园林树木落叶水浸提液对小麦种子萌发和幼苗生长的影响

郑 曦，胡婷婷

（江苏师范大学生命科学学院，江苏徐州 221116）

植物通过叶面淋滤、根系渗出、物质分解及气体挥发等途径，将化感物质引入环境并对其他生物的生长发育产生影响，是植物干扰的重要机制[1]，众多研究发现植物可通过化感物质的释放来抑制或刺激其他植物的生长[2-9]。大麻提取物降低了单子叶植物的发芽率[6]，豌豆籽粉可控制小麦田中杂草的生长[7]，钻形紫菀可抑制小麦与白菜的萌发和生长[8]，而海扁柏叶的水提物则具有生物除草剂的潜力[9]。植物碎屑是农业生物群落中化感物质的主要来源[10-11]。

徐州位于江苏省北部，近些年来引进了不少落叶的绿化树种，在徐州地区广泛种植，每年秋季都产生大量落叶，落叶焚烧不仅浪费了资源，还带来大气污染，如何将落叶转废为宝就成为一个新的研究方向。秸秆还田已步入现实，已有研究表明落叶还田也具有很好的经济效益与生态效益，田楠等[12]研究发现合适质量浓度的苹果枯落叶浸提液可促进玉米种子的萌发和幼苗生长，张伟等[13]发现实浓度较低的葶葱凋落叶片浸提液可促进油白菜和白菜种子的萌发。

近些年来，重阳木与栾树因生长迅速、树形优美等特点，在徐州地区广泛引进种植，作为本地原有树种的柳树与梧桐种植亦较为广泛，秋季均产生大量的落叶，落叶的合理利用就成为一个问题。尽管有研究表明落叶还田具有良好的经济效益[12-13]，但这4种植物的落叶能否还田却还未有相关介绍。因此，研究选择这4种植物为研究对象，以徐州地区广泛种植的5个品种的小麦（农麦1号、烟农19、济麦22、黑马1号、山东22）为受体，通过发芽率、根长、芽长、叶绿素含量及POD酶活性等数据的测定，了解其对不同品种的小麦种子萌发和幼苗生长的影响，为落叶的合理利用及其在农业生态系统中的资源合理配置提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料

2018年秋季，在江苏师范大学泉山校区收集梧桐、柳树、栾树和重阳木的落叶，自然风干后贮于阴凉干燥处。试验时，粉碎称重后加入蒸馏水，使其质量浓度均为200 g/L。放置4 d，其间每天摇动3次，过滤得到落叶水浸提液，高温灭菌后以此为母液配制4个处理组，其质量浓度分别为：25、50、100和200 g/L。

受试植物：小麦（农麦1号、烟农19、济麦22、黑马1号、山东22）均购自徐州市种子公司。种子用0.5%氯化汞消毒10 min，蒸馏水冲净后自然晾干备用。

1.2 试验方法

1.2.1 落叶水浸提液对小麦种子萌发和幼苗生长影响的生物测定

用培养皿滤纸法[14]进行植物落叶水浸提液处理试验。培养皿内放入20粒大小一致、饱满的小麦种子，加入20 mL不同质量浓度的处理液，以蒸馏水为对照，每组重复3次，置于光照培养箱内，24 h后纪录发芽率，每天定时观察，直至对照组种子的发芽率不再变化为止；种子发芽生长6 d后，随机抽取各处理20株（不足20株的全部测定)幼苗，测量其根长和芽长。

1.2.2 浸提液对小麦幼苗叶绿素含量和过氧化物酶活性影响的生物测定

采用盆栽法。挑选30粒已露白的小麦种子播于直径为 20 cm 的塑料盆内，于播种后第 0、3、6、9、12天浇灌30 mL不同浓度的落叶水浸提液，以蒸馏水浇灌为对照，每组重复3次，于第15天测定小麦叶片叶绿素含量与过氧化物酶活性[15]。

1.3 数据处理

采用SPSS 17.0统计分析软件进行不同处理间种子萌发和幼苗生长特性差异的显著性分析，用Excel作图，并用 Duncan's法（P=0.05）对各测定数据进行多重比较。为了综合比较供体植物的化感效应，采用Williamson[16]、鲍根生等[17]的相加平均法进行综合分析。

2 结果与分析

2.1 落叶对小麦种子萌发的影响

由图1可知，较高质量浓度（≥50 g/L）的柳树叶水浸提液均显著抑制了5个品种小麦种子的萌发，当质量浓度为200 g/L时，烟农19与黑马1号小麦品种已无种子萌发；较高质量浓度（＞50 g/L）的重阳木叶水浸提液均显著抑制了5个品种小麦种子的萌发，当质量浓度为200 g/L时，所有5个品种的小麦种子均无萌发现象；梧桐叶水浸提液的质量浓度≤50 g/L，对农麦1号、济麦22和山东22小麦品种种子的萌发基本无影响，随着梧桐叶水浸提液的质量浓度的增加，抑制作用增强，种子萌发率随着降低，梧桐叶水浸提液处理浓度与烟农19和黑马1号小麦种子的萌发率呈显著负相关，相关系数R2分别为0.832和0.722 7；栾树水浸提液对不同品种小麦的种子萌发影响各不相同，当栾树叶水浸提液的质量浓度≥50 g/L，明显抑制农麦1号和山东22品种小麦种子的萌发，当栾树叶水浸提液的质量浓度≥100 g/L，明显抑制济麦22和黑马1号品种小麦种子的萌发，烟农19小麦种子的萌发率与栾树叶水浸提液处理浓度呈显著负相关，相关系数R2为0.961 2。

图1 不同浓度落叶水浸提液对小麦种子的发芽率的影响Figure 1 The effects of different concentrations of leaves water extract on the seed germination of wheat cultivars

2.2 落叶对小麦幼苗芽长的影响

由图2可知，柳树叶水浸提液对黑马1号小麦幼苗的生长具有显著的抑制作用，柳树叶水浸提液质量浓度与黑马1号小麦芽长呈显著负相关，相关系数R2为0.889 6，柳树叶水浸提液处理对其余4种小麦品种幼苗的生长具有“低促高抑”的作用，当质量浓度≥50 g/L时，均显著抑制芽的生长，当处理液的质量浓度达到200 g/L时，烟农19和黑马1号已无芽长出；重阳木叶水浸提液处理对黑马1号和山东22小麦幼苗的生长具有显著的抑制作用，相关系数R2分别为0.926和0.931 8，对其余3种小麦品种幼苗的生长具有“低促高抑”的作用，当质量浓度≥50 g/L时，均显著抑制芽的生长，当重阳木叶水浸提液的质量浓度为200 g/L，5个小麦品种均未长出幼芽；梧桐与栾树叶水浸提液对5种小麦幼苗的生长均有抑制作用，呈显著负相关，相关系数R2分别为（农麦 1号）0.732 8与 0.983 7，（烟农 19）0.813与0.965 7，（济麦 22）0.730 9与 0.871 3，（黑马 1 号）0.755 4与0.834 1和（山东22）0.859 5与0.811 6。

图2 不同浓度落叶水浸提液对小麦种子的芽长的影响Figure 2 The effects of different concentrations of leaves water extract on the seedling length of wheat cultivars

2.3 落叶对小麦幼苗根长的影响

由图3可知，柳树叶水浸提液处理对农麦1号小麦根的生长具有抑制作用，负相关系数R2为0.994 6，柳树叶水浸提液处理对烟农19、济麦22和黑马1号种小麦根的生长具有“低促高抑”的作用，当质量浓度≥50 g/L时，均显著抑制这3种小麦根的生长，只有当质量浓度为200 g/L时，才会显著抑制山东22小麦根的生长；梧桐叶水浸提液处理对农麦1号、烟农19和黑马1号小麦根的生长具有抑制作用，负相关系数R2分别为0.889、0.922和0.892 1，只有当梧桐叶水浸提液的质量浓度分别≥100 g/L和200 g/L，其对济麦22和山东22小麦根的生长才会产生明显的抑制作用；重阳木与栾树叶水浸提液对5种小麦根的生长均有抑制作用，呈显著负相关，相关系数R2分别为（农麦1号）0.889与0.988 5，（烟农19）0.922 与 0.761 2，（济麦 22）0.873 5与0.908 5，（黑马 1号）0.892 1与 0.915和（山东 22）0.914 1 与0.964 4。

图3 不同浓度落叶水浸提液对小麦种子的根长的影响Figure 3 The effects of different concentrations of leaves water extract on the root length of wheat cultivars

2.4 落叶对小麦幼叶叶绿素含量的影响

由图4可知，柳树叶水浸提液处理对农麦1号和山东22小麦幼叶中叶绿素的合成具有抑制作用，负相关系数R2为0.933 3和0.964 3，低质量浓度（≤25g/L）的柳树叶水浸提液处理对烟农19和济麦22小麦叶片中叶绿素的合成无影响，当质量浓度≥100 g/L时，才会显著抑制黑马1号叶片中叶绿素的合成；随着重阳木叶水浸提液处理浓度的升高，烟农19、济麦22和山东22小麦叶片中叶绿素的含量随之降低，负相关系数R2分别为0.871、0.932 2和0.972，当重阳木叶水浸提液处理的质量浓度≥100 g/L时，农麦1号和黑马1号小麦叶片中叶绿素的合成才会受阻；梧桐叶叶水浸提液处理组相比对照，显著降低了农麦1号、济麦22和黑马1号小麦叶片中叶绿素的合成，较低质量浓度（≤50 g/L）的梧桐叶叶水浸提液处理对烟农19和山东22小麦叶片中叶绿素的合成无影响；栾树叶叶水浸提液处理显著降低了农麦1号和黑马1号小麦叶片中叶绿素的含量，负相关系数R2为0.794 4和0.778 7，较低质量浓度（≤50 g/L）的栾树叶叶水浸提液处理对烟农19、济麦22和山东22小麦叶片中叶绿素的合成无影响。

图4 不同浓度落叶水浸提液对小麦幼苗叶绿素含量的影响Figure 4 The effects of different concentrations of leaves water extract on the Chlorophyll content of wheat cultivars

2.5 落叶对小麦幼苗POD酶活性的影响

由图5可知，植物生长会产生活性氧与清除活性氧的防御系统，两者之间存在动态平衡，但当植物受到胁迫时，活性氧清除系统的功能会降低，致使细胞内膜脂过氧化反应，影响植物的正常生长，POD酶既是防御系统组成之一。总体看来，随着落叶水浸提液处理浓度的增加，小麦幼苗POD的酶活性也随之降低，仅较低质量浓度（≤25 g/L）的柳树对农麦1号、烟农19和济麦22，较低质量浓度（≤25 g/L）梧桐对农麦1号、烟农19和山东22小麦幼苗POD酶活性无影响。

图5 不同浓度落叶水浸提液对小麦幼苗POD酶活性的影响Figure 5 The effects of different concentrations of leaves water extract on the POD activity of wheat cultivars

2.6 落叶对小麦化感作用的敏感性比较

由表1可以看出，5种小麦种子萌发阶段和幼苗生长阶段对不同植物落叶水浸液化感作用的平均敏感指数各不相同，但均为负数，说明4种树木落叶水浸液对5种受试小麦从种子萌发到幼苗生长期总体表现为抑制作用。在种子萌发期，5种小麦对柳树落叶化感作用最敏感，敏感程度从强到弱依次为柳树＞重阳木＞栾树＞梧桐；在幼苗生长期，5种小麦对重阳木化感作用最敏感，敏感程度从强到弱依次为重阳木＞栾树＞柳树＞梧桐。同一树木落叶对不同小麦品种的化感作用也各不相同，种子萌发期，黑马1号对柳树、济麦22对重阳木、烟农19对梧桐和栾树最敏感；而在幼苗生长期，黑马1号对柳树和梧桐、山东22对重阳木、农麦1号对栾树最敏感。

表1 不同落叶水浸提液对小麦萌发和生长的化感综合效应Table 1 Synthesize effect of aqueous extracts of 4 tree species on germination and growth of wheat cultivars

3 讨论与结论

4种树木落叶水浸液对5种受试小麦从种子萌发到幼苗生长期总体表现为抑制作用，但具体到不同的落叶水浸提液的种类和浓度，各品种小麦所受到的影响各不相同。

研究发现较高质量浓度（≥50 g/L）的柳树叶水浸提液均显著抑制了5个品种小麦种子的萌发，低质量浓度（≤25 g/L）重阳木叶水浸提液均促进5个品种小麦种子的萌发，当梧桐叶水浸提液处理的质量浓度≤50 g/L，对农麦1号，济麦22和山东22小麦种子的萌发基本无影响，而较低质量浓度（＜50 g/L）栾树叶水浸提液处理对农麦1号、济麦22、黑马1号和山东22小麦种子的萌发有一定的促进作用。4种植物落叶水浸提液对5种小麦种子的萌发呈现出“低促高抑”的作用。已有研究表明较高质量浓度的化感物质会妨碍种子萌发过程的生理生化反应，抑制植物种子萌发过程中所需的酶的活性[18]，从而影响种子的萌发，本研究结果与此基本一致。

芦站根等[19]发现植物叶水浸液中的酚类中的黄酮类化合物会抑制根系生长，而栾树与重阳木富含黄酮类化合物[20-21]。本研究发现重阳木和栾树落叶的水浸提液显著抑制了5种小麦根的生长，使得小麦根系生长缓慢，吸收营养物质能力降低，同时其幼苗内过氧化物酶活性降低，活性氧清除速度减慢，引起细胞内膜脂过氧化反应，使得细胞膜透性增大，植物的生长受到抑制，对5种小麦幼苗的生长不利，与朱强等[20-22]的研究结果一致。而低质量浓度（≤25 g/L）的柳树叶水浸提液处理促进了烟农19和济麦22小麦种子的萌发与根和芽的生长，对烟农19和济麦22小麦叶片中叶绿素的合成与POD酶活性无影响，对这两种小麦种子的萌发和幼苗的生长均有利；梧桐叶水浸提液的质量浓度≤50 g/L时，不影响农麦1号、济麦22和山东22小麦种子的萌发，对烟农19和山东22小麦叶片中叶绿素的合成与POD酶活性无影响，却明显促进济麦22和山东22小麦根的生长，综合看来对山东22小麦的进一步生长有利。之所以出现这种现象，概是因为不同种类和质量浓度的落叶水浸提液对同一受体植物的化感作用效果不同，不同受体植物对相同化感物质的敏感性也有很大差别所致，张伟等[13]、郑景瑶等[23]也有相似的结论。

作为徐州引进树种的重阳木和栾树，其落叶水浸提液不利于本研究使用的5种小麦种子的萌发和幼苗生长，其落叶不可还田；低质量浓度（≤25 g/L）的柳树叶水浸提液处理对烟农19和济麦22小麦种子的萌发和幼苗的生长有一定的促进作用；较低质量浓度（≤50 g/L）的梧桐叶叶水浸提液处理对山东22小麦的进一步生长有利。本试验采用的是室内试验，在自然状态下化感作用还受到植物密度、土壤、气候和微生物等众多因素的影响，化感作用效果会有所不同，可在进一步进行田间试验的基础上综合考虑，选择合适的落叶量还田，促进落叶的循环利用。