唐鳳鸞, 陳月圓, 趙 健, 李典鵬, 仇 碩

(廣西壯族自治區(qū)中國科學院廣西植物研究所， 廣西 桂林 541006)

桉樹是桃金娘科(Myrtaceae)桉樹屬(Eucalyptus)植物的總稱，原產(chǎn)于澳大利亞。桉樹因具有生長速度快、耐旱耐貧瘠能力強、用途廣泛等特點而被世界各國廣泛引種，目前全球桉樹引種面積超過1 400萬hm2，而我國人工桉樹林面積則達155萬hm2，居世界第3位[1-2]。然而，桉樹作為一個外來速生樹種，隨著種植面積的不斷擴大，在獲得良好經(jīng)濟效益的同時也帶來了一系列生態(tài)問題，如導致生物多樣性下降[3]、引起地力衰退[4-5]以及強烈的化感作用[6-15]等?；凶饔米鳛槿斯よ駱淞值娜笊鷳B(tài)問題之一，國內(nèi)外已有大量文獻從根系分泌物[7-9]、葉片代謝產(chǎn)物[10-12]、植物殘體分解[13-15]等進行了深入研究，但結果存在較大差異。如有些研究結果支持桉樹對其他生物具有較強的化感作用，但也有不少結果認為桉樹的化感作用并不明顯，且在低濃度時還能促進一些農(nóng)作物及林下物種的種子萌發(fā)和幼苗生長[16-17]。究其根源，認為桉樹年齡、化感物質的釋放方式是造成結果差異的主要原因，因為隨著林齡的增加森林群落內(nèi)外環(huán)境因素不斷變化，加上不同時期樹體生長發(fā)育特點所導致的生理、生化變化，從而影響樹體自身的代謝產(chǎn)物，此外不同的釋放方式則直接影響環(huán)境中化感物質成分和含量。對于不同樹齡桉樹的化感效應，現(xiàn)有研究從根系浸提液、根際土壤浸提液、土壤微生物及林下物種多樣性等方面進行了探索。謝君[18]認為，隨著樹齡的增加尾巨桉根系浸提液對黑麥草種子萌發(fā)及幼苗生長的抑制作用逐漸減弱，根際土壤浸提液對黑麥草、黃豆、四季豆的苗高及根長的抑制作用也隨樹齡的增加依次減弱。在對樹齡1～10 a巨桉根系及根際土壤化感效應研究中也發(fā)現(xiàn)，輪伐期前(樹齡4 a)化感物質含量高化感作用強烈，超出輪伐期(樹齡5～10 a)化感作用減弱，并且隨著樹齡的增加，促進作用逐漸顯現(xiàn)，而樹齡10 a巨桉根際土壤對受體植物種子萌發(fā)和幼苗生長表現(xiàn)出明顯的促進作用[19]。與土壤化感效應變化相應，巨桉人工林中林下物種和土壤微生物的數(shù)量及多樣性也隨樹齡的增加呈先(樹齡1～4 a)降低后(樹齡5～10 a)增加的趨勢[20-21]。不同樹齡的桉樹化感效應差異明顯，而葉片是桉樹生長過程中生物量最大的器官，也是化感物質合成及釋放的主要場所，因此對不同樹齡的桉樹葉片化感效應進行研究非常必要，而現(xiàn)有文獻并未檢索到相關研究。為此，筆者等選取廣西區(qū)桉樹主栽品種之一的巨尾桉(E·grandis×E·urophylla)為研究對象，以種植區(qū)內(nèi)的主要農(nóng)作物玉米為測試植物，對樹齡1～8 a的巨尾桉新鮮葉片揮發(fā)物和水提物的化感效應進行研究，初步了解不同樹齡的巨尾桉葉片代謝產(chǎn)物的化感效應，旨在為桉樹林區(qū)糧食或經(jīng)濟作物的種植提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1巨尾桉葉樣 以廣西區(qū)桉樹主栽品種巨尾桉( E·grandis×E·urophylla)為研究對象，于2018年4-6月，從廣西國有黃冕林場隨機選擇樹齡為1 a、2 a、4 a和8 a的林地，分別從東、南、西、北4個坡向選取長勢均勻、生長良好、無病蟲害的巨尾桉樹各10棵，其中每個坡向上部和下部各為3棵，中部為4棵。將所選樹樹冠分為上、中、下3層，分別從東、南、西、北4個方向采集每層的4個枝條，混合后帶回實驗室，摘取每條枝條的第5～15片成熟功能葉(從項端開始數(shù))，擦洗干凈后備用。

1.1.2 葉片水提物 分別將樹齡為1 a、2 a、4 a和8 a的桉樹新鮮葉片各200 g與蒸餾水按1∶5的比例混合，裝入玻璃瓶中并密封，在28℃的恒溫揺床上浸泡24 h，揺床轉速為50 r/min，最后過濾得到桉樹葉片水浸出液，貯藏于0～4℃的冰箱中備用。

1.1.3玉米種子 受試玉米種子由廣西桂林市種子公司提供，是桉樹種植區(qū)主要的玉米栽培品種正大619。選取大小、形狀、色澤基本一致的飽滿無病蟲種子，用自來水清洗干凈，在50℃左右的溫水中浸泡1 h并不斷攪拌，然后用1 mg/mL的農(nóng)用鏈霉素浸泡3～4 min，無菌濾紙吸干種子表面水分后，于室內(nèi)通風處涼干備用。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設計 采用生物測試法對桉樹葉片的揮發(fā)物和水提物進行化感效應檢測，即分別以樹齡為1 a、2 a、4 a和8 a桉樹葉片的揮發(fā)物和水提物對玉米種子進行發(fā)芽及生長處理。

1.2.2 桉樹葉片揮發(fā)物化感效應的生物測試選取直徑為60 mm、高90 mm的白色透明玻璃瓶，清洗干凈后在底部墊5層濾紙，并用無菌去離子水充分濕潤。將預處理好的玉米種子均勻放置于玻璃瓶，每瓶5粒，每處理12瓶，重復6次。在瓶口上覆蓋1層用無菌水濕潤過的紗布，以保持濕度。分別將處理好的新鮮桉樹葉片裝于直徑為20 cm、高為40 cm的無色透明廣口玻璃瓶中，根據(jù)方碧真等[22]的研究及預備試驗結果，葉片用量設定為200 g，并用多層鐵絲支架使葉片盡量蓬松透氣。在距桉樹葉片頂部5 cm處用鐵絲網(wǎng)搭建一個平臺，將置有玉米種子的玻璃瓶置于平臺上，每個廣口瓶放4個置有玉米種子的玻璃瓶，并及時密封廣口瓶，以避免揮發(fā)氣體散失。最后將處理好的廣口瓶置于28℃左右的培養(yǎng)室進行避光培養(yǎng)。待大部分種子萌芽后再在光照時間12 h/d、光照強度100 μmol/(m2·s)的日光燈下培養(yǎng)，每3 d更換1次新鮮桉樹葉片，同時設不加葉片的廣口瓶為對照。

1.2.3 桉樹葉片水提物化感效應的生物測試在直徑為60 mm、高90 mm的白色透明玻璃瓶底部墊5層濾紙，將預處理好的玉米種子均勻放于濾紙上，每瓶5粒，每處理12瓶，重復6次。試驗開始時分別向放置種子的玻璃瓶中加入10 mL無菌水(對照)或桉樹葉片水提物，培養(yǎng)3 d后每隔1 d向瓶中添加2 mL無菌水和水提物，以保證濾紙濕潤。將置有玉米種子的玻璃瓶放入直徑為20 cm、高為40 cm的無色透明廣口玻璃瓶中，在28℃左右的培養(yǎng)室進行培養(yǎng)，光照條件及處理同葉片揮發(fā)物化感效應的生物測試。

1.2.4 觀測記錄試驗開始后，隔24 h統(tǒng)計每個玻璃瓶中的種子萌發(fā)狀況，以胚根長2 mm為萌發(fā)標準進行統(tǒng)計，培養(yǎng)至連續(xù)3 d無種子萌發(fā)后終止培養(yǎng)。試驗結束時，每個重復隨機選取10株幼苗，測量苗高和根長，并統(tǒng)計胚根數(shù)和從胚根上長出的側根數(shù)。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用種子萌發(fā)率(germination Rate，GR)和萌發(fā)指數(shù)( germination index，GI)對玉米種子萌發(fā)特征進行描述[23]。GR=萌發(fā)種子數(shù)/試驗用種子總數(shù)× 100%；GI=∑Gt/Dt。式中:Gt為第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt為相應的萌發(fā)天數(shù)。

數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2003和 SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析。用單因素方差(One-way ANOVA)對不同處理間玉米種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、根條數(shù)、根長和苗高進行差異性分析。

2結果與分析

2.1不同樹齡巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物對玉米種子萌發(fā)的影響

由表1看出，不同樹齡巨尾桉葉片的揮發(fā)物和水提物對玉米種子萌發(fā)的化感效應差異較大，抑制效果隨樹齡的增加呈減弱趨勢。樹齡1 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物嚴重抑制玉米種子萌發(fā)，其玉米萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)分別為10.65%和4.03，與對照相比分別下降62.85百分點和74.7%，差異達極顯著水平。隨著樹齡增加抑制作用依次減弱，樹齡4 a的其抑制作用已不顯著，樹齡8 a的桉樹葉片處理后的玉米種子萌發(fā)率和萌發(fā)指數(shù)分別為70.83%和14.09，與對照接近。與葉片揮發(fā)物相比，葉片水提物對玉米種子萌發(fā)的抑制作用更強烈，其中，樹齡1 a的葉片水提物完全抑制玉米種子萌發(fā)；樹齡8 a的按樹葉片水提物處理的種子萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)比對照分別下降27.07百分點和37.4%，差異極顯著。

巨尾桉葉片對玉米種子萌發(fā)的影響存在顯著的樹齡效應，隨著樹齡的增加其抑制作用減弱，成林后的桉樹其化感作用大幅降低，并且自然條件下葉片揮發(fā)物的化感效應比實驗室水提液弱。因此，在分析桉樹化感作用時要充分考慮樹齡及化感物質釋放方式。

表1不同樹齡巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物處理玉米種子的萌發(fā)率與萌發(fā)指數(shù)

注：同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference at 0.01 level．

2.2不同樹齡巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物對玉米幼苗生長的影響

由表2看出，不同樹齡巨尾桉葉片揮發(fā)物和水提物對玉米幼苗生長的化感作用不同。樹齡1 a和4 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物和水提物抑制作用強于樹齡2 a和8 a的巨尾桉。雖然玉米種子在樹齡1 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物、樹齡4 a的巨尾桉葉片水提物處理后還有部分種子萌發(fā)，但萌發(fā)的胚根突破種皮后不久就變黃并死亡；樹齡4 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物處理的玉米種子幼苗根系及芽生長緩慢，抑制作用顯著；而樹齡2 a和8 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物對玉米幼苗生長的抑制作用明顯較弱，且樹齡2 a和8 a的巨尾桉葉片的作用效果差異不明顯。

化感物質釋放方式也能明顯影響巨尾桉葉片對玉米幼苗生長的化感作用，相同樹齡巨尾桉葉片水提物的化感作用強于葉片揮發(fā)物。除樹齡1 a的葉片揮發(fā)物、水提物處理的玉米種子未萌發(fā)或萌發(fā)后幼芽死亡外，樹齡2 a、4 a、8 a之間葉片水提物對玉米幼苗胚根數(shù)量、根長、芽高的抑制程度差異達均顯著水平。樹齡2 a和8 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物對胚根數(shù)量、苗高的抑制作用不明顯，甚至有輕微促進作用，并對根長生長的抑制作用明顯輕于葉片水提物。

巨尾桉葉片揮發(fā)物和水提物對玉米幼苗生長的化感效應還因受體器官的不同存在較大差異，其中表現(xiàn)最敏感的是側根分化，樹齡2 a和4 a的巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物及樹齡8 a的葉片水提物均能完全抑制側根發(fā)生。其次影響較大的是胚根長度，不同樹齡巨尾桉葉片揮發(fā)物和水提物均能顯著抑制胚根伸長。對胚根數(shù)量、苗高的影響則因樹齡和化感物質釋放方式而異，其中樹齡2 a和8 a的巨尾按葉片揮發(fā)物處理的胚根數(shù)、苗高與對照相比差異不明顯；而樹齡2 a和8 a的巨尾桉葉片水提物和樹齡4 a的葉片揮發(fā)物、水提物顯著或極顯著抑制玉米幼苗胚根數(shù)量和苗生長。

表2不同樹齡巨尾桉葉片揮發(fā)物、水提物處理玉米幼苗的生長指標

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note:Different letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level．

3結論與討論

研究表明，樹齡顯著影響巨尾桉葉片的化感作用。樹齡1 a的巨尾桉的葉片揮發(fā)物和水提物嚴重抑制玉米種子萌發(fā)，其萌發(fā)率分別為10.65%和0，隨著樹齡的增加抑制作用減弱，當樹齡達8 a時，葉片揮發(fā)物的化感作用已不明顯。這可能是因為幼年桉樹生長迅速，需要大量的養(yǎng)分、水分及充足的光照等，為獲取足夠的資源用于生長，桉樹會釋放化感物質抑制其他植物的生長。但這與不同樹齡尾巨桉根浸提液對黑麥草種子萌發(fā)的抑制作用隨樹齡增加而增強的結果差異較大[18]，究其原因可能是與根系分泌物和葉片釋放物的化學成分、含量差異有關，因為葉片主要釋放的化合物為萜類化合物、香豆素類化合物等[24-26]，而根系分泌物主要為香草醛、肉桂酸、阿魏酸、對羥基苯甲酸等化合物[27-28]；另外，不同測試物種對同一化合物的敏感性也存在差異。不同樹齡巨尾桉葉片也明顯抑制玉米幼苗的生長，但與對種子萌發(fā)的影響不同，樹齡1 a和4 a的巨尾桉葉片幾乎完全抑制玉米幼苗根系和芽的生長，樹齡2 a和8 a的巨尾桉葉片對胚根長度、側根分化抑制明顯，對胚根數(shù)量、苗高的抑制作用相對較弱。這一結果與尾巨桉根浸提液對黑麥草幼苗生長的抑制作用隨樹齡的增加而增強，及尾巨桉根際土壤水浸液對黃豆、四季豆幼苗生長的抑制作用隨樹齡的增加而減弱的結果不一致[18]。由此可見，桉樹對不同植物的化感效應與桉樹生長年齡、受試物種及其不同生長發(fā)育階段和組織器官密切相關。因此，在造林及林區(qū)農(nóng)林經(jīng)濟發(fā)展時要根據(jù)不同林齡選擇適當收獲期的物種進行套種。

巨尾桉葉片揮發(fā)物及水提物對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長均存在一定的化感效應，且水提物的化感作用明顯強于揮發(fā)物。其結果與桉樹葉片揮發(fā)物和水提物均能限制、影響林下植被繁殖體的建立和作物及草本植物初期的生長相似[29]，但與剛果12號桉葉片揮發(fā)物對綠豆、大豆、柱花草與大翼豆的種子萌發(fā)有強烈的抑制作用，而水提物則不一定有抑制作用[30]，及檸檬桉、細葉桉、尾葉桉鮮葉自然揮發(fā)物的化感作用比水浸液強烈等結論存在較大差異[22]。這可能是研究的受試物種、不同品種桉樹的化感物質的種類、含量不同而導致的結果，具體原因還有待進一步研究。

因巨尾桉葉片的化感作用強弱與樹齡、化感物質釋放方式關系密切，樹齡1～4 a的桉樹生長迅速，為了獲取生長所需的營養(yǎng)、水分及光照等，桉樹會釋放化感物質抑制其他植物的生長；4 a后桉樹已成林，具有強大的根系并在生態(tài)系統(tǒng)中占居了有利冠層，在獲取光、水、肥等資源時優(yōu)勢明顯，從而化感物質會隨之發(fā)生變化，表現(xiàn)為化感作用隨樹齡增長逐漸減弱，到一定時期還表現(xiàn)為促進作用。因此，在經(jīng)營桉樹林時要合理延長砍伐年限，或與其他植物進行輪植，以使環(huán)境中積累的化感物質得到充分降解或擴散，從而減少或消除因化感物質帶來的負面影響。