李亮亮 李天來(lái) 張恩平 陳 彬 劉文娥 吳正超

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽(yáng) 110161）

酚類物質(zhì)是自毒物質(zhì)中的一大類，以往的研究表明酚類物質(zhì)對(duì)作物和蔬菜的影響主要表現(xiàn)在抑制幼苗生長(zhǎng)、光合作用、離子吸收、脂膜透性增加、保護(hù)酶活性降低等（Cruz-Ortega et al.，2002；Amarjeet et al.，2005）。周志紅等（1997）研究了番茄根系分泌物、植株浸提液及揮發(fā)物質(zhì)的化感作用，表明番茄具有自毒性。Yu和 Matsui（1997）證實(shí)了豌豆、番茄、黃瓜、西瓜和甜瓜根系分泌物和殘茬所引起的自毒作用，并從中分離出以肉桂酸為代表的多種自毒物質(zhì)。目前，施用有機(jī)物被認(rèn)為是一種防止連作障礙的簡(jiǎn)便易行的方法（Polymenakou &Stephanou，2005）?；钚蕴烤哂休^大的表面積，被認(rèn)為對(duì)抑制物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附能力，而且對(duì)土壤養(yǎng)分的影響較小（Callaway & Aschehoug，2000）。因此，在溫室和田間試驗(yàn)中被廣泛應(yīng)用（Kulmatiski & Beard，2006）。Yu等（1993）通過(guò)向番茄營(yíng)養(yǎng)液中添加活性炭來(lái)消除番茄的自毒作用。鄰苯二甲酸作為番茄的一種重要的自毒物質(zhì)，對(duì)番茄種子萌發(fā)、植株生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的抑制作用（姚軍，2007；Zhang et al.，2009）。因此，本試驗(yàn)采用珍珠巖栽培，研究鄰苯二甲酸對(duì)番茄幼苗的自毒作用以及添加碳化玉米芯后番茄幼苗在生長(zhǎng)發(fā)育中生理生化指標(biāo)的變化，探討鄰苯二甲酸對(duì)番茄幼苗的自毒作用以及碳化玉米芯是否能夠緩解鄰苯二甲酸對(duì)番茄幼苗的傷害，為進(jìn)一步揭示鄰苯二甲酸的作用機(jī)制提供新的資料和依據(jù)，為制定適于生產(chǎn)應(yīng)用、防止番茄自毒作用的措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于 2009年 4～6月在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)基地塑料大棚及實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試番茄（Lycopersicon esculentumMill.）品種為遼園多麗?；钚蕴渴琴?gòu)于化學(xué)試劑商店的高純度粉狀活性炭。碳化玉米芯來(lái)自沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作所，經(jīng)酸洗、堿洗和水洗凈化后烘干備用。試驗(yàn)所用藥品均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

將預(yù)先挑選好的番茄種子播于穴盤(pán)中，植株長(zhǎng)至四葉一心時(shí)，將優(yōu)良?jí)衙缫圃缘绞⒂姓渲閹r的10 cm×10 cm的塑料缽內(nèi)。采用表1的處理進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)。

根據(jù)周志紅等（1998）對(duì)番茄植株中幾種化學(xué)成分的化感效應(yīng)研究認(rèn)為，酚酸類抑制作用的臨界濃度為0.5 mmol·L-1，因此本試驗(yàn)采用0.25 mmol·L-1和2.5 mmol·L-1兩個(gè)濃度來(lái)研究鄰苯二甲酸對(duì)番茄幼苗的作用。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每處理定植10株，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。前期每天每缽澆灌100 mL培養(yǎng)液，后期澆灌150 mL，每處理澆灌培養(yǎng)液的量保持一致，其他栽培管理與生產(chǎn)相同。

生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定：處理后20 d，測(cè)定幼苗根鮮質(zhì)量、葉片鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量及根長(zhǎng)。地上部及地下部鮮質(zhì)量采用稱重法測(cè)定；根長(zhǎng)采用鋼卷尺測(cè)量。

光合作用相關(guān)指標(biāo)和葉綠素含量測(cè)定：處理后20 d，選擇晴天上午，用Li-6400型便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)，溫度為30 ℃，空氣相對(duì)濕度為50 %～70 %，采用開(kāi)放式氣路測(cè)定番茄幼苗功能葉片（第6片葉）的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間隙CO2濃度（Ci）。葉綠素含量的測(cè)定按Arnon（1949）的方法。

保護(hù)酶活性及丙二醛含量測(cè)定：POD、SOD活性測(cè)定按照李合生（2003）的方法，CAT活性測(cè)定按照Aebi（1984）的方法，丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法（Hodges et al.，1999）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理采用 Excel 軟件完成，采用 SPSS11.5 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 碳化玉米芯緩解鄰苯二甲酸對(duì)幼苗生物量及葉綠素的抑制作用

從表2可以看出，處理后第20天時(shí)，高濃度的鄰苯二甲酸（B處理）對(duì)番茄幼苗的生物量有較大的抑制效果，與對(duì)照相比除了葉綠素a的差異不顯著外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均顯著低于對(duì)照，尤其以地上部鮮質(zhì)量和葉鮮質(zhì)量變化顯著，減少了70 %左右。低濃度的鄰苯二甲酸（A處理）與對(duì)照差異不顯著。加入碳化玉米芯的C處理與加入活性炭的D處理的結(jié)果相似，與B處理相比，除葉綠素a外各項(xiàng)指標(biāo)均有提高，表明碳化玉米芯與活性炭一樣具有緩解、降低番茄自毒作用的效果。

表2 不同處理對(duì)番茄幼苗生物量及葉綠素含量的影響

2.2 碳化玉米芯緩解鄰苯二甲酸對(duì)幼苗光合作用的抑制作用

由表3的結(jié)果可知，處理后第20天時(shí)，A處理胞間 CO2濃度、蒸騰速率與對(duì)照差異不顯著。B處理的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度、蒸騰速率與對(duì)照相比均顯著下降。這說(shuō)明高濃度的鄰苯二甲酸處理引起番茄幼苗的氣孔關(guān)閉，CO2進(jìn)入受阻，抑制幼苗的生長(zhǎng)。加入碳化玉米芯的C處理與加入活性炭的D處理的各項(xiàng)指標(biāo)均低于對(duì)照，但與B處理相比均有提高，且在凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率上差異達(dá)顯著水平。

2.3 碳化玉米芯緩解鄰苯二甲酸對(duì)保護(hù)酶活性和膜質(zhì)過(guò)氧化的抑制作用

番茄從花芽分化到開(kāi)花需30 d左右，以往的研究認(rèn)為酚酸物質(zhì)處理初期對(duì)植物幼苗的保護(hù)酶活性影響較大（吳鳳芝 等，2002；石振 等，2008），因此本試驗(yàn)將取樣的時(shí)間點(diǎn)定為處理后 2、5、10、20 d。

表3 不同處理對(duì)番茄幼苗光合作用的影響

2.3.1 對(duì)POD活性的影響 由圖1可知，對(duì)照POD活性一直處于比較平緩的趨勢(shì)，不同濃度的鄰苯二甲酸在處理后10 d促進(jìn)了番茄幼苗根系POD的活性。但是在處理后20 d活性明顯降低，并且B處理下降幅度最大（圖1-a）。對(duì)于葉片中POD活性的變化，在處理后10 d不同濃度的鄰苯二甲酸均提高了葉片POD的活性，在處理后10 d，高濃度的鄰苯二甲酸B處理表現(xiàn)為顯著的抑制作用，而低濃度鄰苯二甲酸A處理表現(xiàn)出促進(jìn)作用，POD活性明顯高于對(duì)照（圖1-b）。在根系和葉片中C處理與D處理之間差異均不顯著，C處理與B處理變化規(guī)律相似，但C處理的POD活性的變化幅度顯著低于B處理。表明碳化玉米芯緩解了鄰苯二甲酸對(duì)番茄幼苗的抑制作用。

圖1 不同處理對(duì)番茄幼苗POD活性的影響

2.3.2 對(duì)SOD活性的影響 從圖2中可以看出對(duì)照SOD活性處于平穩(wěn)的狀態(tài)，不同濃度的鄰苯二甲酸處理與對(duì)照相比在處理第5、10天對(duì)根系的SOD活性有顯著的促進(jìn)作用，而以B處理最明顯。之后則表現(xiàn)出明顯的抑制作用，B處理在處理第20天時(shí)SOD活性顯著低于對(duì)照。C處理與D處理之間差異不顯著，與B處理有類似的變化趨勢(shì)，但SOD活性的變化幅度則有所降低，而且在處理后20 d，活性與對(duì)照相當(dāng)（圖2-a）。與對(duì)照相比，各處理對(duì)葉片SOD活性的影響均不顯著（圖2-b）。

圖2 不同處理對(duì)番茄幼苗SOD活性的影響

2.3.3 對(duì)CAT活性的影響 由圖3可以看出根系中CAT活性在處理第5天，不同濃度的鄰苯二甲酸都促進(jìn)了番茄幼苗根系的CAT活性，處理后5 d，高濃度鄰苯二甲酸的B處理轉(zhuǎn)為抑制作用，在處理第20天，B處理的CAT活性僅為對(duì)照的50 %左右。而低濃度鄰苯二甲酸的A處理與對(duì)照差異不顯著（圖 3-a）。不同濃度的鄰苯二甲酸對(duì)番茄幼苗葉片 CAT活性的影響在處理第2、5天時(shí)并不顯著，在處理第10、20天時(shí)，B處理的CAT活性明顯低于對(duì)照。C處理與D處理之間差異不顯著，且兩者與對(duì)照差異亦不顯著（圖3-b），與B處理相比較，能明顯緩解高濃度鄰苯二甲酸的抑制作用。

圖3 不同處理對(duì)番茄幼苗CAT活性的影響

2.3.4 對(duì)膜質(zhì)過(guò)氧化的影響 由圖4可知，番茄幼苗的根系和葉片中對(duì)照的MDA含量一直保持在較低水平，且變化很小。B處理對(duì)番茄幼苗MDA含量的增加有較大的影響，并隨著生長(zhǎng)發(fā)育的進(jìn)程而逐漸升高，在處理后20 d時(shí)根系和葉片中MDA含量分別為對(duì)照的2.8倍和2.6倍。C處理與D處理差異不顯著，與B處理的變化趨勢(shì)相似，但MDA含量明顯低于B處理。

圖4 不同處理對(duì)番茄幼苗MDA含量的影響

3 結(jié)論與討論

酚類物質(zhì)等化感物質(zhì)通過(guò)降低植物葉片的光合作用、葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度等生理指標(biāo)抑制鄰近植物或下茬植物的生長(zhǎng)發(fā)育（Sannigrahi & Chakrabortty，2005）。本試驗(yàn)結(jié)果表明高濃度的鄰苯二甲酸處理引起幼苗的光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率下降，同時(shí)也降低番茄幼苗生物量和葉綠素b的含量。其原因可能是自毒物質(zhì)會(huì)抑制光合作用中的電子傳遞、循環(huán)和非循環(huán)光合磷酸化，使葉片光合下降，氣孔關(guān)閉，降低了番茄幼苗的光合速率和蒸騰速率（Calera et al.，1995）。此外，PSⅠ形成的 O2可以進(jìn)入類囊體膜外的基質(zhì)并通過(guò)酶促和非酶促的歧化反應(yīng)和2H+生成H2O2，H2O2與O2反應(yīng)形成的-OH導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化，促進(jìn)葉綠素的降解（Misako& Shimizu，1985），從而使番茄幼苗光合作用強(qiáng)度降低，抑制了植株的生長(zhǎng)。

不同的化感物質(zhì)都會(huì)對(duì)POD、SOD、CAT活性及MDA含量產(chǎn)生一定的影響 （Cruz-Ortega et al.，2008）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在高濃度鄰苯二甲酸作用下番茄幼苗根系的POD、SOD、CAT活性出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象，與對(duì)照相比，POD、SOD和CAT活性在處理后第20天時(shí)均低于對(duì)照。番茄幼苗體內(nèi)保護(hù)酶活性的升高可能是其受到鄰苯二甲酸的脅迫后，誘導(dǎo)了體內(nèi)抗氧化能力的增加，在短時(shí)間內(nèi)提高了番茄幼苗根系清除氧自由基的能力，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，當(dāng)體內(nèi)氧化產(chǎn)物累積到一定水平時(shí)，各種酶不能正常發(fā)揮作用，導(dǎo)致清除氧自由基的能力下降幅度增大，MDA含量逐漸升高。

加入碳化玉米芯和活性炭之后，均有效地緩解了鄰苯二甲酸對(duì)番茄幼苗的傷害，在一定程度上維持了作物的光合作用，保證了番茄幼苗生物量的增長(zhǎng)。其中的原因可能與活性炭和碳化玉米芯具有比較大的吸附作用有關(guān)。有報(bào)道表明（范順利 等，1995），當(dāng)酚類物質(zhì)濃度較高時(shí)，非極性固體吸附劑如石墨、炭等吸附分子的狀態(tài)為垂直取向，增大了吸附量。與活性炭相比，碳化玉米芯具有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。因此，在土壤中添加碳化玉米芯是解決酚酸物質(zhì)對(duì)番茄的自毒作用、防止連作障礙的有效方法。

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