不同濃度灸根對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及根系生理生化特性的影響

楊榮超 胡守榮 梁劍鋒 梁小銘 黃少東 章月琴

我國(guó)是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，全國(guó)蔬菜播種面積超過2 000萬hm2，年產(chǎn)值達(dá)到1.2萬億元，蔬菜產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從昔日的“家庭菜園”逐步發(fā)展成為主產(chǎn)區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。近幾年，設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值中占有重要地位，但化肥農(nóng)藥超量施用問題成為制約設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。過量、不合理用肥用藥，導(dǎo)致肥藥利用率低、土壤板結(jié)、酸化、農(nóng)藥殘留毒性、病蟲抗（耐）藥性上升、環(huán)境污染、生態(tài)平衡破壞等一系列問題，嚴(yán)重威脅著我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品安全和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全。為了實(shí)現(xiàn)化肥、農(nóng)藥減施增效，農(nóng)藥提質(zhì)增效，農(nóng)民增收致富的目標(biāo)，綠色、環(huán)保型肥料的研制及推廣勢(shì)在必行，且具有極大的市場(chǎng)空間。

化感物質(zhì)來源于植物的次生代謝物，是植物在次生代謝過程中通過草莽酸途徑或醋酸途徑生成的，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)分子質(zhì)量小，主要分為4類，分別為酚類、萜類、糖和糖苷類、生物堿和非蛋白氨基酸。植物化感作用發(fā)現(xiàn)已有2 000多a歷史，早在公元前77年就發(fā)現(xiàn)黑胡桃對(duì)周邊鄰近的植物有毒害作用，但真正進(jìn)入系統(tǒng)、深入的研究則是近30 a的事情。其概念是由Molish于1937年首次提出，20世紀(jì) 70年代Rice在Molish的基礎(chǔ)上，將植物化感作用定義為：植物 （含微生物）通過釋放化學(xué)物質(zhì)到環(huán)境中而產(chǎn)生的對(duì)其他植物直接或間接的有害作用；到20世紀(jì)80年代中期，Rice將有害作用和自毒作用補(bǔ)充到植物化感作用的定義中，其完整表述為：植物或微生物的代謝分泌物對(duì)環(huán)境中其他植物或微生物有有利和不利的作用[1]?；凶饔檬且粋€(gè)極其復(fù)雜的過程，包括了偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用。偏害作用指的是一種供體植物通過揮發(fā)、分泌、淋溶和降解等方式釋放次生化合物并進(jìn)入環(huán)境中（特別是土壤環(huán)境），從而抑制鄰近受體植物生長(zhǎng)發(fā)育的現(xiàn)象，亦稱植物化感抑制作用。如黃花草木樨水浸液中香豆素對(duì)黃花草木樨、紫花苜蓿、紅三葉、萹蓄、稗草和黑麥草等有很強(qiáng)的抑制作用[2]?；凶饔玫倪^程具有選擇性、專一性[3，4]和濃度效應(yīng)[5～7]，存在復(fù)合效應(yīng)[8]、階段性[9]等特點(diǎn)。 化感作用的本質(zhì)就是一種植物通過釋放化學(xué)物質(zhì)來影響另一種植物的生長(zhǎng)發(fā)育?；形镔|(zhì)對(duì)植物多種生理生化過程及生長(zhǎng)發(fā)育都有一定的影響，其中對(duì)植物體內(nèi)各種酶活性的影響主要表現(xiàn)激活和抑制對(duì)種子萌發(fā)和植株生長(zhǎng)所需要的關(guān)鍵酶[10，11]。

灸根作為一種化感物質(zhì)的復(fù)合物，主要成分包括總黃酮、有機(jī)酸、脂肪族醛、酮、直鏈醇、不飽和內(nèi)酯、長(zhǎng)鏈脂肪酸、醌類、酚類、聚乙炔、肉桂酸及其衍生物、苯甲酸及其衍生物、甾類化合物、生物堿、單寧、萜類、嘌呤、核苷等。其主要作用原理就是自然界中的植物化感效應(yīng)，能調(diào)控作物的生理代謝等多項(xiàng)生理活動(dòng)，從而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，有效抵御害蟲和病原菌的侵染，建立相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)平衡。黃瓜是世界上普遍栽培的重要園藝作物之一，也是我國(guó)種植面積最大、范圍最廣的蔬菜之一，在我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)中占據(jù)著舉足輕重的地位[12]。本研究以黃瓜為材料，研究了不同濃度灸根對(duì)黃瓜幼苗的影響，為生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用相關(guān)產(chǎn)品提供了一定理論參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為津春3號(hào)，天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃瓜研究所選育。

光碳能量液：灸根，由北京中科利農(nóng)生物技術(shù)研究院提供。

營(yíng)養(yǎng)液組成：為MS培養(yǎng)基母液配方。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)根據(jù)不同的灸根稀釋倍數(shù)設(shè)置5個(gè)處理，分別為：0（清水）、50 倍、100 倍、150倍、200 倍， 按順序分別記為 CK、A、B、C、D組，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，隨機(jī)排列。采用50孔穴盤育苗，每孔播1粒種子，每個(gè)重復(fù)播30粒種子，栽培基質(zhì)是黃瓜的專用育苗基質(zhì)。

1.3 試驗(yàn)方法

2016年7月15日，選取飽滿、整齊一致的黃瓜種子，放入55℃左右的熱水中浸種15 min，期間不斷攪拌，并不停添加熱水以保持水溫。浸種后，將種子放在墊有濕濾紙的培養(yǎng)皿中，置于28℃左右的環(huán)境中催芽，期間維持濾紙的濕潤(rùn)。7月17日選取發(fā)芽一致的種子在穴盤基質(zhì)中播種，每個(gè)穴中放1粒種子，之后將基質(zhì)澆足水并鋪膜以保證其出苗的一致性。試驗(yàn)溫度為20～25℃，光照強(qiáng)度約為1 500 lx，并適時(shí)為幼苗施加營(yíng)養(yǎng)液（MS培養(yǎng)基母液配方），7月19日揭膜并澆水。

7月22日，用不同稀釋倍數(shù)的灸根對(duì)黃瓜幼苗進(jìn)行第1次處理，每10 d處理一次，共處理3次。第1次處理時(shí)，子葉完全展開；第2次處理時(shí)，為1葉1心期；第3次處理時(shí)，為2葉1心期。第1次和第2次處理后10 d，每重復(fù)取5株幼苗進(jìn)行生長(zhǎng)指標(biāo)（株高、莖粗、主根長(zhǎng)、主根直徑、側(cè)根數(shù)、植株干鮮質(zhì)量）的測(cè)定；第3次處理后10 d，每重復(fù)取5株幼苗進(jìn)行生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定，取15株進(jìn)行根系生理指標(biāo)的測(cè)定，包括SOD、POD、CAT的活性和MDA含量的測(cè)定。

1.4 測(cè)定方法與數(shù)據(jù)分析

表1 不同濃度的灸根對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

株高是用米尺測(cè)量子葉節(jié)到生長(zhǎng)點(diǎn)的距離，莖粗是用游標(biāo)卡尺測(cè)量子葉下1 cm處的莖直徑，主根長(zhǎng)和主根直徑也是用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，整株干鮮質(zhì)量是用千分之一電子天平進(jìn)行稱量。各種酶活性的測(cè)定主要參考Cavalcanti等[13]方法。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行處理，采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析，運(yùn)用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（P＜0.05）。

表2 不同濃度的灸根對(duì)黃瓜幼苗根系生長(zhǎng)的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度灸根對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

由表1可以看出，黃瓜幼苗經(jīng)過不同濃度灸根處理1次后10 d，A處理的莖粗和植株干質(zhì)量顯著低于對(duì)照，株高和植株鮮質(zhì)量與對(duì)照無顯著差異，B、C處理的株高、莖粗、植株干鮮質(zhì)量都顯著高于對(duì)照，D處理的株高、莖粗和全株鮮質(zhì)量顯著高于對(duì)照，全株干質(zhì)量與對(duì)照無顯著差異，B處理的莖粗和全株干質(zhì)量顯著高于C、D處理，植株鮮質(zhì)量顯著高于D處理，而與C處理無顯著差異，C處理的植株干質(zhì)量顯著高于D處理，而株高、莖粗和全株鮮質(zhì)量與D處理無顯著差異。

第2次處理后10 d，A處理的株高、莖粗、植株干鮮質(zhì)量都顯著低于對(duì)照，B、C、D處理的株高、莖粗、植株干鮮質(zhì)量都顯著高于對(duì)照，B處理的植株干質(zhì)量顯著高于C、D處理，莖粗和植株鮮質(zhì)量顯著高于D處理，C處理的莖粗、植株干鮮質(zhì)量顯著高于D處理。

第3次處理后10 d，A處理的株高、莖粗、植株干鮮質(zhì)量都顯著低于對(duì)照，B、C、D處理的株高、莖粗和植株干質(zhì)量都顯著高于對(duì)照，B、C處理的植株鮮質(zhì)量顯著高于對(duì)照，D處理的植株鮮質(zhì)量與對(duì)照無顯著差異，B處理的莖粗、植株干鮮質(zhì)量都顯著高于C、D處理，株高與C、D處理無顯著差異，C處理的株高、莖粗、植株干鮮質(zhì)量與D處理無顯著差異。

從整體來看，B處理的黃瓜幼苗長(zhǎng)勢(shì)最好，A處理的黃瓜幼苗長(zhǎng)勢(shì)最差，C、D處理的幼苗生長(zhǎng)狀況較好。

2.2 不同濃度灸根對(duì)黃瓜幼苗根系生長(zhǎng)的影響

黃瓜幼苗植株的根系發(fā)達(dá)程度與植株的健壯程度密切相關(guān)。由表2可以看出，黃瓜幼苗經(jīng)過不同濃度灸根第1次處理后10 d，A處理的側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)和主根直徑與對(duì)照都無顯著差異，B、C、D處理的側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)和主根直徑都顯著高于對(duì)照；B、C、D處理之間的側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)和主根直徑都無顯著差異。

第2次處理后10 d，A處理的側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)和主根直徑都顯著低于對(duì)照，B、C處理的側(cè)根數(shù)和主根長(zhǎng)度顯著高于對(duì)照，B處理的主根直徑顯著高于對(duì)照，C處理的主根直徑與對(duì)照無顯著差異，D處理的主根長(zhǎng)度顯著高于對(duì)照，側(cè)根數(shù)和主根直徑與對(duì)照無顯著差異；B處理的側(cè)根數(shù)量和主根長(zhǎng)都顯著高于C、D處理，C處理的側(cè)根數(shù)量顯著高于D處理。

第3次處理后10 d，A處理的側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)和主根直徑都顯著低于對(duì)照，B處理的側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)和主根直徑都顯著高于對(duì)照，C處理的側(cè)根數(shù)和主根長(zhǎng)度顯著高于對(duì)照，主根直徑與對(duì)照無顯著差異，D處理的側(cè)根數(shù)量顯著高于對(duì)照，主根長(zhǎng)和主根直徑與對(duì)照無顯著差異。B處理的側(cè)根數(shù)量顯著高于C、D處理，主根長(zhǎng)度顯著高于D處理，C處理的側(cè)根數(shù)量顯著高于D處理，其他指標(biāo)之間無顯著差異。

從整體來看，B處理的幼苗根系長(zhǎng)勢(shì)最好，A處理的幼苗根系長(zhǎng)勢(shì)最差，C處理幼苗根系生長(zhǎng)狀況比D處理的好。

2.3 不同濃度灸根對(duì)黃瓜幼苗根系生理生化指標(biāo)的影響

在逆境條件下，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，使細(xì)胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化作用，并對(duì)蛋白質(zhì)和核酸等造成損傷，進(jìn)而限制植物的生長(zhǎng)[14]。為了降低大量活性氧對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生過氧化氫酶（CAT）和各種過氧化物酶（SOD、POD）共同催化H2O2分解為O2和 H2O[15]。MDA是膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一，它的產(chǎn)生還能加劇膜的損傷，因此，在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA含量是一個(gè)常用指標(biāo)，可通過MDA了解膜脂過氧化的程度，以間接測(cè)定膜系統(tǒng)受損程度以及植物的抗逆性。

圖1 不同濃度的灸根對(duì)黃瓜幼苗根系SOD活性的影響

圖3 不同濃度的灸根對(duì)黃瓜幼苗根系CAT活性的影響

圖2 不同濃度的灸根對(duì)黃瓜幼苗根系POD活性的影響

圖4 不同濃度的灸根對(duì)黃瓜幼苗根系MDA活性的影響

①對(duì)黃瓜幼苗根系SOD活性的影響 由圖1可見，黃瓜幼苗經(jīng)過不同濃度灸根第3次處理后10 d，A處理的 SOD活性顯著低于對(duì)照，B、C、D處理的SOD活性顯著高于對(duì)照，其中，B處理的SOD活性顯著高于C、D處理，C處理的SOD活性顯著高于D處理。因此，B處理的SOD活性最強(qiáng)，A處理的SOD活性最弱。

②對(duì)黃瓜幼苗根系POD活性的影響 由圖2可見，黃瓜幼苗經(jīng)過不同濃度灸根第3次處理后10 d，A處理的POD活性與對(duì)照無顯著差異，B、C、D處理的POD活性顯著高于對(duì)照，其中，B處理的POD活性顯著高于C、D處理，C處理的POD活性顯著高于D處理。因此，B處理的POD活性最強(qiáng)，A處理的POD活性最弱。

③對(duì)黃瓜幼苗根系CAT活性的影響 由圖3可見，黃瓜幼苗經(jīng)過不同濃度灸根第3次處理后10 d，A處理的CAT活性顯著低于對(duì)照，B、C處理的CAT活性顯著高于對(duì)照，B處理的CAT活性顯著高于C、D處理，D處理的CAT活性與對(duì)照無顯著差異。因此，B處理的CAT活性最強(qiáng)，A處理的CAT活性最弱。

綜合圖1、2、3可以得出，B處理的保護(hù)酶活性最高，C處理次之，D處理再次，A處理的保護(hù)酶活性最低。

④對(duì)黃瓜幼苗根系MDA含量的影響 由圖4可見，黃瓜幼苗經(jīng)過不同濃度灸根第3次處理后10 d，A處理的MDA含量顯著高于對(duì)照，B、C、D處理的MDA含量顯著低于對(duì)照，其中，B處理的MDA含量顯著低于C、D處理，C處理的MDA含量顯著低于D處理。因此，A處理的MDA含量最高，B處理MDA含量最低，即A處理的細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度最高，B處理的細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度最低。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同濃度的灸根對(duì)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)狀況、根系的形態(tài)和生理生化特性的影響不同。灸根是一種從植物體內(nèi)提取的化感物質(zhì)，經(jīng)其處理后，黃瓜幼苗的株高、莖粗、全株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量、側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)、主根直徑及根系 SOD、POD、CAT活性和MDA含量有明顯的變化。在本研究中，稀釋100倍、150倍和200倍的灸根在不同時(shí)期處理黃瓜幼苗后，都能不同程度地提高幼苗的株高、莖粗、全株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量、側(cè)根數(shù)、主根長(zhǎng)、主根直徑、根系的保護(hù)酶活性（SOD、POD、CAT），降低膜質(zhì)過氧化作用，總體表現(xiàn)為促進(jìn)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)。其中以100倍最為顯著，150倍其次，200倍再次。而在稀釋50倍的灸根處理下，黃瓜幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)、保護(hù)酶活性顯著降低，膜質(zhì)過氧化作用顯著提高，總體表現(xiàn)為抑制黃瓜幼苗生長(zhǎng)。這說明化感物質(zhì)濃度較大的情況下能夠?qū)S瓜幼苗的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定限制作用，只有在一定濃度范圍之內(nèi)才會(huì)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，具體的作用機(jī)理還有待于深入研究。

另外，一些研究顯示，化感作用具有濃度效應(yīng)，不同的植物及相同植物的不同生長(zhǎng)發(fā)育期也可能存在不同的濃度效應(yīng)，植物釋放的同一種化學(xué)物質(zhì)在不同的濃度和條件下也能表現(xiàn)出有益和有害兩方面的作用[16，17]。與本試驗(yàn)結(jié)果有所不同，百里香化感作用的試驗(yàn)結(jié)果顯示，蘿卜幼苗的株高在百里香水浸液的濃度最高和最低時(shí)受到促進(jìn)，卻在中間濃度受到抑制[18]。百合化感作用的試驗(yàn)結(jié)果表明，百合水浸液對(duì)受體植物的作用表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制[19]。此外，相同黃瓜幼苗的同一形態(tài)或生理指標(biāo)也可能受土壤養(yǎng)分不同或土壤微生物分解等的影響[20]，最終得出的研究結(jié)論可能也會(huì)不同，其具體的機(jī)理也有待于進(jìn)一步的深入研究。盡管化感物質(zhì)對(duì)植物產(chǎn)生影響的作用機(jī)理還不明確，但是越來越多的研究結(jié)果證明，植物提取物對(duì)提高植物抗性，減少病蟲害，提高農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量具有非常重要的作用。