大蒜鱗莖水浸提液的化感作用評(píng)價(jià)

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(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)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(chǎn)生并釋放到周圍環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)對(duì)另一種植物(或微生物)產(chǎn)生直接或間接的相互排斥和促進(jìn)的作用[1]，具有化感作用的物質(zhì)稱為化感物質(zhì)(allelochemicals)。植物化感作用是以向環(huán)境釋放化感物質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，化感物質(zhì)釋放是化感作用的重要環(huán)節(jié)，化感物質(zhì)的釋放途徑主要有揮發(fā)、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(duì)植物群落的形成、演替，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中輪作、間作、套作的合理安排及農(nóng)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(duì)自身或其他生物生理生態(tài)過程的化感效應(yīng)對(duì)保持生態(tài)系統(tǒng)平衡、保護(hù)生物多樣性有著重要的科學(xué)意義。

隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和蔬菜種植面積的擴(kuò)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(chǎn)量，還可以有效改善土壤理化性狀和微生態(tài)環(huán)境，避免或減輕土壤連作障礙。但是在制定耕作制度時(shí)，一定要把化感因素考慮在內(nèi)，許多蔬菜作物都能表現(xiàn)出一定的化感作用，應(yīng)該充分利用不同蔬菜間的化感促進(jìn)作用，避免化感抑制作用。胡蔥揮發(fā)物對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)在 80株/3.83 m2處理下表現(xiàn)為促進(jìn)作用最強(qiáng)，120株/3.83 m2處理下表現(xiàn)為抑制；胡蔥根系分泌物在60株/盆處理下對(duì)番茄的促進(jìn)作用最強(qiáng)，在80株/盆處理下對(duì)番茄的抑制作用最強(qiáng)[11]。馬鈴薯與菜豆、洋蔥和甜菜間作可以提高產(chǎn)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(guó)人民喜愛的保健蔬菜，又是重要的調(diào)味品和醫(yī)藥原料，具有良好的殺菌效果和藥用價(jià)值。大蒜在我國(guó)已有2 000多年的栽培歷史，栽培面積和產(chǎn)量均居世界第一。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大蒜是公認(rèn)的良好前茬作物[14]，可以促進(jìn)植物根際土壤中真菌、細(xì)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(jìn)土壤中N、P等營(yíng)養(yǎng)元素的循環(huán)，為其他植物根系的生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的微生態(tài)環(huán)境[15]。金揚(yáng)秀等發(fā)現(xiàn)大蒜與瓜類輪作并輔以適時(shí)休閑能夠?qū)⒐项惪菸“l(fā)病率由連作時(shí)的50%降至10%[16]。大蒜根系分泌物對(duì)黃瓜枯萎病菌和西瓜枯萎病菌菌絲生長(zhǎng)及孢子萌發(fā)表現(xiàn)出抑制作用[17]。質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(fā)生率均為0，防治效果達(dá)到100%[18]。大蒜多數(shù)品種的秸稈水浸液對(duì)番茄幼苗的生物量表現(xiàn)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(bào)道均涉及生物測(cè)定法，生物測(cè)定是化感作用研究中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，此方法得到的結(jié)果快速直觀，可行性較強(qiáng)，因此，本試驗(yàn)采用浸提法收集大蒜鱗莖浸提液，通過測(cè)定不同濃度大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)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(duì)空心菜的化感效應(yīng)，以期為今后大蒜和空心菜的合理配置提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的供試材料為市售普通大蒜。受試作物為泰國(guó)柳綠空心菜(IpomoeaaquaticForsk.)，購(gòu)于安徽省合肥市合豐種業(yè)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(duì)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(yǎng)皿里做發(fā)芽試驗(yàn)，每個(gè)培養(yǎng)皿加入浸提液5 mL，對(duì)照(CK)加入等量蒸餾水。供試材料種子播入培養(yǎng)皿中，每皿30粒，重復(fù)3次，放置25 ℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光暗周期為12 h—12 h，每隔1 d加2 mL相應(yīng)濃度的浸提液或蒸餾水，每天記錄種子的發(fā)芽情況。

1.4 大蒜浸提液對(duì)空心菜幼苗的影響

種子催芽后播于穴盤中，待長(zhǎng)至3葉1心時(shí)，用不同濃度大蒜鱗莖浸提液灌根處理，蒸餾水處理作為對(duì)照，每個(gè)處理各重復(fù)3次，每隔3 d處理1次，每次5 mL，處理20 d后對(duì)空心菜幼苗的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定分析。

1.5 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.5.1 發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)測(cè)定 自播種當(dāng)天起統(tǒng)計(jì)萌發(fā)種子數(shù)，第4天計(jì)算發(fā)芽指數(shù)，第7天計(jì)算發(fā)芽率、胚軸長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)。重復(fù)3次。種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為種子發(fā)芽長(zhǎng)度的1/2。

1.5.2 株高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的測(cè)定 株高、根長(zhǎng)測(cè)定采用直尺直接量取法；鮮質(zhì)量測(cè)定采用直接洗凈稱量法；干質(zhì)量測(cè)定采用烘干稱量法。

1.5.3 葉片電導(dǎo)率測(cè)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(dǎo)儀測(cè)定浸提液電導(dǎo)率(R1)，然后沸水水浴30 min，冷卻后再測(cè)定浸提液電導(dǎo)率(R2)，每份重復(fù)3次，相對(duì)電導(dǎo)率=R1/R2×100%。

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

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析方法

用Excel 2010對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)差異顯著的數(shù)據(jù)用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜種子萌發(fā)的影響

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

表1 大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜種子萌發(fā)的影響

注：同列數(shù)據(jù)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(duì)空心菜幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.1 大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜形態(tài)指標(biāo)的影響 由表2可知，大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜幼苗生長(zhǎng)主要表現(xiàn)為低質(zhì)量濃度促進(jìn)、高質(zhì)量濃度抑制。在0.005、0.010 g/mL濃度處理?xiàng)l件下幼苗株高較對(duì)照顯著增加；0.020、0.040 g/mL濃度處理下株高較對(duì)照有所減少，但差異未達(dá)顯著水平。在0.005、0.010 g/mL 濃度處理下根長(zhǎng)增加；0.020、0.040 g/mL濃度處理下的根長(zhǎng)較對(duì)照顯著減少。在低質(zhì)量濃度(0.005、0.010 g/mL)大蒜鱗莖浸提液處理下能夠促進(jìn)空心菜的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的增加，但在高質(zhì)量濃度(0.020、0.040 g/mL)處理后這些指標(biāo)受到抑制。其中，0.005、0.010 g/mL濃度處理下鮮質(zhì)量與對(duì)照差異顯著；0.010、0.040 g/mL濃度處理下干質(zhì)量與對(duì)照差異顯著。

2.2.2 大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜相對(duì)電導(dǎo)率的影響 由圖1可知，幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率隨著處理濃度的上升，表現(xiàn)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(duì)電導(dǎo)率較對(duì)照降幅最大，達(dá)56.5%；其次是0.010 g/mL處理，下降44.7%。0.020、0.040 g/mL處理?xiàng)l件下分別上升13.7%、17.2%。

表2 大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2.3 大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜幼苗體內(nèi)保護(hù)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(shì)。處理濃度 0.005 g/mL 時(shí)幼苗SOD活性與對(duì)照差異顯著，其他濃度處理與對(duì)照相比差異不顯著。0.005、0.010 g/mL 處理?xiàng)l件下POD活性較對(duì)照上升，0.020、0.040 g/mL 處理?xiàng)l件下POD活性較對(duì)照降低。除0.040 g/mL處理?xiàng)l件下CAT活性較對(duì)照降低，其余濃度處理?xiàng)l件下CAT活性上升，其中0.005、0.010 g/mL處理與對(duì)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(duì)照差異不顯著。

表3 大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜幼苗保護(hù)酶活性和MDA含量的影響

3 討論與結(jié)論

化感作用除了依賴于受試物種、品種、化感物質(zhì)成分等，還與其濃度密切相關(guān)。一定濃度條件下抑制某些植物生長(zhǎng)的化感物質(zhì)在更低濃度條件下會(huì)促進(jìn)同種植物或其他植物的生長(zhǎng)[21-23]。番茄植株水浸提液對(duì)幾種受試作物表現(xiàn)明顯的低濃度促進(jìn)和高濃度抑制的雙重質(zhì)量濃度效應(yīng)[24]。周艷麗等也發(fā)現(xiàn)大蒜根系浸提液對(duì)番茄、辣椒幼苗生長(zhǎng)同樣具有高抑低促現(xiàn)象[25]。鄭麗等發(fā)現(xiàn)不同濃度紫莖澤蘭葉片提取液對(duì)10種受試植物種子的化感強(qiáng)度不同，低濃度時(shí)較弱，高濃度時(shí)能降低種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率、 胚軸長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)[26]。該試驗(yàn)研究也表明，大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的雙重濃度效應(yīng)。

從本質(zhì)上來講，一種植物通過化感物質(zhì)來影響另一種植物的生長(zhǎng)發(fā)育，就是化感物質(zhì)對(duì)植物生理生化過程的影響?；形镔|(zhì)通過影響細(xì)胞膜的透性，改變細(xì)胞的分裂、伸長(zhǎng)和亞顯微結(jié)構(gòu)，影響礦質(zhì)離子和水分的吸收，影響光合、呼吸作用，影響蛋白質(zhì)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(dòng)，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，鼠尾草葉片中的揮發(fā)性物質(zhì)能夠損傷黃瓜細(xì)胞膜系統(tǒng)，抑制黃瓜種子胚根和下胚軸細(xì)胞的分裂和伸長(zhǎng)[27]。水稻浸提液能顯著抑制靶標(biāo)雜草幼苗的SOD、POD活性，提高雜草根部自由基含量，導(dǎo)致膜脂過氧化物MDA含量增加[28]。連慧達(dá)等發(fā)現(xiàn)紅小豆根系水浸液能夠增強(qiáng)蘿卜、小麥幼苗的SOD、POD活性，減少M(fèi)DA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(yàn)結(jié)果表明，大蒜鱗莖浸提液在適當(dāng)濃度時(shí)，幼苗相對(duì)電導(dǎo)率下降，SOD、POD、CAT活性增強(qiáng)，MDA含量減少，可能是因?yàn)榇笏怊[莖中某些化感物質(zhì)提高了空心菜保護(hù)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(jìn)幼苗的生長(zhǎng)。當(dāng)浸提液濃度升高，幼苗相對(duì)電導(dǎo)率上升，SOD、POD、CAT活性降低，MDA含量增加，植株的長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)?，株高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量都較對(duì)照有所減少。

該試驗(yàn)通過室內(nèi)生物測(cè)定法較好地反映了不同質(zhì)量濃度大蒜鱗莖浸提液對(duì)空心菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)化感作用差異，但是在自然環(huán)境下，化感物質(zhì)的釋放與積累受到諸多環(huán)境條件的制約，如光照、養(yǎng)分、水分、土壤微生物等都會(huì)對(duì)化感物質(zhì)產(chǎn)生作用。因此，今后還需要緊密結(jié)合田間試驗(yàn)，研究大蒜的化感作用及相關(guān)的化感物質(zhì)鑒定，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)一步研究。

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