當歸根際土壤水浸提液對黃芪和工業(yè)大麻幼苗生長的化感作用

黃文靜，孫曉春，王楠，王二歡，高靜，2，孫建霞，2，田鑫，2，唐志書，2*

（1.陜西中醫(yī)藥大學／陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西咸陽712083；

2.陜西中醫(yī)藥大學藥學院，陜西咸陽712046；3.陜西步長制藥有限公司，西安710077）

當歸為傘形科多年生植物當歸Angelica sinensis（Oliv.）Diels的干燥根，是我國常用名貴大宗藥材，至今已有2000多年的藥用史和1200多年的栽培歷史［1］。人工栽培當歸需選擇陰涼的半陰山地或二陰地，大田移栽的最佳海拔在1600～1800 m，海拔過高當歸生長緩慢，過低容易早抽薹，成藥率低。育苗地大多選在海拔2200～2300 m的半陰山地，以未開荒的生地最好［2－3］。由于當歸對生境要求嚴格，生產(chǎn)面積多年來難以擴大，在道地產(chǎn)區(qū)岷縣、漳縣和宕昌縣一帶，藥農(nóng)爭地、藥林爭地的情況時有發(fā)生。此外，適宜栽培當歸的地塊也因常年重茬種植使得土壤板結(jié)、肥力下降、病蟲害嚴重，以致發(fā)生嚴重的連作障礙，當歸產(chǎn)量和品質(zhì)難以保證［4－6］。

在野生變家種的過程中，約有70%的根和根莖類藥材有連作障礙，而化感作用是引起藥用植物連作障礙的一個重要原因［6－7］。大量研究［8－9］表明，合理的輪作或間作是克服連作障礙的主要途徑，而輪間作植物的選擇是建立適宜耕作體系和利用化感作用維持田間生物多樣性平衡的基礎(chǔ)。本試驗采用當歸根際土壤水浸提液模擬化感物質(zhì)，從種子萌發(fā)、幼苗生長和生理活性三個方面研究當歸的自毒作用及對產(chǎn)地常見植物黃芪和工業(yè)大麻的化感效應(yīng)，以期為建立合理的當歸輪間作制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試當歸種子購于漳縣殪虎橋，為農(nóng)家自留種；黃芪和工業(yè)大麻種子購于甘肅隴西縣首陽藥材市場。

1.2 研究方法

1.2.1 當歸根際土壤水浸液的制備

取甘肅省隴南市宕昌縣阿塢鄉(xiāng)麻界村當歸種植基地（北緯34°16′53.99″，東經(jīng)104°09′56.14″）根際土壤樣5 kg，按1∶2比例加入蒸餾水浸泡24 h，4層紗布進行粗濾，將粗濾液置于布氏漏斗抽濾得到澄清的濾液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至500 mL，得到終濃度為0.5 g／mL的液體作為母液。取部分母液稀釋，制成濃度分別為0.001、0.005、0.010 g／mL的溶液，置于低溫冰箱待用。

1.2.2 種子發(fā)芽試驗

選取籽粒飽滿、無病蟲害的當歸、黃芪和工業(yè)大麻種子，經(jīng)0.1%過氧化氫表面消毒10 min，蒸餾水沖洗3次后置于鋪有發(fā)芽濾紙的培養(yǎng)皿中，每培養(yǎng)皿30粒種子，每處理3次重復(fù)，分別加入蒸餾水、0.001、0.005、0.010 g／mL的當歸根際土壤水浸提液。將培養(yǎng)皿置于培養(yǎng)箱中進行（25±1）／（15±1）℃的變溫培養(yǎng)，光照與黑暗時間設(shè)為12／12 h，光照強度為2000 lx。連續(xù)培養(yǎng)觀察10 d，每天定時統(tǒng)計種子萌發(fā)數(shù)，于第10 d用直尺測量胚芽和胚根長度。當歸種子以露白為發(fā)芽標準，黃芪和工業(yè)大麻種子以幼根達種子直徑長為發(fā)芽標準［10］。

發(fā)芽率（%）＝10 d內(nèi)發(fā)芽的總粒數(shù)／供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽勢（%）＝5 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)／供試種子數(shù)×100%

1.2.3 幼苗農(nóng)藝性狀測定

將種子按每盤50粒分別撒播種植于育苗盤中，育苗盤中介質(zhì)為沙土（V／V＝1∶1），每種處理設(shè)3個重復(fù)，每3 d用噴壺澆清水或當歸根際土壤水浸提液一次，按照1.3的培養(yǎng)條件于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)30 d。培養(yǎng)結(jié)束后每組處理選10株幼苗，分別測量其根長、株高和鮮重等指標。

1.2.4 生理指標測定

測定葉綠素、脯氨酸、可溶性糖和丙二醛（MDA）含量。參照張憲政［11］的混合浸取法測定幼苗葉片中葉綠素含量；脯氨酸采用磺基水楊酸提取，用茚三酮法測定；可溶性糖含量的測定采用硫酸蒽酮法［12］；MDA的測定采用硫代巴比妥酸（TBA）雙組分光光度法，以 nmol／g表示MDA的量［13］。

1.2.5 化感效應(yīng)指數(shù)的計算

各試驗結(jié)果參照Williamson等［14］的方法計算化感作用效應(yīng)指數(shù)（RI）。當 T＜C時，RI＝T／C－1；當T≥C時，RI＝1－C／T。其中：C為對照值，T為處理值。當RI＞0時表現(xiàn)為促進作用，RI＜0時為抑制作用，絕對值的大小與化感作用強度一致［15］。

發(fā)芽勢等各指標處理組的化感作用指數(shù)為3種不同濃度處理下的平均值。種子萌發(fā)化感效應(yīng)指數(shù)為發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚根長和胚芽長化感作用指數(shù)的平均值；幼苗農(nóng)藝性狀的化感效應(yīng)指數(shù)為株高、根長、根冠比和鮮重化感作用指數(shù)的平均值；生理指標化感效應(yīng)指數(shù)為葉綠素、脯氨酸、可溶性糖和MDA化感作用指數(shù)的平均值。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel處理作圖，并采用SPSS19.0軟件進行差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 當歸根際土壤水浸提液對種子萌發(fā)及生長的影響

由表1可知，隨著當歸根際土壤水浸提液濃度的增加，3種藥材種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚根長和胚芽長都呈下降趨勢，處理濃度與各指標大小總體上呈負相關(guān)關(guān)系。在處理濃度為0.010 g／mL時，當歸、黃芪和工業(yè)大麻各指標處理組與對照組差異顯著，其中當歸發(fā)芽勢從50%下降至6%左右，最終發(fā)芽率僅12.53%，遠遠低于清水對照78.21%的發(fā)芽率；除此之外，當歸處理組的胚根長和胚芽長也僅有對照組的50%，由此可見，當歸有明顯的自毒效應(yīng)。較低濃度（0.001 g／mL）處理對黃芪的發(fā)芽勢和發(fā)芽率影響較大，但對其胚根長和胚芽長的影響不顯著。中等濃度（0.005 g／mL）處理下，黃芪各指標均顯著下降，與清水對照組差異顯著，由此可見，當歸對黃芪種子萌發(fā)和生長有較強的抑制作用。工業(yè)大麻的情況與當歸和黃芪略有不同，低濃度當歸根際土壤水浸提液處理對工業(yè)大麻各指標的影響均不顯著，中等濃度處理在一定程度上促進了工業(yè)大麻的發(fā)芽勢和發(fā)芽率。

表1 當歸根際土壤水浸提液對種子萌發(fā)及生長的影響Tab.1 Effect of Angelica sinensis rhizosphere soil water extract on seed germination and growth

2.2 當歸根際土壤水浸提液對幼苗農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，低濃度當歸根際土壤水浸提液處理下當歸幼苗鮮重顯著降低，高濃度處理明顯抑制了當歸幼苗的生長，幼苗各指標均有所下降，其株高、根長和鮮重僅為對照組的54%、34%和27%。黃芪幼苗生長受當歸根際土壤水浸提液抑制最明顯，低濃度處理即可使黃芪株高、根長和鮮重顯著下降。當歸根際土壤水浸提液對工業(yè)大麻幼苗根冠比的影響不顯著，除0.005 g／mL當歸根際土壤水浸提液顯著促進了工業(yè)大麻幼苗株高伸長外，中低濃度的處理對其幼苗生長的影響均不顯著。高濃度處理下工業(yè)大麻幼苗株高降低，根長變短，鮮重下降，與對照組差異顯著。

表2 當歸根際土壤水浸提液對幼苗農(nóng)藝性狀的影響Tab.2 Effect of Angelica sinensis rhizosphere soil water extract on agronomic traits of seedling

2.3 當歸根際土壤水浸提液對幼苗生理指標的影響

由表3可知，當歸根際土壤水浸提液對當歸和黃芪幼苗葉綠素合成有一定的抑制作用，中等濃度處理下當歸幼苗葉綠素含量僅為對照組的27%，高濃度處理下黃芪幼苗葉綠素含量僅為對照的19%，中等濃度的當歸根際土壤水浸提液處理可促進工業(yè)大麻幼苗葉綠素合成，但在高濃度下又再次表現(xiàn)出抑制作用。當歸和黃芪脯氨酸含量隨著處理濃度的上升而減小，而工業(yè)大麻幼苗中脯氨酸含量則隨著處理濃度增加呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢?？扇苄蕴呛孔兓闆r與脯氨酸類似，隨著處理濃度增加，當歸和黃芪中的可溶性糖含量逐漸降低，工業(yè)大麻中的可溶性糖含量則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。工業(yè)大麻中MDA含量受處理的影響差異不顯著，在當歸中隨著處理濃度升高，MDA含量不斷上升，低濃度的處理使黃芪幼苗MDA含量下降，中高濃度處理下MDA含量與對照組差異不顯著。

表3 當歸根際土壤水浸提液對幼苗生理指標的影響Tab.3 Effect of Angelica sinensis rhizosphere soil water extract on physiological indexes of seedling

續(xù)表3

2.4 當歸化感效應(yīng)指數(shù)分析

2.4.1 種子萌發(fā)及生長的化感效應(yīng)指數(shù)分析

由圖1可知，在4個指標中，當歸根際土壤水浸提液對種子發(fā)芽勢的影響最明顯，表現(xiàn)為強烈的抑制作用，其次為發(fā)芽率、胚芽長和胚根長。3種植物中，當歸根際土壤水浸提液對黃芪發(fā)芽勢、胚根長和胚芽長抑制明顯，雖然其發(fā)芽率的RI絕對值略低于當歸，但遠高于工業(yè)大麻，是其40倍左右。綜合分析表明，當歸具有明顯的自毒作用，對黃芪發(fā)芽和生長的抑制作用遠高于工業(yè)大麻。

圖1 當歸根際土壤水浸提液對種子萌發(fā)及生長的化感效應(yīng)指數(shù)Fig.1 Response index of Angelica sinensis rhizosphere soil water extract on seed germination and growth

2.4.2 幼苗農(nóng)藝性狀的化感效應(yīng)指數(shù)分析

如圖2所示，在幼苗各農(nóng)藝性狀RI中，鮮重、根長和株高受當歸根際土壤水浸提液的影響較大，總體上表現(xiàn)為抑制效應(yīng)；根冠比受影響最小，其中當歸根際土壤水浸提液對黃芪根冠比還有一定的促進作用，而工業(yè)大麻根冠比則不受處理的影響。當歸根際土壤水浸提液對黃芪株高、根長和鮮重的影響最大，其次為當歸，3種植物中工業(yè)大麻受化感效應(yīng)影響最小。

圖2 當歸根際土壤水浸提液對幼苗農(nóng)藝性狀的化感效應(yīng)指數(shù)Fig.2 Response index of Angelica sinensis rhizosphere soil water extract on agronomic traits of seedling

2.4.3 幼苗生理指標的化感效應(yīng)指數(shù)分析

如圖3所示，幼苗葉綠素RI均為負值，表明當歸根際土壤水浸提液抑制了幼苗葉綠素的合成，其中對黃芪的抑制效應(yīng)最明顯，其次為當歸和工業(yè)大麻。脯氨酸和可溶性糖為植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，工業(yè)大麻脯氨酸和可溶性糖RI分別為＋0.34和＋0.06，說明當歸根際土壤水浸提液促進了工業(yè)大麻幼苗中脯氨酸和可溶性糖的積累，一定程度上增強了幼苗抗逆性。3種植物MDA的RI均為正值，表明當歸根際土壤水浸提液促進了幼苗中MDA的合成，其中當歸RI最大為＋0.35，黃芪和工業(yè)大麻的RI分別為＋0.045和＋0.052。

圖3 當歸根際土壤水浸提液對幼苗生理指標的化感效應(yīng)指數(shù)Fig.3 Response index of Angelica sinensis rhizosphere soilwater extract on physiological indexes of seedling

2.4.4 化感效應(yīng)指數(shù)的綜合分析

由圖4可知，種子萌發(fā)階段RI絕對值最大，說明當歸根際土壤水浸提液對3種植物種子萌發(fā)的抑制作用較明顯，其中當歸和黃芪RI遠大于工業(yè)大麻的，表明當歸和黃芪受到的影響較大。在幼苗生長階段當歸和黃芪的RI同樣大于工業(yè)大麻的，且工業(yè)大麻生理指標的RI為正值，這與表3中工業(yè)大麻在中等濃度處理下某些生理指標（葉綠素、脯氨酸和可溶性糖）的增加相一致。綜合化感作用分析表明，當歸根際土壤水浸提液對3種植物的生長均有抑制作用，其中黃芪受影響最大，其次為當歸，工業(yè)大麻所受影響最小。

圖4 化感效應(yīng)指數(shù)的綜合分析Fig.4 Comprehensive analysis of the response index

3 結(jié)論與討論

張新慧等［16］在當歸根際土壤水提液中鑒定到17個化合物，包括有機酸、醛、酯、酮和烴類等，其中很多被報道是化感物質(zhì)。馬瑞君等［17］利用營養(yǎng)生長期當歸莖葉和根水浸提液模擬化感物質(zhì)處理當歸，發(fā)現(xiàn)莖葉部分的自毒效應(yīng)強于根部，且作用強度隨濃度增加而增強。本研究發(fā)現(xiàn)，濃度為0.001 g／mL的當歸根際土壤水浸提液即可抑制當歸種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，高濃度的當歸根際土壤水浸提液處理顯著降低了當歸幼苗的株高、根長和鮮重，當歸的自毒作用明顯，這與馬瑞君［17］和邱黛玉等［18］的研究結(jié)果一致。葉綠素是將光能轉(zhuǎn)化為化學能的活性物質(zhì)，其含量高低在一定程度上反映了植物同化有機物的能力。研究發(fā)現(xiàn)，中等以上濃度的處理顯著降低了當歸幼苗的葉綠素含量，并抑制了細胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸和可溶性糖的積累，與此同時，膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一MDA大量合成，推測這些生理上的變化可能是導致當歸幼苗生長受到抑制的主要原因。

甘肅東南部當歸道地產(chǎn)區(qū)的常見作物主要有燕麥、小麥和油菜等，有研究［17］表明當歸對燕麥和小麥的化感作用較弱，可以用于當歸輪作體系。實際生產(chǎn)中，種植小麥和燕麥的經(jīng)濟效益不高，因此藥農(nóng)多選則在大黃、黨參、黃芪和當歸等藥材之間進行“藥—藥”輪作［19－20］。本研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的當歸根際土壤水浸提液處理即可明顯降低黃芪種子發(fā)芽勢，抑制黃芪胚芽和胚根伸長。通過化感效應(yīng)指數(shù)分析可知，黃芪幼苗葉綠素的化感效應(yīng)指數(shù)最低，表明其受到的抑制作用最強，低葉綠素含量使其光合同化有機物的能力降低，導致株高變矮，鮮重降低。

工業(yè)大麻在當歸主產(chǎn)區(qū)常見小區(qū)域栽培，其種植成本低，經(jīng)濟效益高于種植小麥和燕麥。本研究發(fā)現(xiàn)，當歸對工業(yè)大麻的化感作用較弱，低濃度的當歸根際土壤水浸提液處理對工業(yè)大麻種子萌發(fā)和幼苗生長的影響均不顯著；中等濃度處理反而可在一定程度上促進葉綠素、脯氨酸和可溶性糖的積累，加快種子萌發(fā)和幼苗的生長；高濃度處理對工業(yè)大麻的化感效應(yīng)也遠小于當歸和黃芪?；诖耍乱徊綄㈤_展當歸和工業(yè)大麻輪作或間作的大田試驗研究，以期緩解因當歸自毒作用而引起的連作障礙，為建立當歸和工業(yè)大麻合理的輪間作體系提供進一步的理論支持。

參考文獻：

［1］張磊，邱黛玉，楊椿晨，等.大蒜根系分泌物對當歸種子萌發(fā)及幼苗生長的影響［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學，2015，42（7）：17－22.

［2］孫紅梅，張本剛，齊耀東，等.當歸藥材資源調(diào)查與分析［J］.中國農(nóng)學通報，2009，25（23）：437－441.

［3］邱黛玉，藺海明，陳垣，等.經(jīng)緯度和海拔對當歸成藥期植株長勢和早期抽薹的影響［J］.草地學報，2010，18（6）：838－843.

［4］劉峰林，趙磊，夏鵬飛，等.會川產(chǎn)區(qū)當歸生產(chǎn)問題分析與對策研究［J］.甘肅中醫(yī)學院學報，2012，29（3）：67－69.

［5］邱黛玉，藺海明，王福安，等.“瑞奇”高效有機肥對當歸產(chǎn)量及構(gòu)成因素的研究［J］.中國農(nóng)學通報，2005，21（3）：200－202.

［6］郭蘭萍，黃璐琦，蔣有緒，等.藥用植物栽培種植中的土壤環(huán)境惡化及防治策略［J］.中國中藥雜志，2006，31（9）：714－717.

［7］高群，孟憲志，于洪飛.連作障礙原因分析及防治途徑研究［J］.山東農(nóng)業(yè)科學，2006，38（3）：60－63.

［8］吳鳳芝，趙鳳艷.根系分泌物與連作障礙［J］.東北農(nóng)業(yè)大學學報，2003，34（1）：114－118.

［9］柴強，黃高寶.植物化感作物的機理、影響因素及開發(fā)利用［J］.西北植物學報，2002，22（1）：55－58.

［10］姜穎.EMS對工業(yè)大麻種子萌發(fā)的影響［J］.中國麻業(yè)科學，2016，38（6）：258－262.

［11］張憲政.植物葉綠素含量測定——丙酮乙醇混合液法［J］.遼寧農(nóng)業(yè)科學，1986（3）：28－30.

［12］張志良，矍偉.植物生理學實驗指導（第三版）［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［13］高俊鳳.植物生理學實驗指導［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［14］Williamson GB，Richardson D.Bioassays for allelopathy：Measuring treatment responseswith independent controls.Journal of Chemical Ecology［J］.1998，14（1）：181－187.

［15］申時才，徐高峰，張付斗，等.紅薯葉片浸提液對5種主要農(nóng)田雜草種子萌發(fā)及幼苗生長的化感作用［J］.生態(tài)學報，2017，37（6）：1931－1938.

［16］張新慧，郎多勇，張恩和.當歸根際土壤水浸液的自毒作用研究及化感物質(zhì)的鑒定［J］.中草藥，2010，41（12）：2063－2066.

［17］馬瑞君，惠繼瑞，朱慧，等.當歸營養(yǎng)期的化感作用［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2008，16（6）：1483－1488.

［18］邱黛玉，張正杰.離體蒜苗揮發(fā)物質(zhì)對模擬連作當歸種子發(fā)芽的影響［J］.中草藥，2016，47（6）：1010－1015.

［19］葉文斌，樊亮.黨參和黃芪根際土壤水浸液對亞麻種子萌發(fā)和幼苗生長的化感效應(yīng)［J］.西北農(nóng)業(yè)學報，2013，22（7）：62－67.

［20］葉文斌，樊亮.黨參和黃芪種植地土壤水浸液對小麥化感作用的研究［J］.甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2013，48（5）：69－74.