州引進樹種的重陽木和欒樹，其落葉水浸提液不利于本研究使用的5種小麥種子的萌發(fā)和幼苗生長，其落葉不可還田；低質量濃度（≤25 g/L）的柳樹葉水浸提液處理對煙農19和濟麥22小麥種子的萌發(fā)和幼苗的生長有一定的促進作用；較低質量濃度（≤50 g/L）的梧桐葉葉水浸提液處理對山東22小麥的進一步生長有利。本試驗采用的是室內試驗，在自然狀態(tài)下化感作用還受到植物密度、土壤、氣候和微生物等眾多因素的影響，化感作用效果會有所不同，可在進一步進行田間試驗的基礎上綜合考慮，選擇合適的落葉量還田，促進落葉的循環(huán)利用。