化感作用與農業

摘 要 簡要介紹了新興學科化感作用的概念、化感作用研究的內容、化感作用與農業生態的關系以及我國當前在農業領域化感作用的的研究現狀。

關鍵詞 化感作用 農業生態

中圖分類號 Q143+.1 文獻標識碼 A

化感作用是指自然界中植物（包括微生物）通過化學物質為媒介的化學相互作用關系。有的文獻中也把化感叫做他感、自毒、相生相克、異株克生、生化異株等，現在人們普遍接受化感作用這一叫法。

化感作用研究興起于20世紀70年代，20世紀90年代中期以來得到迅速發展。近年來，植物化感作用研究已成為國際上植物學、生態學、農學、土壤學、園藝學等領域的研究熱點。我國植物化感作用研究起步較晚，在20世紀90年代以前國內刊物中化感作用專題研究文章稀少，2000年以后關于化感作用研究的報道逐年增加。目前化感作用研究主要在生態學、農學、林學等領域發展較快，每年都有一定量的論文發表。

1 化感作用概念的發展

化感作用的現象早已被人們所認識，例如人們在農業生產中發現，輪作比連作（重迎茬）有利；某些作物以某些其他作物為前茬生長不好等，這些都是化感作用的表現。公元前5世紀就有人提出了植物之間存在著化學物質的相互反應的論點。

毛利士最先提出了化感這一名詞，即指植物間有益和有害的相互作用。此后的一段時間很少有人涉及這一領域。后來賴斯把化感描述為“一種植物，包括微生物，通過產生化學物質并排放至環境中而對另一種植物或微生物產生直接或間接的有害效應”。賴斯的定義進步的地方是提到了微生物，但忽略了相互間有促進作用這一事實。后來賴斯又否定了自己的觀點，認可了毛利士提出的原始定義。

進入20世紀90年代，化感研究逐漸活躍，有許多研究者對化感作出過釋義和描述，如有人給出的定義為“一個活體植物（供體植物）通過地上部分莖葉揮發、淋溶和根系分泌等途徑向環境中釋放一些化學物質，從而影響周圍植物（受體植物）的生長發育”；還有人把它定義為“一種植物通過向環境中釋放某些化學物質，在周圍形成一個微環境區域，從而抑制或促進該區域內其他植物生長的現象”。這些定義似乎都比較狹義，沒有把化感作用研究的內容都包括在內。化感作用研究的內容不僅限于活體植物，還包括微生物、殘體分解物等多個研究對象。

目前，人們普遍接受的化感作用的概念為：自然界中植物（包括微生物）通過自身的根系分泌、雨霧淋溶、殘體分解等途徑向環境中釋放化學物質，從而抑制（或促進）周圍其他植物（或微生物）的生長發育。

實際上，化感定義隨著研究內容的深入和擴大不斷得到補充和完善，如最初定義的范圍僅涉及到植物，后來又把微生物包括在內。將來化感作用的定義也可能把動物包括在內，現在已有關于化感物質對昆蟲引誘的報道。

2 化感作用研究的內容

化感作用研究的內容也是隨著研究的不斷深入而不斷擴大，當前主要在以下幾個方面展開研究。

2.1 化感物質的生物學效應

化感物質對植物體的生長發育有哪些影響、哪些化感物質對哪些植物有影響以及化感物質的互作效應等，均是當前植物化感作用研究的重要內容之一。

2.2 化感物質的分離與鑒定

現在知道化感物質的種類是十分繁多的，目前已經鑒定出了酚酸等有機酸類、醛類、酮類以及生物堿等均有化感作用。每次對不同植物，甚至同種植物的鑒定都有可能發現新的化感物質。因此，化感物質的分離與鑒定是化感作用研究的活躍領域。

2.3 化感作用機理的研究

化感物質通過哪些生理生化過程來影響植物的生長發育，只有弄清化感作用的機理，才能從本質上揭示化感作用。目前已經初步認識到化感物質影響細胞質膜自由基的產生、滲透壓的變化及生理代謝過程等多項生理活動，但是化感作用機理的研究遠遠不夠深透。

2.4 化感作用材料的篩選

人們在化感作用研究中發現，不同植物之間，甚至同種植物不同品種之間化感作用的強弱是有差異的，那就意味著不同植物或不同品種之間產生化感物質的能力是有區別的。通過篩選鑒定，科學家已發現了許多化感作用強的材料。

2.5 化感作用試驗方法的研究

化感作用的研究作為一門新興學科，各種研究方法都在探索之中，沒有統一的標準，以至于不同化感作用研究結果之間難以比較。因此，許多試驗測試手段和方法都在進一步規范、完善。

2.6 外界因素對化感作用的影響

研究發現，外界因素對化感作用是有影響的，如化學試劑能誘導促進某些作物的感物質的生成；栽培因素能影響化感作用的大小。還有哪些外部因素對化感作用有影響，也是化感作用研究的內容之一。

3 化感作用研究學術組織及其活動情況

在1994年以前，國內外均無化感作用研究的專業組織。國際植物化感作用學會（InternationalAllelopathy Society，IAS）于1994年成立，標志著化感作用研究作為一門獨立學科的誕生。IAS決定每三年召開一次世界植物化感作用大會。到目前為止，分別在西班牙（1996）、加拿大（1999）、日本（2002）和澳大利亞（2005）各舉辦一次，第五次國際植物化感作用大會定于2008年在美國舉行。每屆世界化感作用大會上我國都派人參加，并提供一定數量的論文。

國內植物化感作用研究組織較國際植物化感作用學會晚成立10年。我國于2004年5月，在沈陽召開了首屆中國植物化感作用學術研討會暨中國植物保護學會植物化感作用專業委員會籌備會，參加會議的有來自17個省、市、區科研單位和高等院校的近百名代表，收到論文63篇。會后中國植物保護學會植物化感作用專業委員會成立，掛靠中國科學院沈陽應用生態研究所。

4 化感作用與農業的關系

化感作用研究與農業有著密切的聯系，研究化感作用可以解決農業上許多難解的問題。從目前化感作用研究的的情況來看，至少可以幫助農業解決下列問題。

4.1 解決作物連作（重迎茬）危害問題

農業上長期以來存在著作物連作導致產量、品質下降的問題。在一些地區連作又難以避免，尤其在我國人口多、土地資源有限，單靠傳統的休閑、輪作等耕作方式解決連作問題十分困難。實踐證明，用增施肥料和施藥劑來解決作物連作危害收效甚微。化感作用的研究初步表明，與連作危害有關的因素，如有害微生物的數量、有害物質的積累、有害微生物的生長等都與土壤中化感物質的存在和變化有關，這就為解決連作危害問題帶來了曙光。

4.2 利用化感作用服務于生產

自有農業以來，人們就逐漸認識到了一些化感作用的現象，如洋蔥和胡蘿卜在一起種植，比單種或與其他作物一起種植生長的好；相反小麥和大麻、蕎麥和向日葵在一起種植，則相互制約。生產上物種間化感作用的現象普遍存在，只是一些被人們認識到了，一些還沒被認識。充分認識和利用好化感作用，對促進農業生產十分有利。

4.3 解決農業無公害生產和可持續發展問題

農業無公害生產是農業上大力提倡和亟待解決的問題。在當前農業生產條件下，要獲得高產和外觀品質好的農產品，基本上是依賴增施肥料和使用農藥，否則肥力不足、病蟲害嚴重；要減輕勞動強度，加大了除草劑的使用量和使用范圍。這就造成了農田污染和農產品藥物殘留。化感作用的初步研究表明，某些植物或品種具有抗病蟲害和雜草的能力，某些植物能釋放引誘昆蟲的化感物質等。若能充分利用自然界中生物間的這些關系，就能大大減少農藥的使用量，生產出符合人類需要的無公害產品。

可持續農業是人類普遍關心的問題，各國政府也高度重視。在我國這樣一個人口眾多、耕地資源不斷減少的國家，可持續農業就顯得尤為重要。人類活動對農業的污染和掠奪式生產，使農田中各生態因素遭到破壞，生態平衡被打破，帶來的嚴重后果是病蟲害加重和生產的不穩定。農業能否可持續發展，關鍵是農業生態系統能否保持相對穩定的平衡。農業上化感作用研究的一個核心問題是農業生態體系中各因素之間的互作效應，這也是生態平衡的決定因素。化感作用研究可以幫助人們調整各生態因素，建立相對穩定的生態平衡，從而達到農業持續穩定發展的目的。

5 我國農業領域化感作用研究的現狀

我國在20世紀90年代中期以前鮮見化感作用研究的報道，近十年來有關化感作用的研究論文逐年增加，文章類型也由綜述國外研究文獻向獨立完成的專題研究報告發展。文章主要發表在生態學、土壤學等少數學科刊物上。我國農業上化感作用研究的作物主要集中在大豆、水稻、小麥、茄子等少數幾種作物上。下面簡要介紹化感作用在這幾種作物上的研究情況。

5.1 大豆

大豆是我國化感作用研究最多的作物之一，涉及到的化感作用研究的主要內容有化感物質對大豆生長發育的影響、化感物質的鑒定、化感物質對微生物的影響等。

5.2 水稻

水稻是我國化感作用研究最早的作物之一，研究報道的內容有化感作用對水稻資源的篩選，外源物質對水稻化感物質的誘導，氮素水平對化感作用的影響，水稻化感物質對昆蟲的引誘，化感生物方法的比較，化感物質的鑒定等。

5.3 小麥

國內用小麥做化感研究材料，多數用其作為受體植物，即用化感物質研究對小麥生長發育的影響，也有關于麥茬對雜草抑制作用和小麥根系分泌物對重金屬吸收影響的報道等。

2.2.4 茄子

少量研究報道了茄子分泌物對茄子幼苗生長的抑制作用。

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