不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗生長及根系生理生化特性的影響

楊 平 吳鳳芝

（東北農業大學園藝學院，黑龍江哈爾濱 150030）

近年來，我國設施園藝發展迅速，截至2010年底設施園藝面積約達到466.7萬hm2（喻景權，2011）。設施黃瓜（Cucumis sativusL.）作為主要栽培種類之一，由于多年連作造成連作障礙嚴重。小麥（TriticuMaestivuML.）是典型的化感型作物，主要通過根系分泌及殘體分解等方式影響自身或鄰近植物的生長發育。有研究表明，小麥與黃瓜輪作可以顯著提高土壤微生物多樣性指數、豐富度指數和均勻度指數，使土壤容重顯著降低，土壤總孔隙度顯著提高，顯著降低土壤鹽分積累及土壤EC值，明顯改善土壤微生物的區系組成及土壤微生態環境，提高黃瓜產量（吳鳳芝和王學征，2007；吳鳳芝 等，2008；王玉彥 等，2009）。目前關于小麥化感作用的研究主要集中在土壤微生態環境（柴強，2004；王德勝，2008）、化感作用強弱的測定（沈慧敏等，2005；李逢雨 等，2008）以及化感物質組分分析（趙媛，2005；于翠平，2009）三個方面，而關于小麥化感作用對受體植株生理生化方面影響的研究較少。

本試驗通過不同化感效應的小麥根系分泌物處理黃瓜幼苗根系，研究小麥根系分泌物對黃瓜幼苗生長及根系生理生化特性的影響，為揭示小麥與黃瓜輪作提高產量的生理生化機制、緩解設施黃瓜連作障礙、建立合理的栽培制度提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜品種為津優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）（馬亞飛 等，2011）購于黑龍江省農業科學院。供試土壤取自東北農業大學園藝試驗中心，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（鮑士旦，2000）。

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥根系分泌物的收集 2010年6月12日，小麥播種于東北農業大學園藝試驗站，待長至15～20 cm時將小麥幼苗完整取出，用自來水將小麥根系沖洗干凈后，將整株小麥放入定量的蒸餾水中（根據收集的不同化感效應小麥的具體數量，水量以剛沒過所有小麥根系為宜），培養24 h，收集根系分泌物，定容使其濃度為1 ML·株-1（1 ML蒸餾水中含有1株小麥根系分泌物），先用3層濾紙過濾，再過0.45 μm微膜滅菌，4 ℃保存備用（吳鳳芝 等，2002）。

1.2.2 小麥根系分泌物對黃瓜幼苗的處理 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，待幼苗一葉一心時分別澆灌20 ML濃度為1 mL·株-1的不同小麥根系分泌物A或B，以蒸餾水作為對照，每處理3次重復，每重復25株，小區間設有保護行，隨機排列，常規管理。分別在處理后6、12 d和18 d隨機取樣，測定黃瓜幼苗生長、光合特性及根系生理生化指標。每次取樣后，分別向剩余的幼苗補加20 ML小麥根系分泌物。

1.3 測定項目

1.3.1 生長指標及光合特性指標測定 黃瓜幼苗經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6、12 d和18 d，分別取樣測定黃瓜植株的株高（子葉節到生長點的距離，米尺）、莖粗（子葉下1 cm處，游標卡尺）、葉面積（打孔稱重法，電子天平）、全株干質量（電子天平）。每處理測3株，3次重復；光合特性指標采用美國Li-COR公司的LI-6400便攜式光合測定儀進行測定。

1.3.2 生理生化指標測定 超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑光還原法；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚法；過氧化氫酶（CAT）活性測定采用高錳酸鉀滴定法；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250染色法；可溶性糖含量測定采用苯酚法；游離脯氨酸含量測定采用茚三酮法；丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸比色法（郝再彬 等，2004）。

試驗數據采用Microsoft Excel 2003軟件進行處理，采用SAS 9.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗生長的影響

從表1可以看出，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A處理的株高顯著高于對照，全株干質量顯著低于對照，B處理的莖粗、全株干質量均顯著低于對照；處理后 12 d，A處理的莖粗、葉面積均顯著高于對照，B處理葉面積顯著低于對照；處理后18 d，A處理的株高顯著高于對照，B處理株高顯著低于對照。

表1 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗生長的影響

2.2 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗光合特性的影響

從表2可以看出，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理的光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度及蒸騰速率均顯著高于對照；處理后12 d，A處理的光合速率、氣孔導度、胞間 CO2濃度均顯著高于對照，蒸騰速率卻顯著低于對照，B處理的氣孔導度、蒸騰速率均顯著低于對照；處理后18 d，A處理的蒸騰速率顯著高于對照，氣孔導度顯著低于對照，B處理的光合速率、氣孔導度及蒸騰速率均顯著低于對照。

表2 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗光合特性的影響

2.3 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系生理生化指標的影響

2.3.1 對黃瓜幼苗根系SOD活性的影響 由圖1可見，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A處理SOD活性顯著高于對照，B處理與對照差異不顯著；處理后12 d，A、B處理SOD活性均顯著低于對照；處理后18 d，A處理SOD活性顯著高于對照，B處理與對照差異不顯著。

2.3.2 對黃瓜幼苗根系CAT活性的影響 由圖2可見，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理CAT活性與對照差異均不顯著；處理后12 d，A、B處理CAT活性均顯著高于對照；處理后18 d，A處理CAT活性顯著對照，B處理顯著低于對照。

2.3.3 對黃瓜幼苗根系POD活性的影響 由圖3可見，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理POD活性均顯著高于對照；處理后12 d，A處理POD活性顯著高于對照，B處理顯著低于對照；處理后18 d，A、B處理POD活性均顯著低于對照。

圖1 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系SOD活性的影響

圖2 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系CAT活性的影響

圖3 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系POD活性的影響

圖4 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系游離脯氨酸含量的影響

2.3.4 對黃瓜幼苗根系游離脯氨酸含量的影響 由圖 4可見，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6、18 d，A、B處理游離脯氨酸含量與對照差異均不顯著；處理后12 d，A、B處理游離脯氨酸含量均顯著高于對照。

2.3.5 對黃瓜幼苗根系可溶性蛋白含量的影響 由圖5可見，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A處理可溶性蛋白含量顯著高于對照，B處理顯著低于對照；處理后12 d，A處理可溶性蛋白含量顯著高于對照，B處理與對照差異不顯著；處理后18 d，A處理可溶性蛋白含量顯著低于對照，B處理與對照差異不顯著。

圖5 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系可溶性蛋白含量的影響

2.3.6 對黃瓜幼苗根系可溶性糖含量的影響 由圖6可見，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理可溶性糖含量與對照差異均不顯著；處理后12、18 d，A處理可溶性糖含量顯著高于對照，B處理顯著低于對照。

2.3.7 對黃瓜幼苗根系MDA含量的影響 由圖7可見，經不同化感效應的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理MDA含量與對照差異均不顯著；處理后12 d，A處理MDA含量顯著低于對照，B處理顯著高于對照；處理后18 d，A處理MDA含量與對照差異不顯著，B處理顯著高于對照。

圖6 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系可溶性糖含量的影響

圖7 不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系丙二醛含量的影響

3 結論與討論

一般認為自毒作用是導致設施黃瓜連作障礙嚴重的重要原因之一，由于連續種植，根系分泌物釋放的自毒物質積累到一定濃度，就會抑制下茬黃瓜的生長（喻景權和杜堯舜，2000）。黃瓜根系分泌物、根系提取液和自毒物質對水培黃瓜保護酶活性和光合作用具有顯著的影響，增加了膜質過氧化（Wu et al.，2002；Yu et al.，2003；吳鳳芝 等，2005）。化感物質可以對受體植物的細胞分裂、膜功能、光合作用和生物合成等生理生化反應產生影響（趙福鎖 等，2004）。本試驗通過測定不同化感效應的小麥根系分泌物對受體黃瓜幼苗生長指標（株高、莖粗、全株干質量、葉面積）、光合特性、保護酶活性（SOD、POD、CAT）、滲透調節物質含量（可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸）及脂膜過氧化（MDA）的變化，間接反映了不同化感效應的小麥根系分泌物中化感物質對黃瓜幼苗化感作用的生理生化機制。

本試驗結果表明，不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗的生長狀況、光合作用、保護酶活性、滲透調節物質含量及膜脂過氧化程度的影響不同。經具有化感促進效應的小麥根系分泌物處理后，黃瓜幼苗株高，莖粗，葉面積，光合速率，氣孔導度，胞間 CO2濃度，蒸騰速率，根系 SOD、CAT、POD活性，可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量在不同時期分別顯著提高，脂膜過氧化作用顯著降低，總體表現為促進黃瓜幼苗生長；經具有化感抑制效應的小麥根系分泌物處理后，黃瓜幼苗的生長指標、光合作用、保護酶活性、滲透調節物質含量顯著降低，脂膜過氧化作用顯著提高，總體表現為抑制黃瓜幼苗生長。因此，小麥對黃瓜幼苗的化感作用生理生化機制可能是通過改變黃瓜幼苗體內保護酶活性、滲透調節物質含量及脂膜過氧化來表現的。

在本試驗結果中，不同化感效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系中保護酶活性、滲透調節物質含量、脂膜過氧化作用及黃瓜幼苗生長的影響不同，這一結果與Wu等（2000）關于不同品種小麥對黑麥草的化感作用結果相似。Putnam和Duke（1974）認為不同品種間的化感作用差異可能是從其野生祖先遺傳而來的。因此，造成不同品種小麥化感差異的原因可能是因為其遺傳背景不同。

具有化感促進效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系各項生理生化指標及幼苗生長狀況總體表現為促進作用。這一結果與亓延鳳（2006）關于玉米和小麥的秸稈均可以顯著提高黃瓜植株的株高、莖粗、最大葉面積及產量的研究結果一致。具有化感抑制效應的小麥根系分泌物對黃瓜幼苗根系各項生理生化指標及幼苗生長總體表現為抑制作用。造成這一結果的原因可能是由于不同化感效應的小麥根系分泌物中所含的化感物質不同，或者是小麥根系分泌物處理后經過土壤微生物的分解產生有利或有害的物質，影響黃瓜幼苗生長，其具體原因有待進一步研究。

化感作用具有濃度效應（孔垂華 等，1998；韓麗梅 等，2002），侯維（2008）研究百里香化感作用結果表明，蘿卜幼苗株高在水浸液最高和最低濃度受促進，中間濃度受抑制。董沁方（2006）研究表明百合水浸液對受體植物表現為低濃度促進，高濃度抑制的雙重效應。本試驗中，同一測定指標在經同一小麥根系分泌物處理后的不同時期，有時表現不同甚至是相反的規律，造成這一現象的原因可能是化感物質的濃度和時間效應，也可能是土壤養分及土壤微生物分解等，其具體原因有待進一步研究。

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