三七對(duì)不同作物化感的效應(yīng)

王田濤，盧丙越，雷 恩，施 嫻，孟衡玲，索 玲

(1.云南省高校農(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高效栽培與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南 蒙自 661100；2.紅河學(xué)院 政治學(xué)與國際關(guān)系學(xué)院，云南 蒙自 661100)

三七對(duì)不同作物化感的效應(yīng)

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(nóng)作物優(yōu)質(zhì)高效栽培與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 紅河學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，云南 蒙自 661100；2.紅河學(xué)院 政治學(xué)與國際關(guān)系學(xué)院，云南 蒙自 661100)

為探討三七(Panaxnotoginseng)連作障礙產(chǎn)生的原因和建立合理的輪作制度，本試驗(yàn)測(cè)定了三七水浸提物對(duì)玉米(Zeamays)、小麥(Triticumaestivum)和蠶豆(Viciafaba)的化感效應(yīng)。結(jié)果表明，三七水浸提物對(duì)玉米、蠶豆和小麥種子萌發(fā)均表現(xiàn)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(shí)，對(duì)去胚乳玉米幼芽、幼根均具有促進(jìn)作用，但對(duì)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(duì)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(yīng)； 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(jīng)，具有補(bǔ)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(chǎn)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(huì)出現(xiàn)生育狀況變差、病蟲害嚴(yán)重、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣的現(xiàn)象[5]。目前普遍認(rèn)為土壤養(yǎng)分缺失，土壤反應(yīng)異常，土壤理化性狀惡化，來自植物的有害物質(zhì)和土壤微生物變化等是連作障礙產(chǎn)生的重要原因[6]。三七連作障礙主要表現(xiàn)為植株基本全部死亡，生產(chǎn)實(shí)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(chǎn)生并以揮發(fā)(Volatilization)、淋溶(Leaching)、分泌(Excretion)和分解(Decomposition)等方式向環(huán)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(fā)育的化學(xué)生態(tài)學(xué)現(xiàn)象[8-9]。研究表明，三七根部對(duì)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(zhì)阿魏酸、三七總皂苷、三七鮮根水提液及三七水培液對(duì)三七的生長均表現(xiàn)抑制作用[11]；不同處理的黨參水浸液對(duì)受試作物的種子萌發(fā)和幼苗生長總體表現(xiàn)為抑制作用，且隨著水浸液濃度的增加抑制作用明顯加強(qiáng)，黨參植株地下部分水浸液對(duì)不同作物的化感效應(yīng)大于地上部分[12]；三七莖葉水浸液對(duì)小麥發(fā)芽指數(shù)、苗根、最長根、地上干重、地下干重和總干重表現(xiàn)出明顯的抑制作用，而根水浸液只對(duì)最長根具有抑制作用，莖葉水浸液的化感作用更強(qiáng)[13]。輪作通過作物養(yǎng)分吸收的互補(bǔ)，可有效防治土壤單一養(yǎng)分的積累，改善土壤微生物區(qū)系，促進(jìn)作物生長[14-19]。本試驗(yàn)采用化感效應(yīng)的研究方法，利用浸溶方式，研究三七對(duì)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(jù)。

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(nèi)風(fēng)干，用粉碎機(jī)粉碎備用。受體為當(dāng)?shù)胤N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(fā)試驗(yàn)

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(jīng)蒸餾水反復(fù)沖洗3次后，在放有2張濾紙的無菌培養(yǎng)皿(直徑9 cm，105 ℃高溫滅菌)內(nèi)分別放入種子(小麥50?！っ?1，玉米和蠶豆30?！っ?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(yīng)的培養(yǎng)皿中，同一濃度3個(gè)重復(fù)，以蒸餾水作對(duì)照。放在(26±1) ℃恒溫箱中暗培養(yǎng)，在培養(yǎng)過程中及時(shí)補(bǔ)充適量的蒸餾水，使紙床保持濕潤。從種子萌發(fā)之日開始記錄萌發(fā)的種子數(shù)，連續(xù)觀察10 d，計(jì)算萌發(fā)指數(shù)、萌發(fā)率、化感相應(yīng)指數(shù)(RI)。

萌發(fā)指數(shù)=Σ(Gt/Dt)，式中，Gt為第t天萌發(fā)種子數(shù)，Dt為相應(yīng)種子萌發(fā)天數(shù)；萌發(fā)率=(萌發(fā)種子總數(shù)/供試種子總數(shù))×100。

相對(duì)萌發(fā)率=(處理萌發(fā)率×100)/對(duì)照萌發(fā)率

相對(duì)萌發(fā)指數(shù)=(處理萌發(fā)指數(shù)×100)/對(duì)照萌發(fā)指數(shù)

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

RI=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1 (T

式中，C為對(duì)照值，T為處理值。RI<0為抑制，RI>0為促進(jìn)，絕對(duì)值的大小表示作用強(qiáng)度。由于物種間種子萌發(fā)和生長參數(shù)差異較大，為便于比較，本研究使用相對(duì)值(對(duì)照的百分比)表示萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)。

1.4 光合作用抑制活性測(cè)定

采用去胚乳小麥幼苗法[16-17]對(duì)小麥和玉米進(jìn)行試驗(yàn)，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(yǎng)皿中，再加入10 mL不同濃度三七水浸提物，將培養(yǎng)皿置于26 ℃恒溫箱中恒溫培養(yǎng)，光照時(shí)間為12 h·d-1。試驗(yàn)過程中，適當(dāng)添加蒸餾水，培養(yǎng)3 d后測(cè)量玉米和小麥胚根和胚芽長，計(jì)算抑制率。每一濃度3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10株玉米，以蒸餾水作為對(duì)照。

1.5 幼苗丙二醛(MDA)含量測(cè)定

以蠶豆作為代表性物種，參照王以柔等[18]測(cè)定幼苗整體MDA含量。在直徑為9 cm的培養(yǎng)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(yǎng)，黑暗培養(yǎng)2 d，在第3天開始26 ℃恒溫光照培養(yǎng)，光照12 h·d-1，7 d后取地上部分。丙二醛含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[19]。取0.5 g樣本，洗凈、風(fēng)干，剪碎置于研缽中，加少量石英砂和2 mL水，研成勻漿，轉(zhuǎn)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(chǎn)生后計(jì)時(shí))，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(duì)照，分別測(cè)出其在450、532和600 nm下的D值。計(jì)算MDA含量。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 17.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，利用單因素方差分析結(jié)合多重比較進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)3種作物種子的化感效應(yīng)

2.1.1 種子萌發(fā)

由圖1可以看出，三七水浸液對(duì)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(duì)蠶豆的抑制作用最強(qiáng)。各作物種子的相對(duì)萌發(fā)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(duì)3種作物種子萌發(fā)率的影響相對(duì)較弱；在濃度為0.075 g·mL-1時(shí)，玉米、蠶豆和小麥的相對(duì)萌發(fā)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(shí)，玉米、蠶豆和小麥的相對(duì)萌發(fā)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(duì)蠶豆的抑制作用均最強(qiáng)，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(duì)3種作物種子相對(duì)萌發(fā)率的影響

2.1.2 種子萌發(fā)指數(shù)

三七水浸液對(duì)3種作物種子相對(duì)萌發(fā)指數(shù)的影響如圖2所示，玉米、蠶豆和小麥的相對(duì)萌發(fā)指數(shù)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(duì)萌發(fā)指數(shù)均高于蠶豆和小麥。在最高濃度0.100 g·mL-1時(shí)，玉米、蠶豆和小麥的相對(duì)萌發(fā)指數(shù)分別為63.4%、53.6%和55.6%，說明蠶豆和小麥的相對(duì)萌發(fā)指數(shù)均對(duì)化感物質(zhì)較敏感，玉米的相對(duì)萌發(fā)指數(shù)對(duì)化感物質(zhì)一般敏感，其結(jié)果與萌發(fā)率一致。

圖2 三七水浸液對(duì)3種作物種子相對(duì)萌發(fā)率指數(shù)的影響

2.1.3 種子相對(duì)萌發(fā)率的化感效應(yīng)指數(shù)

如圖3所示，三七水浸液對(duì)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(duì)3種作物萌發(fā)率的化感效應(yīng)指數(shù)均為負(fù)值，即三七對(duì)玉米、蠶豆和小麥的化感效應(yīng)均表現(xiàn)為抑制作用。在最小濃度0.025 g·mL-1時(shí)，對(duì)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(shí)，對(duì)蠶豆的抑制作用達(dá)到最強(qiáng)(RI=-0.4646)，對(duì)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(duì)小麥和蠶豆的化感作用依次增強(qiáng)，RI從-0.0078到-0.2699不等。

圖3 三七水浸提物對(duì)3種作物種子相對(duì)萌發(fā)率的化感效應(yīng)指數(shù)的影響

2.2 對(duì)光合作用的抑制作用

采用去胚乳小麥幼苗法測(cè)定三七水浸液對(duì)光合作用的抑制活性。如圖4和圖5所示，三七水浸液對(duì)去胚乳玉米、小麥的幼芽和幼根具有較強(qiáng)的抑制作用(在濃度為0.025 g·mL-1時(shí)，對(duì)玉米的幼根和幼芽具有促進(jìn)作用)，且對(duì)幼芽的抑制作用大于幼根。在相同濃度下，三七水浸液對(duì)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(duì)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(duì)玉米具有一定的抑制活性。對(duì)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(duì)小麥具有較強(qiáng)的抑制活性。在光合作用下，三七水浸液在對(duì)玉米幼芽及幼根表現(xiàn)出“低促進(jìn)，高抑制”的雙向效應(yīng)，但對(duì)小麥幼芽及幼根一直呈抑制作用。

同一指標(biāo)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(duì)玉米幼芽、幼根的抑制作用

圖5 三七水浸液對(duì)小麥幼芽、幼根的抑制作用

2.3 對(duì)幼苗丙二醛含量的影響

如圖6所示，三七水浸物對(duì)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(shí)，MDA含量低于對(duì)照外，其他處理均高于對(duì)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(yīng)對(duì)受體作物的影響有關(guān)。

圖6 三七水浸物對(duì)蠶豆幼苗丙二醛含量的影響

3 小結(jié)與討論

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

丙二醛(MDA)是植物器官衰老或在逆境下遭受氧化脅迫發(fā)生的膜脂過氧化的產(chǎn)物，同時(shí)也是一種具有很強(qiáng)毒性的有害物質(zhì)。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(duì)逆境條件反應(yīng)增強(qiáng)。本試驗(yàn)通過對(duì)三七水浸提物化感效應(yīng)的研究，在培養(yǎng)皿內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，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(jié)果能較好地反映三七化感效應(yīng)的強(qiáng)弱。但在自然條件下，化感物質(zhì)的釋放與積累受到了很多環(huán)境條件的制約，如水分、土壤肥力等因素[25]，因此還需進(jìn)一步研究在自然條件下三七的化感效應(yīng)。

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(責(zé)任編輯：張 韻)

2017-09-05

云南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(2015Z184)；紅河學(xué)院博碩項(xiàng)目(14bs13)；國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)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(xiàn)著錄格式：王田濤，盧丙越，雷恩，等. 三七對(duì)不同作物化感的效應(yīng)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(11)：1982-1985，1988.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171135

S576.23+6

A

0528-9017(2017)11-1982-04