楊 平 吳鳳芝

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

近年來(lái)，我國(guó)設(shè)施園藝發(fā)展迅速，截至2010年底設(shè)施園藝面積約達(dá)到466.7萬(wàn)hm2（喻景權(quán)，2011）。設(shè)施黃瓜（Cucumis sativusL.）作為主要栽培種類之一，由于多年連作造成連作障礙嚴(yán)重。小麥（TriticuMaestivuML.）是典型的化感型作物，主要通過(guò)根系分泌及殘?bào)w分解等方式影響自身或鄰近植物的生長(zhǎng)發(fā)育。有研究表明，小麥與黃瓜輪作可以顯著提高土壤微生物多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)，使土壤容重顯著降低，土壤總孔隙度顯著提高，顯著降低土壤鹽分積累及土壤EC值，明顯改善土壤微生物的區(qū)系組成及土壤微生態(tài)環(huán)境，提高黃瓜產(chǎn)量（吳鳳芝和王學(xué)征，2007；吳鳳芝 等，2008；王玉彥 等，2009）。目前關(guān)于小麥化感作用的研究主要集中在土壤微生態(tài)環(huán)境（柴強(qiáng)，2004；王德勝，2008）、化感作用強(qiáng)弱的測(cè)定（沈慧敏等，2005；李逢雨 等，2008）以及化感物質(zhì)組分分析（趙媛，2005；于翠平，2009）三個(gè)方面，而關(guān)于小麥化感作用對(duì)受體植株生理生化方面影響的研究較少。

本試驗(yàn)通過(guò)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理黃瓜幼苗根系，研究小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)及根系生理生化特性的影響，為揭示小麥與黃瓜輪作提高產(chǎn)量的生理生化機(jī)制、緩解設(shè)施黃瓜連作障礙、建立合理的栽培制度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為津優(yōu)1號(hào)，購(gòu)于哈爾濱華威種業(yè)有限公司；化感促進(jìn)作用小麥品種04-0348（A）及化感抑制作用小麥品種龍輻17（B）（馬亞飛 等，2011）購(gòu)于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。供試土壤取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)中心，土壤基本肥力:有機(jī)質(zhì)含量82.57 g·kg-1，堿解氮234.70 mg·kg-1，速效磷346.75 mg·kg-1，速效鉀305.64 mg·kg-1，電導(dǎo)率0.33 mS·cm-1，pH值7.22（鮑士旦，2000）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 小麥根系分泌物的收集 2010年6月12日，小麥播種于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站，待長(zhǎng)至15～20 cm時(shí)將小麥幼苗完整取出，用自來(lái)水將小麥根系沖洗干凈后，將整株小麥放入定量的蒸餾水中（根據(jù)收集的不同化感效應(yīng)小麥的具體數(shù)量，水量以剛沒(méi)過(guò)所有小麥根系為宜），培養(yǎng)24 h，收集根系分泌物，定容使其濃度為1 ML·株-1（1 ML蒸餾水中含有1株小麥根系分泌物），先用3層濾紙過(guò)濾，再過(guò)0.45 μm微膜滅菌，4 ℃保存?zhèn)溆茫▍区P芝 等，2002）。

1.2.2 小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗的處理 黃瓜種子于2010年6月19日浸種、催芽，播于8 cm×8 cm營(yíng)養(yǎng)缽內(nèi)，常規(guī)管理，待幼苗一葉一心時(shí)分別澆灌20 ML濃度為1 mL·株-1的不同小麥根系分泌物A或B，以蒸餾水作為對(duì)照，每處理3次重復(fù)，每重復(fù)25株，小區(qū)間設(shè)有保護(hù)行，隨機(jī)排列，常規(guī)管理。分別在處理后6、12 d和18 d隨機(jī)取樣，測(cè)定黃瓜幼苗生長(zhǎng)、光合特性及根系生理生化指標(biāo)。每次取樣后，分別向剩余的幼苗補(bǔ)加20 ML小麥根系分泌物。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)及光合特性指標(biāo)測(cè)定 黃瓜幼苗經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6、12 d和18 d，分別取樣測(cè)定黃瓜植株的株高（子葉節(jié)到生長(zhǎng)點(diǎn)的距離，米尺）、莖粗（子葉下1 cm處，游標(biāo)卡尺）、葉面積（打孔稱重法，電子天平）、全株干質(zhì)量（電子天平）。每處理測(cè)3株，3次重復(fù)；光合特性指標(biāo)采用美國(guó)Li-COR公司的LI-6400便攜式光合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 生理生化指標(biāo)測(cè)定 超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑光還原法；過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法；過(guò)氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定采用高錳酸鉀滴定法；可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法；可溶性糖含量測(cè)定采用苯酚法；游離脯氨酸含量測(cè)定采用茚三酮法；丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法（郝再彬 等，2004）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行處理，采用SAS 9.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

從表1可以看出，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6 d，A處理的株高顯著高于對(duì)照，全株干質(zhì)量顯著低于對(duì)照，B處理的莖粗、全株干質(zhì)量均顯著低于對(duì)照；處理后 12 d，A處理的莖粗、葉面積均顯著高于對(duì)照，B處理葉面積顯著低于對(duì)照；處理后18 d，A處理的株高顯著高于對(duì)照，B處理株高顯著低于對(duì)照。

表1 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響

2.2 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗光合特性的影響

從表2可以看出，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理的光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度及蒸騰速率均顯著高于對(duì)照；處理后12 d，A處理的光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間 CO2濃度均顯著高于對(duì)照，蒸騰速率卻顯著低于對(duì)照，B處理的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均顯著低于對(duì)照；處理后18 d，A處理的蒸騰速率顯著高于對(duì)照，氣孔導(dǎo)度顯著低于對(duì)照，B處理的光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率均顯著低于對(duì)照。

表2 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗光合特性的影響

2.3 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系生理生化指標(biāo)的影響

2.3.1 對(duì)黃瓜幼苗根系SOD活性的影響 由圖1可見(jiàn)，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6 d，A處理SOD活性顯著高于對(duì)照，B處理與對(duì)照差異不顯著；處理后12 d，A、B處理SOD活性均顯著低于對(duì)照；處理后18 d，A處理SOD活性顯著高于對(duì)照，B處理與對(duì)照差異不顯著。

2.3.2 對(duì)黃瓜幼苗根系CAT活性的影響 由圖2可見(jiàn)，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理CAT活性與對(duì)照差異均不顯著；處理后12 d，A、B處理CAT活性均顯著高于對(duì)照；處理后18 d，A處理CAT活性顯著對(duì)照，B處理顯著低于對(duì)照。

2.3.3 對(duì)黃瓜幼苗根系POD活性的影響 由圖3可見(jiàn)，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理POD活性均顯著高于對(duì)照；處理后12 d，A處理POD活性顯著高于對(duì)照，B處理顯著低于對(duì)照；處理后18 d，A、B處理POD活性均顯著低于對(duì)照。

圖1 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系SOD活性的影響

圖2 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系CAT活性的影響

圖3 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系POD活性的影響

圖4 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系游離脯氨酸含量的影響

2.3.4 對(duì)黃瓜幼苗根系游離脯氨酸含量的影響 由圖 4可見(jiàn)，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6、18 d，A、B處理游離脯氨酸含量與對(duì)照差異均不顯著；處理后12 d，A、B處理游離脯氨酸含量均顯著高于對(duì)照。

2.3.5 對(duì)黃瓜幼苗根系可溶性蛋白含量的影響 由圖5可見(jiàn)，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6 d，A處理可溶性蛋白含量顯著高于對(duì)照，B處理顯著低于對(duì)照；處理后12 d，A處理可溶性蛋白含量顯著高于對(duì)照，B處理與對(duì)照差異不顯著；處理后18 d，A處理可溶性蛋白含量顯著低于對(duì)照，B處理與對(duì)照差異不顯著。

圖5 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系可溶性蛋白含量的影響

2.3.6 對(duì)黃瓜幼苗根系可溶性糖含量的影響 由圖6可見(jiàn)，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理可溶性糖含量與對(duì)照差異均不顯著；處理后12、18 d，A處理可溶性糖含量顯著高于對(duì)照，B處理顯著低于對(duì)照。

2.3.7 對(duì)黃瓜幼苗根系MDA含量的影響 由圖7可見(jiàn)，經(jīng)不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后6 d，A、B處理MDA含量與對(duì)照差異均不顯著；處理后12 d，A處理MDA含量顯著低于對(duì)照，B處理顯著高于對(duì)照；處理后18 d，A處理MDA含量與對(duì)照差異不顯著，B處理顯著高于對(duì)照。

圖6 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系可溶性糖含量的影響

圖7 不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系丙二醛含量的影響

3 結(jié)論與討論

一般認(rèn)為自毒作用是導(dǎo)致設(shè)施黃瓜連作障礙嚴(yán)重的重要原因之一，由于連續(xù)種植，根系分泌物釋放的自毒物質(zhì)積累到一定濃度，就會(huì)抑制下茬黃瓜的生長(zhǎng)（喻景權(quán)和杜堯舜，2000）。黃瓜根系分泌物、根系提取液和自毒物質(zhì)對(duì)水培黃瓜保護(hù)酶活性和光合作用具有顯著的影響，增加了膜質(zhì)過(guò)氧化（Wu et al.，2002；Yu et al.，2003；吳鳳芝 等，2005）。化感物質(zhì)可以對(duì)受體植物的細(xì)胞分裂、膜功能、光合作用和生物合成等生理生化反應(yīng)產(chǎn)生影響（趙福鎖 等，2004）。本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)受體黃瓜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)（株高、莖粗、全株干質(zhì)量、葉面積）、光合特性、保護(hù)酶活性（SOD、POD、CAT）、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量（可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸）及脂膜過(guò)氧化（MDA）的變化，間接反映了不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物中化感物質(zhì)對(duì)黃瓜幼苗化感作用的生理生化機(jī)制。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗的生長(zhǎng)狀況、光合作用、保護(hù)酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及膜脂過(guò)氧化程度的影響不同。經(jīng)具有化感促進(jìn)效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后，黃瓜幼苗株高，莖粗，葉面積，光合速率，氣孔導(dǎo)度，胞間 CO2濃度，蒸騰速率，根系 SOD、CAT、POD活性，可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量在不同時(shí)期分別顯著提高，脂膜過(guò)氧化作用顯著降低，總體表現(xiàn)為促進(jìn)黃瓜幼苗生長(zhǎng)；經(jīng)具有化感抑制效應(yīng)的小麥根系分泌物處理后，黃瓜幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)、光合作用、保護(hù)酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量顯著降低，脂膜過(guò)氧化作用顯著提高，總體表現(xiàn)為抑制黃瓜幼苗生長(zhǎng)。因此，小麥對(duì)黃瓜幼苗的化感作用生理生化機(jī)制可能是通過(guò)改變黃瓜幼苗體內(nèi)保護(hù)酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及脂膜過(guò)氧化來(lái)表現(xiàn)的。

在本試驗(yàn)結(jié)果中，不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系中保護(hù)酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量、脂膜過(guò)氧化作用及黃瓜幼苗生長(zhǎng)的影響不同，這一結(jié)果與Wu等（2000）關(guān)于不同品種小麥對(duì)黑麥草的化感作用結(jié)果相似。Putnam和Duke（1974）認(rèn)為不同品種間的化感作用差異可能是從其野生祖先遺傳而來(lái)的。因此，造成不同品種小麥化感差異的原因可能是因?yàn)槠溥z傳背景不同。

具有化感促進(jìn)效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系各項(xiàng)生理生化指標(biāo)及幼苗生長(zhǎng)狀況總體表現(xiàn)為促進(jìn)作用。這一結(jié)果與亓延鳳（2006）關(guān)于玉米和小麥的秸稈均可以顯著提高黃瓜植株的株高、莖粗、最大葉面積及產(chǎn)量的研究結(jié)果一致。具有化感抑制效應(yīng)的小麥根系分泌物對(duì)黃瓜幼苗根系各項(xiàng)生理生化指標(biāo)及幼苗生長(zhǎng)總體表現(xiàn)為抑制作用。造成這一結(jié)果的原因可能是由于不同化感效應(yīng)的小麥根系分泌物中所含的化感物質(zhì)不同，或者是小麥根系分泌物處理后經(jīng)過(guò)土壤微生物的分解產(chǎn)生有利或有害的物質(zhì)，影響黃瓜幼苗生長(zhǎng)，其具體原因有待進(jìn)一步研究。

化感作用具有濃度效應(yīng)（孔垂華 等，1998；韓麗梅 等，2002），侯維（2008）研究百里香化感作用結(jié)果表明，蘿卜幼苗株高在水浸液最高和最低濃度受促進(jìn)，中間濃度受抑制。董沁方（2006）研究表明百合水浸液對(duì)受體植物表現(xiàn)為低濃度促進(jìn)，高濃度抑制的雙重效應(yīng)。本試驗(yàn)中，同一測(cè)定指標(biāo)在經(jīng)同一小麥根系分泌物處理后的不同時(shí)期，有時(shí)表現(xiàn)不同甚至是相反的規(guī)律，造成這一現(xiàn)象的原因可能是化感物質(zhì)的濃度和時(shí)間效應(yīng)，也可能是土壤養(yǎng)分及土壤微生物分解等，其具體原因有待進(jìn)一步研究。

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