不同濃度灸根對黃瓜幼苗生長及根系生理生化特性的影響

楊榮超 胡守榮 梁劍鋒 梁小銘 黃少東 章月琴

我國是世界上最大的蔬菜生產國和消費國，全國蔬菜播種面積超過2 000萬hm2，年產值達到1.2萬億元，蔬菜產業已經從昔日的“家庭菜園”逐步發展成為主產區農村經濟發展的支柱產業。近幾年，設施蔬菜產業發展迅速，在我國農業產值中占有重要地位，但化肥農藥超量施用問題成為制約設施蔬菜產業發展的瓶頸。過量、不合理用肥用藥，導致肥藥利用率低、土壤板結、酸化、農藥殘留毒性、病蟲抗（耐）藥性上升、環境污染、生態平衡破壞等一系列問題，嚴重威脅著我國農產品安全和農業生態環境安全。為了實現化肥、農藥減施增效，農藥提質增效，農民增收致富的目標，綠色、環保型肥料的研制及推廣勢在必行，且具有極大的市場空間。

化感物質來源于植物的次生代謝物，是植物在次生代謝過程中通過草莽酸途徑或醋酸途徑生成的，其結構簡單，相對分子質量小，主要分為4類，分別為酚類、萜類、糖和糖苷類、生物堿和非蛋白氨基酸。植物化感作用發現已有2 000多a歷史，早在公元前77年就發現黑胡桃對周邊鄰近的植物有毒害作用，但真正進入系統、深入的研究則是近30 a的事情。其概念是由Molish于1937年首次提出，20世紀 70年代Rice在Molish的基礎上，將植物化感作用定義為：植物 （含微生物）通過釋放化學物質到環境中而產生的對其他植物直接或間接的有害作用；到20世紀80年代中期，Rice將有害作用和自毒作用補充到植物化感作用的定義中，其完整表述為：植物或微生物的代謝分泌物對環境中其他植物或微生物有有利和不利的作用[1]。化感作用是一個極其復雜的過程，包括了偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用。偏害作用指的是一種供體植物通過揮發、分泌、淋溶和降解等方式釋放次生化合物并進入環境中（特別是土壤環境），從而抑制鄰近受體植物生長發育的現象，亦稱植物化感抑制作用。如黃花草木樨水浸液中香豆素對黃花草木樨、紫花苜蓿、紅三葉、萹蓄、稗草和黑麥草等有很強的抑制作用[2]。化感作用的過程具有選擇性、專一性[3，4]和濃度效應[5～7]，存在復合效應[8]、階段性[9]等特點。 化感作用的本質就是一種植物通過釋放化學物質來影響另一種植物的生長發育。化感物質對植物多種生理生化過程及生長發育都有一定的影響，其中對植物體內各種酶活性的影響主要表現激活和抑制對種子萌發和植株生長所需要的關鍵酶[10，11]。

灸根作為一種化感物質的復合物，主要成分包括總黃酮、有機酸、脂肪族醛、酮、直鏈醇、不飽和內酯、長鏈脂肪酸、醌類、酚類、聚乙炔、肉桂酸及其衍生物、苯甲酸及其衍生物、甾類化合物、生物堿、單寧、萜類、嘌呤、核苷等。其主要作用原理就是自然界中的植物化感效應，能調控作物的生理代謝等多項生理活動，從而促進植物的生長發育，有效抵御害蟲和病原菌的侵染，建立相對穩定的生態平衡。黃瓜是世界上普遍栽培的重要園藝作物之一，也是我國種植面積最大、范圍最廣的蔬菜之一，在我國的農業生產和消費中占據著舉足輕重的地位[12]。本研究以黃瓜為材料，研究了不同濃度灸根對黃瓜幼苗的影響，為生產中廣泛應用相關產品提供了一定理論參考價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試黃瓜品種為津春3號，天津市農業科學院黃瓜研究所選育。

光碳能量液：灸根，由北京中科利農生物技術研究院提供。

營養液組成：為MS培養基母液配方。

1.2 試驗設計

試驗根據不同的灸根稀釋倍數設置5個處理，分別為：0（清水）、50 倍、100 倍、150倍、200 倍， 按順序分別記為 CK、A、B、C、D組，每個處理設3次重復，隨機排列。采用50孔穴盤育苗，每孔播1粒種子，每個重復播30粒種子，栽培基質是黃瓜的專用育苗基質。

1.3 試驗方法

2016年7月15日，選取飽滿、整齊一致的黃瓜種子，放入55℃左右的熱水中浸種15 min，期間不斷攪拌，并不停添加熱水以保持水溫。浸種后，將種子放在墊有濕濾紙的培養皿中，置于28℃左右的環境中催芽，期間維持濾紙的濕潤。7月17日選取發芽一致的種子在穴盤基質中播種，每個穴中放1粒種子，之后將基質澆足水并鋪膜以保證其出苗的一致性。試驗溫度為20～25℃，光照強度約為1 500 lx，并適時為幼苗施加營養液（MS培養基母液配方），7月19日揭膜并澆水。

7月22日，用不同稀釋倍數的灸根對黃瓜幼苗進行第1次處理，每10 d處理一次，共處理3次。第1次處理時，子葉完全展開；第2次處理時，為1葉1心期；第3次處理時，為2葉1心期。第1次和第2次處理后10 d，每重復取5株幼苗進行生長指標（株高、莖粗、主根長、主根直徑、側根數、植株干鮮質量）的測定；第3次處理后10 d，每重復取5株幼苗進行生長指標的測定，取15株進行根系生理指標的測定，包括SOD、POD、CAT的活性和MDA含量的測定。

1.4 測定方法與數據分析

表1 不同濃度的灸根對黃瓜幼苗生長的影響

株高是用米尺測量子葉節到生長點的距離，莖粗是用游標卡尺測量子葉下1 cm處的莖直徑，主根長和主根直徑也是用游標卡尺進行測量，整株干鮮質量是用千分之一電子天平進行稱量。各種酶活性的測定主要參考Cavalcanti等[13]方法。

試驗數據采用Microsoft Excel 2003軟件進行處理，采用SPSS軟件進行方差分析，運用Duncan's新復極差法進行多重比較（P＜0.05）。

表2 不同濃度的灸根對黃瓜幼苗根系生長的影響

2 結果與分析

2.1 不同濃度灸根對黃瓜幼苗生長的影響

由表1可以看出，黃瓜幼苗經過不同濃度灸根處理1次后10 d，A處理的莖粗和植株干質量顯著低于對照，株高和植株鮮質量與對照無顯著差異，B、C處理的株高、莖粗、植株干鮮質量都顯著高于對照，D處理的株高、莖粗和全株鮮質量顯著高于對照，全株干質量與對照無顯著差異，B處理的莖粗和全株干質量顯著高于C、D處理，植株鮮質量顯著高于D處理，而與C處理無顯著差異，C處理的植株干質量顯著高于D處理，而株高、莖粗和全株鮮質量與D處理無顯著差異。

第2次處理后10 d，A處理的株高、莖粗、植株干鮮質量都顯著低于對照，B、C、D處理的株高、莖粗、植株干鮮質量都顯著高于對照，B處理的植株干質量顯著高于C、D處理，莖粗和植株鮮質量顯著高于D處理，C處理的莖粗、植株干鮮質量顯著高于D處理。

第3次處理后10 d，A處理的株高、莖粗、植株干鮮質量都顯著低于對照，B、C、D處理的株高、莖粗和植株干質量都顯著高于對照，B、C處理的植株鮮質量顯著高于對照，D處理的植株鮮質量與對照無顯著差異，B處理的莖粗、植株干鮮質量都顯著高于C、D處理，株高與C、D處理無顯著差異，C處理的株高、莖粗、植株干鮮質量與D處理無顯著差異。

從整體來看，B處理的黃瓜幼苗長勢最好，A處理的黃瓜幼苗長勢最差，C、D處理的幼苗生長狀況較好。

2.2 不同濃度灸根對黃瓜幼苗根系生長的影響

黃瓜幼苗植株的根系發達程度與植株的健壯程度密切相關。由表2可以看出，黃瓜幼苗經過不同濃度灸根第1次處理后10 d，A處理的側根數、主根長和主根直徑與對照都無顯著差異，B、C、D處理的側根數、主根長和主根直徑都顯著高于對照；B、C、D處理之間的側根數、主根長和主根直徑都無顯著差異。

第2次處理后10 d，A處理的側根數、主根長和主根直徑都顯著低于對照，B、C處理的側根數和主根長度顯著高于對照，B處理的主根直徑顯著高于對照，C處理的主根直徑與對照無顯著差異，D處理的主根長度顯著高于對照，側根數和主根直徑與對照無顯著差異；B處理的側根數量和主根長都顯著高于C、D處理，C處理的側根數量顯著高于D處理。

第3次處理后10 d，A處理的側根數、主根長和主根直徑都顯著低于對照，B處理的側根數、主根長和主根直徑都顯著高于對照，C處理的側根數和主根長度顯著高于對照，主根直徑與對照無顯著差異，D處理的側根數量顯著高于對照，主根長和主根直徑與對照無顯著差異。B處理的側根數量顯著高于C、D處理，主根長度顯著高于D處理，C處理的側根數量顯著高于D處理，其他指標之間無顯著差異。

從整體來看，B處理的幼苗根系長勢最好，A處理的幼苗根系長勢最差，C處理幼苗根系生長狀況比D處理的好。

2.3 不同濃度灸根對黃瓜幼苗根系生理生化指標的影響

在逆境條件下，植物體內會產生大量的活性氧，使細胞膜發生脂質過氧化作用，并對蛋白質和核酸等造成損傷，進而限制植物的生長[14]。為了降低大量活性氧對植物生長的影響，植物體內會產生過氧化氫酶（CAT）和各種過氧化物酶（SOD、POD）共同催化H2O2分解為O2和 H2O[15]。MDA是膜脂過氧化最重要的產物之一，它的產生還能加劇膜的損傷，因此，在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA含量是一個常用指標，可通過MDA了解膜脂過氧化的程度，以間接測定膜系統受損程度以及植物的抗逆性。

圖1 不同濃度的灸根對黃瓜幼苗根系SOD活性的影響

圖3 不同濃度的灸根對黃瓜幼苗根系CAT活性的影響

圖2 不同濃度的灸根對黃瓜幼苗根系POD活性的影響

圖4 不同濃度的灸根對黃瓜幼苗根系MDA活性的影響

①對黃瓜幼苗根系SOD活性的影響 由圖1可見，黃瓜幼苗經過不同濃度灸根第3次處理后10 d，A處理的 SOD活性顯著低于對照，B、C、D處理的SOD活性顯著高于對照，其中，B處理的SOD活性顯著高于C、D處理，C處理的SOD活性顯著高于D處理。因此，B處理的SOD活性最強，A處理的SOD活性最弱。

②對黃瓜幼苗根系POD活性的影響 由圖2可見，黃瓜幼苗經過不同濃度灸根第3次處理后10 d，A處理的POD活性與對照無顯著差異，B、C、D處理的POD活性顯著高于對照，其中，B處理的POD活性顯著高于C、D處理，C處理的POD活性顯著高于D處理。因此，B處理的POD活性最強，A處理的POD活性最弱。

③對黃瓜幼苗根系CAT活性的影響 由圖3可見，黃瓜幼苗經過不同濃度灸根第3次處理后10 d，A處理的CAT活性顯著低于對照，B、C處理的CAT活性顯著高于對照，B處理的CAT活性顯著高于C、D處理，D處理的CAT活性與對照無顯著差異。因此，B處理的CAT活性最強，A處理的CAT活性最弱。

綜合圖1、2、3可以得出，B處理的保護酶活性最高，C處理次之，D處理再次，A處理的保護酶活性最低。

④對黃瓜幼苗根系MDA含量的影響 由圖4可見，黃瓜幼苗經過不同濃度灸根第3次處理后10 d，A處理的MDA含量顯著高于對照，B、C、D處理的MDA含量顯著低于對照，其中，B處理的MDA含量顯著低于C、D處理，C處理的MDA含量顯著低于D處理。因此，A處理的MDA含量最高，B處理MDA含量最低，即A處理的細胞膜質過氧化程度最高，B處理的細胞膜質過氧化程度最低。

3 結論與討論

本試驗結果表明，不同濃度的灸根對黃瓜幼苗的生長狀況、根系的形態和生理生化特性的影響不同。灸根是一種從植物體內提取的化感物質，經其處理后，黃瓜幼苗的株高、莖粗、全株鮮質量和干質量、側根數、主根長、主根直徑及根系 SOD、POD、CAT活性和MDA含量有明顯的變化。在本研究中，稀釋100倍、150倍和200倍的灸根在不同時期處理黃瓜幼苗后，都能不同程度地提高幼苗的株高、莖粗、全株鮮質量和干質量、側根數、主根長、主根直徑、根系的保護酶活性（SOD、POD、CAT），降低膜質過氧化作用，總體表現為促進黃瓜幼苗的生長。其中以100倍最為顯著，150倍其次，200倍再次。而在稀釋50倍的灸根處理下，黃瓜幼苗的生長指標、保護酶活性顯著降低，膜質過氧化作用顯著提高，總體表現為抑制黃瓜幼苗生長。這說明化感物質濃度較大的情況下能夠對黃瓜幼苗的生長產生一定限制作用，只有在一定濃度范圍之內才會促進植物的生長，具體的作用機理還有待于深入研究。

另外，一些研究顯示，化感作用具有濃度效應，不同的植物及相同植物的不同生長發育期也可能存在不同的濃度效應，植物釋放的同一種化學物質在不同的濃度和條件下也能表現出有益和有害兩方面的作用[16，17]。與本試驗結果有所不同，百里香化感作用的試驗結果顯示，蘿卜幼苗的株高在百里香水浸液的濃度最高和最低時受到促進，卻在中間濃度受到抑制[18]。百合化感作用的試驗結果表明，百合水浸液對受體植物的作用表現為低濃度促進，高濃度抑制[19]。此外，相同黃瓜幼苗的同一形態或生理指標也可能受土壤養分不同或土壤微生物分解等的影響[20]，最終得出的研究結論可能也會不同，其具體的機理也有待于進一步的深入研究。盡管化感物質對植物產生影響的作用機理還不明確，但是越來越多的研究結果證明，植物提取物對提高植物抗性，減少病蟲害，提高農作物單位面積產量具有非常重要的作用。