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兰州百合土壤浸提液对不同作物的化感作用_樊生丰.pdf

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兰州百合土壤浸提液对不同作物的化感作用_樊生丰.pdf

2018年 2月 甘 肃 农 业 大 学 学 报 第 5 3卷第 1期 78~82 JOURNAL OF GANSU AGRICULTURAL UNIVERSITY双 月 刊兰州百合土壤浸提液对不同作物的化感作用樊 生 丰1,师 桂 英1,李 丽1,孙 鸿 强1,韩 军 强1,郭 松 涛1,师 娥2(1.甘肃农业大学园艺学院,甘肃 兰 州730070;2.甘肃农业大学林学院,甘肃 兰 州730070)摘要 【目的 】从几种山区作物中选择适合兰州百合 的接茬作物 .【方法 】通过营养钵栽培试验 ,研究兰州百合土壤浸提液对豌豆 、党参 、马铃薯幼苗的化感效应 .【结果 】兰州百合土壤浸提液对 3种受体作物的苗高 、茎粗 、根长均具有明显的化感作用 .兰州百合土壤浸提液对党参幼苗苗高和根长有明显的抑制作用 ,且随质量浓度的增大抑制作用增强 ;对马铃薯和豌豆苗高 、茎粗 、根长有一定的化感促进作用 ,但在高质量浓度 (0.5g/mL)时对马 铃薯表现出一定的抑制作用 ;随着兰州百合土壤浸提液质量浓度的提高 ,党参幼苗体内超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化 物酶 (POD)和 过氧 化氢酶 (CAT)活性呈上升趋势 ,和对照相比差异显著 (P<0.05),但豌豆和马铃薯幼苗体内的 保护酶活性变化不明显 .党参幼苗体内 MDA含 量显 著增加 ,对豌豆和马铃薯幼苗体内 MDA含 量影 响较小 .【结论 】豌豆和马铃薯可能是兰州二阴山区兰州百合栽培结束后适宜的下茬作物 .关键词 兰州百合 ;山区作物 ;化感作用 ;土壤浸提液中图分类号 S644.1文献标 志码 A文章编 号 1003-4315(2018)01-0078-05第一 作 者 樊生丰 (1992-),男 ,硕士 研 究生 ,主要从事蔬菜栽培与生理方面的研究.E-mail625122768@qq.com通信作 者 师桂英 ,女 ,博士 ,教授 ,硕士生导师 ,研究方向为蔬菜栽培与生物技术 .E-mailshigy@gsau.edu.cn基 金项 目 甘肃省兰州市科技计划项目 (2017-4-95);甘肃省农牧厅农业科技创新项目 (GNCX-2013-36);甘肃 农 业大 学 校 级SRTP项 目(20160916).收稿 日期 2017-01-17;修回 日 期 2017-03-31Alelopathyeffect of Lanzhou lilysoil extracton several cropsFAN SHENG-feng1,SHI Gui-ying1,LI Li 1,SUN Hong-qiang1,HAN Jun-qiang1,GUO Song-tao1,SHI E2(1.Colege of Horticulture,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Colege of Forestry,GansuAgricultural University,Lanzhou 730070,China)Abstract【Objective】In order to select suitable crops from several mountain crops.【Method】The nu-trition pot experiments were conducted to studythe alelopathyof Lanzhou lilysoil extract on pea,Codo-nopsis pilosula and potato seedlings.【Result】The extract had obvious alelopathic effect on the height,stem diameter and root length of the three crops.The extract had a significant inhibitoryeffect on the seed-lingheight and root length of C.pilosulaseedlings,and increased with the increase of concentration.Theextract had a positive alelopathic effect on the height,stem diameter and root length of potato and peaseedlings,but had a certain inhibitoryeffect at high concentrations(0.5g/mL)on the potato seedling.Theactivityof SOD,POD and CAT in C.pilosulaleaves were significantlyincreased with the increase of theconcentration of the extract(P<0.05).However,no significant difference of SOD,POD and CAT activi-ties was found in pea and potato seedlings.MDA content in C.pilosula seedlings was significantlyin-creased,while a little effect were observed in pea and potato seedlings.【Conclusion】Peas and potatoesDOI10.13432/ki.jgsau.2018.01.012第 1期 樊 生 丰等 兰州百合土壤浸提液对不同作物的化感作用could be suitable for the next cropof Lanzhou lily.KeywordsLanzhou lily;mountain crops;alelopathy;soil extract化感作 用是活体植物通过地上部淋溶 、挥发 、根系分泌 、花粉直感或残茬腐解等途径向环境中释放某些化学物质的现象 ,对周围植物的生长发育起到相互促进或相互抑制的作用[1-2].研究植 物间的化感作用有利于在复杂的生长秩序中指导作物的种植方案 ,栽培体系和栽培措施 ,同时也是植物栽培中利用有利影响 ,避免不利影响的方法[3].化感作 用在农业生产中的应用极为广泛 ,无论是作物的单一种植 ,还是作物轮作 、间作 、覆盖 、翻埋或重茬种植 ,都要考虑化感作用的影响[4].因此 ,研究不同作物之间的化 感作用有重要的意义.兰州百合 (Lilium davidii Duch.var.unicolorcotton)是中国 唯一的甜百合 ,是极具地方特色的甘肃名优蔬菜 ,其生产地区分布差异比较明显 ,仅适宜甘肃中部兰州周边二阴山区种植 ,种群数量较小 ,属于典型的狭域性分布植物[6-7],栽培面 积占产区耕地总面积的1/3.兰州百合属于无性繁殖 ,多年生栽培 母株上收获的一级小种球长成二级种球需要2~3a,二级种球长成商品种球需要3~4a[9];百合根系 生长具有 “跳根 ”现象 ,即每年新根发生 ,旧根衰老 ,残存土壤中 ,再加上近年来由于兰州百合产业的快速发展 ,种植兰州百合效益好 ,临洮县东部山区兰州百合栽培面积有所扩大 ,农民在一块地连续多年种植兰州百合 ,导致兰州百合产量低 ,品质差 ,连作障碍严重 ,因此提高兰州百合的产量和品质 ,解决兰州百合连作障碍成为生产中亟待解决的问题.兰州百合在甘肃省主要分布在兰州市南部海拔2 000~2 600m的七道梁二阴山区[8],受自然 条件限制 ,可种植的经济作物主要有中草药 、马铃薯 、豌豆等 ,还有少量的玉米 、小麦 、苜蓿 ,可轮作作物少.研究兰州百合与上述经济作物间的化感作用 ,可以优化轮作栽培模式 ,克服其连作障碍 ,进行土壤生态修复.目前有关兰州百合化感作用的研究已有报道 ,陈君良等[9]研究表 明 ,兰州百合根系分泌物具有明显的自毒效应.谢忠奎等[10]研究表 明 ,兰州百合持续单一种植时 ,根系大量释放邻苯二甲酸并积累在土壤中.植物根系分泌的自毒物质 ,产生自毒效应的同时 ,对其下茬作物也同样存在化感作用.而兰州百合对其他作物的化感作用研究尚未报道.综上所述 ,本试验通过营养钵栽培试验来研究兰州百合土壤浸提液对豌豆 、党参 、马铃薯的化感作用 ,以期为兰州百合和其他作物的栽培提供理论依据.1 材料 与 方法1.1 试验材 料以豌豆 、党参 、马铃薯为受体作物 ,豌豆 、党参的种子选用当地的农家自留种 ,品种不详 ,马铃薯选用‘费乌瑞它'原原种.1.2 试验方法1.2.1 兰州百合土壤浸提 液的制备于2016年8月在临洮县上营乡包家山村百合 实验田中挖取兰州百合植株根际土壤 ,样品风干 、粉碎后过2mm孔 径的筛 ,称 取500g土 加入1L蒸馏水 ,瓶口密封扎紧放入振荡器中浸提24h,再 经过 滤得到质量浓度为0.5g/mL的供试 土壤浸提液.土壤浸提液密闭置于4℃冰箱中保存备用.1.2.2 受体作物化感作用试验2016年8-9月在甘肃 农业大学园艺学院实验室进行幼苗试验 ,挑选大小均匀一致的豌豆 、马铃薯种子各300粒 ,消 毒后播 于10cm10cm的营养 钵中 ,每钵一粒 ,栽培基质为蛭石∶珍珠岩=3∶1(V∶V),试验共 设4个处理 ,用0.1,0.3,0.5g/mL的土壤 浸提液进行处理 ,蒸馏水作为对照 (CK).待马铃薯和豌豆出苗后 ,每个处理选取长势基本一致的幼苗20盆 ,用不同质量浓度的兰州百合土壤浸提液浇灌 ,每隔3-4a浇灌一次 ,每 钵浇30mL,共浇灌10次.处理30d后 ,各处 理随 机取15株进行形态指标和各项生理生化指标的测定 ,重复3次.由于党参种子小 ,无法在营养钵中进行栽培试验 ,因此参照赵庆芳等[11]的做法 进行试验.将已预先催芽的长势一致的党参种子放入100mL的小烧杯 中 ,烧杯底部铺两张滤纸 ,作为培养床 ,每杯15株 ,分别加入2mL的 土壤 浸提液 (质量浓度分为0.1,0.3,0.5g/mL),蒸馏水 为对照 (CK),并用封97甘 肃 农 业 大 学 学 报2018年口膜封 口 ,3次重复 ,将小烧杯置于恒温25℃的 光照培 养箱中培养 ,3次重复 ,第15天测定党参幼苗的形态指标和各项生理生化指标.1.3 测定项目与方法用电子游标卡尺测定苗高 、茎粗和根长 ,超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化 氢酶 (CAT)活 性的 测定按照Pinheir等[12]的方法 ,过 氧化物酶 (POD)活 性测定 用愈创木酚显色法 ,采用硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛 (MDA)含 量[13].1.4 数据统 计与分析采用化 感 效 应 指 数 (RI)对 化 感 作 用 进 行 分析[14-15],当T≥C时 ,RI=1-C/T,当T<C时 ,RI=T/C-1,其中C表示对 照值 ,T表示处 理值 ,RI>0为促进 作用 ,RI<0为抑制 作用 ,绝对值大小表示作用强弱.采用Excel 2016进行数 据处理和图表绘制 ,用DPS软 件进 行方差分析.2 结果 与 分析2.1 兰州百合土壤浸提液对受体作物生长的影响兰 州百合土壤浸提液对受体作物的苗高 、根长 、茎粗的影响差异性显著.由表1可以看出 ,兰州百合土壤浸提液对党参幼苗的生长具有明显的抑制作用 ,并且随着浸提液质量浓度的增加 ,抑制程度越明显.当浸提液质量浓度为0.5g/mL时 ,对苗高 和根长的抑制率达到17.1%和21.3%.兰州百 合土壤浸提液对豌豆的苗高 、茎粗和根长的促进效应增强 ,与对照相比具有显著差异 ,当质量浓度达到0.3g/mL时各项指标达到最大值 ,和对 照相比对豌豆的苗高 、茎粗和根长分别促进了3.3%,6.1%,8.1%.对马铃薯 幼苗生长的影响表现出低促高抑的作用.在土壤浸提液质量浓度为0.3g/mL时 ,马铃薯 幼苗各项指标均达到最大值 ,随着质量浓度的增加 ,上升趋势减弱 ,甚至反向下降.图 1兰州百合土壤浸提液对受体作物 SOD活 性的 影响Figure 1 Effect of Lanzhou lily soil extract liquor onSOD activity of receptor plants2.2 兰州百 合土壤浸提液对受体作物幼苗体内抗氧化物酶的影响2.2.1 对受体 植物SOD活 性的 影响植物在不良环境下的反应与内源SOD活 性密 切相关[16].由图2表 1兰州百合土壤浸提液对受体作物幼苗生长的影响Table 1 Effect of Lanzhou lilysoil extract on seedling growth of receptor plants受 体植 物处理质量浓度 /(gmL-1)苗高 /cmRI茎粗 /mmRI根长 /cmRI豌豆CK 26.470.20b 0 2.310.02c 0 9.140.20c 00.1 26.480.35b 0 2.400.03b 0.037 9.340.15bc 0.0210.3 27.370.33a0.032 2.450.01a0.057 9.880.17a0.0740.5 26.750.21b 0.010 2.440.01a0.053 9.600.12b 0.047党参CK 2.280.09a0 - - 1.220.11a00.1 2.120.07b-0.070 - - 1.140.01ab-0.0650.3 2.060.07b-0.096 - - 1.040.06bc-0.1470.5 1.890.09c-0.171 - - 0.960.03c-0.213马铃薯CK 16.830.45b 0 3.910.04b 0 9.040.15c 00.1 17.250.30ab 0.024 4.020.03a0.027 9.820.16b 0.0790.3 17.600.13a0.043 4.080.03a0.041 10.450.41a0.1340.5 15.830.31c-0.063 3.590.06c-0.082 8.830.17c-0.023由于党参幼苗过于细小 ,用常规方法无法测出其茎粗 .同列数据中肩标不同小写字母表示差异显著 (P<0.05).08第 1期 樊 生 丰等 兰州百合土壤浸提液对不同作物的化感作用图 2兰州百合土壤浸提液对受体作物 POD活 性的 影响Figure 2 Effect of Lanzhou lilysoil extract on PODactivity of receptor plants可以看 出 ,兰州百合土壤浸提液对受体作物的SOD活 性有 着不同的影响.党参幼苗内SOD活 性随 着兰州百合土壤浸提液质量浓度的增加逐渐增加 ,与对照相比 差 异 显 著 ,0.5g/mL处理较对照提高了18.1%.但在不 同质量浓度的兰州百合土壤浸提液处理下 ,豌豆和马铃薯的SOD活性和对照相比差异不显著.2.2.2 对受体 植物POD活 性的 影响POD是 植物在 逆境条件下酶促防御系统的关键酶之一[16],由图3可以看 出 ,兰州百合土壤浸提液对不同受体作物的POD活 性有 着不同的化感作用.兰州百合土壤浸提液处理下 ,党参幼苗体内POD活 性显 著增加 ,而对豌豆和马铃薯幼苗体内POD活性无明显影响 ;随 着浸 提液质量浓度的增加 ,党参幼苗体内POD活性 显著 增加 ,和对照相比其增幅分别为10.7%,39.4%,51.6%,但对豌 豆和马铃薯的POD活 性的图 3兰州百合土壤浸提液对受体作物CAT活 性的 影响Figure 3 Effect of Lanzhou lily soil extract on CATactivity of receptor plants影响和对照相比无显著性差异.2.2.3 对受体 植物CAT活 性的 影响植物体内的CAT是 一种 重要的氧化还原酶 ,主要参与活性氧代谢过程[17].兰州百 合土壤浸提液对不同受体作物的CAT活 性影 响不同.在兰州百合土壤浸提液处理下 ,党参幼苗体内CAT活 性显 著增强 ,并且随着处理质量浓度的增加 ,党参CAT活 性呈 现上升的趋势 ,并与对照差异显著.但不同质量浓度的兰州百合土壤浸提液对豌豆的CAT活 性影 响较小 ,与对照差异不显著.马铃薯CAT活 性的 变化没有明显的规律.2.2.4 对受体 植物MDA含 量的 影响MDA是 膜脂过 氧化的最终分解产物 ,其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度[18].兰州百 合土壤浸提液对不同受体作物的MDA含 量影 响不同.在低质量浓度(0.1g/mL)兰州百 合土壤浸提液处理下 ,马铃薯和豌豆的MDA含 量与 对照相比差异不显著 ,但党参的MDA含 量明 显增加.随着处理液质量浓度的增加 ,党参植株内的MDA含 量呈 增加的趋势 ,与对照差异显著 ,但对豌豆和马铃薯的MDA含 量影 响较小 ,没有明显的效应 ,与对照无显著差异.图 4兰州百合土壤浸提液对受体作物MDA含 量的 影响Figure 4 Effect of Lanzhou lily soil extract on MDAcontent of receptor plants3 讨论有些植 物具有化感潜力 ,对周围的环境释放化感物质 ,并对附近作物生长产生有益或有害的影响.本试验研究表明 ,兰州百合土壤浸提液对不同受体作物有不同的化感作用.兰州百合土壤浸提液对党参苗高和根长均有抑制作用 ,而且随着处理质量浓18甘 肃 农 业 大 学 学 报2018年度的增 加抑制作用逐渐增强 ,但对豌豆的苗高 、茎粗和根长的促进效应较对照具有上升趋势.对马铃薯苗高 、茎粗和根长表现出低促高抑的化感作用.陈君良等[19]研究表 明 ,兰州百合根系分泌物具有明显的自毒效应 ,通过对兰州百合根系分泌物GC-MS分析 ,检测出 了20种潜在化感物质.通过萝卜种子发芽试验 ,证明5种潜在的化感物质 (2,4-二叔丁 基苯酚 、邻苯二甲酸二丁酯 、双酚A、抗氧剂2246、棕榈酸 )具有 较强的化感活性.蔺琰东等[20]研究表 明 ,邻苯二甲酸二甲酯和苯甲酸对马铃薯组培苗有显著的抑制作用.由此推论 ,本研究中关于兰州百合根系分泌物对马铃薯苗高 、茎粗和根长表现出低促高抑的化感作用可能与兰州百合根系分泌物之一邻苯二甲酸二丁酯有关.关于邻苯二甲酸二甲酯等常见化感物质对党参及豌豆的化感作用研究未见报道.为适应外界生物或非生物胁迫 ,高等植物已演化出一套适应机制和应对策略 ,启动体内抗氧化系统是植物应对胁迫的重要生化机制[21].当植物 受到逆境胁迫时 ,保护酶系统发挥着抵御活性氧或其他过氧化物自由基破坏细胞膜系统的作用[22].本试验结 果表明 ,在兰州百合土壤浸提液处理下 ,党参幼苗体内超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化 物酶 (POD)和过 氧化 氢酶 (CAT)活 性呈 上升趋势 ,说明党参幼苗受到了一定的逆境胁迫 ,但豌豆和马铃薯幼苗体内的保护酶活性变化不明显.MDA是膜脂 过氧化的最终分解产物 ,其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度.本试验结果表明 ,随着处理液质量浓度的增加 ,党参幼苗体内MDA含 量显 著增加 ,对豌豆和马铃薯幼苗体内MDA含 量影 响较小.兰州百合土壤浸提液可能对党参幼苗有胁迫作用.化感作用已经广泛应用于农业生态系统中 ,尤其在植物的间套作和轮作方面[3].植物合 理的间作或轮作可以优化轮作栽培模式 ,克服连作障碍 ,进行土壤生态修复.本试验结果表明 ,兰州百合土壤浸提液对不同的受体植物有不同的化感作用 ,对党参表现出化感抑制作用 ,但对马铃薯和豌豆化感作用不明显 ,甚至有化感促进作用.因此 ,在兰州百合产区有限的高山冷凉作物中 ,马铃薯和豌豆可能是兰州二阴山区兰州百合栽培结束后可选择的较好的下茬作物.参考 文 献[1]RICE E L.Alelopathy[J].Ecology,1983(1)292-293.[2]BAIS H P,WEIR T L,PEYYY L G,et al.The role ofroot exudates in rhizosphere interactions with plantsand other organisms[J].Annual Review of Plant Biolo-gy,2006,57(1)233.[3]CHENG Z H,WANG C H,XIAO X M,et al.Alelo-pathic effects of decomposing garlic stalk on some veg-etable crops[J].African Journal of Biotechnology,2011,10(69)15514-15520.[4]韩小燕 .胡葱对番茄幼苗化感 作用的研究 [D].重庆 西南大学 ,2009.[6]徐学军 ,梁 玉文 ,胡相莉 .百合新品种兰州百合 1号[J].中国蔬菜,2010,1(13)30-31.[7]徐 学军 ,梁 玉文 ,刘凯 ,等 .百合新品种兰州百合 2号[J].中国蔬菜,2010,1(23)34-34.[8]李 谋 强 ,陈 君 良 ,黄 彦 玮 ,等 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