大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙的化感作用

郭萍婷，吳曉婷，賴榮泉*，陳志厚，常 悅，白晶晶

(1.福建農(nóng)林大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，閩臺(tái)作物有害生物生態(tài)防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州350002；2.福建省煙草公司南平市公司，福建南平353000)

植物化感作用是指一種活體植物產(chǎn)生并以揮發(fā)、淋溶、根系分泌和殘?bào)w分解等方式向環(huán)境釋放次生代謝物而影響鄰近伴生植物生長(zhǎng)發(fā)育的化學(xué)生態(tài)學(xué)現(xiàn)象(Rice，1984)。作物種間的化感現(xiàn)象大部分會(huì)產(chǎn)生拮抗作用，但種間相互有益的促進(jìn)作用也是客觀存在的(李明珠，2008)。

近年來(lái)，大蒜因具備良好的消毒抗菌效果而被人們廣泛地研究應(yīng)用，且發(fā)現(xiàn)大蒜對(duì)不少致病菌有著抑制或滅殺的作用，特別是對(duì)多種抗生素耐藥菌珠有明顯效果，并有一定的抗炎作用(周娟等，2002)。起初，人們對(duì)大蒜的研究主要集中在醫(yī)學(xué)上，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)大蒜具有消炎、增強(qiáng)免疫、延緩衰老、治療心血管疾病等多種功效(蘇美瓊等，2003)，甚至在抑癌抗癌方面也有重大作用(楊艷梅等，2000)。后來(lái)人們逐漸注意大蒜對(duì)植物化感作用方面的作用，發(fā)現(xiàn)在農(nóng)業(yè)上可以利用大蒜防治許多植物的病蟲害。如大蒜可防治黃瓜黑星病的侵染(王云帆等，2005)，對(duì)番茄的番茄早疫病、葉霉病、灰霉病也有明顯的抑制作用(宋興舜等，2004)，也可防治洋蔥的多種病蟲(Benkeblia，2004)等。

煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其非常不耐連作。其中化感自毒作用是烤煙連作障礙的重要原因之一(王書鳳，2014)。晉艷等(2004)對(duì)烤煙連作、輪作的4 a定位比較研究發(fā)現(xiàn)，連作煙株的田間長(zhǎng)相長(zhǎng)勢(shì)、產(chǎn)量、產(chǎn)值、外觀質(zhì)量均大幅度低于輪作。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)，植煙的時(shí)間間隔越短，煙草黑脛病、青枯病、赤星病等病害的發(fā)病率越高(李天福等，2006；張漢千，2009)。煙草的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與其生長(zhǎng)狀況和各種病蟲害的發(fā)生及發(fā)生情況關(guān)系密切，大蒜和烤煙輪作可以通過(guò)大蒜的根系分泌抑菌物降低煙草黑脛病的發(fā)生和危害，實(shí)現(xiàn)病害的生態(tài)防控(釧有聰?shù)龋?016)。且煙草根系分泌物對(duì)黑脛病菌菌絲生長(zhǎng)的作用與煙草品種的抗性有關(guān)(婁曉平等，2019)。因此，本試驗(yàn)以了解大蒜根系分泌物對(duì)煙草的化感作用為目的，設(shè)計(jì)了不同大蒜種植密度對(duì)不同品種烤煙種子影響的處理，并觀察烤煙種子的發(fā)芽、種苗生長(zhǎng)。通過(guò)探究大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙的發(fā)芽情況與生長(zhǎng)狀況的影響，為更合理地安排煙草種植制度和栽培技術(shù)及防控?zé)煵莞o病害，提升煙葉生產(chǎn)的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

大蒜(山東紫皮蒜孝賢故里尋味魚臺(tái)生產(chǎn))、烤煙種子(K326、云煙87、翠碧一號(hào)、紅花大金元)由福建省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所南平分所提供。

光照培養(yǎng)箱(ZL-2000D，中國(guó)杭州錢江儀器有限公司制造)、電子分析天平(FA2004，上海方瑞儀器有限公司生產(chǎn))、花盆(外口徑14.5 cm、內(nèi)口徑12.2 cm、高9.8 cm、底部直徑7.2 cm)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 試驗(yàn)基本情況 本試驗(yàn)于2018年8月—11月在福建農(nóng)林大學(xué)博學(xué)樓407(大蒜根系分泌物獲得階段)及福建農(nóng)林大學(xué)科技園田間實(shí)驗(yàn)室(化感作用階段)進(jìn)行。

1.2.2 大蒜根系分泌物的獲得 取48個(gè)花盆，每個(gè)花盆中放入攪拌均勻的600 mL營(yíng)養(yǎng)土，每3盆一組分成16組。其中取4組花盆不放入蒜瓣作為對(duì)照，另外12組平均分為3個(gè)處理(A、B、C)，A處理中每個(gè)花盆放入1個(gè)蒜瓣，B處理中每個(gè)花盆放入3個(gè)蒜瓣，C處理中每個(gè)花盆放入5個(gè)蒜瓣。每個(gè)處理共12個(gè)重復(fù)。然后將所有花盆放置于溫度(18±1)℃，相對(duì)濕度(75±3)%條件下培養(yǎng)，培養(yǎng)過(guò)程中適時(shí)澆水以保持土壤濕度，以保證蒜瓣的生長(zhǎng)，培養(yǎng)20 d后，同時(shí)去除盆中大蒜植株及根系，即留下含有濃度不同的大蒜分泌物的土壤。

1.2.3 大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙的化感作用測(cè)定 將不同受試品種的烤煙種子播種在富集過(guò)不同蒜瓣大蒜的花盆上。每個(gè)花盆中播種20粒，每種品種4組，以不含大蒜根系分泌物的花盆為對(duì)照。播種5 d后烤煙種子發(fā)芽并開(kāi)始記錄之后每天的發(fā)芽數(shù)，至第10 d發(fā)芽結(jié)束。40 d后，各處理均選擇3盆作為重復(fù)，于每盆中隨機(jī)選擇有代表性5株幼苗測(cè)量苗高、根長(zhǎng)、煙苗鮮質(zhì)量。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

1.3.1 烤煙種子發(fā)芽和生長(zhǎng)狀況的計(jì)算 參照張國(guó)偉等(2011)方法進(jìn)行發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的測(cè)定，計(jì)算公式如下：

發(fā)芽率/%=置床后第10 d正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100

發(fā)芽指數(shù)GI=Σ(n/d)

式中：GI為發(fā)芽指數(shù)；n為相應(yīng)各日種子發(fā)芽粒數(shù)；d為播種起的天數(shù)。GI值越大，表明發(fā)芽速度越快，活力越高。

生長(zhǎng)狀況：種子置床后第40 d測(cè)定苗長(zhǎng)，每處理隨機(jī)選取有代表性5株煙苗，用直尺分別測(cè)定每株幼苗的地上部分和地下部分長(zhǎng)度(mm)；并采用電子分析天平(精度0.000 1 g)測(cè)定煙苗的鮮重質(zhì)量，每個(gè)處理重復(fù)3次，以其總質(zhì)量除以煙苗數(shù)得到每個(gè)處理的平均鮮重質(zhì)量。

1.3.2 化感作用測(cè)定及統(tǒng)計(jì)方法 按照Williamson方法計(jì)算化感效應(yīng)(敏感)指數(shù)(RI)：當(dāng)T≥C時(shí)，RI=1-C/T；當(dāng)T＜C時(shí)，RI=T/C-1。其中：C為對(duì)照值，T為處理值，RI為化感效應(yīng)指數(shù)(RI＞0為促進(jìn)作用，RI＜0為抑制作用，RI絕對(duì)值代表作用強(qiáng)度大小)。

文中采用Excel 2010軟件錄入數(shù)據(jù)和SPSS 23軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。單因素方差分析(α=0.05)，LSD法進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響

由表1可知，K326的發(fā)芽指數(shù)隨大蒜密度的增加呈降低趨勢(shì)，而根長(zhǎng)、鮮重值呈升高趨勢(shì)，苗高則無(wú)明顯變化。K326各處理組除鮮重(F=11.153，P=0.003)與對(duì)照組有顯著性差異，其發(fā)芽率(F=0.107，P=0.954)、發(fā)芽指數(shù)(F=0.132，P=0.938)、根長(zhǎng)(F=1.750，P=0.167)、苗高(F=0.368，P=0.776)與對(duì)照組均無(wú)顯著性差異。說(shuō)明大蒜根系分泌物對(duì)K326種苗鮮重有明顯的促進(jìn)效果，差異極顯著；對(duì)其發(fā)芽活力、根長(zhǎng)和苗高也有一定影響，但差異不顯著。

翠碧一號(hào)的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、苗高隨著大蒜密度的增加均呈降低趨勢(shì)，鮮重呈升高趨勢(shì)，而根長(zhǎng)呈先變大后減小趨勢(shì)。翠碧一號(hào)各處理組的發(fā)芽率(F=4.063，P=0.050)、苗高(F=11.605，P＜0.001)、鮮重(F=4.468，P=0.040)與對(duì)照組均有顯著性差異，但其發(fā)芽指數(shù)(F=0.345，P=0.794)、根長(zhǎng)(F=1.189，P=0.322)與對(duì)照組無(wú)顯著性差異。說(shuō)明大蒜根系分泌物對(duì)翠碧一號(hào)種子苗高有明顯的抑制效果，差異極顯著；對(duì)發(fā)芽率和鮮重均有明顯的抑制效果，差異顯著；并對(duì)其發(fā)芽活力、根長(zhǎng)也有一定影響，但差異不顯著。

隨著大蒜密度的增加，云煙87的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、苗高均呈減小趨勢(shì)，根長(zhǎng)、鮮重呈升高趨勢(shì)。云煙87各處理組的發(fā)芽率(F=9.067，P=0.006)、發(fā)芽指數(shù)(F=10.389，P=0.004)、根長(zhǎng)(F=4.154，P=0.010)、鮮重(F=4.092，P=0.018)與對(duì)照組均有顯著性差異，其苗高(F=1.721，P=0.173)與對(duì)照組無(wú)顯著性差異。說(shuō)明大蒜根系分泌物對(duì)云煙87種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)均有明顯的抑制效果，差異極顯著；對(duì)根長(zhǎng)、鮮重有明顯的促進(jìn)效果，差異顯著；并對(duì)其苗高也有一定影響，但差異不顯著。

隨著大蒜密度的增加，紅花大金元的發(fā)芽率、苗高呈減小趨勢(shì)，發(fā)芽指數(shù)、根長(zhǎng)、鮮重均呈升高趨勢(shì)。紅花大金元各處理組的發(fā)芽率(F=0.500，P=0.693)、發(fā)芽指數(shù)(F=1.160，P=0.383)、根長(zhǎng)(F=2.023，P=0.121)和鮮重(F=1.535，P=0.279)與對(duì)照組均無(wú)顯著性差異，苗高(F=5.328，P=0.003)與對(duì)照組有顯著性差異。說(shuō)明大蒜根系分泌物對(duì)紅花大金元種子苗高有明顯的抑制效果，差異極顯著；對(duì)發(fā)芽活力、根長(zhǎng)和鮮重有一定影響，但差異不顯著。

表1 大蒜密度對(duì)不同品種烤煙發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的影響Table 1 Effects of garlic density on the germination and seedling growth of different varieties of flue-cured tobacco

2.2 大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙發(fā)芽指數(shù)、根長(zhǎng)、苗高和鮮重的化感作用

由表2可知，大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙的發(fā)芽指數(shù)、根長(zhǎng)、苗高、鮮重的化感效應(yīng)指數(shù)均無(wú)顯著性影響。

隨著大蒜密度的增加，大蒜密度與K326、翠碧一號(hào)和云煙87的發(fā)芽指數(shù)化感效應(yīng)之間有明顯的負(fù)相關(guān)性，其回歸方程分別為Y=-0.0154X+0.0122，R2=0.8718；Y=-0.0241X-0.0108，R2=0.8896和Y=-0.0693X-0.0221，R2=0.8985。與紅花大金元的發(fā)芽指數(shù)化感效應(yīng)之間也有負(fù)相關(guān)性，但不明顯，其回歸方程為Y=0.0358X-0.0551，R2=0.6280。

隨著大蒜密度的增加，大蒜密度與K326、云煙87和紅花大金元根長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)之間有正相關(guān)性，其回歸方程分別為Y=0.0195X+0.1665，R2=0.6926；Y=0.0488X+0.0714，R2=0.8795和Y=0.0433X+0.0233，R2=0.8187。與翠碧一號(hào)根長(zhǎng)的化感效應(yīng)指數(shù)無(wú)線性相關(guān)性，其回歸方程為Y=0.0063X+0.1239，R2=0.0188。

隨著大蒜密度的增加，大蒜密度與K326、翠碧一號(hào)苗高的化感效應(yīng)指數(shù)無(wú)線性相關(guān)性，其回歸方程分別為Y=-0.0048X+0.0113，R2=0.0261和Y=-0.0273X-0.1993，R2=0.5850。與云煙87苗高的化感效應(yīng)指數(shù)之間有極明顯的負(fù)相關(guān)性，其回歸方程為Y=-0.0095X-0.1235，R2=1.0000。與紅花大金元苗高的化感效應(yīng)指數(shù)之間有明顯的負(fù)相關(guān)性，其回歸方程為Y=-0.0518X-0.0338，R2=0.9370。

隨著大蒜密度的增加，大蒜密度與K326、翠碧一號(hào)、云煙87種苗鮮重的化感效應(yīng)指數(shù)之間有明顯的正相關(guān)性，回歸方程分別為Y=0.0218X+0.5851，R2=1.0000；Y=0.1088X+0.0974，R2=0.8431；Y=0.0770X+0.2457，R2=0.9487。與紅花大金元種苗鮮重的化感效應(yīng)指數(shù)之間有明顯的負(fù)相關(guān)性，其回歸方程為Y=-0.0043X+0.6508，R2=0.7940。

表2 大蒜密度對(duì)不同品種烤煙幼苗生長(zhǎng)的化感作用Table 2 Allelopathic effects of garlic density on the growth of different varieties of flue-cured tobacco seedlings

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不僅大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙的作用效果不同，而且對(duì)同種烤煙品種的不同部位作用效果也不同，甚至對(duì)同種品種、相同部位由于大蒜根系分泌物的密度不同也會(huì)產(chǎn)生不同的作用效果。其中大蒜根系分泌物明顯對(duì)K326、翠碧一號(hào)的鮮重有促進(jìn)作用，但對(duì)發(fā)芽率和苗高有抑制作用；對(duì)云煙87的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)起抑制作用，但對(duì)根長(zhǎng)和鮮重起促進(jìn)作用；對(duì)紅花大金元的苗高有抑制作用。

在大蒜根系分泌物的研究中發(fā)現(xiàn)，大蒜根系分泌物在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)白菜(彭婧等，2010)和萵苣(周艷麗等，2011)的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和苗高有抑制作用，對(duì)其根長(zhǎng)和鮮重有促進(jìn)作用，與本試驗(yàn)結(jié)果相似。因此，我們可以進(jìn)一步研究大蒜根系分泌物可能存在某種化學(xué)成分，可對(duì)多種不同種類植物的發(fā)芽和生長(zhǎng)起到同種促進(jìn)或抑制作用。除此之外，本試驗(yàn)所得結(jié)果與賴榮泉等(2009)研究成果存在一定差異。本試驗(yàn)表明大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙的鮮重有明顯的促進(jìn)作用，但賴榮泉研究中表明種植過(guò)大蒜的土壤對(duì)不同品種烤煙的鮮重具有明顯的抑制作用，其中也包括本試驗(yàn)出現(xiàn)的K326和翠碧一號(hào)。并且在賴榮泉等研究結(jié)果中，種植過(guò)大蒜的土壤對(duì)K326及翠碧一號(hào)的根長(zhǎng)和苗高也有明顯的抑制效果，但本試驗(yàn)中表明，大蒜根系分泌物除了對(duì)翠碧一號(hào)的苗高有明顯的抑制效果外，對(duì)K326的苗高和根長(zhǎng)及翠碧一號(hào)的根長(zhǎng)都無(wú)明顯作用效果。造成結(jié)果不同的原因可能是：賴榮泉等試驗(yàn)中用的種子為裸種，而本試驗(yàn)所用烤煙種子是包衣種子。

根據(jù)賴榮泉等(2009)研究及本文研究結(jié)果，可知種植過(guò)大蒜的土壤對(duì)烤煙成苗生長(zhǎng)沒(méi)有明顯化感效應(yīng)影響，并且大蒜腐解物對(duì)煙草黑脛病有較好的防治效果(宋文靜等，2018)。所以今后在考慮利用大蒜和烤煙輪作或連作栽培而防止某些病蟲害時(shí)可適當(dāng)?shù)睾雎源笏飧捣置谖飳?duì)烤煙作物的化感作用。除此之外，關(guān)于大蒜根系分泌物對(duì)不同品種烤煙的生理生化機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

目前，對(duì)農(nóng)作物化感作用的研究比較集中，主要有水稻、玉米、大豆、小麥、黑麥、高粱、向日葵等(葉協(xié)鋒等，2009)。盡管已有關(guān)于煙草化感作用機(jī)理的研究，但其深度還不夠。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煙草化感作用的研究，以達(dá)到利用化感作用為煙草生產(chǎn)確定合理種植制度和栽培技術(shù)，構(gòu)建良性煙田生態(tài)系統(tǒng)，促進(jìn)煙葉生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的目的。