三七對不同作物化感的效應

王田濤，盧丙越，雷 恩，施 嫻，孟衡玲，索 玲

(1.云南省高校農作物優質高效栽培與安全控制重點實驗室 紅河學院生命科學與技術學院，云南 蒙自 661100；2.紅河學院 政治學與國際關系學院，云南 蒙自 661100)

三七對不同作物化感的效應

王田濤1，盧丙越1，雷 恩1，施 嫻1，孟衡玲1，索 玲2

(1.云南省高校農作物優質高效栽培與安全控制重點實驗室 紅河學院生命科學與技術學院，云南 蒙自 661100；2.紅河學院 政治學與國際關系學院，云南 蒙自 661100)

為探討三七(Panaxnotoginseng)連作障礙產生的原因和建立合理的輪作制度，本試驗測定了三七水浸提物對玉米(Zeamays)、小麥(Triticumaestivum)和蠶豆(Viciafaba)的化感效應。結果表明，三七水浸提物對玉米、蠶豆和小麥種子萌發均表現為化感抑制作用，并且化感作用隨著濃度增加而增加，其中蠶豆較為敏感，小麥次之。三七水浸提物濃度為0.025 g·mL-1時，對去胚乳玉米幼芽、幼根均具有促進作用，但對去胚乳小麥幼芽、幼根為抑制作用。三七水浸提物能提高蠶豆幼苗MDA含量。三七對玉米的化感作用弱于蠶豆和小麥，因此，玉米可作為三七的輪作作物，減輕三七的連作障礙。

三七； 化感效應； 連作障礙； 輪作

三七[Panaxnotoginseng(Burk.)F.H.Chen]屬五加科(Araliaceae)人參屬(Panax)植物，又名人參三七、田七、滇三七、血參等[1]，是我國名貴的中草藥之一，味甘、微苦、溫，歸肝胃、大腸經，具有補血、消腫定痛、止血散瘀等功效[2-3]。云南省的三七種植面積和產量均占全國90%以上[4]。連作障礙是指同一植物或近緣植物連作以后，即使在正常管理情況下，也會出現生育狀況變差、病蟲害嚴重、產量降低、品質變劣的現象[5]。目前普遍認為土壤養分缺失，土壤反應異常，土壤理化性狀惡化，來自植物的有害物質和土壤微生物變化等是連作障礙產生的重要原因[6]。三七連作障礙主要表現為植株基本全部死亡，生產實踐中種植過三七的地塊一般要輪作或休閑8～10年才能重新種植[7]。

植物化感作用是指一種活體植物(供體，Donor)產生并以揮發(Volatilization)、淋溶(Leaching)、分泌(Excretion)和分解(Decomposition)等方式向環境釋放次生代謝物而影響鄰近伴生植物(雜草等受體，Receiver)生長發育的化學生態學現象[8-9]。研究表明，三七根部對玉米的化感作用弱于莖葉，玉米的地下部分比地上部分更為敏感[10]；化感物質阿魏酸、三七總皂苷、三七鮮根水提液及三七水培液對三七的生長均表現抑制作用[11]；不同處理的黨參水浸液對受試作物的種子萌發和幼苗生長總體表現為抑制作用，且隨著水浸液濃度的增加抑制作用明顯加強，黨參植株地下部分水浸液對不同作物的化感效應大于地上部分[12]；三七莖葉水浸液對小麥發芽指數、苗根、最長根、地上干重、地下干重和總干重表現出明顯的抑制作用，而根水浸液只對最長根具有抑制作用，莖葉水浸液的化感作用更強[13]。輪作通過作物養分吸收的互補，可有效防治土壤單一養分的積累，改善土壤微生物區系，促進作物生長[14-19]。本試驗采用化感效應的研究方法，利用浸溶方式，研究三七對玉米(Zeamays)、小麥(Triticumaestivum)和蠶豆(Viciafaba)的化感作用，為三七的連作障礙研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供體材料為云南省紅河州蒙自市種植的3年生三七植株，沖洗干凈后于室內風干，用粉碎機粉碎備用。受體為當地種植的玉米、小麥和蠶豆種子。

1.2 三七水浸液的制備

稱取適量的三七根粉碎物，加入10倍的蒸餾水，室溫下浸泡48 h后，用紗布過濾，制得0.1 g·mL-1濃度的三七水浸液。然后采用倍量稀釋法，在100 mL的容量瓶里，分別倒入25、50、75、100 mL的濃度為0.100 g·mL-1的母液，用蒸餾水定容至刻度線，稀釋成0.025、0.050、0.075和0.100 g·mL-1的三七水浸提物。

1.3 種子萌發試驗

將玉米、小麥、蠶豆種子用3%的次氯酸鈉(NaClO)溶液表面消毒5 min，經蒸餾水反復沖洗3次后，在放有2張濾紙的無菌培養皿(直徑9 cm，105 ℃高溫滅菌)內分別放入種子(小麥50粒·皿-1，玉米和蠶豆30粒·皿-1)。將不同濃度的三七水浸液(小麥10 mL、玉米和蠶豆30 mL)添加到相應的培養皿中，同一濃度3個重復，以蒸餾水作對照。放在(26±1) ℃恒溫箱中暗培養，在培養過程中及時補充適量的蒸餾水，使紙床保持濕潤。從種子萌發之日開始記錄萌發的種子數，連續觀察10 d，計算萌發指數、萌發率、化感相應指數(RI)。

萌發指數=Σ(Gt/Dt)，式中，Gt為第t天萌發種子數，Dt為相應種子萌發天數；萌發率=(萌發種子總數/供試種子總數)×100。

相對萌發率=(處理萌發率×100)/對照萌發率

相對萌發指數=(處理萌發指數×100)/對照萌發指數

參照Williamson等[20]的方法，采用化感響應指數(RI)度量化感作用強度：

RI=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1 (T

式中，C為對照值，T為處理值。RI<0為抑制，RI>0為促進，絕對值的大小表示作用強度。由于物種間種子萌發和生長參數差異較大，為便于比較，本研究使用相對值(對照的百分比)表示萌發率、萌發指數。

1.4 光合作用抑制活性測定

采用去胚乳小麥幼苗法[16-17]對小麥和玉米進行試驗，將飽滿均勻的玉米和小麥種子催芽后，挑選胚根和胚芽長分別一致的幼苗，摘除胚乳，用蒸餾水漂洗，然后放入培養皿中，再加入10 mL不同濃度三七水浸提物，將培養皿置于26 ℃恒溫箱中恒溫培養，光照時間為12 h·d-1。試驗過程中，適當添加蒸餾水，培養3 d后測量玉米和小麥胚根和胚芽長，計算抑制率。每一濃度3次重復，每個重復10株玉米，以蒸餾水作為對照。

1.5 幼苗丙二醛(MDA)含量測定

以蠶豆作為代表性物種，參照王以柔等[18]測定幼苗整體MDA含量。在直徑為9 cm的培養皿中裝入干凈的河沙(過40目篩，洗凈，105 ℃烘干)，刮平后每皿中加入25 mL不同濃度的三七水浸液，使沙子完全濕潤，按“3-4-3”順序播10粒已催芽露白的種子于26 ℃恒溫培養，黑暗培養2 d，在第3天開始26 ℃恒溫光照培養，光照12 h·d-1，7 d后取地上部分。丙二醛含量測定采用硫代巴比妥酸法[19]。取0.5 g樣本，洗凈、風干，剪碎置于研缽中，加少量石英砂和2 mL水，研成勻漿，轉移到試管，再用3 mL水分兩次洗研缽，合并提取液；在提取液中加入5 mL 0.5%的硫代巴比妥酸溶液，搖勻；用試管夾夾住試管置于沸水中加熱10 min(至有小氣泡產生后計時)，冷卻至室溫；冷卻后，3 500 r·min-1離心15 min，取上清液量其體積，以一定量的0.5%的硫代巴比妥酸為空白對照，分別測出其在450、532和600 nm下的D值。計算MDA含量。

1.6 數據處理

采用Excel 2007和SPSS 17.0對數據進行方差分析，利用單因素方差分析結合多重比較進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 對3種作物種子的化感效應

2.1.1 種子萌發

由圖1可以看出，三七水浸液對玉米、小麥和蠶豆均有抑制作用，但抑制的程度因作物而有所不同，其中對蠶豆的抑制作用最強。各作物種子的相對萌發率均隨著三七水浸液濃度的增加而降低。三七水浸液濃度為0.025和0.050 g·mL-1對3種作物種子萌發率的影響相對較弱；在濃度為0.075 g·mL-1時，玉米、蠶豆和小麥的相對萌發率分別為78.2%、69.8%和76.7%，均顯著低于0.025和0.050 g·mL-1濃度處理。在最高濃度0.100 g·mL-1時，玉米、蠶豆和小麥的相對萌發率分別為64.4%、51.2%和55.5%。在不同濃度處理下，三七水浸液對蠶豆的抑制作用均最強，因此蠶豆不適宜與三七輪作。

同一作物不同濃度處理間沒有相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同圖2、圖3圖1 三七水浸液對3種作物種子相對萌發率的影響

2.1.2 種子萌發指數

三七水浸液對3種作物種子相對萌發指數的影響如圖2所示，玉米、蠶豆和小麥的相對萌發指數均隨著濃度的增加而顯著降低。在同一濃度處理下，玉米的相對萌發指數均高于蠶豆和小麥。在最高濃度0.100 g·mL-1時，玉米、蠶豆和小麥的相對萌發指數分別為63.4%、53.6%和55.6%，說明蠶豆和小麥的相對萌發指數均對化感物質較敏感，玉米的相對萌發指數對化感物質一般敏感，其結果與萌發率一致。

圖2 三七水浸液對3種作物種子相對萌發率指數的影響

2.1.3 種子相對萌發率的化感效應指數

如圖3所示，三七水浸液對玉米、蠶豆和小麥的化感作用均隨濃度的增加而增加。各濃度處理對3種作物萌發率的化感效應指數均為負值，即三七對玉米、蠶豆和小麥的化感效應均表現為抑制作用。在最小濃度0.025 g·mL-1時，對小麥的抑制作用最小，其次為玉米；在最高濃度處理0.100 g·mL-1時，對蠶豆的抑制作用達到最強(RI=-0.4646)，對玉米的抑制作用最小(RI=-0.3341)。濃度處理為0.025、0.050和0.075 g·mL-1對小麥和蠶豆的化感作用依次增強，RI從-0.0078到-0.2699不等。

圖3 三七水浸提物對3種作物種子相對萌發率的化感效應指數的影響

2.2 對光合作用的抑制作用

采用去胚乳小麥幼苗法測定三七水浸液對光合作用的抑制活性。如圖4和圖5所示，三七水浸液對去胚乳玉米、小麥的幼芽和幼根具有較強的抑制作用(在濃度為0.025 g·mL-1時，對玉米的幼根和幼芽具有促進作用)，且對幼芽的抑制作用大于幼根。在相同濃度下，三七水浸液對幼芽及幼根的抑制率無明顯差異。在0.025、0.050、0.075和0.100 g·mL-1濃度下，對去胚乳玉米幼根的生長抑制率分別為-1.47%、0.41%、3.35%和11.76%，幼芽抑制率分別為-0.6%、2.9%、6.0%和14.1%。因此，三七水浸液對玉米具有一定的抑制活性。對去胚乳小麥幼根的生長抑制率分別為27.7%、37.2%、30.7%和31.7%，幼芽抑制率分別為21.2%、32.2%、32.7%和37.1%。所以，三七水浸物對小麥具有較強的抑制活性。在光合作用下，三七水浸液在對玉米幼芽及幼根表現出“低促進，高抑制”的雙向效應，但對小麥幼芽及幼根一直呈抑制作用。

同一指標不同濃度處理間沒有相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同圖5、圖6圖4 三七水浸液對玉米幼芽、幼根的抑制作用

圖5 三七水浸液對小麥幼芽、幼根的抑制作用

2.3 對幼苗丙二醛含量的影響

如圖6所示，三七水浸物對蠶豆幼苗MDA含量有顯著影響，除了在最低濃度為0.025 g·mL-1時，MDA含量低于對照外，其他處理均高于對照。在0、0.025、0.050、0.075和0.100 g·mL-1的濃度下，蠶豆幼苗的MDA含量依次為1.83、1.48、2.87、2.19和3.18 nmol·g-1，說明MDA含量的高低可能與三七化感效應對受體作物的影響有關。

圖6 三七水浸物對蠶豆幼苗丙二醛含量的影響

3 小結與討論

化感效應是產生連作障礙的主要原因之一。化感物質的釋放主要途徑包括揮發、淋溶、根系分泌物以及植物殘體分解后釋放[21]。本研究表明，三七水浸液對受體植物玉米、蠶豆和小麥種子的萌發率和相對萌發指數均具有較強的抑制生長作用，蠶豆和小麥表現為較敏感，玉米表現為一般敏感，說明三七對作物的生長具有明顯的化感作用。三七水浸物對玉米、蠶豆和小麥種子的相對萌發指數和相對萌發率的影響趨勢基本一致，但在同一濃度下，3種作物種子的相對萌發指數受影響程度高于相對萌發率，說明了相對萌發指數可能是衡量化感作用更敏感的指標，分析結果與李美等[22]和顏紅果等[23]的研究結果一致。在對同一種受體作物芽和根長度影響可以看出，三七水浸液對玉米的芽生長的影響明顯高于根，而對于小麥來說，低濃度對根生長的影響高于芽生長，而高濃度時根與芽的生長與玉米的結果一致。同時，玉米的幼根、幼芽在三七水浸液的影響下，表現出了“低促進，高抑制”的雙向效應。

丙二醛(MDA)是植物器官衰老或在逆境下遭受氧化脅迫發生的膜脂過氧化的產物，同時也是一種具有很強毒性的有害物質。MDA含量的多少代表膜損傷程度的大小以及植物的抗逆性[24]。本研究表明，三七水浸物在處理后，能引起受體植物MDA含量的升高，其含量的升高表明受體植物的膜脂過氧化程度增高，膜透性增大，即植物對逆境條件反應增強。本試驗通過對三七水浸提物化感效應的研究，在培養皿內進行試驗，使光、溫度和水分條件均保持一致，避免了自然條件下各種因素的干擾，結果能較好地反映三七化感效應的強弱。但在自然條件下，化感物質的釋放與積累受到了很多環境條件的制約，如水分、土壤肥力等因素[25]，因此還需進一步研究在自然條件下三七的化感效應。

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(責任編輯：張 韻)

2017-09-05

云南省教育廳重點項目(2015Z184)；紅河學院博碩項目(14bs13)；國家級大學生創新創業項目(DCXM165004)

王田濤(1986—)，男，河南商丘人，講師，博士，從事藥用植物栽培研究工作，E-mail：wangtian19862003@163.com。

文獻著錄格式：王田濤，盧丙越，雷恩，等. 三七對不同作物化感的效應[J].浙江農業科學，2017，58(11)：1982-1985，1988.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171135

S576.23+6

A

0528-9017(2017)11-1982-04