基于化感作用的麻風樹林下牧草選擇性種植研究

朱君麗，李育川

（昆明學院農學與生命科學學院，昆明 650214）

麻風樹（Jatropha curcasLinn），又名小桐子、膏桐，屬大戟科大戟屬木本植物［1］。麻風樹結實多、種子大，其種子含油量高達60%［2］，可用來研制生物柴油，作為礦質燃料的替代品，被聯合國糧農組織確定為生態扶貧的首選樹種［3，4］。由于麻風樹“不與人爭糧，不與糧爭地”的特性，在云南省被廣泛種植［5］。2009年6月，國家發展和改革委員會批準了3個以麻風樹子油為原油的“油林”一體化生物柴油國家示范項目，標志著中國麻風樹生物柴油正式走向了產業化應用［6］。通過對云南省楚雄市雙柏縣和永仁縣的麻風樹種植地進行實地調查發現，其種植地干旱貧瘠，林下由于麻風樹本身化感作用的原因，呈現出寸草不生的荒涼景象，為了選擇能適應麻風樹化感作用的牧草，增加周邊禽畜的草料來源，充分利用麻風樹的林下經濟。有關研究表明麻風樹對大豆根細胞、蠶豆根細胞和紫莖澤蘭有化感作用［7-10］，但極難見關于利用麻風樹林下資源的研究。因麻風樹中含有酚類、醚類、醇類及皂苷類物質隨雨水淋溶至土壤而導致其林下無草，大片的林下土地資源被浪費，禽畜只能繞道去覓食［2］。由于麻風樹大片林下土地資源被浪費，周圍禽畜無草可食，嚴重影響了周邊禽畜養殖業的發展。選擇燕麥（Avena sativaL.）、黑麥草（Lolium perenneL.）和紫花苜蓿（Medicago sativa.）3種耐旱耐貧瘠的先鋒牧草進行化感試驗，模擬麻風樹林下自然化感環境，選定出麻風樹林下生長效果最好的牧草，以達到合理利用麻風樹林下資源，增加禽畜飼用草料來源的目的。

1 材料與方法

1.1 材料

制作浸提液所需的麻風樹葉、外果殼和內果殼均采自云南省雙柏縣當年成熟并自然干燥的麻風樹葉和果實。燕麥種子、黑麥草種子及紫花苜蓿種子采購自昆明市小板橋種質資源市場。

1.2 方法

1.2.1 麻風樹浸提液的制備 分別取10 g的麻風樹葉、內果殼、外果殼經粉碎后置于容量為1 L的錐形瓶中，加去離子水至刻度線，置于搖床48 h后進行過濾，制成母液，4℃保存備用。

1.2.2 種子的消毒 選擇子粒飽滿、均勻一致且健康無損傷的燕麥、黑麥草和紫花苜蓿種子，用0.1%HgCl2消毒5 min，用去離子水沖洗3～4次，洗凈后再加適量去離子水吸脹12 h，保留備用。

1.2.3 種子的萌發 用去離子水將浸提液母液分別稀釋為0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mg/mL的溶液，其中用去離子水作為空白對照處理。在各培養皿中分別加入5 mL不同濃度麻風樹水浸提液，并分別放入10顆種子進行標記記錄，每個處理重復3次，20～25℃培養，每隔12 h補充1次相應濃度的水浸提液5 mL，并計算受試牧草種子的發芽率（種子萌發以胚根突破種皮1 mm為標準），待種子發芽恒定后（為了后續幼苗莖生長的記錄，特將觀察培養時間定為30 d），計算種子發芽勢。

1.2.4 幼苗生長和根生長 將空白處理組萌發的3種牧草種子在其發芽后進行盆栽處理，分別加入0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mg/mL濃度的麻風樹浸提液，每組處理重復3次，室內培養并及時補充相應濃度的水浸提液。培養30 d后，測量牧草幼苗的莖長和根長，并計算莖長生長率及根長生長率。

1.2.5 數據處理及分析

發芽率=（發芽的種子數/供檢測的種子數）×100%；

發芽勢=規定天數內發芽總粒數/試驗總粒數×100%；

莖長生長抑制率=（對照的莖長-處理的莖長）/對照的莖長×100%；

根長生長抑制率=（對照的根長-處理的根長）/對照的根長×100%。

按照文獻［7］的方法，計算各參數化感敏感指數（The index of allelopathy effect，RI）。化感綜合效應（synthesis effects，SE）用各參數的RI算術平均值進行評價。

式中，C為對照值，T為處理值。

當RI＞0時，表示浸提液對受體植物有促進作用，當RI＜0時，表示浸提液對受體植物有抑制作用。RI的絕對值代表化感作用強度，并計算綜合化感效應SE（SE用上述幾個測試項目的平均值進行評價）。利用SPSS18.0軟件對各參數進行單因素方差分析（one-way ANOVA）和差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 麻風樹浸提液對3種牧草種子發芽率的影響

麻風樹浸提液對3種牧草種子發芽率均有一定的影響，且隨處理液濃度的增加，發芽率呈線性下降。其中，燕麥的發芽率對浸提液反應最為敏感，在0.40 mg/mL處理濃度時，發芽率最低為23.67%，而紫花苜蓿在0.40 mg/mL處理濃度時，仍能保持45.67%的發芽率，明顯高于黑麥草在該濃度下34.67%的發芽率，其R2為紫花苜蓿（0.947 3）＞燕麥（0.922 5）＞黑麥草（0.721 5），即紫花苜蓿發芽率與濃度關系緊密，不易受其他因子影響（表1）。

表1 麻風樹浸提液對3種牧草種子發芽率的影響

2.2 麻風樹浸提液對3種牧草種子發芽勢的影響

3種牧草種子發芽勢隨處理液濃度的升高而極顯著下降（P＜0.01），其均在0.50 mg/mL處理濃度時達到最低；其中黑麥草在0.05 mg/mL處理與CK處理的發芽勢無顯著差異，即在極低濃度處理液條件下，黑麥草的發芽勢不受麻風樹化感物質的影響，仍能正常發芽；但在相同的高濃度0.50 mg/mL處理組時，3種牧草種子的發芽勢：黑麥草（31.33%）＜燕麥（34.00%）＜紫花苜蓿（55.67%），在高濃度處理液條件下，紫花苜蓿仍能保持較高的發芽勢，與其他兩種牧草相比，發芽勢受麻風樹化感物質影響較小（表2）。

表2 麻風樹浸提液對3種牧草種子發芽勢的影響

麻風樹浸提液對3種牧草種子萌發的化感效應敏感指數如表3所示。燕麥的發芽率與發芽勢隨處理液濃度的增加而降低，RI絕對值逐漸增大，總體呈現為高抑制低促進；隨處理液濃度的升高，黑麥草發芽率的RI絕對值先增加后降低再升高，而其發芽勢則表現為持續性下降，表明黑麥草不耐高濃度處理液，易在高濃度麻風樹化感物質的條件下生長不良；紫花苜蓿發芽率的RI絕對值在濃度為0.40 mg/mL時達到最大，其余則表現為隨濃度的增加而增加，其發芽勢隨濃度的升高而升高，其在濃度為0.50 mg/mL的RI絕對值為紫花苜蓿（0.42）＜黑麥草（0.58）＜燕麥（0.64），表明即使在較高處理濃度時，紫花苜蓿的發芽生長狀態仍然優于燕麥和黑麥草。

2.3 麻風樹浸提液對3種牧草幼苗莖生長的影響

麻風樹對3種牧草幼苗莖生長表現為抑制作用（表4），在濃度為0.40 mg/mL時，抑制作用達到最大，莖長抑制率為紫花苜蓿（51.63%）＜黑麥草（75.76%）＜燕麥（79.67%），即在麻風樹化感物質高濃度下對燕麥的莖生長抑制作用最大，黑麥草次之，紫花苜蓿最小。在0.40 mg/mL與0.50 mg/mL的高濃度處理條件下，黑麥草莖長抑制率無顯著差異，表明在高濃度處理條件下，黑麥草的莖生長表現為穩定無差異的抑制作用（同燕麥）。在0.40 mg/mL與0.50 mg/mL的高處理濃度下，紫花苜蓿莖生長抑制率表現為0.40 mg/mL（51.63%）＞0.50 mg/mL（43.79%），即紫花苜蓿在麻風樹化感物質極高濃度下，其莖長抑制率反而降低，從莖長生長來看，其對麻風樹化感物質的抵抗力較強，適宜種植在麻風樹下。

表4 麻風樹浸提液對3種牧草幼苗莖生長的影響

2.4 麻風樹浸提液對3種牧草幼苗根生長的影響

隨著麻風樹浸提液濃度的升高，3種牧草幼苗的根生長均呈現出先下降最后升高的現象，根長抑制率在0.40 mg/mL處理濃度時達到最大，表現為紫花苜蓿（78.16%）＞黑麥草（77.27%）＞燕麥（74.47%），即麻風樹化感物質在較高濃度下對紫花苜蓿的根生長影響較為顯著，對燕麥的根生長影響較小；但在0.50 mg/mL處理濃度時，表現為紫花苜蓿（71.84%）＞燕麥（69.50%）＞黑麥草（66.67%），即麻風樹化感物質在極高濃度下，對黑麥草的根生長影響較小，對紫花苜蓿和燕麥的根生長影響相近（表5）。由于植株的根起到吸收營養的重要作用，因此需通過對3種牧草幼苗莖生長及根生長的化感效應敏感指數（RI）進行比較。

表5 麻風樹浸提液對3種牧草幼苗根生長的影響

3種牧草幼苗莖生長及根生長的化感效應敏感指數RI的絕對值均表現為隨處理液濃度的升高先增加后下降的現象（表6）。在濃度為0.40 mg/mL處理條件下，燕麥、黑麥草及紫花苜蓿的莖長及根長RI的絕對值達到最大，表現為莖長：黑麥草（0.33）＞燕麥（0.32）＞紫花苜蓿（0.26）；根長：紫花苜蓿（0.45）＞燕麥（0.35）＞黑麥草（0.34）。但在濃度為0.50 mg/mL處理條件下，RI絕對值反而下降，表現為莖長：黑麥草（0.32）＞燕麥（0.31）＞紫花苜蓿（0.22）；根長：紫花苜蓿（0.41）＞燕麥（0.32）＞黑麥草（0.29）。其中，燕麥莖生長受化感物質影響較大，紫花苜蓿根生長受化感物質影響較大，黑燕麥處于中間狀態。

表6 麻風樹浸提液對3種牧草幼苗莖生長及根生長的化感效應敏感指數

2.5 麻風樹的化感作用

1）麻風樹混合浸提液對燕麥、黑麥草及紫花苜蓿種子的萌發均有不同程度的抑制作用，其中對黑麥草種子萌發的抑制作用最強，化感強度大小為黑麥草（0.23）＞燕麥（0.17）＞紫花苜蓿（0.05）。

2）黑麥草種子發芽勢受麻風樹混合浸提液影響最甚，而紫花苜蓿在0.3 mg/mL的高濃度處理液時，仍能保持73.33%的發芽勢，顯著高于黑麥草（55.00%）與燕麥（63.00%），表明紫花苜蓿發芽勢對麻風樹化感效應反應不明顯。

3）在0.50 mg/mL的極高濃度下，3種牧草的莖長抑制率為燕麥（75.61%）＞黑麥草（74.24%）＞紫花苜蓿（43.79%），表明麻風樹化感物質對燕麥莖生長具有極強的抑制作用。而對紫花苜蓿來言，抑制效果不如燕麥及黑麥草明顯，則在種植紫花苜蓿過程中，雨季可增加麻風樹化感物質的淋溶量，使得紫花苜蓿的莖生長明顯高于燕麥的莖生長速度。

4）麻風樹化感物質對紫花苜蓿根生長具有抑制作用，在0.40 mg/mL的處理濃度時，對3種牧草的抑制作用達到最高，其根長抑制率為紫花苜蓿（78.16%）＞黑麥草（77.27%）＞燕麥（74.47%），表明麻風樹化感物質在極高濃度時對紫花苜蓿的根生長影響極大，而對燕麥根生長的抑制作用則稍低于紫花苜蓿，則在麻風樹林下種植紫花苜蓿時要避開雨季，盡量在少雨的季節進行種植。而對于燕麥來說，可適量在雨季種植，增加其發芽率。

3 結論

麻風樹的化感作用使得其林下禽畜幾乎無草可食，大片的林下土地資源被浪費。為研究麻風樹的林下牧草的選擇性種植，特對發芽率、發芽勢、莖長抑制率、根長抑制率、發芽率與發芽勢的RI及莖生長與根生長的RI等指標進行測定，并計算出各個指標線性方程及相關系數。紫花苜蓿及燕麥能很好地適應麻風樹的林下環境而正常生長，為麻風樹周邊禽畜提供飼料來源。本研究確定了麻風樹林下牧草的種植物種為紫花苜蓿與燕麥，其中黑麥草極其不適宜種植在麻風樹下，但紫花苜蓿不適合在雨季生根，燕麥不適宜在雨季長莖，在播種時盡量避免雨季。云南省紫花苜蓿的適宜種植時間為12—4月，考慮到溫度及雨水問題，則紫花苜蓿最佳種植時間為2—3月，此時云南省天氣回溫，空氣適當干燥，紫花苜蓿發芽率高，根生長速度快，為后期雨季的來臨，麻風樹化感物質的大量淋溶做好了充足的準備；對于燕麥來說，適宜種植時間為3—6月，由于受雨水及溫度的影響，燕麥的最佳種植時間為4—6月，此時云南省平均溫度在15℃以上，在沒有雨水的情況下4月播種燕麥發芽率最高，云南省在5—6月進入雨季，大量雨水促進燕麥的根生長（燕麥根生長受麻風樹化感作用影響不明顯），為燕麥的生長打下良好的基礎。

4 討論

麻風樹中酚類、醚類、黃酮類、醇類及皂苷類物質隨雨水淋溶至土壤而導致麻風樹林下幾乎寸草不生［2］。本研究選擇去離子水作為麻風樹內外果殼及葉的浸提劑，極大程度上模擬了麻風樹的林下環境，紫花苜蓿和燕麥也極其能適應麻風樹的林下化感環境。研究得出紫花苜蓿與燕麥的最佳種植時期，能有效地保證其在林下能很好地生長。由于麻風樹自身的化感作用，其林下鮮有雜草，避免了紫花苜蓿及燕麥與雜草競爭資源，使得紫花苜蓿與燕麥有充足的資源進行生長發育。研究表明，麻風樹對大豆根細胞、蠶豆根細胞和紫莖澤蘭有化感作用［7-10］。如何類比其他植物，將麻風樹中化感物質進行提取以及利用麻風樹大片的林下資源已成為抵抗麻風樹化感作用的重大問題［11-18］。麻風樹的化感作用影響其他植物的正常生長卻對自身生長不具影響，其林下幾乎難見雜草，如若能將麻風樹化感作用用于研制除草劑將會具有非常廣闊的前景。