不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗葉片保護酶活性及滲透調節物質的影響

楊 平 吳鳳芝

（東北農業大學園藝學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

小麥是一種化感型作物，通過根系分泌及殘茬分解等方式對自身或鄰近植物的生長發育產生促進或者抑制作用。不同小麥品種的化感潛力不同（陳冬梅 等，2008；張芳 等，2009）。小麥與黃瓜進行輪作可以顯著提高黃瓜土壤微生物群落DNA序列多樣性指數、均勻度指數、豐富度指數，改善土壤環境，從而促進黃瓜植株生長并提高黃瓜的產量（吳鳳芝和王學征，2007；吳鳳芝 等，2008a）。Ozhan Boz（2003）研究了小麥和黑麥秸稈對一些野草及作物的化感作用，結果表明，小麥和黑麥可以作為合適的前茬作物，并且可以去除雜草。Wu等（2000）用GC-MS-MS方法對小麥的主要化感物質進行測定，結果表明，小麥幼苗莖、根部及生長介質中都含有對羥基苯甲酸、香豆素、丁香醛、香草酸、阿魏酸、丁布（DIMBOA）等化感物質。目前，關于小麥化感作用的研究主要集中在化感物質對土壤生態環境、化感種質資源篩選及化感成分鑒定等的研究上（李善林 等，1997；Wu et al.，2000；吳鳳芝和王學征，2007；吳鳳芝 等，2008b），而關于小麥化感作用對受體植株生理生化方面的研究較少。

本試驗通過不同化感效應的兩種小麥根系分泌物處理黃瓜幼苗，通過測定黃瓜幼苗葉片的保護酶活性及滲透調節物質含量，研究具有不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗地上部的影響，為研究小麥對黃瓜化感作用的生理生化機制提供一定的科學理論，為解決黃瓜連作障礙、建立合理的栽培制度提供相關理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜（Cucumis sativus L.）品種為津優1號（購于哈爾濱華威種業有限公司）；化感促進作用小麥品種 04-0348（A）及化感抑制作用小麥品種龍輻 17（B）（購于黑龍江省農業科學院），其中化感促進小麥品種及化感抑制小麥品種的綜合化感效應（SE）分別是-15.38 %和7.75 %（待發表）；供試土壤取自東北農業大學園藝試驗中心，各指標測定采用鮑士旦（2000）的方法，土壤基本肥力：有機質含量82.57 g·kg-1，堿解氮234.70 mg·kg-1，速效磷346.75 mg·kg-1，速效鉀305.64 mg·kg-1，電導率0.33 mS·cm-1，pH值7.22。

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥根系分泌物收集 小麥于2010年6月12日播種，待小麥長至15～20 cm時，將小麥幼苗完整取出，用自來水將根系沖洗干凈后，將整株小麥放入定量的蒸餾水中培養24 h，收集分泌物，定容使其達到濃度為1 mL·株-1（1 mL蒸餾水中含有1株小麥根系分泌物），先用布氏漏斗（3層濾紙）過濾，再過0.45 μm微膜滅菌，4 ℃保存備用（吳鳳芝 等，2002b）。

1.2.2 小麥根系分泌物對黃瓜的處理 黃瓜種子于2010年6月19日浸種、催芽，播于8 cm×8 cm營養缽內，常規管理，待黃瓜一葉一心時分別澆灌20 mL濃度為1 mL·株-1的小麥根系分泌物A和B，以蒸餾水作為對照（CK），每處理3次重復，每個重復設25株黃瓜苗為一小區，小區間設有保護行，隨機區組排列，常規管理。分別在處理后6、12、18 d隨機取植株同一部位的功能葉片，用于黃瓜幼苗各項生理生化指標的測定，每次取 3株。每次取樣后，分別向剩余的幼苗中補加20 mL的小麥根系分泌物。

1.3 項目測定

可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍G-250染色法，脯氨酸（Pro）含量采用茚三酮法測定，超氧化物岐化酶（SOD）活性采用氮藍四唑光還原法測定，過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創木酚法，過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用高錳酸鉀滴定法，抗壞血酸過氧化物酶（AsA-POD）活性的測定采用碘液滴定法（郝再彬 等，2004）。

1.4 數據處理

試驗數據處理采用Microsoft Excel 2003軟件，差異顯著性分析采用SAS 9.0軟件。

2 結果與分析

2.1 不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗保護酶活性的影響

2.1.1 對葉片SOD活性的影響 圖1表明，經不同小麥根系分泌物處理后6 d，A處理SOD活性顯著高于B處理和CK，B處理與CK差異不顯著；處理后12、18 d，A處理與CK差異不顯著，B處理顯著低于CK。

2.1.2 對葉片CAT活性的影響 圖2表明，經不同小麥根系分泌物處理后6、12 d，A、B處理CAT活性與CK差異均不顯著；處理后18 d，A、B處理均顯著高于CK。

圖1 不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗SOD活性的影響

圖2 不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗CAT活性的影響

2.1.3 對葉片POD活性的影響 圖3表明，經不同小麥根系分泌物處理后6、12 d，A處理POD活性顯著高于CK，B處理與CK差異不顯著；在處理后18 d，A、B處理均顯著高于CK。

2.1.4 對葉片AsA-POD活性的影響 圖4表明，經不同小麥根系分泌物處理后6、12 d，A處理ASA-POD活性顯著高于CK，B處理顯著低于CK；在處理后18 d，A、B處理與CK均無顯著差異。

圖3 不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗POD活性的影響

圖4 不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗AsA-POD活性的影響

2.2 不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗滲透調節物質的影響

2.2.1 對葉片脯氨酸含量的影響 圖5表明，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A處理葉片脯氨酸含量顯著高于CK，B處理與CK差異不顯著；在處理后12、18 d，A處理與CK差異不顯著，B處理顯著低于CK。

2.2.2 對葉片可溶性蛋白含量的影響 圖6表明，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A處理葉片可溶性蛋白含量與CK差異不顯著，B處理顯著高于CK；在處理后12 d，A處理顯著高于CK，B處理顯著低于CK；在處理后18 d，A、B處理與CK均無顯著差異。

圖5 不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗脯氨酸含量的影響

圖6 不同化感效應小麥根系分泌物對黃瓜幼苗可溶性蛋白含量的影響

3 結論與討論

化感物質能抑制細胞分裂，引起膜功能的改變，影響光合作用和生物合成，影響氣孔機能和呼吸作用，干擾金屬離子的攝取和酶的調節，并能與植物激素產生相互作用等（趙福鎖 等，2004）。SOD、CAT、POD以及AsA-POD是植物體內活性氧清除系統中重要的防御活性氧毒性的保護酶，能清除超氧陰離子自由基，對植物細胞膜以及蛋白質等大分子起保護作用（龔國強 等，1996；Joseph et al.，1998；孫衛紅 等，2005；張樹生 等，2006）。脯氨酸及可溶性蛋白是植物體內重要的滲透調節物質（吳強盛和夏仁學，2003），可作為胞質滲壓劑（Delauney & Verma，1993；Kishor et al.，1995）、酶和細胞結構的保護劑（Solomon et al.，1994）對植物的細胞膜起保護作用。本試驗通過對受體黃瓜的保護酶活性及滲透調節物質含量的測定，間接反映不同化感效應小麥根系浸提液中化感物質對黃瓜幼苗葉片細胞膜的影響。

本試驗結果表明，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理的黃瓜幼苗葉片保護酶活性及滲透調節物質含量變化不同。具有化感促進作用的小麥根系分泌物（A處理）在處理6 d后，顯著提高了黃瓜幼苗葉片SOD、POD、AsA-POD活性及脯氨酸含量；處理12 d后，顯著提高了黃瓜幼苗葉片的POD、AsA-POD活性及可溶性蛋白含量；處理18 d后，顯著提高了黃瓜幼苗POD、CAT活性。而具有化感抑制作用的小麥根系分泌物在處理6 d后，顯著降低了黃瓜幼苗葉片AsA-POD活性；處理12 d后，顯著降低了SOD、AsA-POD活性及脯氨酸、可溶性蛋白含量；處理18 d后，顯著降低了SOD活性及脯氨酸含量，POD及CAT活性卻顯著提高，可能是化感抑制作用小麥根系分泌物對黃瓜產生了較強的逆境脅迫所致，與吳鳳芝等（2002a）研究結果相似。結果表明，具有不同化感效應的小麥根系分泌物均可以對受體黃瓜葉片中保護酶活性以及滲透調節物質含量產生影響，說明小麥對黃瓜幼苗化感作用的生理生化機理可能通過對受體黃瓜幼苗葉片的保護酶活性及滲透調節物質含量的調節，從而影響黃瓜幼苗的生長。

Wu等（1998）研究了39個小麥品種對黑麥草的化感作用，結果表明，各小麥品種對黑麥草根的抑制率為19.2 %～98.7 %。本試驗結果表明，不同品種的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗葉片的化感作用不同，這一結果與Wu等（1998）的結果相似。造成這一結果的原因可能是因為不同小麥品種的遺傳背景不同，從而造成不同品種小麥根系分泌物中的化感物質種類或含量不同。Xu等（2009）研究了葡萄柚種子分泌物對紅地球葡萄的生理生化影響，結果表明，葡萄柚分泌物可以提高紅地球葡萄體內的SOD、POD及CAT活性，本試驗中具有化感促進效應的小麥根系分泌物在處理后的不同時期均提高黃瓜幼苗葉片保護酶活性及滲透調節物質含量的結果與Xu等（2009）研究結果相似。王璞和趙秀琴（2001）、呂衛光等（2002）研究了一些化感物質對植物生長的影響，結果表明，苯丙氨酸等酚酸類化感物質抑制植物根系脫氫酶、根系結合ATP酶、SOD、CAT等活性。本試驗中具有化感抑制效應的小麥根系分泌物在處理后的不同時期表現出不同的化感效應，造成這一結果的原因可能是化感作用的濃度和時間效應。侯維（2008）研究百里香化感作用結果表明，在水浸液最高和最低濃度時促進了蘿卜幼苗長高，中間濃度則抑制了蘿卜幼苗長高；張遠莉等（2003）關于薄荷化感作用的研究也有低促高抑的效應，其具體原因有待進一步研究。關于不同化感效應小麥根系分泌物中起促進和抑制作用的主要成分也需進一步分析。

鮑士旦.2000.土壤農化分析.3版.北京：中國農業出版社：34-35，56-58，81-82，109-110.

陳冬梅，陳祥旭，孫紅艷，林瑞余，林文雄.2008.麥類作物化感作用種質資源篩選與評價.福建農林大學學報：自然科學版，37（1）：13-17.

龔國強，于梁，周山濤.1996.低溫對黃瓜果實超氧化物歧化酶（SOD）的影響.園藝學報，23（1）：97-98.

郝再彬，蒼晶，徐仲.2004.植物生理實驗.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社：67-68，104-105，110-115.

侯維.2008.百里香化感作用研究與化感物質鑒定〔碩士論文〕.雅安：四川農業大學.

李善林，由振國，梁渡湘，李孫榮，王南金.1997.小麥化感作物的提取、分離及其對白茅的殺除效果.植物保護學報，24（1）：81-84.

呂衛光，張春蘭，袁飛，彭宇.2002.化感物質抑制連作黃瓜生長的作用機理.中國農業科學，35（1）：106-109.

孫衛紅，王偉青，孟慶偉.2005.植物抗壞血酸過氧化物酶的作用機制、酶學及分子特性.植物生理學通訊，41（2）：143-147.

王璞，趙秀琴.2001.幾種化感物質對棉花種子萌發及幼苗生長的影響.中國農業大學學報，6（3）：26-31.

吳鳳芝，黃彩虹，趙鳳艷.2002a.酚酸類物質對黃瓜幼苗生長及保護酶活性的影響.中國農業科學，35（7）：821-825.

吳鳳芝，孟立君，文景芝.2002b.黃瓜根系分泌物對枯萎病菌絲生長的影響.中國蔬菜，（5）：26-27.

吳鳳芝，王學征.2007.黃瓜與小麥和大豆輪作對土壤微生物群落物種多樣性的影響.園藝學報，34（6）：1543-1546.

吳鳳芝，王澍，楊陽.2008a.輪套作對黃瓜根際土壤細菌種群的影響.應用生態學報，19（12）：2717-2722.

吳鳳芝，王學征，潘凱.2008b.小麥和大豆茬口對黃瓜土壤微生物生態特征的影響.應用生態學報，19（4）：794-798.

吳強盛，夏仁學.2003.果樹對水分脅迫反應研究進展.亞熱帶植物科學，32（2）：72-76.

張芳，慕小倩，戴明.2009.8個栽培小麥品種的化感差異及其對除草劑效應的影響.麥類作物學報，29（2）：324-329.

張樹生，胡蕾，劉忠良，何美仙，方勇.2006.植物體內抗病相關酶與植物抗病性的關系.安徽農學通報，12（13）：48-49.

張遠莉，陳建群，衛春，張紀林.2003.薄荷化感物質的作用及其初步分離.應用與環境生物學報，9（6）：611-615.

趙福鎖，何龍飛，羅慶云.2004.植物逆境生理生態學.北京：化學工業出版社：24-27.

Delauney A J，Verma D P S.1993.Praline biosynthesis and osmoregulation in plants.Plant Journal，4：215-223.

Joseph L M，Tan T K，Wong S M.1998.Antifungal effects of hydrogen peroxide and peroxide on spore germination and mycelial grow of Pseudocercospora species.Canadian Journal of Botany，76（12）：2119-2124.

Kishor P B K，Hong Z，Miao G H，Hu C A A，Verma D P S.1995.Over expression of delta 1-pyrroline-5-carboxyla-te synthesis increase praline production and confers osmotolerance in transgenetic plants.Plant Physiology，25：1387-1394.

Ozhan Boz.2003.Allelopathic effects of wheat and rye straw on some weeds and crops.Asian Journal of Plant Sciences，2（10）：772-778.

Solomon A，Beer S，Waisel Y，Jones G P，Paleg L G.1994.Effects of NaCl on the carboxylting activity of Rubisco from Tamarix jordants in the presence and absence of praline-related compatible solutes.Physiol Plant，90：198-204.

Wu H，Pratley J，Lemerle D，Haig T，Verbeek B.1998.Differential allelopathic potential among wheat accessions to annual ryegrass.Proceeding of the 9thAustralian Agronomy Conference.Wagga，Australian：567-571.

Wu H W，Haig T，Pratley J，Lemerle D，An M.2000.Distribution and exudation of allelochmicals in wheat（Triticum aestivum）.Journal of Chemical Ecology，9（26）：2141-2154.

Xu W T，Peng X L，Lou Y B，Wang J A，Guo X，Huang K L.2009.Physiological and biochemical responses of grape fruit seed extract dip on‘Redglobe’grape.LWT-Food Science and Technology，42：471-476.