馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮幼苗的化感效應(yīng)研究

摘 要： "為探明馬鈴薯-穿心蓮輪作系統(tǒng)中馬鈴薯根系分泌物對酚酸類化感物質(zhì)的影響機制，驗證馬鈴薯-穿心蓮輪作模式的可行性，該研究以穿心蓮種子為材料，探究馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮種子萌發(fā)、根邊緣細(xì)胞形態(tài)和根尖抗氧化酶活性的影響。結(jié)果表明：（1）在0.4 mmol·L-1肉桂酸脅迫下，添加不同濃度的馬鈴薯根系分泌物，均能促進穿心蓮種子各萌發(fā)指標(biāo)化感效應(yīng)指數(shù)的提升，分泌物濃度為25 mg·mL-1的促進效果最佳。（2）相較于肉桂酸（CA）處理，添加馬鈴薯根系分泌物顯著提高了穿心蓮根邊緣細(xì)胞的數(shù)量和活率，降低了凋亡率和黏膠層厚度（Plt;0.05）。（3）馬鈴薯根系分泌物處理后，穿心蓮根尖超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶的活性和丙二醛含量均顯著下降，根系活力顯著上升（Plt;0.05）。綜上表明，馬鈴薯根系分泌物可通過減輕穿心蓮根邊緣細(xì)胞的化感脅迫、降低幼苗根尖氧化損傷程度的方式，提高穿心蓮萌發(fā)與幼苗時期對肉桂酸的耐受能力，緩解肉桂酸對穿心蓮幼苗生長的化感抑制作用。該研究結(jié)果為馬鈴薯-穿心蓮輪作模式的合理性提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 穿心蓮， 馬鈴薯根系分泌物， 化感作用， 根邊緣細(xì)胞， 肉桂酸（CA）， 輪作

中圖分類號： "Q945

文獻標(biāo)識碼： "A

文章編號： "1000-3142（2024）11-2113-12

Allelopathic effects of potato root exudates on Andrographis

paniculata seedings under cinnamic acid stress

Abstract： "In order to confirm the viability of the potato-Andrographis paniculata rotation mode， and to investigate the effect mechanism of potato root exudates on phenolic acid allelochemicals in the potato-A. paniculata rotation system， the seeds of A. paniculata were used as materials to explore the effects of potato root exudates on seed germination， root border cell morphology， and root tip antioxidant enzyme activity of A. paniculata under cinnamic acid stress. The results were as follows： （1） Cinnamic acid of 0.4 mmol·L-1 significantly inhibited the germination and growth of A. paniculata seeds. Adding different concentrations of potato root exudates had a certain mitigation effect on all gerimation indexes. When the concentration of root exudate was 25 mg·mL-1， the allelopathic effect index of each index reached its maximum value， indicating that the mitigation effect was the strongest at this time. Each germination index showed significant differences compared to the cinnamic acid group （Plt;0.05）. （2） Cinnamic acid strongly damaged the root border cells of A. paniculata seedlings and significantly reduced the number and viability of root border cells. Adding potato root exudates could effectively alleviate this damage. After root exudates treatment， the number and viability of cells at the root border of A. paniculata increased significantly， and the apoptosis rate and thickness of the mucilage layer decreased significantly （Plt;0.05）. （3） Cinnamic acid caused strong stress damage to the root tip of A. paniculata， which led to an imbalance of the antioxidant enzyme system and decreased root activity. After the treatment of potato root exudates， the activities of superoxide dismutase， peroxidase， catalase， and malondialdehyde content in the root tip of A. paniculata decreased significantly， and the root activity increased significantly （Plt;0.05）， indicating that the degree of damage to the root tip decreased. In conclusion， potato root exudates can reduce the degree of oxidative damage to the root tip of seedlings by reducing the allelopathic stress of root marginal cells， improve the tolerance of A. paniculata to cinnamic acid during germination and the seedling stage， and alleviate the allelopathic inhibition of cinnamic acid on the growth characteristics of A. paniculata seedlings. The results provide a theoretical reference for the rationality of the potato-A. paniculata rotation mode.

Key words： Andrographis paniculata， potato root exudates， allelopathic effects， root border cells， cinnamic acid （CA）， crop rotation

穿心蓮（Andrographis paniculata）為爵床科（Acanthaceae）一年生草本植物，別名一見喜、苦膽草等。其干燥地上部分為中藥材穿心蓮。具有清熱解毒、消腫止痛的功效，常用于感冒發(fā)熱，咽喉腫痛，口舌生瘡等癥（國家藥典委員會，2020）。連作障礙是指同一作物或近緣植物在相同土地上連續(xù)種植，導(dǎo)致植株出現(xiàn)生長狀況變差、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降等現(xiàn)象（郭蘭萍等，2006）。隨著市場需求的逐年增長，穿心蓮的栽培面積也不斷擴大，穿心蓮在實際生產(chǎn)中普遍認(rèn)為存在連作障礙（徐鴻華和陳蔚文，2007）。連作導(dǎo)致穿心蓮長勢變差、產(chǎn)量下降、藥材活性成分含量降低（李俊仁等，2017），嚴(yán)重影響了穿心蓮產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。師小平等（2020）研究表明，化感自毒作用是導(dǎo)致連作障礙的重要原因之一。因此，深入研究穿心蓮的化感效應(yīng)，對降低其連作障礙具有重要意義。

輪作是充分利用化感促進作用，減少化感抑制作用的一項生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)，對于緩解作物的連作障礙具有重要作用（鐘宛凌和張子龍，2019）。根系分泌物是根系在植物生長過程中向外界釋放的一類化合物的總稱，具有廣泛的生物活性（Mathilde et al.， 2022）。作物輪作時，通過根系分泌物的調(diào)控作用，能夠有效降低化感自毒物質(zhì)對后茬作物的危害程度（郭巧生，2004）。人參（Panax ginseng）與細(xì)辛（Asarum siebddii）輪作系統(tǒng)中，細(xì)辛根系的辛辣分泌物對人參殘體分泌物及有害微生物有拮抗、減少及殺滅作用，從而有助于減輕人參根系分泌物的自毒作用（劉瑩等，2023）。姜智英等（2023）發(fā)現(xiàn)，糧草輪作系統(tǒng)中前茬作物玉米的根系分泌物，對后茬作物燕麥、豌豆的根長和根系活力均具有正向的化感效應(yīng)。李慶凱等（2020）發(fā)現(xiàn)玉米根系分泌物顯著降低了連作花生土壤中酚酸類物質(zhì)對土壤微生態(tài)環(huán)境的化感抑制作用。

前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在穿心蓮主產(chǎn)區(qū)之一的粵西地區(qū)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶廣泛采用與馬鈴薯輪作的方式來緩解穿心蓮的連作障礙，效果顯著。因此，推測馬鈴薯根系分泌物在緩解化感自毒物質(zhì)積累對穿心蓮造成的化感損傷方面可能同樣具備潛力。目前，穿心蓮化感作用的研究大多局限于化感自毒物質(zhì)對穿心蓮種子萌發(fā)和幼苗生長的影響（李俊仁等，2016；朱艷霞和黃燕芬，2019），缺乏化感效應(yīng)的深入研究，而鮮有以根系分泌物為切入點，對根邊緣細(xì)胞以及根尖抗氧化酶活性等相關(guān)指標(biāo)進行測定，綜合分析根系分泌物對化感自毒物質(zhì)的影響機理，并以此闡明輪作模式合理性的研究。

本研究選取穿心蓮連作后的特異性化感自毒物質(zhì)肉桂酸模擬連作環(huán)境（Zheng amp; Li， 2018），采用紙上發(fā)芽、顯微觀察、抗氧化酶活性測定等方法，通過統(tǒng)計分析馬鈴薯根系分泌物處理前后穿心蓮種子的萌發(fā)指標(biāo)、根尖形態(tài)、根邊緣細(xì)胞活率、凋亡率、膠黏層厚度、抗氧化酶活性、丙二醛積累量、根系活力的差異，擬探討以下問題：（1）根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮種子萌發(fā)的影響；（2）根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮根邊緣細(xì)胞的影響；（3）根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮根尖生理指標(biāo)的影響。旨在闡明馬鈴薯根系分泌物緩解酚酸類物質(zhì)化感自毒作用的影響機制，并為馬鈴薯-穿心蓮輪作模式的合理性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

穿心蓮種子由廣西貴港穿心蓮種子基地提供，馬鈴薯脫毒微型種薯由甘肅定西菁菁緣農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供，品種為隴薯7號。

1.2 試驗方法

1.2.1 馬鈴薯根系分泌物的收集 參考陳蘭蘭等（2021）的方法，選取大小一致的微型種薯，用0.1%的次氯酸鈉浸種消毒，室溫風(fēng)干后，在25 ℃下催芽，取發(fā)芽程度一致的微型種薯裝入無菌基質(zhì) （粗河沙∶細(xì)河沙=3∶1） 中生長，置于人工氣候箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為25 ℃、光照強度4 000 lx、光照時間16 h，相對濕度60%。保持苗床濕潤，每隔8 d噴施霍格蘭營養(yǎng)液，培育至5～6片真葉時采用水培法收集根系分泌物，具體操作如下：取長勢一致的馬鈴薯苗，除去表面殘余基質(zhì)，移至裝有50 mL無菌去離子水的錐形瓶中，用無菌脫脂棉固定，錐形瓶外部用錫紙包裹以避光；置于人工氣候箱中培養(yǎng)24 h后，收集錐形瓶中的溶液，溶液經(jīng)濃縮凍干得到馬鈴薯根系分泌物干粉；用適量去離子水溶解干粉，并定容至與馬鈴薯根系干重相當(dāng)，即濃度為1.0 g·mL-1干根的根系分泌物母液；置于-80 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮種子萌發(fā)的影響 前期試驗發(fā)現(xiàn)，0.4 mmol·L-1的肉桂酸能夠顯著抑制穿心蓮種子的萌發(fā)生長，但不會導(dǎo)致種子死亡。因此，本研究選擇0.4 mmol·L-1的肉桂酸作為最適脅迫濃度。共設(shè)6個試驗處理：（1）蒸餾水對照（CK）；（2）0.4 mmol·L-1肉桂酸（T1）；（3）0.4 mmol·L-1肉桂酸+12.5 mg·mL-1根系分泌物（T2）；（4）0.4 mmol·L-1肉桂酸+25 mg·mL-1根系分泌物（T3）；（5）0.4 mmol·L-1肉桂酸+50 mg·mL-1根系分泌物 （T4）、（6）0.4 mmol·L-1肉桂酸+100 mg·mL-1根系分泌物（T5）。參考童家赟等（2011）的方法，挑選大小均勻的穿心蓮種子，消毒處理后采用紙上發(fā)芽法進行試驗，于無菌濾紙中加入5 mL上述處理溶液，每皿放置50顆種子，3次重復(fù)，在人工氣候箱中培養(yǎng)7 d，培養(yǎng)條件為27.5 ℃，光照10 h·d-1。每天觀察記錄種子的萌發(fā)情況，及時清除霉變種子，并用相應(yīng)處理溶液補充失去的水分，種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為胚根長度大于1 mm。第3天測定發(fā)芽勢，第7天統(tǒng)計發(fā)芽率、鮮重、干重、苗高、根長等指標(biāo)，確定馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫的最佳緩解濃度。

1.2.3 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮根邊緣細(xì)胞及根尖生理指標(biāo)的影響 在確定最適分泌物濃度的基礎(chǔ)上，參考李宏鑫等（2023）的方法進行根懸空培養(yǎng)，挑選均勻飽滿的穿心蓮種子，消毒處理后在人工氣候箱中催芽。待根長為 5～10 mm時，將12個直徑為100 mm、高為50 mm的PVC管分為4組，用橡皮筋將單層無菌紗布固定在PVC管上。取長勢一致的穿心蓮種子置于紗布中，每個PVC管放置50顆種子，上蓋3層濕紗布，進行噴霧處理，每隔2 h噴1次，共6次。設(shè)置4個處理組：（1）蒸餾水對照（CG）；（2）最適濃度分泌物（PRE）；（3）0.4 mmol·L-1肉桂酸（CA）；（4）0.4 mmol·L-1肉桂酸+最適濃度分泌物（CA+PRE）；3次重復(fù)。將PVC管置于加有適量去離子水的發(fā)芽盒中，在人工氣候箱中進行根懸空培養(yǎng)。待對照組幼苗根長約為20 mm時，各處理組進行以下處理：（1）切取50個長約5 mm的根尖，制備根細(xì)胞懸液，測定根邊緣細(xì)胞數(shù)量、活率、凋亡率以及黏膠層厚度等指標(biāo)；（2）切取5個長約10 mm的根尖染色觀察拍照；（3）切取長約10 mm的根尖適量，測定根尖抗氧化酶活性包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（catalase，CAT），以及丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量和根系活力。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1穿心蓮萌發(fā)指標(biāo)測定 根長、苗高：直尺測量穿心蓮幼苗根長和苗高。

鮮重：分別收集各處理幼苗20株，濾紙吸干幼苗表面水分，用分析天平稱量幼苗鮮重，取均值。

干重：分別收集各處理幼苗20株，105 ℃殺青30 min，65 ℃烘干至恒重，用分析天平稱量幼苗干重，取均值。

（1）發(fā)芽勢= （3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%；

（2）發(fā)芽率=（7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%；

（3）發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（Gt/Dt）。Gt為第t天發(fā)芽種子數(shù)，Dt為對應(yīng)Gt的發(fā)芽天數(shù)。

（4）種子活力指數(shù)（VI）=S×GI。式中S為萌發(fā)試驗結(jié)束時種子胚根的長度（cm）。

1.3.2 穿心蓮根邊緣細(xì)胞活性測定及根尖原位觀察 參考吳常（2020）的方法，切取50個長約5 mm的穿心蓮根尖，加入500 μL蒸餾水，渦旋振蕩2～3 min，吸取細(xì)胞液后加入125 μL蒸餾水沖洗2次，合并細(xì)胞液。使用微量注射器抽打3次，使根邊緣細(xì)胞分開。4 ℃下500 r·min-1離心3 min，棄去部分上清液，即得分散均勻的根邊緣細(xì)胞懸液。

參考胡忠良等（2015）的方法，取50 μL上述細(xì)胞懸液，加入20 μL AO-EB染液，混勻避光染色1 min。吸取10 μL混合液，加入血細(xì)胞計數(shù)板，在熒光顯微鏡下觀察記錄根邊緣細(xì)胞的存活數(shù)和細(xì)胞總數(shù)，并計算活率。細(xì)胞活率=（活細(xì)胞數(shù)/細(xì)胞總數(shù)）×100%。每個處理重復(fù)3次。另取5個根尖置于載玻片上，滴加適量AO-EB染液后立即用熒光顯微鏡進行根尖原位觀察拍照。

1.3.3 穿心蓮根邊緣細(xì)胞凋亡率測定 參照馬春紅等（2011）的方法。取50 μL細(xì)胞懸液，加入同等體積的Hochest-33258染液后，避光染色5 min，吸取10 μL混合液，加入血細(xì)胞計數(shù)板，在熒光顯微鏡下觀察記錄凋亡細(xì)胞數(shù)和細(xì)胞總數(shù)，并計算凋亡率。細(xì)胞凋亡率=（凋亡細(xì)胞數(shù)/細(xì)胞總數(shù)）×100%。

1.3.4 穿心蓮根邊緣細(xì)胞黏膠層厚度的測定 參照喬永旭（2011）的方法。取50 μL的細(xì)胞懸液加入同等體積的印度墨水混勻染色5 min，在普通光學(xué)顯微鏡下拍照測量。每個細(xì)胞測定4個不同位置（細(xì)胞兩端以及中間到邊緣的距離）。每個處理組測定10個細(xì)胞，取平均值。

1.3.5 穿心蓮根尖生理指標(biāo)檢測 SOD活性采用氮藍(lán)四唑還原法測定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定，CAT活性采用紫外吸收法測定；MDA 含量采用硫代巴比妥酸法測定，根系活力采用TTC還原法測定（李合生，2000）。

1.3.6 化感作用評價 化感效應(yīng)指數(shù)（response index，RI）參考Williamson和Richardson（1988）的方法：RI= 1-C/T（當(dāng)T≥C時）或RI=T/C-1（當(dāng)Tlt;C時），C為對照值，T為處理值。當(dāng)RIgt;0為促進作用，RIlt;0為抑制作用，絕對值的大小與化感作用強度一致。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010處理試驗數(shù)據(jù)，SPSS 20.0進行單因素方差分析，利用Graphpad Prism 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮種子萌發(fā)的影響

肉桂酸脅迫抑制了穿心蓮種子的萌發(fā)，不同濃度的馬鈴薯根系分泌物對其均有一定程度的緩解作用（圖1）。隨著分泌物濃度的提升，穿心蓮種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、鮮重、干重、根長等指標(biāo)均顯著提高（Plt;0.05），在分泌物濃度為25 mg·mL-1時達到最大值，而在50、100 mg·mL-1時其活力指數(shù)、鮮重、干重、根長等指標(biāo)均降低，但仍然顯著高于單肉桂酸處理（Plt;0.05）。肉桂酸對穿心蓮種子的各萌發(fā)指標(biāo)均存在化感抑制作用（RIlt;0），添加不同濃度的分泌物均降低了肉桂酸對各萌發(fā)指標(biāo)的化感指數(shù)（表1），以25 mg·mL-1的分泌物對肉桂酸化感作用的影響最強。此時，發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、鮮重、干重、根長的化感指數(shù)分別下降了88.23%、95.65%、55.42%、74%、74%、55.70%。因此，后續(xù)試驗的最適分泌物濃度設(shè)置為25 mg·mL-1。

2.2 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮根尖細(xì)胞的形態(tài)觀察

在熒光顯微鏡下，活的根尖細(xì)胞被染成綠色，死細(xì)胞則被染成橙黃色（圖2）。對照組穿心蓮幼苗根尖細(xì)胞主要呈綠色，而單CA處理下，根尖細(xì)胞主要呈橙黃色，說明肉桂酸對根尖細(xì)胞有明顯的傷害作用。正常條件下，添加分泌物不會影響根尖細(xì)胞的活性， CA+PRE組合處理可以觀察到部分根尖細(xì)胞仍呈現(xiàn)出綠色，說明根系分泌物可以維持根尖細(xì)胞活性以緩解肉桂酸對穿心蓮幼苗的傷害。

2.3 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮根邊緣細(xì)胞數(shù)量和活率的影響

在熒光顯微鏡下，穿心蓮根邊緣細(xì)胞呈棒狀或者梭形，活細(xì)胞被染成綠色，死細(xì)胞則被染成紅色或者橙黃色（圖3）。單CA脅迫較對照顯著抑制穿心蓮根邊緣細(xì)胞的數(shù)量與活率（Plt;0.05）。與單CA脅迫處理相比，CA+PRE組合處理的根邊緣細(xì)胞數(shù)量提升了23.67%，細(xì)胞活率提升了約1倍（圖4）。肉桂酸對根邊緣細(xì)胞的數(shù)量與活率存在化感抑制作用（RIlt;0），分泌物使根邊緣細(xì)胞數(shù)量與活率的化感指數(shù)分別下降了35.90%和65.57%（表2），表明添加分泌物可以提高肉桂酸脅迫下根邊緣細(xì)胞的數(shù)量與活率以應(yīng)對脅迫。

2.4 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮根邊緣細(xì)胞凋亡率的影響

正常細(xì)胞呈藍(lán)色且質(zhì)地均勻，凋亡細(xì)胞質(zhì)地不均勻且呈現(xiàn)出明顯的亮斑，單CA脅迫處理提高了穿心蓮根邊緣細(xì)胞的凋亡率（圖5）。正常條件下，添加分泌物對根邊緣細(xì)胞的凋亡率無顯著影響。CA+PRE組合處理下根邊緣細(xì)胞凋亡率是25.87%，與單CA脅迫處理相比顯著降低了32.25%（Plt;0.05）。肉桂酸對根邊緣細(xì)胞的凋亡率具有化感促進作用（RIgt;0），分泌物使根邊緣細(xì)胞凋亡率的化感指數(shù)下降了29.63%（表2），表明分泌物處理能夠降低CA脅迫導(dǎo)致的根邊緣細(xì)胞凋亡，提升細(xì)胞活率。

2.5 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮根邊緣細(xì)胞膠黏層厚度的影響

根邊緣細(xì)胞在受到脅迫時會迅速向胞外釋放多種化學(xué)物質(zhì)，使得黏膠層增厚。相較于對照組，CA脅迫處理下膠黏層厚度增加，添加分泌物后其厚度降低（圖6）。CA脅迫處理下，膠黏層厚度相較對照組增厚了約2.1倍。正常條件下，添加分泌物對膠黏層厚度無顯著影響，CA+PRE組合處理下的膠黏層厚度降低了43.06%，差異顯著（Plt;0.05）。肉桂酸對根邊緣細(xì)胞的膠黏層厚度具有化感促進作用（RIgt;0），分泌物使根邊緣細(xì)胞膠黏層厚度的化感指數(shù)下降了31.43%（表2），表明分泌物可以緩解 CA對根邊緣細(xì)胞的脅迫程度。

2.6 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮根尖抗氧化酶活力的影響

單CA脅迫相較于對照組顯著提升了穿心蓮根尖的抗氧化酶活性（Plt;0.05），分泌物降低了抗氧化酶活性（圖7）。正常條件下，添加分泌物對抗氧化酶活性的影響不顯著，而在 CA脅迫下，添加分泌物顯著降低了CA脅迫下的各抗氧化酶活性（Plt;0.05）。相較于單CA脅迫處理，CA+PRE組合處理下的根尖SOD活性下降了8.96%；POD活性下降了16.78%；CAT活性下降了28.51%。肉桂酸對幼苗根尖的抗氧化酶活性具有化感促進作用（RIgt;0），分泌物降低了抗氧化酶活性的化感指數(shù)，其中SOD、POD、CAT酶活性的化感指數(shù)分別下降了66.67%、43.75%、44.68%（表3），表明穿心蓮根尖受到氧化損傷的程度有所下降，分泌物能夠緩解肉桂酸造成的根尖氧化損傷。

2.7 馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮丙二醛含量和根系活力的影響

正常條件下，根系分泌物對穿心蓮根尖丙二醛含量以及根系活力無顯著影響（圖8），單CA脅迫下根尖的丙二醛含量顯著上升，根系活力顯著下降（Plt;0.05），表明根尖活性氧大量積累，根系活力受損。相較于單CA脅迫處理，CA+PRE組合處理的丙二醛含量顯著下降且與對照組無顯著差異，根系活力也顯著上升（Plt;0.05）。肉桂酸對幼苗根尖的丙二醛含量具有化感促進作用（RIgt;0），而對根系活力具有化感抑制作用（RIlt;0）。分泌物能夠降低兩者的化感指數(shù)， 其中丙二醛含量和根系活力的化感指數(shù)分別下降了123.53%和45.83%（表3），表明分泌物能夠降低根尖活性氧的積累量，維持機體活性氧平衡，提高根系活力。

3 討論與結(jié)論

化感作用是指植物通過多種途徑向環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì)，從而對自身或周圍其他植物生長發(fā)育間接產(chǎn)生有利或有害作用的生態(tài)學(xué)現(xiàn)象（施夢馨等，2023）。Miller（1996）研究表明，根系分泌物具有化感作用，對植物的生長主要有促進、抑制和無作用3種情況，在輪作系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。本研究發(fā)現(xiàn)，添加馬鈴薯根系分泌物后，肉桂酸脅迫下穿心蓮種子的各萌發(fā)指標(biāo)均有所上升，化感抑制作用有所下降。隨著分泌物濃度的升高，各指標(biāo)出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，與前人的研究結(jié)果一致（楊海婧等，2016；王璐等，2019），結(jié)合穿心蓮幼苗的根尖染色結(jié)果，這可能是因為肉桂酸誘導(dǎo)根尖細(xì)胞凋亡，使得根尖吸收水分和養(yǎng)分的能力下降，最終影響種子萌發(fā)生長。根系分泌物能夠較好地保持根尖細(xì)胞活性，從而促進種子萌發(fā)生長。

種子萌發(fā)后，植物根系是首先感受逆境的器官。根邊緣細(xì)胞是一類聚集在根系周圍的特殊根細(xì)胞，能夠通過吸附中和，調(diào)節(jié)根際環(huán)境等方式保護根尖免遭傷害（Carreras et al.， 2020），根邊緣細(xì)胞的狀態(tài)變化是植物對逆境的反映。本試驗發(fā)現(xiàn)，添加馬鈴薯根系分泌物可提高肉桂酸脅迫下穿心蓮根邊緣細(xì)胞的數(shù)量和活率，降低根邊緣細(xì)胞凋亡率和膠黏層厚度，緩解肉桂酸對根邊緣細(xì)胞的毒性。細(xì)胞毒性是化感物質(zhì)作用的一個重要特性，化感物質(zhì)與受體植物細(xì)胞表面相互作用，破壞細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，干擾細(xì)胞有絲分裂和基因表達，導(dǎo)致受體植物生長發(fā)育受阻（胡琬君等，2011）。楊小環(huán)等（2023）認(rèn)為玉米蕎麥不能間套作的原因， 在于蕎麥根系分泌物對玉米根邊緣細(xì)胞具有細(xì)胞毒性。本研究發(fā)現(xiàn)，添加馬鈴薯分泌物能夠緩解肉桂酸對根邊緣細(xì)胞的毒性， 促進穿心蓮幼苗的正常生長發(fā)育，證實了馬鈴薯-穿心蓮輪作模式的可行性。

植物在受到化感脅迫時，體內(nèi)活性氧大量積累，膜脂過氧化程度增大，MDA含量通常作為反映植物膜脂過氧化程度的指標(biāo)（辛悅等，2020）。抗氧化酶SOD、POD、CAT作為植物體內(nèi)清除活性氧的重要酶類，對維持超氧陰離子平衡有重要作用（牛鈺等，2023）。本研究發(fā)現(xiàn)，在肉桂酸脅迫下，穿心蓮幼苗根尖的各抗氧化酶活性與MDA含量相比對照均顯著提高， 而添加了馬鈴薯根系分泌物后，根尖各抗氧化酶活性與MDA含量均顯著下降，這一變化趨勢與郝曉華等（2020）的研究結(jié)果一致。根系活力反映了植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力（魏曉凱等，2024）。添加分泌物后，穿心蓮的根系活力顯著上升，表明幼苗對于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力有所提升。結(jié)合抗氧化酶活性的變化趨勢，說明分泌物可以降低肉桂酸脅迫下植物體內(nèi)活性氧的大量積累及根尖細(xì)胞的損傷程度，提高根系營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力，增強幼苗對于脅迫的適應(yīng)能力，從而緩解肉桂酸脅迫給穿心蓮幼苗造成的傷害。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯根系分泌物可以降低肉桂酸對穿心蓮幼苗的化感抑制作用，提高穿心蓮種子在肉桂酸脅迫下的萌發(fā)指標(biāo)， 對穿心蓮種子在肉桂酸脅迫環(huán)境中的萌發(fā)過程具有緩解作用。同時， 根系分泌物可以通過降低穿心蓮根邊緣細(xì)胞和根尖的損傷程度，維持根系形態(tài)， 也可以通過抑制穿心蓮根尖活性氧的大量積累，提高根系活力的方式，減輕穿心蓮幼苗的氧化損傷，從而提升幼苗的耐酸性。本研究初步證明了馬鈴薯根系分泌物對肉桂酸脅迫下穿心蓮幼苗的生長具有化感促進作用，為馬鈴薯-穿心蓮輪作模式的合理性提供了參考依據(jù)，也為后續(xù)相關(guān)機理的探究提供了一定的理論基礎(chǔ)。

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