大蒜鱗莖水浸提液的化感作用評價

王薇薇，郭 軍，鄭佳秋，祖艷俠，梅 燚，樊繼德，吳永成

(江蘇沿海地區農業科學研究所，江蘇鹽城 224002)

化感作用是指一種植物(包括微生物)通過本身產生并釋放到周圍環境中的化學物質對另一種植物(或微生物)產生直接或間接的相互排斥和促進的作用[1]，具有化感作用的物質稱為化感物質(allelochemicals)。植物化感作用是以向環境釋放化感物質實現的，化感物質釋放是化感作用的重要環節，化感物質的釋放途徑主要有揮發、淋溶、分泌、腐解[2-6]和花粉直感[7]等。植物化感作用廣泛存在于自然界中，對植物群落的形成、演替，農業生產中輪作、間作、套作的合理安排及農作物病蟲草害的防治等方面均有重大影響[8-10]。因此，研究化感植物對自身或其他生物生理生態過程的化感效應對保持生態系統平衡、保護生物多樣性有著重要的科學意義。

隨著農業科學技術的迅速發展和蔬菜種植面積的擴大，選擇合理的蔬菜栽培制度(間作、套作、混作、輪作)，不僅可以提高土地利用率、增加蔬菜產量，還可以有效改善土壤理化性狀和微生態環境，避免或減輕土壤連作障礙。但是在制定耕作制度時，一定要把化感因素考慮在內，許多蔬菜作物都能表現出一定的化感作用，應該充分利用不同蔬菜間的化感促進作用，避免化感抑制作用。胡蔥揮發物對番茄幼苗生長在 80株/3.83 m2處理下表現為促進作用最強，120株/3.83 m2處理下表現為抑制；胡蔥根系分泌物在60株/盆處理下對番茄的促進作用最強，在80株/盆處理下對番茄的抑制作用最強[11]。馬鈴薯與菜豆、洋蔥和甜菜間作可以提高產量[12]，番茄和黃瓜、蔥與菜豆相克則不宜種在一起[13]。

大蒜(AlliumsativumL.)屬于百合科蔥屬2年生草本植物，是深受世界各國人民喜愛的保健蔬菜，又是重要的調味品和醫藥原料，具有良好的殺菌效果和藥用價值。大蒜在我國已有2 000多年的栽培歷史，栽培面積和產量均居世界第一。在農業生產中大蒜是公認的良好前茬作物[14]，可以促進植物根際土壤中真菌、細菌和放線菌的繁殖，提高根際土壤中磷酸酶、脲酶和過氧化氫酶的活性，從而促進土壤中N、P等營養元素的循環，為其他植物根系的生長創造良好的微生態環境[15]。金揚秀等發現大蒜與瓜類輪作并輔以適時休閑能夠將瓜類枯萎病發病率由連作時的50%降至10%[16]。大蒜根系分泌物對黃瓜枯萎病菌和西瓜枯萎病菌菌絲生長及孢子萌發表現出抑制作用[17]。質量分數0.625%的大蒜鱗莖浸提液處理黃瓜種子4 h后，黃瓜鐮刀菌枯萎病和黃瓜猝倒病的發生率均為0，防治效果達到100%[18]。大蒜多數品種的秸稈水浸液對番茄幼苗的生物量表現低促高抑的效果，品種G604效果最為顯著[19]。目前幾乎所有的化感作用研究報道均涉及生物測定法，生物測定是化感作用研究中非常重要的一個環節，此方法得到的結果快速直觀，可行性較強，因此，本試驗采用浸提法收集大蒜鱗莖浸提液，通過測定不同濃度大蒜鱗莖浸提液對空心菜種子萌發和幼苗生長的影響來研究大蒜鱗莖浸提液的化感作用，明確大蒜鱗莖浸提液對空心菜的化感效應，以期為今后大蒜和空心菜的合理配置提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用的供試材料為市售普通大蒜。受試作物為泰國柳綠空心菜(IpomoeaaquaticForsk.)，購于安徽省合肥市合豐種業有限公司。

1.2 大蒜浸提液制備

將蒜瓣用蒸餾水沖洗干凈并表面消毒，晾干后磨碎，稱取20 g放入三角瓶中，加入蒸餾水，定容至500 mL封口，常溫下置搖床160 r/min浸提24 h，過濾后制得浸提液母液，濃度為0.04 g/mL，將母液用蒸餾水稀釋成0.040、0.020、0.010、0.005 g/mL 4種濃度的浸提液。所有浸提液放置于4 ℃冰箱中備用。

1.3 大蒜浸提液對空心菜種子萌芽的影響

挑選均勻飽滿的空心菜種子，用70%乙醇消毒1 min，蒸餾水沖洗3次。在鋪有2張濾紙的培養皿里做發芽試驗，每個培養皿加入浸提液5 mL，對照(CK)加入等量蒸餾水。供試材料種子播入培養皿中，每皿30粒，重復3次，放置25 ℃光照培養箱中培養，光暗周期為12 h—12 h，每隔1 d加2 mL相應濃度的浸提液或蒸餾水，每天記錄種子的發芽情況。

1.4 大蒜浸提液對空心菜幼苗的影響

種子催芽后播于穴盤中，待長至3葉1心時，用不同濃度大蒜鱗莖浸提液灌根處理，蒸餾水處理作為對照，每個處理各重復3次，每隔3 d處理1次，每次5 mL，處理20 d后對空心菜幼苗的各個指標進行測定分析。

1.5 測定指標與方法

1.5.1 發芽率、發芽指數測定 自播種當天起統計萌發種子數，第4天計算發芽指數，第7天計算發芽率、胚軸長、胚根長。重復3次。種子發芽標準為種子發芽長度的1/2。

1.5.2 株高、根長、鮮質量、干質量的測定 株高、根長測定采用直尺直接量取法；鮮質量測定采用直接洗凈稱量法；干質量測定采用烘干稱量法。

1.5.3 葉片電導率測定 將采集的葉片用去離子水沖洗干凈，剪成大小相近的正方形(避開主脈)。每份稱量0.1 g放入裝有10 mL去離子水的注射器中，不斷抽氣放氣，直至葉片完全沉入水底，將抽真空后的葉片在離子水中處理3 h，用電導儀測定浸提液電導率(R1)，然后沸水水浴30 min，冷卻后再測定浸提液電導率(R2)，每份重復3次，相對電導率=R1/R2×100%。

1.5.4 生理生化指標測定 超氧化物歧化酶(SOD)活性采用NBT光化還原法測定；過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚氧化法測定；過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外分光光度法測定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法[20]測定。

1.6 數據統計及分析方法

用Excel 2010對數據進行預處理，采用SPSS 19.0對數據進行分析，對差異顯著的數據用Duncan’s新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 大蒜鱗莖浸提液對空心菜種子萌發的影響

由表1可知，大蒜鱗莖浸提液質量濃度為0.005 g/mL時空心菜種子的發芽率最高，0.010 g/mL濃度時發芽率與對照一致，之后隨著處理濃度升高，發芽率呈逐漸降低趨勢，但各處理與對照差異均不顯著。低質量濃度(0.005 g/mL)處理下，種子的發芽指數較對照有所增加，但差異不顯著。其余質量濃度下空心菜種子的發芽指數均降低，高質量濃度(0.020、0.040 g/mL)處理種子的發芽指數與對照差異顯著。大蒜鱗莖浸提液對空心菜種子胚根的影響表現為低質量濃度(0.005、0.010 g/mL)促進，高質量濃度(0.020、0.040 g/mL)抑制，各處理與對照差異不顯著。除 0.005 g/mL 濃度處理時胚軸較對照增長，其余處理隨著大蒜鱗莖浸提液濃度的升高對胚軸增長的抑制作用顯著增強。

表1 大蒜鱗莖浸提液對空心菜種子萌發的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下表同。

2.2 大蒜鱗莖浸提液對空心菜幼苗生長的影響

2.2.1 大蒜鱗莖浸提液對空心菜形態指標的影響 由表2可知，大蒜鱗莖浸提液對空心菜幼苗生長主要表現為低質量濃度促進、高質量濃度抑制。在0.005、0.010 g/mL濃度處理條件下幼苗株高較對照顯著增加；0.020、0.040 g/mL濃度處理下株高較對照有所減少，但差異未達顯著水平。在0.005、0.010 g/mL 濃度處理下根長增加；0.020、0.040 g/mL濃度處理下的根長較對照顯著減少。在低質量濃度(0.005、0.010 g/mL)大蒜鱗莖浸提液處理下能夠促進空心菜的鮮質量、干質量的增加，但在高質量濃度(0.020、0.040 g/mL)處理后這些指標受到抑制。其中，0.005、0.010 g/mL濃度處理下鮮質量與對照差異顯著；0.010、0.040 g/mL濃度處理下干質量與對照差異顯著。

2.2.2 大蒜鱗莖浸提液對空心菜相對電導率的影響 由圖1可知，幼苗葉片相對電導率隨著處理濃度的上升，表現為先降低再上升。0.005g/mL濃度的大蒜鱗莖浸提液處理后空心菜幼苗葉片的相對電導率較對照降幅最大，達56.5%；其次是0.010 g/mL處理，下降44.7%。0.020、0.040 g/mL處理條件下分別上升13.7%、17.2%。

表2 大蒜鱗莖浸提液對空心菜幼苗生長的影響

2.2.3 大蒜鱗莖浸提液對空心菜幼苗體內保護酶活性和MDA含量的影響 由表3可知，空心菜幼苗中SOD活性隨著浸提液濃度升高呈先升高后降低的趨勢。處理濃度 0.005 g/mL 時幼苗SOD活性與對照差異顯著，其他濃度處理與對照相比差異不顯著。0.005、0.010 g/mL 處理條件下POD活性較對照上升，0.020、0.040 g/mL 處理條件下POD活性較對照降低。除0.040 g/mL處理條件下CAT活性較對照降低，其余濃度處理條件下CAT活性上升，其中0.005、0.010 g/mL處理與對照差異顯著。隨著處理濃度的升高，幼苗葉片MDA含量先減少后增加，各處理與對照差異不顯著。

表3 大蒜鱗莖浸提液對空心菜幼苗保護酶活性和MDA含量的影響

3 討論與結論

化感作用除了依賴于受試物種、品種、化感物質成分等，還與其濃度密切相關。一定濃度條件下抑制某些植物生長的化感物質在更低濃度條件下會促進同種植物或其他植物的生長[21-23]。番茄植株水浸提液對幾種受試作物表現明顯的低濃度促進和高濃度抑制的雙重質量濃度效應[24]。周艷麗等也發現大蒜根系浸提液對番茄、辣椒幼苗生長同樣具有高抑低促現象[25]。鄭麗等發現不同濃度紫莖澤蘭葉片提取液對10種受試植物種子的化感強度不同，低濃度時較弱，高濃度時能降低種子的發芽率、發芽速率、 胚軸長和胚根長[26]。該試驗研究也表明，大蒜鱗莖浸提液對空心菜種子萌發和幼苗生長表現為低濃度促進、高濃度抑制的雙重濃度效應。

從本質上來講，一種植物通過化感物質來影響另一種植物的生長發育，就是化感物質對植物生理生化過程的影響?；形镔|通過影響細胞膜的透性，改變細胞的分裂、伸長和亞顯微結構，影響礦質離子和水分的吸收，影響光合、呼吸作用，影響蛋白質合成，改變核酸的代謝，抑制或刺激某些酶的活性等生命活動，進而影響植物的生長發育。研究發現，鼠尾草葉片中的揮發性物質能夠損傷黃瓜細胞膜系統，抑制黃瓜種子胚根和下胚軸細胞的分裂和伸長[27]。水稻浸提液能顯著抑制靶標雜草幼苗的SOD、POD活性，提高雜草根部自由基含量，導致膜脂過氧化物MDA含量增加[28]。連慧達等發現紅小豆根系水浸液能夠增強蘿卜、小麥幼苗的SOD、POD活性，減少MDA含量；顯著降低白菜的SOD、POD活性，MDA含量大幅度增加[29]。本試驗結果表明，大蒜鱗莖浸提液在適當濃度時，幼苗相對電導率下降，SOD、POD、CAT活性增強，MDA含量減少，可能是因為大蒜鱗莖中某些化感物質提高了空心菜保護酶活性，減少自由基含量，降低膜脂過氧化程度，提高植株的抗逆能力，促進幼苗的生長。當浸提液濃度升高，幼苗相對電導率上升，SOD、POD、CAT活性降低，MDA含量增加，植株的長勢變弱，株高、根長、鮮質量、干質量都較對照有所減少。

該試驗通過室內生物測定法較好地反映了不同質量濃度大蒜鱗莖浸提液對空心菜種子萌發和幼苗生長化感作用差異，但是在自然環境下，化感物質的釋放與積累受到諸多環境條件的制約，如光照、養分、水分、土壤微生物等都會對化感物質產生作用。因此，今后還需要緊密結合田間試驗，研究大蒜的化感作用及相關的化感物質鑒定，并對其作用機理進一步研究。

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