藥用植物米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗的化感作用

劉濟(jì)明，武夢瑤，熊雪，陳敬忠，文安來

(貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

米槁CinnamomummigaoH W Li，系樟科Lauraceae樟屬Cinnamomum的常綠高大喬木，其果實(shí)為西南地區(qū)常用民族藥材大果木姜子，是貴州十大苗藥之一，在治療心胃腸病癥方面具有顯著的療效[1-3].但目前米槁資源稀缺，主要分布于滇黔桂交界地區(qū)，市場上對(duì)于米槁果實(shí)的需求量遠(yuǎn)高于其產(chǎn)量.在對(duì)米槁的野外調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，成熟的米槁大都以獨(dú)木形式出現(xiàn)，且間隔較遠(yuǎn)，僅少部分林下有幼苗.但是，凡米槁所在地必有藥用植物楓香[4].楓香樹LiquidambarformosanaHance系金縷梅科Hamamelidaceae楓香樹屬Liquidambar的落葉樹種，是中國重要的鄉(xiāng)土多用樹種[5].在觀賞、用材、藥用方面都有重要作用[6].目前已有對(duì)楓香-黃精復(fù)合經(jīng)營技術(shù)的研究[7]及楓香與杉木、鵝掌楸、馬尾松等樹種混交林的研究[8-10].

化感作用是植物種間相互作用的重要途徑[11]，對(duì)群落的植物組成和分布及其演替過程具有重要作用，是影響森林天然更新的重要因子.混交林的營造也要充分考慮化感作用的影響[12-13].以植物化感作用原理為指導(dǎo)，充分發(fā)揮其相生作用、互補(bǔ)作用，從而實(shí)現(xiàn)中藥材的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、安全、高效[14].本文以米槁的土壤水浸提液為供體，楓香幼苗為受體，研究楓香幼苗在米槁根際土壤與林間土壤作用下的生長情況，為實(shí)現(xiàn)米槁和楓香種植產(chǎn)業(yè)中的復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 米槁土壤的采集與處理

供試根際土壤、林間土壤均取自羅甸縣羅書鄉(xiāng)6年生米槁人工林基地.于基地內(nèi)沿等高線選取6個(gè)10 m×10 m的樣方，分別于每個(gè)樣方內(nèi)選取10株長勢優(yōu)良的米槁作為樣株.去除樣株下表層枯落物，沿樣株樹冠滴水線挖取40 cm×40 cm×30 cm的土壤剖面，將細(xì)根帶土取出，輕輕抖落根系表面附著的土壤作為根際土壤.于樣地內(nèi)未栽種米槁處挖取土壤剖面，取土壤為林間土壤.2種土壤分別裝袋帶回實(shí)驗(yàn)室.

楓香種子購于貴州省羅甸縣種子交易市場，對(duì)種子進(jìn)行播種育苗3個(gè)月后分株培養(yǎng)，供試的土壤酶活性見表1.

表1 供試土壤酶活性

1.2 水浸提液的制備

所采土樣風(fēng)干后研磨過2 mm篩,取過篩的根際土壤與林間土壤各50 g備用.分別取10 g根際土壤與林間土壤，于100 mL蒸餾水中浸提24 h，期間置于搖床上多次常溫振蕩.用10 層紗布粗過濾收集得到粗浸提液，再將粗濾液置于離心機(jī)中4 000 r/min離心20 min，取上清浸提液，反復(fù)浸提3次，由此得到根際土壤和林間土壤質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的水浸提液，以此為母液分別配置0(CK)、0.5、1、5、10及50 mg/mL 6個(gè)質(zhì)量濃度梯度，放置于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將根際土壤與林間土壤的水浸提液母液分別設(shè)置0(CK)、0.5、1、5、10及50 mg/mL 6個(gè)質(zhì)量濃度梯度，每個(gè)質(zhì)量濃度梯度6個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)3株幼苗.每周每盆澆250 mL的各質(zhì)量濃度土壤水浸提液，對(duì)照組(CK)澆250 mL蒸餾水，實(shí)驗(yàn)處理90 d.每周測量幼苗地徑、苗高，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將植株收獲測量生物量與其他各項(xiàng)指標(biāo).取不同處理下植株根際土壤，自然風(fēng)干后研磨過0.25 mm篩備用.

1.4 指標(biāo)測定

生長指標(biāo)：分別利用卷尺和游標(biāo)卡尺測定楓香幼苗的苗高、地徑.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將收取的完整植株材料放置烘箱中，105 ℃殺青20 min，再用80 ℃烘至恒重，用天平稱取數(shù)值為楓香生物量.

生理指標(biāo)：可溶性糖和可溶性淀粉含量測定用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量測定用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法，游離脯氨酸含量測定用酸性荀三酮顯色法，葉片丙二醛含量測定用TBA(硫代巴比妥酸)顯色法，葉片超氧化物歧化酶測定用NBT光還原法[15].

土壤指標(biāo)：S-ACP、S-PPO、S-UE和S-CAT活性采用試劑盒測定法，方法與結(jié)果計(jì)算參照試劑公司方案(北京索萊寶生物科學(xué)技術(shù)有限公司).

化感作用評(píng)價(jià)：以化感作用抑制率(Inhibitory rate， IR)作為化感作用的評(píng)價(jià)指標(biāo)[16]，IR=(測試項(xiàng)目處理值-對(duì)照值)/對(duì)照值.IR≥0 表示具有促進(jìn)作用，IR≤0 表示具有抑制作用，IR 絕對(duì)值越大，其化感作用潛力越大[17].

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用WPS進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗生物量及形態(tài)指標(biāo)的影響

如表2所示，楓香幼苗總生物量隨米槁根際土壤水浸提液質(zhì)量濃度的升高，呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢.1 mg/mL時(shí)，總生物量最大，且顯著高于對(duì)照組和50 mg/mL處理組.高質(zhì)量濃度處理下楓香總生物量略高于對(duì)照組.在米槁根際土壤水浸提液的作用下，楓香幼苗地徑和苗高隨質(zhì)量濃度的升高而波動(dòng)，總體呈上升趨勢，各質(zhì)量濃度梯度處理下地徑和苗高量均高于對(duì)照組.

表2 米槁根際土壤與林間土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗生物量及苗高的影響

*P<0.05 差異顯著，**P<0.01 差異極顯著.

楓香幼苗總生物量、地徑、苗高均隨林間土壤水浸提液質(zhì)量濃度的升高呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢.當(dāng)質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，楓香總生物量、地徑與苗高達(dá)到最大值.僅當(dāng)林間土壤質(zhì)量濃度為50 mg/mL時(shí)，總生物量化感作用抑制率為負(fù)值，表示存在輕微的抑制作用.說明高質(zhì)量濃度的米槁林間土壤水浸提液會(huì)抑制楓香幼苗的生長，低質(zhì)量濃度下有促進(jìn)生長的作用.

2.2 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗滲透物質(zhì)的影響

如圖1所示，隨著米槁根際土壤水浸提液質(zhì)量濃度的提高，楓香幼苗可溶性蛋白含量與可溶性淀粉含量呈上升趨勢，在50 mg/mL時(shí)出現(xiàn)最大值，且同對(duì)照組存在極顯著差異.楓香可溶性糖含量在對(duì)照組呈最大值，其他處理下均低于對(duì)照組，但僅在0.5 mg/mL處理下有顯著差異，其余處理同對(duì)照組差異不顯著.游離脯氨酸含量在不同質(zhì)量濃度根際土壤水浸提液處理下呈不規(guī)則變化趨勢，在1 mg/mL處理時(shí)最大，僅在5 mg/mL處理下低于對(duì)照組.

楓香幼苗可溶性蛋白含量在米槁林間土壤水浸提液處理下呈先增加后減少趨勢，在1 mg/mL處理下最大.較對(duì)照組相比，米槁林間土壤水浸提液對(duì)可溶性蛋白含量表現(xiàn)低質(zhì)量濃度促進(jìn)高質(zhì)量濃度抑制的作用.不同質(zhì)量濃度米槁林間土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗可溶性淀粉含量的影響總體呈上升趨勢，且均高于對(duì)照組，在50 mg/mL時(shí)最大.隨著米槁土壤水浸提液質(zhì)量濃度的增加，楓香幼苗的可溶性糖含量總體呈先下降后上升的趨勢.游離脯氨酸含量呈波浪狀變化，均僅在50 mg/mL處理下高于對(duì)照組，達(dá)到最大值.

圖中w指各物質(zhì)在鮮楓香幼苗中的質(zhì)量分?jǐn)?shù).不同小寫字母之間表示差異顯著(P<0.05),不同大寫字母之間表示差異極顯著(P<0.01)，下同.圖1 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗滲透物質(zhì)的影響Fig.1 Effect of aqueous extract from soil of Cinnamomum migao on the infiltration of Liquidambar formosana seedlings

2.3 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗MDA含量和SOD酶活性的影響

如圖2所示，楓香幼苗MDA含量與米槁根際土壤水浸提液質(zhì)量濃度呈正相關(guān).隨質(zhì)量濃度升高，楓香幼苗MDA含量不斷增加.在林間土壤水浸提液處理下，MDA含量變化總體呈增加趨勢.2種水浸提液均在50 mg/mL時(shí)最大，且與對(duì)照組有顯著差異，在米槁根際土壤水浸提液處理下差異更顯著.

隨著米槁根際土壤水浸提液質(zhì)量濃度的增加，SOD活性呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，且僅在0.5 mg/mL處理下，SOD活性高于對(duì)照組.質(zhì)量濃度越高，SOD活性越小.SOD活性在林間土壤水浸提液處理下呈波浪狀變化，無明顯規(guī)律.

圖2 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗MDA含量和SOD酶活性的影響Fig.2 Effect of aqueous extract from soil of Cinnamomum migao on MDA content and SOD activity of Liquidambar formosana seedlings

2.4 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗土壤酶活性的影響

如圖3所示，楓香S-UE活性隨著米槁根際土壤水浸提液質(zhì)量濃度的增加，表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，但各質(zhì)量濃度處理下楓香S-UE活性均高于對(duì)照組，在1 mg/mL時(shí)最大，極顯著高于其他處理.楓香S-UE活性隨米槁林間土壤水浸提液質(zhì)量濃度的增加逐漸上升，且上升程度不斷變大.在50 mg/mL處理下達(dá)到最大，與其他處理均有極顯著差異.不同質(zhì)量濃度處理下的S-UE活性均大于對(duì)照組.

圖3 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗土壤酶活性的影響Fig.3 Effect of aqueous extract from soil of Cinnamomum migao on the soil enzyme activity of Liquidambar formosana seedlings

在米槁根際土壤水浸提液的處理下，楓香S-PPO活性隨質(zhì)量濃度的升高先增加后減弱，但總體呈減弱趨勢.僅在0.5 mg/mL時(shí)略高于對(duì)照組.質(zhì)量濃度不斷增加，S-PPO活性不斷降低，且均低于對(duì)照組.在米槁林間土壤水浸提液的處理下，楓香S-PPO活性呈波浪狀變化，總體呈下降趨勢.在50 mg/mL時(shí)最小，僅在0.5 mg/mL處理下，S-PPO活性略高于對(duì)照組值.

在米槁根際土壤水浸提液的作用下，楓香S-CAT活性隨質(zhì)量濃度增加呈現(xiàn)先上升后下降再急速上升的趨勢.在5 mg/mL處理時(shí)最小，與對(duì)照組差異不顯著.在50 mg/mL時(shí)最大，且顯著高于其他處理.在米槁林間土壤水浸提液處理下，楓香S-CAT活性隨著質(zhì)量濃度增加不斷升高，均高于對(duì)照組.在50 mg/mL時(shí)最大，且與其他處理有極顯著差異.

米槁根際土壤水浸提液對(duì)楓香S-ACP活性的影響呈先升高后降低的趨勢，在5 mg/mL時(shí)最大，各質(zhì)量濃度處理下S-ACP活性均高于對(duì)照組.隨米槁林間土壤水浸提液質(zhì)量濃度的增加，楓香幼苗S-ACP活性呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢，且無顯著變化規(guī)律.低質(zhì)量濃度處理下S-ACP活性低于對(duì)照組，在1 mg/mL處理時(shí)達(dá)到最小值，與對(duì)照組差異不顯著.高質(zhì)量濃度處理下S-ACP活性高于對(duì)照組，在10 mg/mL時(shí)最大，且與對(duì)照組差異顯著.

3 討論

3.1 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

米槁根際土壤水浸提液與林間土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗的生長總體上有促進(jìn)作用，但隨著處理質(zhì)量濃度升高，促進(jìn)作用逐漸減弱，這一現(xiàn)象與很多化感植物觀察到的現(xiàn)象類似[18]，這種“低促高抑”的現(xiàn)象與Hossain等[19]和Weidenhamer等[20]的研究結(jié)果一致.這說明米槁根際與林間土壤水浸提液促進(jìn)了楓香幼苗生長.雖然化感作用通常被認(rèn)為是抑制作用的機(jī)制[21-22]，但是相關(guān)研究也表明適量的植物水溶性產(chǎn)物通常不影響其周圍植物的生長，反而能通過多方面的作用促進(jìn)其生長發(fā)育[23-26]，正好與本文結(jié)論相互佐證.

3.2 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香滲透物質(zhì)的影響

植物體內(nèi)的滲透物質(zhì)能夠調(diào)節(jié)植物胞壓、保護(hù)酶和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其含量的多少也是衡量植物受傷害程度的重要因素[27-28].從根際與林間土壤浸提液對(duì)楓香幼苗滲透物質(zhì)的影響可以看出，根際土處理下的可溶性蛋白、根際土與林間土處理下的可溶性淀粉呈現(xiàn)逐步升高的趨勢，楓香幼苗體內(nèi)淀粉含量均顯著增加，極有可能該處理阻止了淀粉的水解，并逐漸累積，糖利用減少，導(dǎo)致幼苗體內(nèi)可溶性糖含量減小[29-30].可溶性蛋白和可溶性淀粉變化可能是植物體在受到外界負(fù)面作用時(shí)開啟了自保模式，誘導(dǎo)產(chǎn)生多種酶抵抗脅迫.脯氨酸和可溶性糖變化在二者處理下沒有明顯的規(guī)律，說明楓香幼苗在應(yīng)對(duì)米槁化感脅迫時(shí)體內(nèi)脯氨酸和可溶性糖可能未參與調(diào)節(jié)過程.

3.3 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香抗氧化系統(tǒng)的影響

MDA是膜脂發(fā)生過氧化生成的產(chǎn)物，其含量的高低直接預(yù)示著果實(shí)細(xì)胞膜被破壞的程度[31].MDA含量的高低反應(yīng)其脅迫程度及細(xì)胞膜脂過氧化程度.通常植物是通過改變SOD等酶活性來減輕MDA等次生代謝產(chǎn)物對(duì)植物體造成的傷害[32-34].隨著米槁根際土與林間土水浸提液質(zhì)量濃度增加楓香幼苗體內(nèi)MDA含量呈現(xiàn)出逐步上升趨勢，SOD呈現(xiàn)出先升后降的趨勢.MDA含量的變化說明米槁根際與林間土壤浸提液促進(jìn)楓香體內(nèi)過氧化物的積累，SOD變化則可能是楓香在輕微氧化壓力下SOD產(chǎn)生積極的響應(yīng)，但當(dāng)脅迫壓力達(dá)到一定閾值，活性氧積累過多，致使SOD酶活性受到抑制[35-36].

3.4 米槁土壤水浸提液對(duì)楓香土壤酶活性的影響

土壤酶是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量優(yōu)劣和肥力高低的重要指標(biāo)[37-38]，而S-UE、S-ACP、轉(zhuǎn)化酶從根本上反映了土壤中氮、碳、磷、鉀的轉(zhuǎn)化強(qiáng)度.土壤中酶活性的變化可以反映出土壤代謝作用的強(qiáng)度，以及其適應(yīng)外界環(huán)境和維持植物生長條件的能力[39].米槁2種土壤水浸提液對(duì)楓香S-UE、S-CAT和S-ACP活性均有不同程度的促進(jìn)作用，其中低質(zhì)量濃度的根際土壤水浸提液對(duì)楓香S-UE和S-ACP活性具有促進(jìn)作用.促進(jìn)S-UE活性能增加楓香土壤中的脲酶含量，這與胡亞林等[40]研究混合凋落物處理的土壤脲酶活性結(jié)果一致.S-CAT活性的增強(qiáng)可能是由于土壤中H2O2增多，促進(jìn)了楓香土壤有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化，土壤中微生物的代謝變得頻繁，增加了楓香土壤有機(jī)質(zhì)含量.S-ACP活性的增加可能是由于土壤中含有能促進(jìn)酸性磷酸酶活性的根系分泌物.這與菌根化馬尾松根系分泌物能增加馬尾松土壤中S-ACP活性的結(jié)論相同[41].高質(zhì)量濃度的土壤水浸提液對(duì)S-PPO活性表現(xiàn)出一定抑制作用，隨水浸提液的升高并未向楓香土壤環(huán)境中添加過多芳香族化合物.土壤水提液引起酶活性發(fā)生改變的原因可能是水提液影響了土壤微生物的數(shù)量、種類和活性，從而影響了土壤微生物分泌、釋放和修飾酶的強(qiáng)度，還可能是水提液中的某些化感物質(zhì)對(duì)土壤酶直接作用的結(jié)果[42].

4 結(jié)論

米槁的根際與林間土壤水浸提液對(duì)楓香幼苗具有一定的化感作用，二者對(duì)楓香幼苗的影響均為積極的促進(jìn)作用，且根際土壤對(duì)楓香幼苗所表現(xiàn)的促進(jìn)作用強(qiáng)度大于林間土壤.在米槁林下搭配種植楓香，可以促進(jìn)楓香幼苗的生長，縮短生長周期，增加經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)米槁與楓香之間復(fù)合經(jīng)營系統(tǒng)的形成.