堆制番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜的化感作用

徐勇峰，黃 斌，朱陳名，朱詠莉，李萍萍

（1.南京林業大學 南方現代林業協同創新中心，江蘇 南京 210037；2.南京林業大學 生物與環境學院，江蘇南京210037）

堆制番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜的化感作用

徐勇峰1,2，黃 斌2，朱陳名2，朱詠莉2，李萍萍1

（1.南京林業大學 南方現代林業協同創新中心，江蘇 南京 210037；2.南京林業大學 生物與環境學院，江蘇南京210037）

以黃瓜Cucumis sativus和大白菜Brassica campestris ssp.pekinensis等2種蔬菜作為受體，研究堆制后不同質量濃度（10.0，20.0，30.0，40.0和50.0 g·L－1）番茄Lycopersicon esculentum秸稈浸提液對種子萌發和幼苗生長的影響，探討堆制番茄秸稈的化感效應。結果表明：堆制后的番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜種子的萌發和幼苗生長存在不同程度的化感作用。低質量濃度（10.0～20.0 g·L－1）浸提液可提高黃瓜和大白菜種子發芽率，促進苗長增長和鮮質量增加，而高質量濃度（40.0～50.0 g·L－1）則對黃瓜和大白菜的發芽率、發芽指數以及黃瓜幼苗苗長和鮮質量具有一定的抑制作用。但不論低質量濃度或高質量濃度浸提液對黃瓜和大白菜幼苗根的生長均表現為抑制作用，尤其對黃瓜根長的抑制作用達到顯著水平（P＜0.05）。圖4表1參28

植物學；番茄秸稈；堆制；水浸提液；化感作用

Key words:botany;tomato residues;compost;aqueous extract;allelopathy

農業生產中化感作用的存在會對種子萌發、幼苗生長、根系發育，甚至作物產量和品質等造成嚴重影響［1－3］。番茄Lycopersicon esculentum作為世界上普遍栽培的果蔬之一，其化感作用的研究已受到國內外學者的廣泛重視。研究表明：番茄植株和種子浸提液、莖葉等不同器官提取物、根系分泌物、地上部揮發物以及植株殘體腐解物中普遍存在化感物質［4－9］。番茄秸稈是農業生產系統中重要的園藝類生物資源，但由于化感作用的存在導致很難對其進行直接利用。通過秸稈堆制過程產生的高溫分解化感物質，是削減其化感作用的重要途徑［10－11］。有研究表明：番茄秸稈單獨堆制或與牛糞共堆后均能顯著降低其自毒作用［12－13］，但堆制后對其他作物化感效應的研究還少見報道。本研究選取常見的蔬菜類型黃瓜Cucumis sativus和大白菜Brassica campestris ssp.pekinensis為受體對象，通過將番茄秸稈與醋槽進行共堆后，分析了其浸提液分別對黃瓜和大白菜種子萌發和幼苗生長的影響，以期初步明確堆制番茄秸稈的化感效應及效應強度，為進一步提高番茄秸稈資源的綜合利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

番茄秸稈來源于試驗地周邊，腐熟醋槽來源于恒順生物科技有限公司；供試的黃瓜種子品種為 ‘津優1號’ ‘Jinyou No.1’（天津科潤農業股份有限公司提供），供試的大白菜種子品種為 ‘快菜208’‘Kuaicai 208’（南京金盛達種子有限公司提供）。

1.2 試驗方法

1.2.1 番茄秸稈的堆制 首先，將番茄秸稈原料用粉粹機進行粉碎，粉碎標準為1～4 cm。由于番茄秸稈pH值較高，將它與pH值較低的腐熟醋槽配比（8∶1）后進行發酵。采用靜態通風式堆制，并定期進行翻堆。到發酵后期適時補充水分確保其完全腐熟（腐熟判斷標準：堆肥32 d后堆肥溫度保持在26℃左右沒有發生明顯變化且利用大白菜種子進行發芽實驗發芽率達到85%及以上）。

1.2.2 堆肥基質浸提液制備 稱取10.0 g腐熟秸稈至裝有100.0 mL蒸餾水的三角瓶中，利用180 r·min－1的搖床搖120 min后，在常溫下用3層紗布浸提48 h后濾紙過濾得到100.0 g·L－1的浸提母液，存入冰箱待用。

1.2.3 供試種子預處理 選取顆粒飽滿的黃瓜和大白菜種子，用體積分數為75%的乙醇溶液處理5 s后，再用蒸餾水將種子沖洗干凈后供試驗用。

1.2.4 化感作用的測定 試驗共設置5組處理：用100.0 g·L－1浸提母液梯度稀釋成10.0，20.0，30.0，40.0和50.0 g·L－1的浸提液。另外，以清水為對照組（ck）。將預處理過的黃瓜種子（30粒）和大白菜種子（50粒）分別放入墊有2層濾紙、直徑為9 cm的培養皿中，分別加入5.0 mL不同質量濃度的基質浸提液和清水，將種子均勻鋪好后置于25℃恒溫培養箱中培養。每組處理和對照組重復3次，間隔1 d定期向培養皿中加入5.0 mL浸提液或清水。每天記錄各處理和對照組的發芽情況（以種子芽長達到其種子長度的一半作為黃瓜發芽標準，以種子芽長達0.2 cm及以上作為大白菜發芽標準），最后計算發芽率和發芽指數；培養5 d后隨機選取10株植株，利用直尺（規格20 cm）分別測定植株的苗長（即地上部分）和根長，測量植株鮮質量。

1.3 數據處理

發芽率（%）=（發芽種子數/供試種子數）×100%；發芽指數（GI）=∑（Gt/Dt）。其中：Gt為第t天的發芽數，Dt為發芽天數。

化感效應指數（IR）的計算參照WILLIAMSON等［14］的方法進行：當T≥C時， IR=1－C/T；當T＜C時，IR=T/C－1，其中C為對照值，T為處理值。當IR＞0時表示化感促進作用，當IR＜0時表示化感抑制作用，其絕對值的大小與作用強度保持一致。

利用Excel 2010整理數據、作圖，利用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析及組間差異的Duncan氏多重比較。

2 結果與分析

2.1 番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜種子發芽的影響

由圖1和表1可知：不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜的發芽率、發芽指數的化感效應不盡相同。隨著質量濃度的增加，浸提液對黃瓜發芽率表現為低質量濃度促進高濃度抑制的雙重作用，浸提液質量濃度為10.0 g·L－1時，黃瓜發芽率為100%，高于對照，化感效應指數為0.022，當浸提液質量濃度增加時發芽率呈現下降趨勢且低于對照，表現為抑制作用，但不同質量濃度處理與對照相比差異均不顯著。不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜發芽指數均表現為單一的抑制作用，質量濃度為10.0 g·L－1時，黃瓜發芽指數為30.3，化感效應指數為－0.037，隨著質量濃度增加，發芽指數逐漸降低，抑制作用越大。但不管對于黃瓜發芽率還是發芽指數，不同浸提液質量濃度處理間的化感效應差異均未達到顯著水平。

隨著浸提液質量濃度的增加，番茄秸稈浸提液對大白菜發芽率和發芽指數均表現為低促高抑作用；當質量濃度為10.0～30.0 g·L－1，對大白菜發芽率以及發芽指數均表現為促進作用，且均在20.0 g·L－1時達到最大，發芽率以及發芽指數分別為98.7%和52.0，其化感效應指數分別為0.061和0.071，當浸提液質量濃度高于40.0 g·L－1時則開始表現為抑制作用；而且，除了在40.0 g·L－1浸提液處理的發芽率以及20.0 g·L－1浸提液處理的發芽指數與對照差異顯著（P＜0.05）外，其余均無顯著差異。

圖1 不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜種子發芽率及發芽指數的影響Figure 1 Effects of different concentration of the water extractive from tomato residues on germination rate and germination index ofcucumber and Chinese cabbage seeds

表1 不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜種子發芽和幼苗生長的化感效應指數的影響Table 1 Effects of different concentration of the water extractive from tomato residues on allelopathy of the germination and growth of cucumber and Chinese cabbage

2.2 番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜幼苗苗長的影響

由圖2和表1可知：不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜苗長的影響不同。就黃瓜而言，表現為低促高抑的雙重效應，質量濃度為10.0 g·L－1時，苗長較對照高1.29 cm，表現為促進作用，化感效應指數為0.078；當質量濃度為20.0～50.0 g·L－1時，表現為抑制作用，且以50.0 g·L－1的抑制作用最強，對黃瓜苗長的抑制達到顯著水平（P＜0.05）。對大白菜而言， 10.0～50.0 g·L－1各質量濃度浸提液均表現為促進作用，且隨浸提液質量濃度的增加，促進作用越明顯，但當質量濃度繼續增加時其促進作用又有所下降；以20.0 g·L－1處理的苗長較對照增加最多，各質量濃度除了50.0 g·L－1浸提液處理的苗長與對照差異不顯著外，其余各質量濃度處理的苗長較對照差異均顯著（P＜0.05），但不同浸提液質量濃度處理間的化感效應差異均未達到顯著水平。

2.3 番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜幼苗根長的影響

由圖3和表1可知：不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜根長均表現為化感抑制作用，但抑制作用強弱不同。其中，均以50.0 g·L－1質量濃度下根長的化感效應指數絕對值最大（黃瓜和大白菜根長化感效應指數分別為0.527和0.251），說明該浸提液質量濃度的抑制作用最強。與對照相比，10.0～50.0 g·L－1浸提液處理的黃瓜幼苗根長同比對照分別下降了19.3%，31.0%，26.6%，27.8%和52.6%，各處理均較對照達到顯著差異水平（P＜0.05），但10.0～40.0 g·L－14個質量濃度處理間的差異不顯著；而大白菜幼苗根長同比對照分別下降了4.7%，17.4%，18.8%，20.2%和25.8%，各處理的根長與對照差異均不顯著。整體來看，不同質量濃度浸提液下黃瓜根長的化感效應指數絕對值（0.192～0.527）均高于相應質量濃度下大白菜的各值（0.050～0.251），說明番茄秸稈浸提液對黃瓜根長的抑制作用大于大白菜。

圖2 不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜苗長的影響Figure 2 Effects of different concentration of the water extractive from tomato residues on shoot length of cucumber and Chinese cabbage

圖3 不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜根長的影響Figure 3 Effects of different concentration of the water extractive from tomato residues on root length of cucumber and Chinese cabbage

2.4 番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜幼苗鮮質量的影響

由圖4和表1可知：不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜鮮質量則表現為相反的化感作用，對黃瓜鮮質量均是抑制作用，而對大白菜鮮質量則均是促進作用。與對照相比，20.0，30.0和50.0 g·L－1處理的黃瓜鮮質量顯著降低（P＜0.05）， 分別下降了 38.6%，36.0%和 56.1%； 而10.0，20.0和40.0 g·L－1處理的大白菜鮮質量顯著增加（P＜0.05），分別增加了51.4%，100%和98.2%。對黃瓜鮮質量抑制作用最強的浸提液質量濃度為50.0 g·L－1，最弱的為 10.0 g·L－1，其化感效應指數分別為－0.560和－0.008，但不同質量濃度間差異不顯著。對大白菜鮮質量促進作用最強的浸提液質量濃度為20.0 g·L－1，其化感效應指數接近0.500，但不同處理間均未表現顯著差異。

圖4 不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜鮮質量的影響Figure 4 Effects of different concentration of the water extractive from tomato residues on fresh weight of cucumber and Chinese cabbage

3 結論與討論

小麥Triticum aestivum，棉花Anemone vitifolia，大蒜Allium sativum和玉米Zea mays等作物秸稈及其腐解物質可以通過化感物質的釋放對作物生長產生促進或抑制的化感作用［15－17］。周志紅等［8］研究結果顯示：番茄植株浸提液對黃瓜具有顯著的抑制作用。莫云容等［18］的研究證實番茄植株浸提液對大白菜也具有一定的抑制作用。堆制后的番茄秸稈可在一定程度上減輕其化感抑制作用。LI等［10］和WAKJIRA等［11］分別研究了堆制后紫莖澤蘭Eupatorium adenophora和外來雜草對其他植物的化感作用，發現經過堆制發酵后其化感物質和對其他植物的影響均顯著減少。盡管如此，本研究表明：堆制后的番茄秸后的番茄秸稈仍具有一定的化感抑制作用，同時也表現一定的化感促進作用，但其作用強度受浸提液質量濃度的影響，也與受體對象密切相關。對大白菜種子發芽率和發芽指數，番茄秸稈浸提液表現為低質量濃度（10.0～30.0 g·L－1）促進而高量質濃度（＞40.0 g·L－1）抑制的雙重效應；對大白菜幼苗苗長和鮮質量、幼苗根長，各質量濃度均表現為單一促進作用或抑制作用。對黃瓜種子的發芽率及幼苗苗長，浸提液也表現為低（10.0～20.0 g·L－1）促高（＞20.0 g·L－1）抑的雙重效應；而對黃瓜發芽指數、幼苗根長和鮮質量則均表現為單一的抑制作用。這與不同質量濃度浸提液對大白菜的影響有所差異，并且各質量濃度浸提液對黃瓜根長的抑制作用（化感效應指數為－0.192～－0.527）要明顯大于相同質量濃度下對大白菜根長的影響（化感效應指數為－0.050～－0.251）。

總體來看，堆制后番茄秸稈浸提液對黃瓜幼苗生長基本表現出一定的抑制作用，對大白菜幼苗生長則表現出一定程度的促進作用，但兩者均未達到顯著水平，并且對根長的抑制作用在2種受體中均得到了體現。這可能是因為根部作為植物水分和營養物質的吸收器官，直接與環境中的化感物質接觸有關。本研究與其他對同類作物的研究結果［6，8，18－19］總體相近，但也存在差異。究其原因，可能是由于不同番茄品種的秸稈浸提液具有不同的化感效應所致［17，20］，也有可能與共堆肥調理劑的選擇及堆制方式有關［21－22］。

研究表明：化感作用的機制是化感物質首先對細胞膜造成損害，通過細胞膜上的靶位點，將脅迫信號傳送到細胞內，從而對離子、水分和激素等的吸收利用產生影響。這些影響會引起植物細胞分裂、伸長和亞顯微結構以及光合作用等的變化，影響蛋白質的合成以及基因的表達，從而對種子萌發和幼苗生長產生抑制作用［23－24］。不同化感物質的作用機制也有所差異［25－27］，如酚酸類化感物質可以破壞細胞膜的結構和透性，降低根系對離子的吸收能力；肉桂酸、對羥基苯甲酸等可以抑制植物線粒體的新陳代謝；苯甲酸、阿魏酸、香草酸等可以降低植物體內氨基酸的運輸和氨基酸向蛋白質的合成速率，阻止 DNA的翻譯和轉錄，從而影響蛋白合成和基因表達。有研究證實，番茄植株體內含有一定的酚酸及其他有機酸等化感物質，這些化感物質可通過對細胞膜透性造成損傷以及對細胞膜防御系統產生破壞等對幼苗的生長產生影響［7－8］。而堆制過程中的高溫可以分解一部分化感物質［28］從而減輕其化感效應。但有關堆制后番茄秸稈浸提液中化感物質的鑒定分析及更深層次的作用機制還有待進一步研究。

4 結論

堆制番茄秸稈浸提液對黃瓜、大白菜種子萌發以及幼苗生長各指標具有不同的化感作用。

不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜種子的發芽率和苗長均表現為低（10.0～20.0 g·L－1）促高（＞20.0 g·L－1）抑的雙重質量濃度效應；對黃瓜種子的發芽指數和幼苗鮮質量均表現為抑制作用。

不同質量濃度浸提液對大白菜種子發芽率和發芽指數表現為低（10.0～30.0 g·L－1）促高（＞40.0 g·L－1）抑的效應；對幼苗的苗長和鮮質量則為促進效應，且以20.0 g·L－1浸提液濃度的促進作用最為明顯。

不同質量濃度番茄秸稈浸提液對黃瓜和大白菜幼苗根的生長均有抑制作用，且對黃瓜根長的抑制作用大于大白菜。

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Allelopathic effects of anaqueous extract from composted tomato residues on the growth of cucumber and Chinese cabbage

XU Yongfeng1,2,HUANG Bin2,ZHU Chenming2,ZHU Yongli2,LI Pingping1
（Co-Innovation Center for the Sustainable Forestry in Southern China,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037, Jiangsu,China;2.College of Biology and the Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,Jiangsu, China）

To understand the allelopathic effects of composted tomato residues on cucumber and Chinese cabbage vegetables,five concentrations（10.0,20.0,30.0,40.0,and 50.0 g·L－1）of extracts from composted tomato residues and a control（ck）（0.0 g·L－1）were applied to germinating seeds and seedlings during growth and then employed seed germination bioassay method to measure the germination rate,germination rate,seedling length, and fresh weight of cucumber and Chinese cabbage and finally evaluated.Results showed that the germination rate,seedling length,and fresh weight of cucumber and Chinese cabbage were promoted at low aqueous extract concentrations （10.0－20.0 g·L－1）.Also,the germination rate and germination index of cucumber and Chinese cabbage as well as the seedling length and fresh weight of cucumber were inhibited at a high concentration（＞40.0 g·L－1）.Root growth of cucumber and Chinese cabbage for all concentrations was inhibited.Also,the root length of cucumber treated with extracts was significantly lower（P＜0.05）than ck.Overall,the extracts from composted tomato residues showed some inhibitory effect on cucumber seedling growth and a certain role in promoting on the growth of Chinese cabbage seedlings,but both of them did not reach the significant level. Thus，to a certain extent,the tomato residues could alleviate its inhibition effect after composting.［Ch,4 fig. 1 tab.28 ref.］

S154.4；Q946

A

2095-0576（2017）02-0276-07

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.02.011

2016-03-17；

2016-06-15

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2014BAD08B04）；江蘇省自然科學基金資助項目（BK20131424）；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（PAPD）

徐勇峰，從事農業廢棄物利用和生態環境研究。E-mail:540321605@qq.com。通信作者：朱詠莉，研究員，博士，從事農業廢棄物利用與生態環境研究。E-mail:lyly1262011@126.com