唐凤鸾, 陈月圆, 赵 健, 李典鹏, 仇 硕

(广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所， 广西 桂林 541006)

桉树是桃金娘科(Myrtaceae)桉树属(Eucalyptus)植物的总称，原产于澳大利亚。桉树因具有生长速度快、耐旱耐贫瘠能力强、用途广泛等特点而被世界各国广泛引种，目前全球桉树引种面积超过1 400万hm2，而我国人工桉树林面积则达155万hm2，居世界第3位[1-2]。然而，桉树作为一个外来速生树种，随着种植面积的不断扩大，在获得良好经济效益的同时也带来了一系列生态问题，如导致生物多样性下降[3]、引起地力衰退[4-5]以及强烈的化感作用[6-15]等。化感作用作为人工桉树林的三大生态问题之一，国内外已有大量文献从根系分泌物[7-9]、叶片代谢产物[10-12]、植物残体分解[13-15]等进行了深入研究，但结果存在较大差异。如有些研究结果支持桉树对其他生物具有较强的化感作用，但也有不少结果认为桉树的化感作用并不明显，且在低浓度时还能促进一些农作物及林下物种的种子萌发和幼苗生长[16-17]。究其根源，认为桉树年龄、化感物质的释放方式是造成结果差异的主要原因，因为随着林龄的增加森林群落内外环境因素不断变化，加上不同时期树体生长发育特点所导致的生理、生化变化，从而影响树体自身的代谢产物，此外不同的释放方式则直接影响环境中化感物质成分和含量。对于不同树龄桉树的化感效应，现有研究从根系浸提液、根际土壤浸提液、土壤微生物及林下物种多样性等方面进行了探索。谢君[18]认为，随着树龄的增加尾巨桉根系浸提液对黑麦草种子萌发及幼苗生长的抑制作用逐渐减弱，根际土壤浸提液对黑麦草、黄豆、四季豆的苗高及根长的抑制作用也随树龄的增加依次减弱。在对树龄1～10 a巨桉根系及根际土壤化感效应研究中也发现，轮伐期前(树龄4 a)化感物质含量高化感作用强烈，超出轮伐期(树龄5～10 a)化感作用减弱，并且随着树龄的增加，促进作用逐渐显现，而树龄10 a巨桉根际土壤对受体植物种子萌发和幼苗生长表现出明显的促进作用[19]。与土壤化感效应变化相应，巨桉人工林中林下物种和土壤微生物的数量及多样性也随树龄的增加呈先(树龄1～4 a)降低后(树龄5～10 a)增加的趋势[20-21]。不同树龄的桉树化感效应差异明显，而叶片是桉树生长过程中生物量最大的器官，也是化感物质合成及释放的主要场所，因此对不同树龄的桉树叶片化感效应进行研究非常必要，而现有文献并未检索到相关研究。为此，笔者等选取广西区桉树主栽品种之一的巨尾桉(E·grandis×E·urophylla)为研究对象，以种植区内的主要农作物玉米为测试植物，对树龄1～8 a的巨尾桉新鲜叶片挥发物和水提物的化感效应进行研究，初步了解不同树龄的巨尾桉叶片代谢产物的化感效应，旨在为桉树林区粮食或经济作物的种植提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1巨尾桉叶样 以广西区桉树主栽品种巨尾桉( E·grandis×E·urophylla)为研究对象，于2018年4-6月，从广西国有黄冕林场随机选择树龄为1 a、2 a、4 a和8 a的林地，分别从东、南、西、北4个坡向选取长势均匀、生长良好、无病虫害的巨尾桉树各10棵，其中每个坡向上部和下部各为3棵，中部为4棵。将所选树树冠分为上、中、下3层，分别从东、南、西、北4个方向采集每层的4个枝条，混合后带回实验室，摘取每条枝条的第5～15片成熟功能叶(从项端开始数)，擦洗干净后备用。

1.1.2 叶片水提物 分别将树龄为1 a、2 a、4 a和8 a的桉树新鲜叶片各200 g与蒸馏水按1∶5的比例混合，装入玻璃瓶中并密封，在28℃的恒温揺床上浸泡24 h，揺床转速为50 r/min，最后过滤得到桉树叶片水浸出液，贮藏于0～4℃的冰箱中备用。

1.1.3玉米种子 受试玉米种子由广西桂林市种子公司提供，是桉树种植区主要的玉米栽培品种正大619。选取大小、形状、色泽基本一致的饱满无病虫种子，用自来水清洗干净，在50℃左右的温水中浸泡1 h并不断搅拌，然后用1 mg/mL的农用链霉素浸泡3～4 min，无菌滤纸吸干种子表面水分后，于室内通风处凉干备用。

1.2试验方法

1.2.1试验设计 采用生物测试法对桉树叶片的挥发物和水提物进行化感效应检测，即分别以树龄为1 a、2 a、4 a和8 a桉树叶片的挥发物和水提物对玉米种子进行发芽及生长处理。

1.2.2 桉树叶片挥发物化感效应的生物测试选取直径为60 mm、高90 mm的白色透明玻璃瓶，清洗干净后在底部垫5层滤纸，并用无菌去离子水充分湿润。将预处理好的玉米种子均匀放置于玻璃瓶，每瓶5粒，每处理12瓶，重复6次。在瓶口上覆盖1层用无菌水湿润过的纱布，以保持湿度。分别将处理好的新鲜桉树叶片装于直径为20 cm、高为40 cm的无色透明广口玻璃瓶中，根据方碧真等[22]的研究及预备试验结果，叶片用量设定为200 g，并用多层铁丝支架使叶片尽量蓬松透气。在距桉树叶片顶部5 cm处用铁丝网搭建一个平台，将置有玉米种子的玻璃瓶置于平台上，每个广口瓶放4个置有玉米种子的玻璃瓶，并及时密封广口瓶，以避免挥发气体散失。最后将处理好的广口瓶置于28℃左右的培养室进行避光培养。待大部分种子萌芽后再在光照时间12 h/d、光照强度100 μmol/(m2·s)的日光灯下培养，每3 d更换1次新鲜桉树叶片，同时设不加叶片的广口瓶为对照。

1.2.3 桉树叶片水提物化感效应的生物测试在直径为60 mm、高90 mm的白色透明玻璃瓶底部垫5层滤纸，将预处理好的玉米种子均匀放于滤纸上，每瓶5粒，每处理12瓶，重复6次。试验开始时分别向放置种子的玻璃瓶中加入10 mL无菌水(对照)或桉树叶片水提物，培养3 d后每隔1 d向瓶中添加2 mL无菌水和水提物，以保证滤纸湿润。将置有玉米种子的玻璃瓶放入直径为20 cm、高为40 cm的无色透明广口玻璃瓶中，在28℃左右的培养室进行培养，光照条件及处理同叶片挥发物化感效应的生物测试。

1.2.4 观测记录试验开始后，隔24 h统计每个玻璃瓶中的种子萌发状况，以胚根长2 mm为萌发标准进行统计，培养至连续3 d无种子萌发后终止培养。试验结束时，每个重复随机选取10株幼苗，测量苗高和根长，并统计胚根数和从胚根上长出的侧根数。

1.3数据处理

采用种子萌发率(germination Rate，GR)和萌发指数( germination index，GI)对玉米种子萌发特征进行描述[23]。GR=萌发种子数/试验用种子总数× 100%；GI=∑Gt/Dt。式中:Gt为第t天的发芽种子数，Dt为相应的萌发天数。

数据采用 Microsoft Excel 2003和 SPSS 13.0软件进行统计分析。用单因素方差(One-way ANOVA)对不同处理间玉米种子萌发率、萌发指数、根条数、根长和苗高进行差异性分析。

2结果与分析

2.1不同树龄巨尾桉叶片挥发物、水提物对玉米种子萌发的影响

由表1看出，不同树龄巨尾桉叶片的挥发物和水提物对玉米种子萌发的化感效应差异较大，抑制效果随树龄的增加呈减弱趋势。树龄1 a的巨尾桉叶片挥发物严重抑制玉米种子萌发，其玉米萌发率和萌发指数分别为10.65%和4.03，与对照相比分别下降62.85百分点和74.7%，差异达极显著水平。随着树龄增加抑制作用依次减弱，树龄4 a的其抑制作用已不显著，树龄8 a的桉树叶片处理后的玉米种子萌发率和萌发指数分别为70.83%和14.09，与对照接近。与叶片挥发物相比，叶片水提物对玉米种子萌发的抑制作用更强烈，其中，树龄1 a的叶片水提物完全抑制玉米种子萌发；树龄8 a的按树叶片水提物处理的种子萌发率、萌发指数比对照分别下降27.07百分点和37.4%，差异极显著。

巨尾桉叶片对玉米种子萌发的影响存在显著的树龄效应，随着树龄的增加其抑制作用减弱，成林后的桉树其化感作用大幅降低，并且自然条件下叶片挥发物的化感效应比实验室水提液弱。因此，在分析桉树化感作用时要充分考虑树龄及化感物质释放方式。

表1不同树龄巨尾桉叶片挥发物、水提物处理玉米种子的萌发率与萌发指数

注：同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

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

2.2不同树龄巨尾桉叶片挥发物、水提物对玉米幼苗生长的影响

由表2看出，不同树龄巨尾桉叶片挥发物和水提物对玉米幼苗生长的化感作用不同。树龄1 a和4 a的巨尾桉叶片挥发物和水提物抑制作用强于树龄2 a和8 a的巨尾桉。虽然玉米种子在树龄1 a的巨尾桉叶片挥发物、树龄4 a的巨尾桉叶片水提物处理后还有部分种子萌发，但萌发的胚根突破种皮后不久就变黄并死亡；树龄4 a的巨尾桉叶片挥发物处理的玉米种子幼苗根系及芽生长缓慢，抑制作用显著；而树龄2 a和8 a的巨尾桉叶片挥发物、水提物对玉米幼苗生长的抑制作用明显较弱，且树龄2 a和8 a的巨尾桉叶片的作用效果差异不明显。

化感物质释放方式也能明显影响巨尾桉叶片对玉米幼苗生长的化感作用，相同树龄巨尾桉叶片水提物的化感作用强于叶片挥发物。除树龄1 a的叶片挥发物、水提物处理的玉米种子未萌发或萌发后幼芽死亡外，树龄2 a、4 a、8 a之间叶片水提物对玉米幼苗胚根数量、根长、芽高的抑制程度差异达均显著水平。树龄2 a和8 a的巨尾桉叶片挥发物对胚根数量、苗高的抑制作用不明显，甚至有轻微促进作用，并对根长生长的抑制作用明显轻于叶片水提物。

巨尾桉叶片挥发物和水提物对玉米幼苗生长的化感效应还因受体器官的不同存在较大差异，其中表现最敏感的是侧根分化，树龄2 a和4 a的巨尾桉叶片挥发物、水提物及树龄8 a的叶片水提物均能完全抑制侧根发生。其次影响较大的是胚根长度，不同树龄巨尾桉叶片挥发物和水提物均能显著抑制胚根伸长。对胚根数量、苗高的影响则因树龄和化感物质释放方式而异，其中树龄2 a和8 a的巨尾按叶片挥发物处理的胚根数、苗高与对照相比差异不明显；而树龄2 a和8 a的巨尾桉叶片水提物和树龄4 a的叶片挥发物、水提物显著或极显著抑制玉米幼苗胚根数量和苗生长。

表2不同树龄巨尾桉叶片挥发物、水提物处理玉米幼苗的生长指标

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

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

3结论与讨论

研究表明，树龄显著影响巨尾桉叶片的化感作用。树龄1 a的巨尾桉的叶片挥发物和水提物严重抑制玉米种子萌发，其萌发率分别为10.65%和0，随着树龄的增加抑制作用减弱，当树龄达8 a时，叶片挥发物的化感作用已不明显。这可能是因为幼年桉树生长迅速，需要大量的养分、水分及充足的光照等，为获取足够的资源用于生长，桉树会释放化感物质抑制其他植物的生长。但这与不同树龄尾巨桉根浸提液对黑麦草种子萌发的抑制作用随树龄增加而增强的结果差异较大[18]，究其原因可能是与根系分泌物和叶片释放物的化学成分、含量差异有关，因为叶片主要释放的化合物为萜类化合物、香豆素类化合物等[24-26]，而根系分泌物主要为香草醛、肉桂酸、阿魏酸、对羟基苯甲酸等化合物[27-28]；另外，不同测试物种对同一化合物的敏感性也存在差异。不同树龄巨尾桉叶片也明显抑制玉米幼苗的生长，但与对种子萌发的影响不同，树龄1 a和4 a的巨尾桉叶片几乎完全抑制玉米幼苗根系和芽的生长，树龄2 a和8 a的巨尾桉叶片对胚根长度、侧根分化抑制明显，对胚根数量、苗高的抑制作用相对较弱。这一结果与尾巨桉根浸提液对黑麦草幼苗生长的抑制作用随树龄的增加而增强，及尾巨桉根际土壤水浸液对黄豆、四季豆幼苗生长的抑制作用随树龄的增加而减弱的结果不一致[18]。由此可见，桉树对不同植物的化感效应与桉树生长年龄、受试物种及其不同生长发育阶段和组织器官密切相关。因此，在造林及林区农林经济发展时要根据不同林龄选择适当收获期的物种进行套种。

巨尾桉叶片挥发物及水提物对玉米种子萌发及幼苗生长均存在一定的化感效应，且水提物的化感作用明显强于挥发物。其结果与桉树叶片挥发物和水提物均能限制、影响林下植被繁殖体的建立和作物及草本植物初期的生长相似[29]，但与刚果12号桉叶片挥发物对绿豆、大豆、柱花草与大翼豆的种子萌发有强烈的抑制作用，而水提物则不一定有抑制作用[30]，及柠檬桉、细叶桉、尾叶桉鲜叶自然挥发物的化感作用比水浸液强烈等结论存在较大差异[22]。这可能是研究的受试物种、不同品种桉树的化感物质的种类、含量不同而导致的结果，具体原因还有待进一步研究。

因巨尾桉叶片的化感作用强弱与树龄、化感物质释放方式关系密切，树龄1～4 a的桉树生长迅速，为了获取生长所需的营养、水分及光照等，桉树会释放化感物质抑制其他植物的生长；4 a后桉树已成林，具有强大的根系并在生态系统中占居了有利冠层，在获取光、水、肥等资源时优势明显，从而化感物质会随之发生变化，表现为化感作用随树龄增长逐渐减弱，到一定时期还表现为促进作用。因此，在经营桉树林时要合理延长砍伐年限，或与其他植物进行轮植，以使环境中积累的化感物质得到充分降解或扩散，从而减少或消除因化感物质带来的负面影响。