施氮量對間作小麥蠶豆根系分泌槲皮素和橙皮素的影響

劉英超，肖靖秀，湯利，鄭毅,2

?

施氮量對間作小麥蠶豆根系分泌槲皮素和橙皮素的影響

劉英超1，肖靖秀1，湯利1，鄭毅1,2

（1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明650201；2云南省教育廳，昆明650223）

【目的】系統(tǒng)探討間作條件下，不同施氮水平不同生育期小麥和蠶豆根系分泌槲皮素和橙皮素的動態(tài)變化及累積特征，為進一步探明間作增產(chǎn)控病機制提供依據(jù)?！痉椒ā客ㄟ^盆栽試驗，采用小麥與蠶豆根系尼龍分隔（MB）和塑料分隔（PB）兩種間作種植模式，測定間作小麥蠶豆不同氮水平（低氮1/2N：常規(guī)施氮量的一半；常規(guī)施氮N；高氮3/2N：常規(guī)施氮量的1.5倍）條件下，不同生育期根系分泌槲皮素和橙皮素數(shù)量?！窘Y(jié)果】施氮水平和間作體系根系不同分隔方式影響作物生物量和根冠比。隨著施氮量增加，小麥和蠶豆生物量增加45%—62.5%和3.2%—18.9%，根冠比降低33.8%—47.3%和11.8%—26.9%；與塑料分隔相比，相同施氮水平條件下，作物生長60 d時，尼龍分隔小麥和蠶豆生物量分別提高4.2%—25%、19%—38.6%，隨生長天數(shù)增加差異逐漸不顯著。間作根系不同分隔方式和施氮量均能影響小麥蠶豆根系槲皮素和橙皮素的分泌量。隨施氮量增加，小麥蠶豆槲皮素和橙皮素分泌量減少，與低氮條件相比，常規(guī)施氮和高氮條件下，小麥槲皮素分泌量減少了23.4%和62.3%，橙皮素分泌量減少了32.2%和64.5%；蠶豆槲皮素分泌量減少了35.4%和44.1%，橙皮素減少了11.9%和23.9%。相同氮水平條件下，尼龍分隔小麥蠶豆槲皮素和橙皮素分泌量高于塑料分隔，低氮和常規(guī)施氮條件下，尼龍分隔小麥槲皮素的分泌量分別高于塑料分隔15.3%和27.1%，橙皮素的分泌量分別高于塑料分隔21%和13.7%；蠶豆根系尼龍分隔槲皮素分泌量高于塑料分隔34.6%和56.6%，橙皮素高于塑料分隔16.9%和5.1%；高氮條件下兩種根系分隔方式之間差異不顯著?！窘Y(jié)論】間作根系不同分隔方式影響小麥和蠶豆根系槲皮素和橙皮素的分泌，但這種影響受施氮水平的調(diào)控，低氮和常規(guī)施氮條件下，尼龍分隔小麥和蠶豆根系槲皮素和橙皮素分泌量高于塑料分隔，高氮條件下差異不顯著。

普通小麥；蠶豆；間作；施氮；槲皮素；橙皮素

0 引言

【研究意義】植物根系是植物體的吸收器官和代謝器官，它對于外界環(huán)境條件反應(yīng)非常敏感[1]。隨著研究手段的不斷深入，人們逐步認識到植物根系及其分泌物在作物高產(chǎn)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的作用[2-3]。因此，根系分泌物的研究一直是人們關(guān)注的熱點。【前人研究進展】近年來，根系分泌物的變化在輪作、間作等種植體系中的作用備受關(guān)注。黃酮類根系分泌物質(zhì)作為被根瘤菌感知的初始信號，在豆科作物結(jié)瘤過程中起關(guān)鍵作用[4]。關(guān)于豆科植物根系分泌黃酮類物質(zhì)，國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量研究，這些研究主要集中在單作大豆、苜蓿、豌豆和木豆上，并且在這些豆科作物根系分泌物中先后發(fā)現(xiàn)了柑桔素、圣草酚、芹菜素、毛地黃黃酮、槲皮黃酮等黃酮類物質(zhì)[5-8]。而有關(guān)蠶豆根系分泌物中黃酮類分泌物的種類研究不多，最近在蠶豆根系分泌物中也發(fā)現(xiàn)了槲皮黃酮和橙皮素等黃酮類物質(zhì)[9]。但這些黃酮類物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)均是在單作條件下的研究結(jié)果，間作種植尤其不同施氮水平下對黃酮類物質(zhì)分泌的影響并不清楚。【本研究切入點】小麥蠶豆間作是云南乃至西南地區(qū)重要的間作種植模式，其具有顯著的增產(chǎn)[10-12]、控病優(yōu)勢[13]，是農(nóng)民增產(chǎn)增收的重要手段之一[14]。前人大量的研究已經(jīng)明確了小麥蠶豆間作系統(tǒng)中養(yǎng)分的吸收利用規(guī)律[15-16]、病害發(fā)生規(guī)律[17]、根際微生物的動態(tài)變化特征[18]，但是不同施氮水平下，間作對小麥蠶豆根系分泌槲皮素和橙皮素的影響尚不清楚。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究以小麥蠶豆間作為研究對象，通過建立高效液相色譜（HPLC）分析技術(shù)，結(jié)合前人在小麥蠶豆根系分泌物研究的已有結(jié)果，系統(tǒng)探討不同氮水平條件下，不同生育期間作小麥和蠶豆槲皮素和橙皮素的動態(tài)變化及累積特征，明確槲皮素和橙皮素在間作系統(tǒng)中的作用，為進一步探明間作增產(chǎn)機制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽試驗于2014年10月至2015年5月在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物營養(yǎng)系溫室內(nèi)完成，種植土取自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山紅壤，基本理化性質(zhì)為有機質(zhì)28.07 g·kg-1，堿解氮68 mg·kg-1，速效磷16 mg·kg-1，速效鉀137 mg·kg-1，pH6.08。試驗所用盆缽大小為238 mm×320 mm。土壤磨碎過5 mm篩子，混勻，每盆裝土10 kg，裝盆時基肥與土混勻。作物供試品種：小麥為云麥42（L.cv. Yunmai 42）；蠶豆為玉溪大粒豆（L. cv. yuxi bean），種子購于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院糧食作物研究所。

1.2 試驗設(shè)計

小麥蠶豆間作試驗采用土培模式完成。試驗設(shè)計為兩因素試驗，A為種植方式，設(shè)小麥蠶豆尼龍分隔（mesh barrier，MB，尼龍網(wǎng)孔徑為300目），小麥蠶豆塑料分隔（Polythene Barrier，PB）兩種種植方式；B為氮肥施用水平，設(shè)低氮（1/2N，即推薦施氮量的一半），推薦施氮（N）和高氮（3/2N，即推薦施氮量的1.5倍）3種氮素供應(yīng)水平。盆栽試驗所用氮肥品種為尿素，正常施肥用量為150 mg·kg-1土；磷肥品種為過磷酸鈣，施用量為100 mg·kg-1土；鉀肥為硫酸鉀，施用量100 mg kg-1土。磷鉀肥全部作為基肥一次性施入；氮肥1/2為基肥，1/2為追肥，并于小麥拔節(jié)期追施。氮肥追施時僅施用于間作處理的小麥一側(cè)，蠶豆均不施用追肥。試驗共計6個處理，每個處理4次重復(fù)，采樣3次，共計72盆。

1.3 幼苗培養(yǎng)與樣品收集

種子在發(fā)芽前用自來水浮選去除癟粒，挑選大小、飽滿度一致，種皮完整的小麥蠶豆種子，用10%的H2O2浸泡30 min，用去離子水清洗干凈；用飽和CaSO4溶液浸潤30 cm×20 cm濾紙，將種子（小粒）分布于濕潤濾紙上（濾紙卷成筒狀），用不透光的黑塑料布遮蓋，在20—25℃下放置發(fā)芽。發(fā)芽后于2014年10月18日進行種植，每盆6株蠶豆、12株小麥，分成兩行種植。

分別于2014年12月20日，2015年1月24日，2015年3月1日（蠶豆出苗后60、95、131 d）收取根系分泌物（破壞性取樣），測定作物生物量，并烘干后稱重。根系分泌物收集方法：將植株從試驗盆中取出，先用自來水反復(fù)沖洗植株根，后用蒸餾水沖洗3次，沖洗后放入5%濃度百里酚溶液中浸泡3 min，取出后放入裝有500 mL CaCl2溶液的收集袋中，將袋子放入原生長容器中；根系沒入收集液液面開始計時，收集時間為2 h，2 h后將植株取出，在收集液中滴加2—3滴微生物抑制劑，迅速放入-20℃冰箱冷凍、保存待測[19-20]。測定時，從冰箱取出離心管解凍、過膜（0.22 μm）等處理。將植株樣品分為根莖葉稱鮮重后烘干殺青，烘干后稱重。

1.4 樣品處理與測定

將收集的根系分泌物解凍后用濾紙過濾，分別用200、100、50 mL乙酸乙酯萃取過濾液3次，3次萃取液混勻后倒入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中蒸發(fā)濃縮，濃縮液用甲醇沖洗并定容至10 mL備用。將準備好的10 mL樣品過0.45 μm 濾膜后放入HPLC中，采用外標(biāo)法測定槲皮素和橙皮素的含量（標(biāo)準品購自中國藥物研究所，產(chǎn)地為德國）。

槲皮素與橙皮素測定所用的色譜條件為色譜柱Synergi 4u Hydro-RP 80A（250×4.6 mm ID），測定流動相：30%—40% 5 min；40%—60% 5 min；60%—90% 15 min；90% 4 min；90%—30% 5 min；30% 3 min。測定條件：流速 0.9 mL·min-1、柱溫30℃、檢測波長270 nm，進樣量為10 μL，分析時間37 min。在選定的色譜條件下，得到槲皮素（10 μg·mL-1）、橙皮素（10 μg·mL-1）的混合標(biāo)準品及待測樣品的色譜圖（圖1）。槲皮素與橙皮素的檢測限均為0.01 μg·mL-1。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理和繪圖，采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗（LSD法，α=0.05）。

2 結(jié)果

2.1 根系分隔方式對不同氮水平作物生物量和根冠比的影響

由表1可以看出，小麥蠶豆的生物量隨施氮量的增加而增加，隨生育期的推移增加量逐漸減小。作物生長60 d時，與低氮條件相比，常規(guī)施氮和高氮條件下小麥生物量45%—62.5%，蠶豆生物量增加3.2%—18.9%。這主要是由于養(yǎng)分供應(yīng)充足環(huán)境下，作物生長迅速，伴隨著作物的生長和成熟，生物量增加緩慢。不同種植方式對作物的生物量也有明顯影響。相同氮水平條件下，尼龍分隔的作物生物量高于塑料分隔，這種差異隨生長時間變化逐漸不顯著。作物生長60 d時，不同施氮量尼龍分隔小麥蠶豆生物量分別比塑料分隔高4.2%—25%、19%—38.6%。這說明根系的不同交互程度對小麥蠶豆生物量有影響。

小麥和蠶豆根冠比隨施氮量增加而減小，這種差異到作物生長后期逐漸不顯著。作物生長60 d時，低氮和常規(guī)施氮條件下小麥根冠比分別比高氮提高47.3%和33.8%，蠶豆分別比高氮提高26.9%和11.8%。同一生育期內(nèi)相同氮水平條件下，與塑料分隔相比，除分蘗期（60 d）尼龍分隔小麥根冠比提高12%外，其他生育期沒有明顯差異。這說明相比于氮肥施用水平，作物種植方式對根冠比的影響較小。

2.2 根系分隔方式對不同氮水平下小麥分泌槲皮素和橙皮素的影響

表2反映了不同處理小麥槲皮素與橙皮素的含量變化。從表2可以看出，隨著生育期的推移，小麥（尼龍和塑料分隔）槲皮素呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢。到作物生長95 d時，槲皮素分泌量達到最大值。這主要是由于在小麥旺盛生長期，根系活力最強、生物量最大，根系槲皮素分泌能力最強[21]。伴隨著小麥根系的衰老、籽粒的成熟，根系槲皮素分泌量迅速下降。從表2還可以看出，氮肥施用量和根系分隔方式對小麥根系槲皮素的分泌量均有影響。同一生育期內(nèi)，隨著施氮量的增加，小麥根系槲皮素分泌量減少，與常規(guī)施氮和高氮相比，低氮條件下，小麥槲皮素分泌量分別增加了13.2%—33.5%和19.4%—67.6%；相同氮水平條件下，與塑料分隔相比，尼龍分隔小麥根系槲皮素分泌量增加15.1%—35.8%。

圖1 槲皮素與橙皮素色譜圖

表1 小麥蠶豆生物量與根冠比

Mean表示相同氮水平不同種植模式的平均值或相同種植模式不同氮水平的平均值；除平均值外，不同字母表示同一生育期同一分隔方式下不同氮水平內(nèi)差異間顯著。下同

Mean means the average value of same nitrogen levels in different cropping patterns or the average nitrogen levels of the same cropping patterns; different letters means significant differences in the same separation manner at the same growth stages expect mean values. The same as below

表2 尼龍分隔和塑料分隔小麥根系槲皮素和橙皮素的分泌量

與小麥根系分泌槲皮素不同，橙皮素的分泌量隨生育期逐漸減少。同一生育期內(nèi)，隨施氮量增加，小麥橙皮素分泌量明顯減少，與低氮條件相比，常規(guī)施氮和高氮小麥橙皮素分泌量分別減少了17.4%—47%和54.5%—74.5%。說明低氮脅迫條件促進了小麥根系橙皮素的分泌。相同氮水平條件下，與塑料分隔相比，小麥尼龍分隔根系分泌橙皮素數(shù)量增加，但這種差異在高氮條件下不顯著。低氮和常規(guī)施氮條件下，尼龍分隔小麥根系分泌橙皮素數(shù)量高于塑料分隔13.7%—21%。

2.3 根系分隔方式對不同氮水平下蠶豆分泌槲皮素的影響

由圖2可以看出，隨施氮量增加，蠶豆根系槲皮素分泌量減少，同一氮水平條件下，蠶豆槲皮素分泌量隨生育期的變化先增加后減少。這主要是由于在蠶豆生育前期，根系活力強，分泌槲皮素的能力較強，伴隨著蠶豆根系的成熟和衰老，槲皮素的分泌量逐漸減少。與推薦施氮和高氮條件相比，低氮條件下蠶豆根系槲皮素分泌量最高。說明氮脅迫條件下，有利于蠶豆根系槲皮素的分泌。

相同氮水平條件下，與根系塑料分隔相比，尼龍分隔蠶豆根系槲皮素的分泌量明顯增加。低氮和推薦施氮條件下，尼龍分隔蠶豆根系槲皮素的分泌量分別較塑料分隔提高34.6%和56.6%。說明不同根系作用程度可以改變蠶豆槲皮素的分泌，且在低氮和常規(guī)施氮條件下差異顯著，這主要是由于尼龍分隔間作體系作物之間存在根系交互作用，低氮和常規(guī)施氮條件下，作物之間根系對水分養(yǎng)分激烈競爭，進一步刺激槲皮素等黃酮類物質(zhì)的分泌。

不同字母表示差異性顯著（P＜0.05）。下同

2.4 根系分隔方式對不同氮水平下蠶豆分泌橙皮素的影響

圖3表明，隨生長天數(shù)增加，蠶豆橙皮素的分泌量逐漸減少。同時，隨氮肥施用量的增加，蠶豆根系橙皮素分泌量減少，但常規(guī)施氮和高氮之間差異不顯著。與常規(guī)施氮和高量施氮相比，低氮條件下，蠶豆根系橙皮素分泌量分別增加了23.9%和11.9%，這主要是由于低氮條件下，豆科植物需要增加固氮量，植物自身調(diào)節(jié)根系分泌大量的黃酮等誘導(dǎo)物質(zhì)，通過根瘤菌的識別來增加氮素固定。

圖3 尼龍和塑料分隔蠶豆根系橙皮素分泌量

相同氮水平條件下，間作根系分隔方式不同，蠶豆根系橙皮素分泌量也不同。與塑料分隔相比，低氮和常規(guī)氮水平條件下，根系尼龍分隔蠶豆橙皮素分泌量分別增加17.3%和6%，高氮條件下，兩種根系分隔方式之間差異不顯著。說明根系分隔方式影響蠶豆根系橙皮素的分泌。

3 討論

與單作相比，豆科和禾本科作物間作往往能較大幅度的提高作物的產(chǎn)量，顯示出明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢[22-23]。有研究表明，禾本科與豆類間作時，土地當(dāng)量比高達1.4，而這種優(yōu)勢主要是由于非豆科作物的增產(chǎn)造成的，非豆科作物群體密度相對較高，能夠截獲更多的光能[24]。本研究表明，不同氮水平條件下的小麥蠶豆間作，常規(guī)施氮和高氮的蠶豆生物量明顯高于低氮；同時，相同氮水平不同根系分隔方式下，蠶豆的生物量表現(xiàn)為尼龍分隔高于塑料分隔。這可能是由于尼龍分隔方式下，水分養(yǎng)分可以透過分隔介質(zhì)，小麥能夠吸收鄰近蠶豆的養(yǎng)分，而塑料分隔除地上部交互作用外，根系生長相當(dāng)于單作，水分養(yǎng)分無法透過分隔介質(zhì)轉(zhuǎn)運到周圍植物根際，不會有地下部養(yǎng)分的競爭和共用，因此，尼龍分隔的作物生物量高于塑料分隔。

氮素營養(yǎng)是調(diào)控作物生長、群體發(fā)育、提高水分利用的重要措施，對作物的根冠關(guān)系有重要影響[25]。已有研究表明，隨著施氮水平的增加，根冠比降低[26]。王艷哲等[27]研究表明，隨著氮肥用量的增加，冬小麥根冠比減小，氮肥水平對根冠比的影響達到顯著水平。本研究結(jié)果顯示，土壤氮肥施用量對小麥根冠比有顯著影響，氮肥對根系生長表現(xiàn)為負效應(yīng)。隨著氮肥施用量增加，小麥生物量增加，地下部生物量增加幅度小于地上部，根冠比減小。蠶豆根冠比具有相同趨勢，但隨著生育期變化，蠶豆根冠比在各氮水平條件下差異不顯著，說明當(dāng)作物生長到一定階段后，增施氮肥不再明顯增加地上部分的生物量。同時說明，氮肥施用量的變化并沒有明顯影響作物地下部的生長。

已有研究表明，槲皮素是一種具有多種生物活性的黃酮類化合物，具有抗氧化、抗過敏、抗菌、抗病毒[28-29]，清除體內(nèi)自由基、抑制惡性腫瘤生長和轉(zhuǎn)移[30-32]等多方面藥理作用。近年來，根際槲皮素的研究也備受關(guān)注。最近研究表明，在豆科植物根際中，如果根際微生物是同一類，則隨豆科植物根系周圍的微生物增多槲皮素濃度也升高[33]。表明槲皮素是固氮根瘤形成初期的重要信號分子[34]。橙皮素也是一類天然黃酮類化合物，研究表明，在短季地區(qū)，較低的地溫極大地影響豆科植物的固氮作用，進而影響作物的產(chǎn)量[35]。Begum等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在較低地溫環(huán)境下，豌豆播種時加入橙皮素可以增加豌豆根瘤及豆莢數(shù)量。但不同植物根系分泌槲皮素和橙皮素數(shù)量不同，即使是同種作物，不同生育期根系分泌量也存在顯著差異[37]，說明橙皮素也是結(jié)瘤固氮的重要信號物質(zhì)[38]。本研究結(jié)果表明，小麥蠶豆根系均分泌槲皮素和橙皮素，不同的是，蠶豆分泌數(shù)量高于小麥。小麥槲皮素和橙皮素分泌量隨施氮量增加而減小，這可能與小麥根冠比有關(guān)，氮肥增加導(dǎo)致地上部生長迅速，生物量累積增加，地下根系增長緩慢，根系分泌物數(shù)量減少[39]。與根系塑料分隔相比，尼龍分隔方式下槲皮素和橙皮素分泌量明顯增加。這主要是因為尼龍分隔根系水分養(yǎng)分互相流通，根系生長狀況可以通過養(yǎng)分質(zhì)流得到緩解。本研究結(jié)果還表明，蠶豆槲皮素與橙皮素數(shù)量均隨施氮量增加而減小，低氮和常規(guī)施氮條件下，蠶豆槲皮素和橙皮素分泌量均為尼龍分隔高于塑料分隔，高氮條件下兩種根系分隔之間差異不顯著。這一方面是因為槲皮素和橙皮素作為影響豆科作物結(jié)瘤的重要黃酮類物質(zhì)，低氮條件下，由于養(yǎng)分脅迫，蠶豆為固定氮素分泌大量信號物質(zhì)刺激根系的結(jié)瘤作用。另一方面，間作環(huán)境下，小麥根系分泌物質(zhì)的刺激導(dǎo)致蠶豆槲皮素和橙皮素分泌量的增加[40]。

綜上所述，從研究方法看，本研究中作物根系分泌物的收集均采用取出植株樣品后放入收集液中定時采集，樣品采集過程中會存在一定人為的影響因素，故試驗結(jié)果存在一定誤差，但目前的研究尚未有更為精準的根系分泌物收集方法，在今后的根際研究中，應(yīng)采用更為準確的根系分泌物采樣方法進行根際研究。從研究結(jié)果來看，氮肥施用水平和作物根系分隔方式能夠顯著影響小麥蠶豆地上和地下的生長、根冠比的變化，進而影響作物根系槲皮素和橙皮素的分泌，這兩種物質(zhì)的多少又影響豆科結(jié)瘤的過程。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，如何通過優(yōu)化施氮和合理種植調(diào)控地上和地下生長，使作物維持適中的根冠比，達到既不影響根系對土壤水分養(yǎng)分的有效利用，又能顯著控制根系生長，調(diào)節(jié)根系橙皮素和槲皮素的分泌數(shù)量尚需進一步的研究。

4 結(jié)論

小麥蠶豆生物量隨施氮量增加而增加，根冠比隨施氮量增加而減小，根系尼龍分隔小麥蠶豆的生物量和根冠比高于塑料分隔。

根系分隔方式和氮肥施用水平均影響小麥蠶豆根系槲皮素和橙皮素的分泌。隨施氮量增加，小麥蠶豆槲皮素橙皮素分泌量減少；相同氮水平（尤其低氮和常規(guī)施氮）條件下，尼龍分隔小麥蠶豆根系槲皮素和橙皮素分泌量明顯高于塑料分隔，高氮條件下差異不顯著。

References

[1] BAIS H P, WEIR T L, PERRY L G, GILROY S, VIVANCO J M. The role of root exudates in rhizosphere interactions with plants and other organisms., 2006, 57(1): 233-266.

[2] 張福鎖, 曹一平. 根際動態(tài)過程與植物營養(yǎng). 土壤學(xué)報, 1992, 29(3): 239-250.

ZHANG F S, CAO Y P. Rhizosphere dynamics and plant nutrition., 1992, 29(3): 239-250. (in Chinese)

[3] HAO W Y, SHEN Q R. Allelopathic effects of root exudates from watermelon and rice plants onf. sp.., 2010, 336(1/2): 485-497.

[4] WANG D, YANG S M, TANG F, ZHI H Y. Syrnbiosis specificity in the legume: Rhizobial mutualism., 2012, 14(3): 334-342.

[5] NOVAK K, CHOVANEC P, SKRDLETA V, KROPACOVA M, LISA L, NEMCOVA M. Effect of exogenous flavonoids on nodulation of pea (L)., 2002, 53(375): 1735-1745.

[6] LI L, ZHANG L Z, ZHANG F S. Crop mixtures and the mechanisms of overyielding//Levin S A.. Waltham, MA: Academic Press, 2013: 382-395.

[7] BROUGHTON W J, ZHANG F, PENET X, STAEHELIN C. Signals exchanged between legumes and rhizobium: Agricultural uses and perspectives., 2003, 252(1): 129-137.

[8] DAYAKAR V, BADRI J M, VIVANCO. Regulation and function of root exudates.,, 2009, 32(6): 666-681.

[9] Li B, KRUMBEIN A, NEUGART S, LI L, SCHREINER M. Mixed cropping with maize combined with moderate UV-B radiations lead to enhanced flavonoid production and root growth in faba bean., 2012, 7(4): 1-8.

[10] 姜卉, 趙平, 湯利, 鄭毅, 肖靖秀. 云南省不同試驗區(qū)小麥蠶豆間作的產(chǎn)量優(yōu)勢分析與評價. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2012, 27(5): 646-652.

JIANG H, ZHAO P, TANG L, ZHENG Y, XIAO J X. Analysis and evaluation of yield advantages in wheat and faba bean intercropping system in Yunnan province., 2012, 27(5): 646-652. (in Chinese)

[11] 馮曉敏, 楊永, 任長忠, 胡躍高, 曾昭海. 豆科-燕麥間作對作物光合特性及籽粒產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報, 2015, 41(9): 1426-1434.

FENG X M, YANG Y, REN C Z, HU Y G, ZENG Z H. Effects of legumes intercropping with oat on photosynthesis characteristics and grain yield., 2015, 41(9): 1426-1434. (in Chinese)

[12] 楊進成, 劉堅堅, 安正云, 朱有勇, 李成云, 陳向東, 盧玉娥, 李紅彥, 甸蘭芬. 小麥蠶豆間作控制病蟲害與增產(chǎn)效應(yīng)分析. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2009, 24(3): 340-348.

YANG J C, LIU J J, AN Z Y, ZHU Y Y, LI C Y, CHEN X D, LU Y E, LI H Y, DIAN L F. Analyses on effect of interplanting on diseases and pests control and yield increase of wheat and faba bean., 2009, 24(3): 340-348. (in Chinese)

[13] 董艷, 董坤, 鄭毅, 湯利, 楊智仙. 不同品種小麥與蠶豆間作對蠶豆枯萎病的防治及其機理. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2014, 25(7): 1979-1987.

將配制好的溶液放在恒溫水浴中保持不同實驗條件下所需的溫度和攪拌速度，四鉬酸銨與氨水反應(yīng)數(shù)分鐘后，溶液澄清，經(jīng)冷卻結(jié)晶即可析出七鉬酸銨。

DONG Y, DONG K, ZHENG Y, TANG L, YANG Z X. Faba bean fusarium wilt control and its mechanism in different wheat varieties and faba bean intercropping system., 2014, 25(7): 1979-1987. (in Chinese)

[14] 吳娜, 劉曉俠, 劉吉利, 魯文.馬鈴薯/燕麥間作對馬鈴薯光合特性與產(chǎn)量的影響. 草業(yè)學(xué)報, 2015, 24(8): 65-72.

WU N, LIU X X, LIU J L, LU W. Effect of intercropping potatoes with oats on the photosynthetic characteristics and yield of potato., 2015, 24(8): 65-72. (in Chinese)

[15] YE Y L, WANG G L, HUANG Y F, ZHU Y J, MENG Q F, CHEN X P, ZHANG F S, CUI Z L. Understanding physiological processes associated with yield-trait relationships in modern wheat varieties., 2011, 124(3): 316-322.

[16] 趙平, 鄭毅, 湯利, 魯耀, 肖靖秀, 董艷. 小麥蠶豆間作施氮對小麥氮素吸收、累積的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2010, 18(4): 742-747.

ZHAO P, ZHENG Y, TANG L, LU Y, XIAO J X, DONG Y. Effect of N supply and wheat/faba bean intercropping on N uptake and accumulation of wheat., 2010, 18(4): 742-747. (in Chinese)

[17] 喬鵬, 湯利, 鄭毅, 李少明. 不同抗性小麥品種與蠶豆間作條件下的養(yǎng)分吸收與白粉病發(fā)生特征. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2010, 16(5): 1086-1093.

QIAO P, TANG L, ZHENG Y, LI S M. Characteristics of nutrient uptakes and powdery mildew incidence of different resistant wheat cultivars intercropping with faba bean., 2010, 16(5): 1086-1093. (in Chinese)

DONG Y, DONG K, TANG L, ZHENG Y, YANG Z X, XIAO J X, ZHAO P, HU G B. Relationship between rhizosphere microbial community functional diversity and faba bean fusarium wilt occurrence in wheat and faba bean intercropping system., 2013, 33(23): 7445-7454. (in Chinese)

[19] 劉曉燕, 何搖萍, 金繼運. 氯化鉀對玉米根系糖和酚酸分泌的影響及其與莖腐病菌生長的關(guān)系. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2008, 14(5): 929-934.

LIU X Y, HE Y P, JIN J Y. Effect of potassium chloride on the exudation of sugars and phenolic acids by maize root and its relation to growth of stalk rot pathogen., 2008, 14(5): 929-934. (in Chinese)

[20] NEUMANN G, R?MHELD V. The release of root exudates as affected by the plant physiological status//Pinton R, Varanini Z, Nannipieri P.Boca Raton: CRC Press, 2007: 23-72.

[21] Li X P, MU Y H, CHENG Y B, LIU Y, HAI N. Effects of intercropping sugarcane and soybean on growth, rhizosphere soil microbes, nitrogen and phosphorus availability., 2013, 35(4): 1113-1119.

[22] TOSTI G, GUIDUCCI M. Durum wheat-faba bean temporary intercropping: Effects on nitrogen supply and wheat quality., 2010, 33(3): 157-165.

[23] 肖靖秀, 鄭毅, 湯利. 小麥/蠶豆間作對根系分泌低分子量有機酸的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2014, 25(6): 1739-1744.

XIAO J X, ZHENG Y, TANG L. Effects of wheat and faba bean intercropping on root exudation of low molecular weight organic acids., 2014, 25(6): 1739-1744. (in Chinese)

[24] HELLOU G C, BRISSON N, LAUNAY M, FUSTEC J, CROZAT Y. Effect of root depth penetration on soil nitrogen competitive interactions and dry matter production in pea-barley intercrops given different soil nitrogen supplies., 2007, 103(1): 76-85.

[25] 任書杰, 張雷明, 張歲岐, 上官周平. 氮素營養(yǎng)對小麥根冠協(xié)調(diào)生長的調(diào)控. 西北植物學(xué)報, 2003, 23(3): 395-400.

REN S J, ZHANG L M，ZHANG S Q，SHANGGUAN Z P. The effect of nitrogen nutrition on coordinate growth of root and shoot of winter wheat., 2003, 23(3): 395-400. (in Chinese)

[26] 張緒成, 郭天文, 譚雪蓮, 高世銘. 氮素水平對小麥根-冠生長及水分利用效率的影響. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2008, 17(3): 97-102.

ZHANG X C, GUO T W, TAN X L, GAO S M. The effects of nitrogen level on the root and shoot growth and their relationship with the water use efficiency in wheat plants., 2008, 17(3): 97-102. (in Chinese)

[27] 王艷哲, 劉秀位, 孫宏勇, 張喜英, 張連蕊. 水氮調(diào)控對冬小麥根冠比和水分利用效率的影響研究.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2013, 21(3): 282-289.

WANG Y Z, LIU X W, SUN H Y, ZHANG X Y, ZHANG L R. Effects of water and nitrogen on root/shoot ratio and water use efficiency of winter wheat., 2013, 21(3): 282-289.(in Chinese)

[28] CASAGRANDE R, GEORGETTI S R, VERRI W A, JABOR J R, SANTOS A C, FONSECA M J. Evaluation of functional stability of quercetin as a raw material and in different topical formulations by its antilipoperoxidative activity., 2006, 7(1): E64-E71.

[29] NAPIMOGA M H, CLEMENTE-NAPIMOGA J T, MACEDO C G, FREITAS F F, STIPP R N, PINHORIBEIRO F A. Queroetin inhibits inflammatory bone resorption in a mouse periodontitis model., 2013, 76(12): 2316-2321.

[30] NIU G M, YIN S M, XIE S F, LI Y Q, NIE D N, MA L P, WANG X J, WU Y D. Quercetin induces apoptosis by activating caspase-3 and regulating Bel-2 and cyclooxygenase-2 pathways in human HL-60 cells., 2011, 43(1): 30-37.

[31] WANG P, VADGAMA J V, SAID J W, MAGYAR C E, DOAN N, HEBER D, HENNING S M. Enhanced inhibition of prostate cancer, enograft tumor growth by combining quercetin and green tea., 2014, 25(1): 73-80.

[32] CHEN S Y, WU Y C, CHUNG J G, YANG J S, LU H F, MEIFEN T. Quercetin-induced apoptosis acts through mitochondrial and caspase-3-dependent pathways in human breast cancer MDA-MB-231 cells.,2009, 28(8): 493-503.

[33] LI B, LI Y Y, WU H M, ZHANG F F, LI C, LI X X. Root exudates drive interspecific facilitation by enhancing nodulation and N2fixation.,2016, 113(23): 6496.

[34] HAUGGAARDNIELSEN H, GOODINGB M, AMBUSA P, CORREHELLOUC G, CROZATC Y, DAHLMANND C, DIBETC A, FRAGSTEIND P, PRISTERIE A, MONTIE M E S. Pea-barley intercropping for efficient symbiotic N2-fixation, soil N acquisition and use of other nutrients in European organic cropping systems., 2009, 113(1): 64-71.

[35] BRZOSTEK E R, GRECO A, DRAKE J E, FINZI A C. Root carbon inputs to the rhizosphere stimulate extracellular enzyme activity and increase nitrogen availability in temperate forest soils., 2013, 115(1/3): 65-76.

[36] LIU L X, CHEN J. Solubility of hesperetin in arious solvents from (288.2 to 323.2) K., 2008, 53(7): 877-882.

[37] BEGUMAA, LEIBOVITCH S, MIGNER P, ZHANG F. Inoculation of pea (L.) by rhizobiumbv.preincubated with naringenin and hesperetin or application of naringenin and hesperetin directly into soil increased pea nodulation under short season conditions., 2001, 237(1): 71-80.

[38] 于宏偉, 劉樹彬, 張東紅, 牛輝. 橙皮素應(yīng)用研究進展. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010,38(8): 3907-3908.

YU H W, LIU S B, ZHANG D H, NIU H. Research progress of hesperetin., 2010, 38(8): 3907-3908. (in Chinese)

[39] CHEN Y X, ZHANG F S, TANG L, ZHENG Y, LI Y J, CHRISTIE P, LI L. Wheat powdery mildew and foliar N concentrations as influenced by N fertilization and belowground interactions with intercropped faba bean.,2007, 291(1): 1-13.

[40] LI Q Z, SUN J, WEI X J, CHRISTIE P, ZHANG F S, LI L. Overyielding and interspecific interactions mediated by nitrogen fertilization in strip intercropping of maize with faba bean, wheat and barley., 2011, 339(1): 147-161.

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effect of Nitrogen Application Rates on Quercetin and Hesperetin Exuded by Roots in Wheat and Faba Bean Intercropping System

LIU YingChao1, XIAO JingXiu1, TANG Li1, ZHENG Yi1, 2

(1College of Resources and Environmental Science, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201;2Yunnan Provincial Department of Education, Kunming 650223)

【Objective】The dynamic changes and accumulation characteristics of quercetin and hesperetin at different nitrogen levels and different growth stages of wheat and faba bean intercropping system in order to provide a basis for further investigation of the mechanism of increasing yield and controlling diseases. 【Method】 In a pot experiment, mesh barrier (MB) and, polythene barrier (PB) were used to determine the secretion amount of quercetin and hesperetin exuded by roots of wheat and faba bean at different nitrogen levels (1/2N﹕half of the normal application rate; N: conventional application rate; 3/2N: 1.5 times rate of the normal application rate) in intercropping system.【Result】N levels and root separations affected biomass and root-shoot ratio of crops in wheat and faba bean intercropping system. With the increase of nitrogen application, the biomass of wheat and faba bean increased by 45%-62.5% and 3.2%-18.9%, and the root-shoot ratio decreased by 33.8%-47.3% and 11.8%-26.9%, respectively; Compared with the plastic separation, the biomass of nylon separated wheat and faba bean increased by 4.2%-25% and 19%-38.6% at the same nitrogen levels at 60 d.With the growth stages, the differences were not significant. Root separation and nitrogen levels affected quercetin and hesperetin exuded by roots of wheat and faba bean in intercropping system. With the increase of nitrogen application, the secretion amount of quercetin and hesperetin were decreased, compared with low nitrogen conditions, under conventional nitrogen application rate and high nitrogen application rate, quercetin exuded by wheat root decreased by 23.4% and 62.3%, hesperetin decreased by 32.2% and 64.5%, quercetin exuded by faba bean root decreased by 35.4% and 44.1%, hesperetin decreased by 11.9% and 23.9%. At the same nitrogen level,quercetin and hesperetin exuded by nylon separated roots of wheat and faba bean were higher than that of plastic partition. Under the condition of low nitrogen and conventional nitrogen application rates, the secretion of quercetin in nylon-separated wheat root were higher 15.3% and 27.1% than that in plastic, the secretion of hesperetin in nylon-separated wheat root were higher 21% and13.7% than that in plastic; the quercetin secreted by nylon-separated faba bean were higher 34.6% and 56.6% than that of plastic, hesperetin was higher than plastic separated by 16.9% and 5.1%; there was no significant difference between the two root systems under high nitrogen condition.【Conclusion】Root separation affected quercetin and hesperetin secretion amount exuded by wheat and faba bean roots, but this effect was controlled by nitrogen application levels,under the conditions of low nitrogen and conventional nitrogen application rates, quercetin and hesperetin that exuded by nylon-separated root in wheat and faba bean intercropping were higher than that of plastic partition, the difference was not significant under high nitrogen condition.

common wheat; faba bean; intercropping; nitrogen application; quercetin; hesperetin

2016-12-07；接受日期：2017-03-20

國家自然科學(xué)基金（31460551、31260504）

劉英超，E-mail：liuyingchao_1988@163.com。通信作者鄭毅，Tel：0871-65166002；E-mail：zhengyi-64@163.com