毛竹各器官和根際土浸提液對杉木種子萌發(fā)的化感作用

李欣欣,賴金莉,岳建華,榮俊冬,陳禮光,陳凌艷,何天友,鄭郁善,*

1 福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院,福州 350002 2 福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院,福州 350002 3 信陽農(nóng)林學(xué)院園藝學(xué)院,信陽 464000

毛竹(Phyllostachysheterocyclacv.Pubescens),屬禾本科(Gramineae)竹亞科(Bambusoideae)剛竹屬(Phyllostachys)的單子葉常綠喬木狀竹類植物,又稱為楠竹、茅竹、貓頭竹、孟宗竹、江南竹等[1]。杉木(CunninghamiaLanceolata)為杉科(Taxodiaceae)杉木屬(Cunninghamia),屬于裸子植物,具有速生、豐產(chǎn)的優(yōu)點,是我國南方主要的造林樹種。但大面積的人工林多代連栽,引起地力衰退、產(chǎn)量低等現(xiàn)象[2],而混交林可以使得這些問題得以改善,陳琴等人研究發(fā)現(xiàn)固氮樹種與杉木混交可以提高杉木根、莖、葉中的氮含量及酶活性[3];徐永興通過樹干解析法和樣地調(diào)查研究杉木與深山含笑(Micheliamaudiae)混交林的凈生產(chǎn)力,發(fā)現(xiàn)混交林可以增強林分光合產(chǎn)物的積累,增加養(yǎng)分回歸,促進林分內(nèi)養(yǎng)分循環(huán)利用[4];對杉木的眾多研究發(fā)現(xiàn),混交林可以提升林分的養(yǎng)分循環(huán)、涵養(yǎng)水源,提高生物多樣性等[5- 7]。研究發(fā)現(xiàn)毛竹杉木混交可以改善土壤養(yǎng)分、土壤理化性質(zhì),促進林分增長,同時提高毛竹和杉木的生物量、生長量,提高經(jīng)濟收益[8- 13]。

植物的化感作用指植物在自然界中通過自身的分泌揮發(fā)等途徑向自然環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì),這種物質(zhì)會促進或抑制周圍植物的生長發(fā)育[14]。近年來,國內(nèi)學(xué)者對植物化感作用的研究比較多,陳娟、白尚斌等人對毛竹浸提液對苦櫧(Castanopsissclerophylla)幼苗的生長進行了化感作用研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)來源不同的毛竹浸提液對苦櫧幼苗的化感效應(yīng)是不相同的,土壤的浸提液抑制苦櫧幼苗的生長和光合作用,而毛竹的莖稈、葉片和枯落物在低濃度時對苦櫧的生長具有促進作用[15]。王曉維、楊文亭等人用黑麥草(LoliummultiflorumLamk.)的浸提液對水稻(OryzasativaL.)、大豆(GlycinemaxL.)和玉米(ZeamaysL.)種子的萌發(fā)和幼苗的生長進行了化感作用研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)黑麥草浸提液在低濃度時對水稻的發(fā)芽率具有促進作用,而在一定程度上對大豆和玉米的發(fā)芽率具有抑制作用[16]。梁倩倩、白尚斌等人用毛竹的莖葉、土壤和枯落物的浸提液對高羊茅(Festucaarundinacea)種子和幼苗進行處理,設(shè)置不同的濃度梯度進行實驗,隨著浸提液濃度的不斷增大,對高羊茅種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和萌發(fā)指數(shù)產(chǎn)生愈來愈強的抑制作用[17]。劉雁、曹光球等人分別進行了木荷(SchimasuperbaGardn. et Champ.)和絲粟栲(Castanopsisfargesii)葉片的浸提液對杉木種子的化感作用試驗,發(fā)現(xiàn)當浸提液在高濃度時,浸提液對杉木種子的萌發(fā)和生長具有不同程度的促進作用,隨著濃度降低其促進作用也逐漸減弱[18- 19]。隨著毛竹和杉木混交林的面積不斷擴大,也相繼出現(xiàn)一些新的問題,而從化感作用方面毛竹各器官浸提液對杉木種子的發(fā)芽率研究相對較少。本文以毛竹的各器官的浸提液為供體,杉木種子為受體,研究毛竹的各器官浸提液的濃度對杉木的種子萌發(fā)有何影響,分析各器官浸提液對杉木種子的影響程度,為毛竹和杉木混交林的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本試驗所選的毛竹位于福建農(nóng)林大學(xué)的百竹園內(nèi),選取3 a生毛竹,選取的毛竹株型需均勻,生長旺盛,高度和胸徑大小一致,無病蟲害的影響。將選取的毛竹砍伐后,采集中上部的竹葉、枝條、竹桿,挖取竹鞭、鞭根及采集毛竹根部水平40 cm×40 cm,深度為25 cm內(nèi)鞭根上的土壤和毛竹林下40 cm×40 cm范圍內(nèi)的枯落葉帶回實驗室進行處理。受試的杉木種子產(chǎn)于福建三明沙縣,由福建省林業(yè)廳提供的當年新種。

1.2 水浸提液的制備

將帶回實驗室的毛竹鮮葉分成兩部分,一部分剪成為5 mm×5 mm的碎片,將剪碎的鮮葉混合,按照鮮重與超純水1∶25(1 g鮮葉25 mL的超純水,下同)的體積比例在37℃的恒溫箱中浸泡24 h,隨后過濾備用。另一部分鮮竹葉、枝條、竹稈、竹鞭、鞭根、根際土和枯落葉在40℃的干燥箱中烘干、粉碎,用0.5 mm的過濾網(wǎng)過濾。將各部分的粉末分別按照鮮重與超純水1∶25的體積比例在恒溫箱中浸提24 h,過濾備用。將所得到的8種濾液用0.5 μm的水系濾膜除雜滅菌,得到浸提液,將其放到4℃冰箱備用。

1.3 種子發(fā)芽試驗

采用培養(yǎng)皿濾紙法進行試驗,選用直徑為15 cm的培養(yǎng)皿和定性濾紙作為發(fā)芽床,將培養(yǎng)皿和濾紙在高壓鍋中滅菌30 min,烘干備用。發(fā)芽過程在PQX型多段可編程人工氣候箱(寧波東南儀器有限公司)進行,箱內(nèi)溫度為(25±1)℃,濕度(60±2)%。將2層濾紙平鋪在培養(yǎng)皿中,每個培養(yǎng)皿放100粒種子,加入蒸餾水,使濾紙保持濕潤。根據(jù)前人的研究[15- 17],對水浸提液設(shè)置不同的梯度,將毛竹不同部位的浸提液分別配置成1∶25、1∶50、1∶100和1∶200濃度的處理液,以蒸餾水為對照組,每個處理設(shè)3次重復(fù),每天每個培養(yǎng)皿分別加入對應(yīng)濃度的浸提液1 mL。當天為第1天,從第3天開始,每天在固定時間觀察1次,觀察時以胚根突出種皮1—2 mm為準,記錄發(fā)芽數(shù),直至發(fā)芽終止,最后統(tǒng)計發(fā)芽率和發(fā)芽勢。

1.4 實驗數(shù)據(jù)處理分析

種子質(zhì)量的檢驗指標取決于發(fā)芽率和發(fā)芽勢的好壞,發(fā)芽率表示種子的發(fā)芽能力,發(fā)芽勢表示種子的發(fā)芽速度,杉木種子的澀粒和壞粒較多,故而選用絕對發(fā)芽率和絕對發(fā)芽勢指標進行統(tǒng)計測定。

絕對發(fā)芽率=[總發(fā)芽數(shù)/(100-無效粒數(shù))]×100%

絕對發(fā)芽勢=[發(fā)芽種子高峰時正常發(fā)芽粒數(shù)/(100-無效粒數(shù))]×100%

式中,無效粒數(shù)指杉木種子的澀粒數(shù)和壞粒數(shù)。

將所觀察到的數(shù)據(jù)記錄,用Excel軟件進行處理整理,然后運用SPSS 19.0軟件對所整理的數(shù)據(jù)進行比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛竹鮮葉浸提液對杉木種子發(fā)芽的化感作用

圖1 毛竹鮮葉浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響 Fig.1 Effect of fresh bamboo leafage water extract on germination percentage of Chinese fir seeds

不同濃度的浸提液,杉木種子的發(fā)芽率也不相同。實驗時選取一個無菌水的空白管作為對照組,由圖1可知與對照組相比較,當用1∶200濃度的浸提液處理時,杉木種子的發(fā)芽率從始至終一直高于對照組,說明1∶200濃度的毛竹鮮葉浸提液對杉木種子的發(fā)芽具有顯著的促進作用。而1∶25、1∶50、1∶100濃度的浸提液在前期都低于對照組,隨后會有所高于對照組,但其維持一段時間后又低于對照組,說明當在1∶25、1∶50、1∶100濃度的浸提液時,在前期對杉木種子萌發(fā)具有抑制作用,中期是促進作用,而后期又轉(zhuǎn)變?yōu)橐种谱饔?即具有階段性,而促進程度有一定的局限性。由此可知,濃度不同的毛竹鮮葉浸提液對杉木種子的發(fā)芽總體上表現(xiàn)為促進作用,在低濃度下促進作用表現(xiàn)得更為明顯(圖1)。

毛竹鮮葉的浸提液在各個濃度都對杉木種子的絕對發(fā)芽率具有促進作用,在1∶200濃度時毛竹鮮葉浸提液對杉木種子的絕對發(fā)芽率促進作用呈極顯著作用。而毛竹鮮葉浸提液對杉木種子的絕對發(fā)芽勢在前期具有抑制作用,后期具有促進作用,在1∶25、1∶50濃度時對杉木種子的絕對發(fā)芽勢呈現(xiàn)抑制作用,在1∶100和1∶200濃度時對杉木種子的絕對發(fā)芽勢呈顯著促進作用(表1)。

表1 毛竹鮮葉浸提液對杉木種子發(fā)芽的影響

同一列標有不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05);標有不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01)

2.2 毛竹干葉浸提液對杉木種子發(fā)芽的化感作用

圖2 毛竹干葉浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響 Fig.2 Effect of dried bamboo leafage water extract on germination percentage of Chinese fir seeds

濃度不同的毛竹干葉水浸提液對杉木種子的發(fā)芽率具有顯著作用,當浸提液的濃度為1∶100和1∶200時,毛竹干葉的浸提液在前期對杉木種子的萌發(fā)具有抑制作用,后期逐漸對杉木種子的萌發(fā)具有促進作用,而當毛竹干葉的浸提液在1∶25、1∶50濃度時,浸提液對杉木種子的萌發(fā)一直都是抑制作用。由此可知,毛竹干葉的浸提液為低濃度時對杉木種子的萌發(fā)具有促進作用,在高濃度時具有抑制作用(圖2)。

隨著浸提液濃度的降低,杉木種子的絕對發(fā)芽率逐漸增大,但在1∶100濃度時絕對發(fā)芽率達到最大,此時濃度對杉木種子的絕對發(fā)芽率具有極顯著促進作用。而對杉木種子的絕對發(fā)芽勢在1∶50濃度時達到極顯著作用,在1∶100和1∶200濃度時絕對發(fā)芽率低于對照值,具有抑制作用(表2)。

表2 毛竹干葉水浸提液對杉木種子發(fā)芽的影響

2.3 毛竹枯落物浸提液對杉木種子發(fā)芽的化感作用

毛竹枯落物的浸提液在各個濃度下對杉木種子的萌發(fā)影響曲線與對照組的曲線基本一致,沒有特別大的起伏,各個濃度的枯落物浸提液對杉木種子的萌發(fā)影響在早期都具有抑制作用,只有1∶50濃度的枯落物浸提液對杉木種子的萌發(fā)影響曲線在后期上升,高于對照組曲線,其他各濃度在前后期都一致,影響曲線都低于對照組的曲線。由此可以說明毛竹枯落物的水浸提液對杉木種子的萌發(fā)在前期都是具有抑制作用的,在后期時只有1∶50濃度的毛竹枯落物浸提液對杉木種子的萌發(fā)具有促進作用,但其促進作用不顯著,而其他濃度的浸提液仍是抑制作用(圖3)。

各濃度對杉木種子的絕對發(fā)芽率未呈現(xiàn)顯著促進作用或抑制作用,絕對發(fā)芽率與對照組相比差別都較小。對杉木種子的絕對發(fā)芽勢在1∶50濃度時呈現(xiàn)顯著促進作用,與其他濃度也沒有表現(xiàn)出顯著作用(表3)。

表3 毛竹落葉浸提液對杉木種子發(fā)芽的影響

2.4 毛竹枝條浸提液對杉木種子發(fā)芽的化感作用

各個枝條的水浸提液濃度之間的差異較小,從圖中可以看出,各濃度處理的曲線在前期都低于對照組的曲線,在處理6 d后都逐漸高于對照組的曲線,而1∶25濃度的曲線直到第10天才高于對照組曲線的。說明毛竹枯落物各濃度的浸提液在前期對杉木種子的萌發(fā)都是具有抑制作用的,在后期都是具有促進作用的,低濃度的促進作用比高濃度的更為明顯(圖4)。

圖3 毛竹枯落物水浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響 Fig.3 Effect of bamboo defoliation water extract on germination percentage of Chinese fir seeds

圖4 毛竹枝條水浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響 Fig.4 Effect of bamboo branches water extract on germination percentage of Chinese fir seeds

由表4可得,枝條的浸提液在1∶200濃度時對杉木種子的絕對發(fā)芽率具有極顯著的促進作用,各個濃度的浸提液對杉木種子的絕對發(fā)芽率都高于對照值。各濃度對絕對發(fā)芽勢的影響不同,在1∶100濃度時,浸提液對杉木種子的絕對發(fā)芽勢呈現(xiàn)極顯著的促進作用(表4)。

表4 毛竹枝條水浸提液對杉木種子發(fā)芽的影響

2.5 毛竹莖稈的浸提液對杉木種子發(fā)芽的化感作用

毛竹的竹桿浸提液在各個濃度對杉木種子發(fā)芽率的影響曲線規(guī)律與裝有無菌水的對照組曲線基本相同,由圖5的曲線可知,在第7天以前,各濃度的毛竹竹桿浸提液對杉木種子的發(fā)芽率的影響曲線都低于對照組的曲線,從第7天后1∶100和1∶200濃度的浸提液曲線都逐漸上升,高于對照組的曲線,其他兩個曲線仍低于對照組的曲線。由此說明,在第7天之前,毛竹的竹桿浸提液在各個濃度都對杉木種子的發(fā)芽具有抑制作用,而在7 d后1∶100和1∶200濃度的浸提液對杉木種子的發(fā)芽具有促進作用,1∶25和1∶50兩個高濃度浸提液仍對種子發(fā)芽具有抑制作用,1∶100濃度的浸提液對種子發(fā)芽的促進作用比1∶200濃度的顯著,1∶100濃度的浸提液更有利于促進杉木種子發(fā)芽(圖5)。

毛竹竹桿浸提液的各個濃度對杉木種子的絕對發(fā)芽率都未呈現(xiàn)顯著作用,在1∶25和1∶50的高濃度時低于對照值,對種子的萌發(fā)具有抑制作用。而對杉木種子的絕對發(fā)芽勢在1∶100濃度時呈現(xiàn)極顯著的促進作用(表5)。

表5 毛竹竹稈水浸提液對杉木種子發(fā)芽的影響

2.6 毛竹竹鞭的浸提液對杉木種子發(fā)芽的化感作用

毛竹竹鞭的浸提液對杉木種子的發(fā)芽率影響曲線與對照組的曲線規(guī)律都基本一致,并且兩者差異不顯著,只有1∶200濃度的毛竹竹鞭浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響曲線在第12天后略高于對照組曲線,但差異仍不顯著。1∶25、1∶50和1∶100濃度的毛竹竹鞭浸提液均低于對照組的影響曲線。說明毛竹竹鞭的浸提液只有在1∶200低濃度后期時才會對杉木種子的萌發(fā)有略微的促進作用,前期仍是抑制作用,高濃度的毛竹竹鞭浸提液始終都對杉木種子的萌發(fā)具有抑制作用(圖6)。

圖5 毛竹竹桿水浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響 Fig.5 Effect of bamboo stems water extract on germination percentage of Chinese fir seeds

圖6 毛竹竹鞭水浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響 Fig.6 Effect of bamboo rhizome water extract on germination percentage of Chinese fir seeds

毛竹竹鞭浸提液對杉木種子的絕對發(fā)芽勢都未呈現(xiàn)顯著作用,只有在1∶200濃度時的絕對發(fā)芽率高于對照組,其他濃度都低于對照組。竹鞭的浸提液對絕對發(fā)芽勢的影響都高于對照組,都具有促進作用,但在1∶50濃度時呈現(xiàn)極顯著的促進作用(表6)。

2.7 毛竹鞭根的浸提液對杉木種子發(fā)芽的化感作用

毛竹鞭根的浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響曲線差異較大,在杉木種子萌發(fā)的前期,所有濃度的浸提液對杉木種子萌發(fā)的影響曲線都低于對照組,在第9天后1∶100的浸提液影響曲線高于對照組,其他幾個濃度的曲線仍低于對照組?？芍谏寄痉N子萌發(fā)的前期,各個濃度的毛竹鞭根浸提液均對其有抑制作用,只有在后期時1∶100濃度的浸提液對其有促進作用,其他仍起抑制作用,1∶25濃度的浸提液對杉木種子萌發(fā)的影響作用最為明顯(圖7)。

表6 毛竹竹鞭水浸提液對杉木種子發(fā)芽的影響

毛竹鞭根浸提液濃度對杉木絕對發(fā)芽率除1∶100濃度外,其余絕對發(fā)芽率都低于對照組,當浸提液濃度為1∶100時,毛竹鞭根浸提液對杉木種子的絕對發(fā)芽勢呈現(xiàn)極顯著的促進作用。而浸提液對杉木的絕對發(fā)芽勢在1∶50濃度時低于對照組,在其他濃度時對絕對發(fā)芽勢的影響均不顯著(表7)。

表7 毛竹鞭根水浸提液對杉木種子發(fā)芽的影響

2.8 毛竹根部土的浸提液對杉木種子發(fā)芽的化感作用

從圖8可知,各個濃度的毛竹根部土的浸提液曲線都高于對照組的影響曲線,且差異較顯著,說明毛竹根部土的浸提液對杉木種子的萌發(fā)具有促進作用,且從圖中可以看出,浸提液濃度愈低,對種子萌發(fā)的影響越顯著,越能促進杉木種子的萌發(fā)(圖8)。

圖7 毛竹鞭根水浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響 Fig.7 Effect of bamboo root water extract on germination percentage of Chinese fir seeds

圖8 毛竹根際土水浸提液對杉木種子發(fā)芽率的影響 Fig.8 Effect of bamboo rhizosphere soils water extract on germination percentage of Chinese fir seeds

根際土的浸提液對杉木種子的絕對發(fā)芽勢影響顯著,都高于對照組,具有顯著的促進作用,且在1∶200濃度時具有極顯著性的促進作用。而對絕對發(fā)芽勢影響相對較小,在1∶50和1∶200濃度時具有顯著的促進作用(表8)。

表8 毛竹根際土水浸提液對杉木種子發(fā)芽的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

從化感作用方面分析,毛竹不同器官不同濃度的浸提液對杉木種子的萌發(fā)影響情況不同,差異顯著,有的抑制萌發(fā),有的促進種子萌發(fā)?？傮w上各個器官的浸提液表現(xiàn)為高濃度起抑制作用,低濃度起促進作用,總體得出如下結(jié)論：

(1)毛竹鮮葉的浸提液在1∶200的低濃度時對杉木種子萌發(fā)具有促進作用,干葉也是低濃度時促進其種子萌發(fā),兩者都是在后期具有促進作用,前期仍然限制種子的萌發(fā),說明毛竹干葉和鮮葉的浸提液對種子的萌發(fā)并無較大區(qū)別。

(2)毛竹枯落葉的浸提液對杉木種子的萌發(fā)具有抑制作用,在種子的萌發(fā)過程中發(fā)芽率低于對照實驗的發(fā)芽率,僅在1∶50的濃度時略高于對照實驗,這與前人[20- 22]的研究結(jié)果是不相同的,表明毛竹枯落葉的浸提液總體上會抑制杉木種子的萌發(fā),不能作為促進杉木種子萌發(fā)的外界條件。

(3)毛竹枝條的浸提液各個濃度在前期抑制杉木種子的萌發(fā),后期都促進了種子的萌發(fā),并且低濃度的比高濃度的較早出現(xiàn)促進作用。

(4)毛竹竹桿、竹鞭和鞭根的浸提液對杉木種子的萌發(fā)都既有抑制作用又有促進作用,并且都在前期具有抑制作用,后期只是低濃度的具有促進作用,而高濃度的仍是抑制作用。

(5)毛竹根際土的浸提液對杉木種子萌發(fā)發(fā)芽的影響比較顯著,在整個萌發(fā)過程中都具有促進作用,而且高低濃度從始至終都是促進作用,低濃度的促進作用比高濃度的顯著。

3.2 討論

各器官浸提液對杉木種子萌發(fā)的化感作用都遵循低濃度促進,高濃度抑制的規(guī)律,這與已有研究用毛竹浸提液對高羊茅種子萌發(fā)的影響研究的結(jié)果基本相似[17,23- 24],都是隨著濃度的增加,毛竹浸提液對種子的萌發(fā)抑制作用愈強。化感作用主要是通過自身釋放化學(xué)物質(zhì)而對自身或其他物種產(chǎn)生有利或阻礙作用。從本研究中可發(fā)現(xiàn),毛竹鮮葉和干葉的浸提液對杉木種子萌發(fā)的影響差別較小,說明毛竹葉水分的減少并不會影響其浸提液的物質(zhì)含量,從而影響杉木種子的發(fā)芽率。毛竹的枝條、竹桿、枯落葉、竹鞭和鞭根的浸提液對杉木的萌發(fā)都是前期抑制,后期促進,且都是低濃度促進,高濃度抑制。毛竹枝條和竹桿都是屬于毛竹的地上部分,兩者通常不易掉落,在毛竹與杉木混交林中,對杉木種子的萌發(fā)影響較小。毛竹的枯落葉脫離樹體,長時間缺失養(yǎng)分,體內(nèi)物質(zhì)流失,活性降解,產(chǎn)生自毒作用,且抑制杉木種子的萌發(fā)。竹鞭和鞭根屬于毛竹的地下部分,與杉木種子的直接掉落發(fā)芽影響也相對較小。只有毛竹的根際土浸提液對杉木種子的萌發(fā)是一直起促進作用的,其原因可能是根際土中的營養(yǎng)物質(zhì)豐富,有某種微生物或物質(zhì)促進杉木種子發(fā)芽[25- 26],而其他器官在前期都會對杉木種子發(fā)芽具有抑制作用,所以在毛竹和杉木混交種植時,及時清理掉落在地上的枯枝落葉,防止影響杉木種子的發(fā)芽生長,在有限的條件下對混交林地進行淺翻,促進杉木種子的萌發(fā)生長。毛竹浸提液和杉木種子發(fā)芽的化感作用復(fù)雜多樣,未來研究應(yīng)將室內(nèi)與野外實驗相結(jié)合分析兩者的機理關(guān)系。