不同作物土壤水浸提液對遠志的化感效應

吳昌娟 王靜 張強 郭淑紅 裴帥帥 王秋寶 左憲強 田洪嶺

摘要 ［目的］建立遠志合理的耕作制度，篩選遠志最佳的輪作作物。［方法］選取8種遠志產地常種作物，研究不同作物土壤水浸提液對遠志種子萌發及幼苗生長的影響。［結果］不同作物土壤水浸提液對遠志種子萌發均有抑制作用，浸提液濃度越大，抑制作用越強，平均總抑制率從小到大依次是大豆、谷子、玉米、小麥、高粱、蓖麻、油葵、芝麻。不同作物土壤水浸提液對遠志幼苗的生長大部分出現了促進作用，各處理濃度間相比表現為隨著濃度的增大幼苗及根生長逐漸受到抑制。各處理遠志幼苗和根的生長整體呈負相關；蓖麻、芝麻處理，遠志苗高、根短；大豆、玉米和谷子處理，遠志根長、苗低、生長差。大豆、玉米、小麥、高粱和谷子處理的根長和根重高于CK。遠志幼苗POD活性除芝麻和蓖麻外均隨著濃度的增大而增強，MDA含量整體呈現隨著濃度的增大而增加的趨勢，SOD活性則隨著浸提液濃度的增大先增加后降低。［結論］綜合生長指標和生理指標，大豆、玉米、小麥和谷子是比較適合遠志的輪作作物。

關鍵詞 遠志；化感作用；連作障礙；土壤水浸提液

中圖分類號 S 567.23+9? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）12-0164-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.12.035

Allelopathic Effects of Soil Water Extracts from Different Crops on Polygala tenuifolia

WU Chang-juan1，WANG Jing2，ZHANG Qiang1 et al

（1.Industrial Crop Institute，Shanxi Agricultural University，Fenyang，Shanxi 032200;2.Liaoning Agricultural Economics School，Jinzhou，Liaoning 121000）

Abstract ［Objective］To establish a reasonable farming system and find suitable rotation crops for Polygala tenuifolia.［Method］This study selected eight common crops to study the effects of soil water extracts of different crops on seed germination and seedling growth of Polygala tenuifolia.［Result］The soil water extracts of different crops had inhibitory effects on the germination of Polygala tenuifolia seeds.The higher the concentration of the extract，the stronger the inhibitory effect.The average total inhibition rate from small to large was soybean，millet，corn，wheat，sorghum，castor，oil sunflower and sesame.The soil water extracts of different crops had a promoting effect on the growth of Polygala tenuifolia seedlings.The growth of seedlings and roots was gradually inhibited as the concentration increased compared to other treatments.The overall growth of seedlings and roots of Polygala tenuifolia in each treatment showed a negative correlation;castor，sesame treatment，Polygala tenuifolia had tall seedlings and short roots;soybeans，corn and millet treatment，Polygala tenuifolia had long roots，low seedlings and poor growth.The root length and root weight of soybean，corn，wheat，sorghum and millet treatments were higher than those of CK.The POD activity of Polygala tenuifolia seedlings，except for sesame and castor，increased with the increase of concentration.The overall MDA content showed an increasing trend with the increase of concentration，while the SOD activity first increased and then decreased with the increase of extract concentration.［Conclusion］Based on the comprehensive growth index and physiological index，soybean，corn，wheat and millet are more suitable rotation crops for Polygala tenuifolia.

Key words Polygala tenuifolia;Allelopathy;Continuous cropping obstacle;Soil water extract

基金項目 呂梁市重點研發項目（2022NYGG24）；山西農業大學生物育種工程項目（YZGC056）。

作者簡介 吳昌娟（1986—），女，山西太谷人，助理研究員，碩士，從事中藥材栽培育種研究。*通信作者，研究員，碩士生導師，從事中藥材栽培育種研究。

收稿日期 2023-08-27

遠志（Polygala tenuifolia Willd.）是常見的大宗藥材，具有安神益智、祛痰、消腫的作用，是我國重要的傳統出口藥材，也是國家重點保護的三級野生品種。山西是遠志的道地產區，遠志產量占全國的70%，遠志加工量占全國的90%。1997年，遠志在山西晉南地區開始人工栽培，并實現了規模化生產。但近年來由于連續種植，遠志出現了減產、發芽率降低、木芯變粗、根皮變薄、根腐病增加等連作障礙現象。藥農多以輪作方式解決此問題，對輪作作物的選擇以經驗為主，較為盲目。

近年來國內外對中藥材輪作作物的選擇有很多報道。尹國麗等［1］研究發現苜蓿輪作玉米、小麥后的土壤浸提液顯著促進了苜蓿種子的萌發、幼苗胚根和胚芽的生長，且輪作玉米、小麥的土壤浸提液濃度越大，促進作用越強。金彥博等［2］研究表明小麥根際土壤水浸液對當歸種子萌發和幼苗生長具有潛在的促進效應，抗氧化酶和細胞膜穩態均表現出較強的抗逆水平，一定程度上提高了當歸幼苗的抗逆性和適應性。雷瑞祥等［3］探究地黃、半夏和菘藍3 種藥用植物根際土壤水浸液對于遠志種子萌發和幼苗生長的化感作用，篩選出地黃適合與遠志進行輪作。關于運志的研究集中在資源、生長動態、養分吸收、成分檢測等方面［4-10］，適合與遠志輪作的作物還鮮見報道。

藥用植物連作障礙與其產生的化感物質密切相關，藥用植物化感作用是其發生連作障礙的重要因素之一［11］。化感物質可通過根系分泌、根茬腐解、莖葉淋洗等途徑向環境中釋放［12］。該試驗從遠志連作障礙的根源出發，選取遠志產區常種的作物，研究其根際土壤水浸提液對遠志種子萌發及幼苗生長的影響，旨在了解不同種植模式下其土壤對遠志的化感效應，為遠志倒茬種植挑選合適的作物、解決遠志連作障礙提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與處理

于2021年各作物收獲期在山西農業大學經濟作物研究所試驗田分別采集大豆、玉米、小麥、高粱、谷子、芝麻、油葵、蓖麻8種作物連作根際土壤。土壤樣品采集時，將作物拔起去除大塊土壤留下根際少量土壤，然后抖落收集根際土，按“ S“ 型選取5點。每個作物選10個采樣區。采集后混合，將土壤置陰涼處自然風干保存備用。

1.2 浸提液制備

土水比按1∶10混合，于20 ℃條件下振蕩48 h后過濾得浸提原液，將原液稀釋2、5、10倍，共4個濃度，放入4 ℃冰箱備用。

1.3 試驗方法

將培養皿高溫殺菌后鋪2層濾紙，加入8 mL制備好的浸提液，均勻放置50粒飽滿的遠志種子，放于25 ℃的光照培養箱中，每12 h記錄一次發芽情況，10 d后測量根長、根粗、根鮮重、幼苗鮮重、幼苗長、幼苗粗。

過氧化物酶（POD）活性采用愈創木酚比色法測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑光化還原抑制法測定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法測定［13］。

1.4 數據處理與分析 各項指標的計算方法如下：

發芽率＝發芽種子總數／供試種子總數×100%

發芽勢＝前5 d發芽種子總數／供試種子總數×100%

發芽指數＝（Gt/Dt）

式中：Gt為第t天的種子發芽數;Dt為相應的發芽天數［14］。

采用發芽速率指數（I）來定量評價自毒物質，計算公式為I=2（5X1+4X2+3X3+2X4+1X5），式中，X是指每隔24 h 發芽的種子數，X1是24 h記錄的發芽數，X2是48 h記錄的發芽數，以此類推。

用抑制率（inhibitory rate，IR）來表示各作物土壤浸提液對遠志的化感效應，公式為IR＝（對照值－處理值）/對照值×100%。當IR>0表示對遠志生長具有抑制作用，當IR<0表示對遠志生長具有促進作用。

綜合化感效應（comprehensive allelopathic effects，CE）表示各作物土壤浸提液對遠志各個測試指標IR的算術平均值，公式為

CE＝（IR發芽勢＋IR發芽率＋IR發芽指數＋IR發芽速率指數+IR苗高＋IR根長＋IR苗重+IR根重+IR根粗+IR莖粗）/10。

采用Excel 2013對試驗數據進行匯總整理，利用DPS V 9.5和SPSS 23進行方差分析，多重比較采用SSR法。

2 結果與分析

2.1 不同作物土壤水浸提液對遠志種子萌發的影響

由表1可知，不同作物土壤水浸提液對遠志種子萌發均有不同程度的抑制作用，且濃度越大，抑制作用越強。大豆根際土壤水浸提液處理遠志種子發芽率和發芽指數CK與0.10、0.05 g/mL濃度處理差異顯著，與0.01、0.02 g/mL濃度處理差異不顯著；發芽勢CK與各濃度處理均達到顯著水平；發芽速率指數與低濃度0.01 g/mL差異不顯著，與其余濃度差異顯著。玉米根際土壤水浸提液處理遠志種子發芽率、發芽勢、發芽指數和發芽速率指數CK與0.10、0.05 g/mL濃度處理差異顯著，與0.01、0.02 g/mL濃度處理差異不顯著。小麥根際土壤水浸提液處理遠志種子發芽率、發芽勢和發芽指數CK與各濃度處理差異均不顯著，發芽速率指數CK僅與高濃度0.10 g/mL 處理差異顯著。高粱根際土壤水浸提液處理遠志種子發芽率、發芽勢、發芽指數和發芽速率指數CK僅與高濃度0.10 g/mL處理差異顯著。谷子根際土壤水浸提液處理遠志種子發芽勢CK與0.10、0.05 g/mL濃度處理差異顯著，其他指標CK與各濃度處理間差異均不顯著。芝麻根際土壤水浸提液處理遠志種子發芽勢CK與各濃度處理差異均顯著，發芽率CK與高濃度（0.10和0.05 g/mL）處理差異顯著；發芽指數和發芽速率指數CK與低濃度0.01 g/mL處理差異不顯著，與其余濃度差異顯著。油葵根際土壤水浸提液處理遠志種子發芽率和發芽勢CK僅與高濃度0.10 g/mL處理差異顯著；發芽指數和發芽速率指數CK與各濃度處理間差異顯著。蓖麻根際土壤水浸提液處理遠志種子發芽率、發芽勢、發芽指數和發芽速率指數CK與各濃度處理差異均達到顯著水平。

2.2 不同作物土壤水浸提液對遠志幼苗生長的影響

由表2可知，不同作物土壤水浸提液對遠志幼苗的生長起到了促進作用。遠志幼苗各生長指標總體上均表現為低濃度值大于高濃度值，表明各作物土壤浸提液中存在抑制遠志幼苗生長的成分。遠志苗和根的生長呈負相關，蓖麻、芝麻根際土壤水浸提液處理遠志幼苗苗高，但根短；大豆、玉米、谷子和小麥根際土壤水浸提液處理遠志幼苗根長，苗低，生長不好。蓖麻處理苗高和苗重平均值均居首位，根長和根重平均值則最低。大豆、谷子和玉米處理下遠志根長較長。所有作物根粗CK與各濃度處理間差異均不顯著。莖粗除CK與大豆土壤浸提液0.02、0.01 g/mL處理差異顯著外，其他作物CK與各濃度處理間均差異不顯著。

大豆根際土壤水浸提液處理遠志幼苗苗重和根重CK與各濃度處理之間均差異顯著，苗高CK與0.01、0.02? g/mL濃度處理差異顯著，根長CK與高濃度0.10? g/mL處理差異不顯著，與其他濃度處理差異均顯著。玉米根際土壤水浸提液處理遠志幼苗根長和根重CK與各濃度處理差異均顯著；苗高CK與低濃度0.01? g/mL處理差異顯著；苗重CK與高濃度0.10 g/mL處理差異不顯著，與其他濃度處理差異均顯著。小麥根際土壤水浸提液處理遠志幼苗根長和苗重CK與高濃度0.10 g/mL處理差異不顯著，與其他濃度處理差異均顯著；苗高和根重CK分別與0.02、0.05 g/mL處理差異顯著，與其他濃度之間差異不顯著。高粱根際土壤水浸提液處理遠志幼苗苗高和苗重CK與各濃度處理差異均不顯著，根長和根重CK與0.01、0.02 g/mL處理差異顯著。谷子根際土壤水浸提液處理遠志幼苗根長和根重CK與各濃度處理均達到顯著水平，各濃度之間差異不顯著；苗重CK與各濃度間差異均不顯著，苗高CK僅與低濃度0.01? g/mL處理差異顯著。芝麻根際土壤水浸提液處理遠志幼苗苗高、苗重CK與低濃度0.01 g/mL處理差異顯著，與其他濃度差異均不顯著；根長CK與0.01、0.02 g/mL 處理差異顯著。油葵、蓖麻根際土壤水浸提液處理遠志幼苗苗高、根長CK僅與低濃度0.01 g/mL處理差異顯著，根重與0.01、0.02 g/mL處理差異顯著。蓖麻根際土壤水浸提液處理遠志幼苗苗重CK與各濃度差異均顯著，油葵根際土壤水浸提液處理遠志幼苗苗重CK與各濃度差異均不顯著。

2.3 不同作物土壤水浸提液對遠志生長的綜合效應

由表3可知，各作物土壤水浸提液對遠志生長的抑制作用從小到大依次為大豆、谷子、玉米、小麥、高粱、蓖麻、油葵、芝麻。

不同作物土壤水浸提液對遠志生長的綜合效應隨著濃度的增加而增大。大豆、玉米、小麥和谷子平均抑制率明顯小于高粱、芝麻、油葵和蓖麻處理。可見，大豆、玉米、小麥和谷子可作為遠志輪作作物。

2.4 不同作物土壤水浸提液對遠志幼苗抗氧化系統的影響

由圖1可知，不同濃度8種作物根際土壤水浸提液對遠志幼苗POD、SOD活性和MDA含量的影響存在差異。芝麻和蓖麻處理POD活性較高，大豆、玉米處理POD活性較低；隨著浸提液濃度的增高，POD活性整體呈上升趨勢；其中，芝麻和蓖麻處理POD活性先增加后降低，在最高濃度時，處理值與CK差異不顯著；CK的POD活性普遍低于處理值，除芝麻、蓖麻外，與其他作物0.10 g/mL濃度處理差異均達到了0.05顯著水平。SOD活性隨著浸提液濃度的增加呈現先增加后降低的趨勢；芝麻、蓖麻處理SOD活性整體較高；CK的SOD活性普遍低于處理值，且與各處理0.05 g/mL濃度處理差異均達到了0.05顯著水平;CK與大多數高濃度處理下SOD活性差異不顯著。MDA含量隨著浸提液濃度的提高整體呈現增加的趨勢；大豆、玉米、小麥和谷子MDA含量低于高粱、油葵、蓖麻和芝麻處理；CK的MDA含量普遍低于處理的MDA含量，且與高濃度處理差異達到了0.05顯著水平。

3 討論與結論

大部分植物都存在化感效應。植物產生的化感物質具有自毒、相生、相克3種作用。目前，植物化感作用已應用于中藥材栽培領域。我國栽培的中藥材中根類藥占70%左右，且絕大多數根類藥材忌連作，但生產實踐上絕大部分根及根莖類藥材都存在重茬連作的問題［15］。遠志在生產中存在嚴重的重茬連作問題，造成了遠志根系生長不良，降低了遠志的質量、產量。目前，對遠志化感作用研究較少，研究發現地黃根際土壤水浸液低濃度時對遠志幼苗細胞受到的脅迫程度較低，細胞膜受損程度較小。與半夏和菘藍相比，地黃更適合與遠志進行輪作。但是，目前生產中地黃在同一塊土地種植的間隔年限為10年左右。可見找到合適作物與遠志進行搭配，減少、避免中藥材本身的自毒作用和生物間的相克作用，實現中藥材優質高效發展具有重要意義。

梁宵等［16］研究林地土壤對藥用植物生長及生理的化感作用，結果表明，遠志、白芷、南星、柴胡、板藍根、射干、甘草、桔梗在油松林、側柏林和落葉松林下均受到顯著抑制。該研究中，土壤水浸提液對遠志種子的萌發均有不同程度的抑制作用，浸提液濃度越大，抑制作用越強。供體不同，化感效應也不同。菌糠不同體積濃度的水提取液均對靈芝菌絲體有抑制作用，不同體積百分比濃度的菌糠醇提取液則對菌絲的生長均起促進作用［17］。半夏塊莖浸提液對白菜種子萌發具有低濃度促進、高濃度抑制作用；地上部與根際土壤浸提液抑制白菜種子萌發［18］。該研究中8種作物對遠志生長的化感效應大小不一，抑制作用從小到大依次是大豆、谷子、玉米、小麥、高粱、蓖麻、油葵、芝麻。

受體不同化感效應也不同。小麥秸稈水浸液對黃芩幼苗的影響大于對桔梗幼苗的影響；隨著小麥秸稈水浸液濃度的提升，其對藥材的種子萌發和幼苗生長的促進作用逐漸變為抑制作用，且不同的小麥品種對黃芩、桔梗的化感效應大小不一［19］。該研究中8種作物土壤水浸提液對遠志種子萌發和幼苗生長的化感作用不同，對遠志種子萌發都有不同程度的抑制作用，對遠志幼苗的生長大部分出現了促進作用。同一作物不同濃度之間相比，低濃度處理值大于高濃度值，表明浸提液中存在抑制遠志幼苗生長的成分。該研究中，遠志苗和根的生長呈負相關；蓖麻、芝麻處理，苗高，但根短；大豆、玉米和谷子處理根長，但苗低。遠志幼苗期生長主要以根長長為主，第二年根才會逐漸加粗。該研究中，根粗差異并不顯著。大豆、玉米和谷子處理根長較長，可以認為大豆、玉米和谷子土壤水浸提液對遠志生長有潛在的促進作用，一定程度上提高了遠志的抗逆性和適應性。

化感物質會造成植物的氧化性損傷［20］。Zhang 等［21］研究發現黃瓜幼苗被煙粉虱侵染后，SOD活性在24 h時最高，而POD活性在6 h時最高，表明抗氧化酶活性增強有助于黃瓜植物對煙粉虱感染的生物保護。劉濟明等［22］研究表明隨著米槁根際土與林間土水浸提液質量濃度增加，楓香幼苗體內MDA含量呈現出逐步上升趨勢，說明植物間化感作用會促進植物體內過氧化物的積累；SOD呈現出先升后降的趨勢，說明當化感作用達到一定閾值，活性氧積累過多，SOD活性受到了抑制。該研究中，芝麻和蓖麻處理對遠志生長的抑制作用較大，POD、SOD活性和MDA含量也較高。此外，化感作用還存在明顯的濃度效應，總體呈低濃度促進、高濃度抑制的趨勢。除谷子、小麥外各作物高濃度處理下SOD活性與CK差異不顯著，芝麻、蓖麻高濃度處理下POD活性與CK差異不顯著。說明浸提液高濃度處理下細胞的自我保護機制已經遭到嚴重破壞。

綜合生長指標和生理指標，大豆、玉米、小麥和谷子是比較合適的倒茬作物。該試驗僅對遠志種子萌發及幼苗期進行了研究，遠志第二年和第三年各生長時期有待進一步跟蹤調查。

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