麻风树不同器官浸提液对3种农作物种子萌发和幼苗茎生长的化感作用

朱君丽， 李育川， 余开聪， 穆爱秋， 李子航

(昆明学院农学与生命科学学院，云南昆明 650000)

麻风树(Linn)别称小桐子，属大戟科(Euphorbiaceae)大戟属。原产于中美洲和南美洲，现广泛分布于中美洲、非洲和亚洲，在我国主要分布于云南、广东、广西、贵州、福建以及四川等多个省份。麻风树是一种具有较大开发潜力的植物。麻风树结实多、种子大，其种子含油量大多大于60%，可以用来研制生物柴油，作为矿质燃料的替代品，被世界粮农组织确定为生态扶贫的首选树种。由于麻风树“不与人争粮，不与粮争地”的特性，在云南省被广泛种植。2009年6月，中国发展和改革委员会批准了3个以麻风树籽油为原油的“油林”一体化生物柴油国家示范项目，标志着我国的麻风树生物柴油正式走向产业化应用。麻风树中具有的化感物质：醚类、酚类、黄酮类、醇类及皂苷类物质，这些物质随雨水淋溶至土壤，影响其他植物的生长，导致其林下几乎寸草不生。为了将麻风树的林下资源利用起来，将农作物与麻风树套作以增加经济收入，选取3种较为常见的农作物：生菜(L. var.Hort.)、油麦菜(L.)和草莓(Duch.)，分别用麻风树各部位水浸提液进行处理，极大程度上模拟出雨水淋溶使麻风树化感物质进入土壤进而影响植物生长的生态环境，测试麻风树各部位浸提液的化感强度，对3种农作物种子萌发和幼苗生长进行观察记录，选择出对麻风树化感作用反应较为不敏感的农作物，旨在为麻风树的资源开发提供理论基础和试验基础，提高经济效益。

1 材料与方法

1.1 试验材料及地点

试验材料：麻风树叶片及果实采自云南省楚雄市双柏县，晾干密封保存。生菜、油麦菜、草莓种子均购于云南省昆明市小板桥种质资源市场。试验时间：2021年3月12日至4月18日；试验地点：云南省昆明学院农学院大棚及组培室。

1.2 试验方法

1.2.1 麻风树叶水浸液的制取 取10 g干燥的麻风树叶经粉碎后于锥形瓶中加蒸馏水至500 mL，摇床处理24 h，过滤后即制备成麻风树叶水浸提母液，其浓度为0.05 mg/mL(以母液为基础进行后续处理液的制备)，置于4 ℃冰箱中保存。

1.2.2 麻风树外果壳水浸液的制取 取10 g干燥的麻风树果实的外果壳经粉碎后于锥形瓶中加蒸馏水至500 mL，于摇床处理24 h，过滤后即制备成麻风树外果壳水浸提母液，其浓度为0.05 mg/mL(以母液为基础进行后续处理液的制备)，置于4 ℃冰箱中保存。

1.2.3 麻风树内果壳水浸提液的制备 取10 g干燥的麻风树种子内果壳(果壳壁干净不黏有果仁)经粉碎后于锥形瓶中加蒸馏水至500 mL，于摇床处理24 h，过滤后即制备成麻风树外果壳水浸提母液，其浓度为0.05 mg/mL(以母液为基础进行后续处理液的制备)，置于4 ℃冰箱中保存。

1.2.4 种子的消毒 选择籽粒饱满、均匀一致且无损伤的生菜、油麦菜和草莓种子，用KMnO灭菌处理10 min，用蒸馏水冲洗3～4次，洗净后再加适量蒸馏水吸胀12 h，保留备用。

1.2.5 种子的萌发 用蒸馏水将麻风树的叶、外果壳和内果壳母液分别稀释为0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 mg/mL的溶液，其中0 mg/mL的处理溶液用蒸馏水作为空白对照。在各培养皿中分别加入5 mL不同浓度不同部位麻风树的水浸提液，并分别放入10粒种子，进行标记记录，每个处理浓度重复3次，置于20～25 ℃室内环境中培养，每隔12 h补充1次相应浓度的水浸提液5 mL，并计算受试植物种子的萌发率(种子萌发以胚根突破种皮1 mm为标准)，待种子发芽恒定后(为了后续幼苗茎生长的记录，特将观察培养时间定为30 d)，计算萌发率和萌发速率。

1.2.6 幼苗生长 将空白处理组萌发的3种农作物的种子在其发芽后进行盆栽处理，分别加入0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 mg/mL麻风树叶、外果壳和内果壳的浸提液，每组处理重复3次，置于室内培养，并及时补充相应浓度的水浸提液。培养30 d后，利用直尺记录幼苗茎高。

1.2.7 数据处理及分析 萌发率=(发芽的种子数/供检测的种子数)×100%。萌发速率=规定天数内发芽总粒数/试验总粒数×100%。

按照Williamson等的方法， 计算各参数化感敏感指数 (the index of allelopathy effect， RI)，化感综合效应 (synthesis effects， SE) 用各参数的算术平均值进行评价。

=1-(≥)；

=-1 (<)。

式中：为对照值；为处理值。当>0时表示浸提液对受体植物有促进作用，当<0时表示浸提液对受体植物有抑制作用。的绝对值代表化感作用强度，并通过值计算综合化感效应。利用SPSS 18.0软件对各参数进行单因素方差分析 (one-way ANOVA) 和差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 麻风树对3种农作物种子萌发率的影响

2.1.1 麻风树内果壳浸提液对3种农作物种子萌发率的影响 由图1可知，随着麻风树内果壳浸提液浓度的增加，3种农作物种子的萌发率明显降低，且均在0.05 mg/mL浓度处理时达到最低；其中草莓对浸提液的反应最为敏感，油麦菜次之，生菜最为不敏感；在0.05 mg/mL的极高浓度处理条件下，三者萌发率分别为生菜(32%)>油麦菜(9%)>草莓(5%)，3种农作物种子的萌发率具有显著差异(<0.01)，显示出生菜具有抗化感物质的能力。

2.1.2 麻风树外果壳浸提液对3种农作物种子萌发率的影响 由图2可知，随着麻风树外果壳浸提液浓度的增加，3种农作物种子的萌发率也明显降低，且在 0.05 mg/mL处理浓度时达到最低，分别为生菜(30%)>油麦菜(8%)>草莓(3%)；其中，在 0.03 mg/mL 处理浓度时，发芽率为生菜(68%)>油麦菜(57%)>草莓(21%)，生菜和油麦菜的发芽率都较草莓发芽率高出许多，生菜的发芽率(68%)与内果壳浸提液0.03 mg/mL处理浓度时的发芽率(70%)相比，没有太明显的差异，但随着处理浓度的增加，其发芽率显著低于内果壳浸提液处理组；油麦菜和草莓种子在外果壳浸提液处理时，其发芽率显著低于内果壳浸提液处理组，由此可见，外果壳浸提液对3种农作物种子发芽率的抑制作用高于内果壳浸提液的抑制作用。

2.1.2 麻风树叶浸提液对3种农作物种子萌发率的影响 由图3可知，随着处理浓度的增加，3种农作物种子的萌发率展现出不同程度的减少，其中以草莓种子最为明显。生菜种子在0.03 mg/mL时仍能保持较好的萌发率，其萌发率为70%，远超草莓种子的发芽率(27%)；在0.05 mg/mL的极高浓度处理时，发芽率分别为生菜(35%)>油麦菜(10%)>草莓(6%)。从图1到图3可以看出，麻风树叶、外果壳及内果壳的水浸提液对3种农作物种子的萌发均表现出了不同程度的抑制，其中以外果壳水浸提液对草莓、油麦菜及生菜的抑制作用最强，内果壳次之，叶的抑制作用最弱；在3种浸提液处理中，发现生菜种子的萌发率一直高于油麦菜和草莓种子的萌发率。

2.2 麻风树对3种农作物种子萌发的化感作用分析

2.2.1 麻风树内果壳浸提液对3种农作物种子萌发的化感作用分析 由表1可知，随着处理液浓度的增加，3种农作物种子最终发芽率的绝对值也随之增大。其中，3种农作物种子最终发芽率的绝对值随浓度的增大呈现出直线增加的趋势，并在 0.05 mg/mL 处理浓度时达到最大，分别为油麦菜(0.86)>草莓(0.70)>生菜(0.66)。3种农作物种子发芽速率的绝对值随浓度的增大呈现先增大再减小随后又增大的现象，其中生菜种子发芽速率的绝对值在0.04 mg/mL处理浓度时达到最大(0.10)，油麦菜种子的绝对值在0.05 mg/mL处理浓度时达到最大(0.20)，草莓种子在0.05 mg/mL处理浓度时绝对值达到最大(0.54) ，表明生菜种子对麻风树化感物质的反应较为不敏感，其在极高浓度下的绝对值极显著低于油麦菜和草莓种子的绝对值(<0.01)，0.05 mg/mL处理浓度下3种农作物发芽速率绝对值表现为草莓(0.54)>油麦菜(0.20)>生菜(0.09)。

表1 麻风树内果壳浸提液对3种农作物种子萌发的化感效应敏感指数

2.2.2 麻风树外果壳浸提液对3种农作物种子萌发的化感作用分析 由表2可知，麻风树外果壳浸提液对3种农作物种子的绝对值随处理液浓度的增加而增加；表2与表1相比较可知，以草莓种子为例，外果壳的化感作用要明显高于内果壳的化感作用，草莓外果壳浸提液的绝对值整体大于内果壳浸提液的绝对值。

表2 麻风树外果壳浸提液对3种农作物种子萌发的化感效应敏感指数

2.2.3 麻风树叶浸提液对3种农作物种子萌发的化感作用分析 由表3可以看出，随着麻风树浸提液浓度的增加，每种作物种子最终发芽率的绝对值也在不断地增大，说明麻风树化感作用的强弱与作用浓度有关。3种农作物的值随处理浓度的增加而下降，表明3种农作物的最终发芽率与发芽速率随处理浓度的增加而降低。通过的计算表明，3种农作物萌发率化感强度是草莓(0.52)>油麦菜(0.24)>生菜(0.11)，表明麻风树叶浸提液对草莓的化感作用最强，对生菜的化感作用最弱，而油麦菜处于中间层次。

表3 麻风树叶浸提液对3种农作物种子萌发的化感效应敏感指数

2.3 麻风树浸提液对3种农作物种子萌发速率的影响

不同浓度的麻风树叶、外果壳及内果壳的浸提液会对3种农作物种子的萌发速率产生不同的影响。由图4至图6所示，生菜种子对麻风树叶、外果壳和内果壳的浸提液反应不敏感；油麦菜种子对麻风树叶浸提液的反应不敏感，但对麻风树内外果壳浸提液的反应敏感；草莓种子对麻风树叶、外果壳和内果壳的浸提液反应都极敏感，油麦菜和草莓种子的发芽速率明显受到麻风树内外果壳浸提液的抑制，且这种抑制效应都达到极显著水平(<0.01)。生菜种子的发芽速率在0.02、0.03、0.04 mg/mL 浓度下，有些处理比对照有所增长，但各浓度的叶、外果壳和内果壳的浸提液无显著性差异。由表1计算表明，麻风树对3种作物萌发速率的化感强度为草莓(0.62)>油麦菜(0.28)>生菜(0.18)。

2.4 麻风树对幼苗茎生长的影响

2.4.1 麻风树浸提液对幼苗茎生长的影响 不同浓度的麻风树叶、外果壳及内果壳的浸提液对3种农作物地上部幼苗茎的生长会产生不同的化感作用，如图7到图9所示，不同浓度的麻风树叶、外果壳及内果壳的浸提液对3种农作物的地上部生长能产生不同的化感作用，其中麻风树内外果壳的水浸提液的化感作用与麻风树的叶水浸提液有极显著差异(<0.01)。麻风树的叶、内外果壳对生菜的地上部生长有促进作用，尤其是麻风树叶浸提液0.04 mg/mL时，效果显著(<0.01)。不同浓度的麻风树叶、内外果壳浸提液对油麦菜的茎生长表现出低促进高抑制的现象，对草莓的茎生长表现为强烈的抑制作用。由表4可以看出，3种作物幼苗茎高的RI值都不超过0.20(绝对值)，说明麻风树对3种作物幼苗高的化感作用较小，化感强度为油麦菜(0.18)>草莓(0.16)>生菜(0.07)。

2.4.2 对3种农作物幼苗茎生长的化感影响 麻风树浸提液对3种农作物幼苗茎生长有明显的抑制作用(表4)，尤其是麻风树外果壳浸提液对幼苗茎生长的影响最大。3种浸提液均对草莓幼苗茎高产生了较强的抑制作用，表明麻风树林下不适宜种植草莓，但3种浸提液对生菜的抑制作用没有草莓强，且生菜能在0.04 mg/mL处理浓度时，仍能保持茎生长，表明麻风树林下较适宜种植生菜。麻风树浸提液对3种农作物幼苗茎生长有明显的的抑制作用，尤其是麻风树外果壳浸提液对幼苗茎生长的影响最大。3种浸提液均对草莓茎生长产生了较强的抑制作用，表明麻风树林下不适宜种植草莓，3种浸提液对草莓的抑制作用强于生菜，且生菜能在 0.04 mg/mL 处理浓度时，仍能较好地保持茎生长，其中生菜在3种浸提液处理中的绝对值分别为叶(0.10)>外果壳(0.03)>内果壳(0.02)，表明叶浸提液对生菜生长的影响最大。

表4 麻风树浸提液对3种农作物茎生长的化感效应指数

3 结论与讨论

综上可得：(1)随着麻风树各部位浸提液处理浓度的增加，生菜、油麦菜和草莓种子的萌发率都随之发生不同程度的减少，说明麻风树浸提液的化感作用强度随处理液浓度的增加而增强。(2)由计算出的绝对值可知，3种麻风树的浸提液相比较时，麻风树外果壳浸提液的绝对值要高于其他2种浸提液的绝对值，表明麻风树外果壳浸提液的化感作用要强于内果壳和叶的化感作用。(3)比较3种农作物在外果壳、内果壳和叶的浸提液的最终发芽率和发芽速率时，生菜几乎都能在0.04 mg/mL高浓度处理下保持高于油麦菜和草莓的生长速率，表明麻风树林下适宜种植生菜。(4)从3种麻风树浸提液对3种农作物茎生长的影响来看，其均对草莓的茎生长有较大的抑制作用，对生菜的抑制作用最弱，对油麦菜的抑制作用次之。麻风树林下最不适宜种植草莓。

麻风树叶、外果壳和内果壳的浸渍液对生菜、油麦菜和草莓的化感作用不尽相同，通过对化感效应敏感综合指数进行比较发现，其总化感作用强度为草莓(0.19)>油麦菜(0.16)>生菜(0.05)，其中麻风树各部位化感作用的强度为外果壳>内果壳>叶。本研究选取种子的发芽率、萌发速率，幼苗生长的茎高、发芽率及萌发速率的值和幼苗茎高的值这6个指标进行测定，运用蒸馏水作浸提剂对麻风树内外果壳及叶进行提取，极大程度上模拟了自然环境中麻风树化感物质随雨水淋溶至土壤的化感生态环境，可以直观地反映麻风树各部位浸提液对3种农作物的化感影响。现已有研究证明麻风树对大豆根细胞、紫茎泽兰和蚕豆根细胞有化感作用。其中，已被证实麻风树中含有酚类、萜类、醇类和皂苷类化感物质，猜测是由于这些物质随雨水淋溶于土壤中而抑制了麻风树林下其他植物的正常生长，但具体是其中哪种物质起主要抑制作用仍需要进行深入研究。植物化感作用释放的物质可以抑制或促进其他植物的生长，而麻风树的化感作用却严重影响了其林下农业的发展，甚至连杂草都难以生长，严重制约了经济效益，浪费了大片的麻风树林下资源。研究麻风树各部位水浸渍液的化感作用主要是为了模拟麻风树的自然化感环境，指导麻风树的林下套作。本研究证明，生菜适合作为麻风树的套种作物，在麻风树林下种植生菜可以很好地利用其林下资源，提高经济收入，促进农业发展。关于麻风树的化感作用，以及麻风树下寸草不生的现象，可考虑研究其除草活性，分析其中含有的有效物质，研制植物源除草剂，也可将其化感作用与藿香蓟、葡萄、紫茎泽兰及唐古特白刺种子等进行比对测试，对恶性杂草及入侵杂草进行除草活性的探究，这些都将会在后续的研究中体现。