劉瑞姣, 李尚擘, 張瑞娥, 聶傳朋, 李焰焰

(1. 安徽大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 合肥 230601；2. 阜陽師范學(xué)院 抗衰老中草藥安徽省工程技術(shù)研究中心， 安徽 阜陽 236037)

桔梗(Platycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC)為桔梗屬植物，多年生雙子葉草木，以根入藥[1]，現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明桔梗有免疫調(diào)節(jié)抗炎祛痰保肝等作用[2]。桔梗在中國、日本和韓國以藥用、食用為主，在歐美還作為園藝觀賞植物和切花，是極具開發(fā)前景的藥、食、賞兼用的高經(jīng)濟(jì)植物[3， 4]。

化感作用(Allelopathy)是近年來倍受重視的研究熱點，指植物或微生物的代謝分泌物對環(huán)境中其他植物或微生物所產(chǎn)生的有利或不利的作用，是生態(tài)系統(tǒng)中生物之間普遍存在的關(guān)系[5]。植物主要是通過莖葉揮發(fā)或淋溶、根系分泌以及植物殘株的腐解等途徑向環(huán)境中釋放化感物質(zhì)，來直接或間接影響周圍植物的生長和發(fā)育[6， 7]。

桔梗植株向環(huán)境中釋放化感物質(zhì)是桔梗不能連作的一個重要機(jī)制，根據(jù)桔梗大田栽培實踐，根莖線蟲病、紫紋羽病、枯萎病等是增產(chǎn)面臨的主要問題，危害較為嚴(yán)重。有報道提出產(chǎn)病的主要原因之一是長期連作或倒茬輪作作物非禾本科所致[8, 9]，但并未給出具體的實驗數(shù)據(jù)，且具體有關(guān)桔梗與禾本科作物之間化感作用的研究尚未見報道。為了深入探討桔梗與生產(chǎn)實際上常用的禾本科倒茬作物小麥間的輪作機(jī)制，本文觀測了不同濃度的桔梗植株水浸提液對小麥幼苗生長、保護(hù)酶活性、根系活力、光合色素含量等指標(biāo)的影響，探討桔梗對小麥的化感作用，觀測“桔?！←湣钡共巛喿鞯暮侠硇圆⑼茰y其可能的生理機(jī)制，并為優(yōu)化、完善桔梗栽培制度提供參考。

1材料和方法

1.1材料

供體植物桔梗(Platycodongrandiflorum(Jacq.)A.DC)于2012年秋采自安徽省太和縣(“中國桔梗之鄉(xiāng)”)李興鎮(zhèn)方楊村，小麥種子購于阜陽市農(nóng)資種子市場，4 ℃保存。

1.2 方法

1.2.1桔梗植株水浸提液的制備

生長健康桔梗植株用蒸餾水沖洗后剪成2 cm長小段，60 ℃烘干，研磨成粉。室溫下稱取20 g上述粉末，加1000 mL蒸餾水，25 ℃振蕩浸提48 h，離心后3層紗布過濾，得到濃度為20 mg/mL的桔梗水浸提液母液，用蒸餾水依次稀釋出1、5、10和20 mg/mL的濃度配比，4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2小麥幼苗培養(yǎng)及指標(biāo)測定

采用培養(yǎng)皿濾紙法進(jìn)行試驗。選取無病蟲害健康小麥種子用0.3 %高錳酸鉀溶液消毒30 min，蒸餾水反復(fù)沖洗(5～6次)至KMnO4完全清除后，溫水浸種6 h[10]，置于墊有2層濾紙的15 cm培養(yǎng)皿中，分別取10 mL不同濃度浸提液加入培養(yǎng)皿中，以加蒸餾水為對照(CK)，每處理重復(fù)3次。放入人工氣候培養(yǎng)箱，培養(yǎng)條件：光照12 h(27 ℃)/黑暗12 h(22 ℃)，暗培養(yǎng)發(fā)芽后，光強(qiáng)調(diào)至2000 lx[11]，每天更換和補(bǔ)充1次新鮮各濃度浸提液或水。培養(yǎng)15 d后，測量幼苗的單株苗高和根長，地上和地下鮮重和干重，取幼苗葉片測定保護(hù)酶活性等生理指標(biāo)，取幼苗根系測定根系活力。

過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定；過氧化氫酶(CAT)活性采用紫外吸收法測定[12]；脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定[13]；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定[14]；根系活力采用紅四氮唑(TTC)法測定；抗逆性鑒定采用電導(dǎo)儀法；光合色素含量采用分光光度法測定[15-17]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

化感效應(yīng)指數(shù)(RI)按照Williamson的方法計算，當(dāng)T≥C時，RI=1-C/T；當(dāng)T≤C時，RI=C/T-1。其中C為對照值，T為處理值[18]。實驗數(shù)據(jù)采用SPSS16.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，對各項指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，用LSD進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1桔梗植株水浸提液對小麥幼苗生長的影響

不同濃度桔梗植株浸提液對小麥幼苗苗高、根長與地上、下部干鮮重的影響如表1所示。與對照組(CK)相比，低質(zhì)量濃度(1 mg/mL)浸提液對小麥地上部的生長有促進(jìn)作用，苗高、地上部鮮干重的值均大于對照組，RI分別為0.085、0.097和0.090；但對根部的生長有明顯的抑制作用，根長、地下鮮干質(zhì)量的RI分別為-0.16、-0.082和-0.086，且差異顯著(P<0.05)。

表1 不同濃度桔梗水浸提液對小麥幼苗生長的影響

表中數(shù)值=平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，n=3；同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，下同。

隨著浸提液濃度的升高，對小麥幼苗的抑制作用逐步增強(qiáng)，20 mg/mL時，苗高、地上鮮干重、根長和地下鮮干重的RI分別為-0.25、-0.36、-0.53、-0.41、-0.40和-0.61，均達(dá)極顯著水平(P<0.01)?？梢?，低濃度桔梗浸提液對小麥地上部有一定促進(jìn)作用，高濃度桔梗浸提液對小麥幼苗生長表現(xiàn)抑制作用，且對根部的抑制作用強(qiáng)于對地上部的抑制。

2.2桔梗植株水浸提液對小麥幼苗體內(nèi)抗氧化酶活性的影響

如圖1所示，隨著桔梗浸提液濃度升高，小麥幼苗葉片POD活性呈現(xiàn)增強(qiáng)的變化趨勢。在中低濃度(1～10 mg/mL)下，較CK差異顯著；最高濃度下，與CK相比提高了1.4倍，差異極顯著。

隨桔梗浸提液濃度的升高，小麥CAT活性先上升后下降。當(dāng)濃度為5 mg/mL時達(dá)最大值，CAT活性提高了1.1倍(RI為0.12，P<0.05)；當(dāng)處理濃度超過5 mg/mL后，CAT活性迅速下降，10 mg/mL后趨緩，當(dāng)濃度為10和20 mg/mL時，與CK相比分別降低了31.7%和33.0%(RI分別為-0.32和-0.33，P<0.01)。

圖1 不同濃度桔梗水浸提液對小麥幼苗POD及CAT酶活性的影響

圖2 不同濃度桔梗水浸提液對小麥幼苗脯氨酸(A)、丙二醛(B)、可溶性蛋白(C)含量的影響

2.3桔梗植株水浸提液對小麥幼苗體內(nèi)脯氨酸、丙二醛和可溶性蛋白含量的影響

小麥體內(nèi)脯氨酸、丙二醛含量與桔梗植株水浸提液的質(zhì)量濃度呈正相關(guān)(圖2)。在中低濃度(1～10 mg/mL)處理下，脯氨酸、丙二醛含量與CK相比均達(dá)到差異顯著水平(P<0.05)，10 mg/mL時分別提高了80.8 %和35.4 %；最高濃度處理時均達(dá)最大值，較CK相比分別提高了3.2和1.5倍，上升極顯著(P<0.01)。

由圖2可知，桔梗植株水浸提液對小麥幼苗可溶性蛋白含量的影響呈先下降后上升的規(guī)律。低濃度(1～5 mg/mL)下，可溶性蛋白含量均低于CK，分別降低了4.4 %和8.8 %，對小麥生長表現(xiàn)了一定的促進(jìn)作用；10和20 mg/mL濃度處理時可溶性蛋白含量較CK分別提高了13.8 %和27.8 %(P<0.05)，對小麥生長表現(xiàn)了強(qiáng)的抑制作用。

2.4桔梗植株水浸提液對小麥幼苗根系活力和傷害率的影響

隨桔梗浸提液濃度的升高，氯化三苯基四氮唑(TTC)還原量先上升后下降，表明小麥的根系活力呈先上升后下降的趨勢(圖3)。當(dāng)1～10 mg/mL濃度范圍內(nèi)，根系活力較CK升高，濃度為5 mg/mL時達(dá)最大值(RI為0.42，P<0.01)，對小麥根系活力表現(xiàn)顯著促進(jìn)作用；隨后迅速下降，濃度為20 mg/mL時，達(dá)最小值(RI為-0.34，P<0.01)，對小麥根系活力有強(qiáng)抑制作用。

圖3 不同濃度桔梗水浸提液對小麥幼苗根系活力和傷害率的影響

植物細(xì)胞膜遭破壞，會使胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，以致電導(dǎo)率增大。桔梗植株水浸提液對小麥幼苗傷害率的大小可通過測量電導(dǎo)率來衡量，進(jìn)而反應(yīng)幼苗抗逆性的強(qiáng)弱。在1 mg/mL濃度處理時，與CK相比傷害率降低了12.5 %(P<0.01)，對幼苗抗逆性有促進(jìn)作用；5和10 mg/mL時，傷害率分別升高了7.9 %和13.6 %，無顯著差異；當(dāng)20 mg/mL濃度處理時達(dá)最大值，升高了31.5 %(P<0.01)，表現(xiàn)為對幼苗抗逆性的強(qiáng)抑制作用。

2.5 桔梗植株水浸提液對小麥幼苗體內(nèi)光合色素含量的影響

如表2所示：與CK相比，除了最高濃度20 mg/mL浸提液對小麥幼苗光合色素含量起抑制作用(RI<0)外，其他濃度處理均起促進(jìn)作用(RI>0)，且在10 mg/mL處理時達(dá)最大值。其中，最高濃度時對葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量的RI分別為-0.075、-0.100、-0.191和-0.078；在中濃度10 mg/mL處理時各葉綠素含量均達(dá)最大值，RI分別為0.244、0.347、0.233和0.26(P<0.01)；其他處理濃度與CK無明顯差異。隨桔梗水浸提液濃度的升高，葉綠素a/b比值呈現(xiàn)先減小后增大趨勢，在10 mg/mL處理時為最小值(RI=-0.14，P<0.01)。

表2 不同濃度桔梗水浸提液對小麥幼苗葉片光合色素含量的影響

3 討論

田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，桔梗連作障礙嚴(yán)重，導(dǎo)致產(chǎn)量、品質(zhì)降低且易引起病害。連作障礙產(chǎn)生的原因主要有土壤傳染性病蟲害、土壤理化性狀劣化以及由根系分泌物和殘茬分解物等引起的自毒作用[19， 20]等。對于連作障礙的克服很多學(xué)者也做了大量的研究，如采用抗病品種、輪作、微生物防治以及利用植物化感作用等。人們發(fā)現(xiàn)植物之間不僅存在生長相互抑制的現(xiàn)象，也存在相互促進(jìn)生長的現(xiàn)象。對黃瓜的研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜植株殘體分泌物、栽培黃瓜后的土壤或培養(yǎng)液均不同程度地抑制黃瓜自身生長，且對其自身和近緣植物的抑制程度更高，但對豇豆、番茄等遠(yuǎn)緣植物反而表現(xiàn)為促進(jìn)生長[21]。本文通過研究植物之間的化感作用來探明“桔?！←湣陛喿鲗朔酃＿B作障礙的可行性。

本試驗發(fā)現(xiàn)，桔梗植株水浸提液對小麥幼苗地上部表現(xiàn)為低促高抑、對根部表現(xiàn)為隨處理濃度增加抑制程度逐步加深的效應(yīng)；其中對根部的抑制作用強(qiáng)于地上部，原因可能是受體植物幼苗根系最先受到浸提液中所含化感物質(zhì)的影響，生長減緩，根系的吸收和運(yùn)輸功能受到抑制，進(jìn)而影響到地上部的生長。在對紫莖澤蘭的研究中也有類似的報道[22]。

植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損是逆境條件下最初的反應(yīng)，POD參與葉綠素的降解，產(chǎn)生活性氧并引起膜脂過氧化，使脂膜透性增加，降低植株的抗逆性[23]；MDA是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物，其含量常用來衡量植物受到傷害的嚴(yán)重程度[24， 25]；植物在逆境脅迫條件下，體內(nèi)脯氨酸含量也會增加，顯示植物受迫害的程度。本試驗測定發(fā)現(xiàn)，小麥幼苗的POD活性、MDA和脯氨酸含量均隨桔梗水浸提液處理濃度的增加而持續(xù)增大，表明桔梗水浸提液對小麥幼苗的抑制作用隨其濃度的升高而增強(qiáng)。

植物在受迫條件下，細(xì)胞膜被破壞，透性增大，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，電導(dǎo)率升高，植物傷害率加大，但是植物會產(chǎn)生一系列應(yīng)急機(jī)制來增強(qiáng)抗逆性[26-28]：高含量的可溶性蛋白用以降低細(xì)胞的滲透勢、提高植株保水能力；保護(hù)酶系統(tǒng)中的CAT有效清除過氧化氫對細(xì)胞的氧化作用，降低自由基水平；同時，較高的光合色素含量和良好的根系活力水平也會極大地促進(jìn)植物的抗逆性。本研究發(fā)現(xiàn)，隨桔梗水浸提液濃度的升高，小麥幼苗傷害率先下降后上升(抗逆性先升高后下降)、可溶性蛋白含量先減少后增加、CAT活性先上升后下降、根系活力先上升后下降、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量和總?cè)~綠素含量先增加后減少，以上5項生理指標(biāo)的變化反映出桔梗水浸提液對小麥幼苗的化感效應(yīng)為低促高抑。

綜上所述，桔梗水浸提液對小麥幼苗的化感作用總體表現(xiàn)為低促高抑，低濃度下可促進(jìn)小麥的生長發(fā)育。本文為考察前茬桔梗對后茬小麥生長的影響，在試驗中設(shè)定桔梗水浸提液的濃度范圍較大，而在實際生產(chǎn)中，桔梗田間殘留物所致“土壤—植物”體系中的濃度僅處于本文處理的中低濃度，所以選用小麥作為桔梗田的倒茬作物，不僅不會抑制小麥生長發(fā)育，還會起到一定的促進(jìn)作用。本試驗的結(jié)果可為闡明桔梗與禾本科作物輪作提供一定的參考，同時也為利用化感作用提高作物產(chǎn)量提供理論依據(jù)，但對受試小麥全生育期的化感作用以及田間表現(xiàn)等還有待繼續(xù)深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典 [M]. 北京: 化工醫(yī)藥出版社，2005, 461.

[2]宋楊，齊云. 桔梗的藥理研究進(jìn)展 [J]. 中國藥房，2006，17(2): 140-141.

[3]Halevy A H， Shlomo E， Ziv O. Improving cut flower production of balloon flower [J]. Hort Science， 2002， 37(5): 759-761.

[4]Park B H， Oliveira N， Pearson S. Temperaure affects growth and flowering of the balloon flower (Platycodongranfiflorus(Jaeq.) A. DC. cv. Astra Blue) [J]. Hort Science， 1998， 33(2): 233.

[5]Chou C H. The role of allelopathy in phytochemical ecology，in phytochemical ecology: Allelochemicals， Mycotoxins[C].//Chou C H，Waller G R. Insert Pheromones and Allomones. Institute of botany. Academia Sinica Monogragh Series No. 9, Taipei： 1989.

[6]柴強(qiáng)，黃高寶. 植物化感作用的機(jī)理、影響因素及應(yīng)用潛力 [J]. 西北植物學(xué)報，2003，23(3): 509-515.

[7]呂福堂，段玉梅. 化感作用在生產(chǎn)中的應(yīng)用 [J]. 生物學(xué)通報，2005，40(2): 22-23.

[8]于浩世. 淺析商州桔梗生產(chǎn)中的主要問題與對策 [J]. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，2: 144-155.

[9]張曉清，莊會德. 桔梗的經(jīng)濟(jì)效益分析及高產(chǎn)栽培技術(shù) [J]. 現(xiàn)代園藝，2012，5: 40-41.

[10]沈凌，丁貴杰. 1、2代馬尾松林土壤浸提液對馬尾松種子萌發(fā)及芽苗生長的影響 [J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2012，5(32): 59-62.

[11]田勝尼，孫啟武，王文娣. 南方紅豆杉葉浸提液對小麥種子萌發(fā)與幼苗生長的影響 [J]. 中國林副特產(chǎn)，2012，10(5): 49-52.

[12]Jiang M Y， Zhang J H. Water stress-induced abscisic acid accumulation triggers the increased generation of reactive oxygen species and up-regulates the activities of antioxidant enzymes in maize leaves [J]. Journal of Experimental Botany， 2002， 53(379): 2401-2410.

[13]王學(xué)奎. 植物生理生化實驗原理和技術(shù) [M]. 北京: 高等教育出版社，2006: 153-167.

[14]李合生，孫群，趙世杰，等. 植物生理生化實驗原理和技術(shù) [M]. 北京: 高等教育出版社，2000.

[15]Lichtenthaler H K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes [J]. Methods Enzymo, 1987，148: 350-382.

[16]陳建勛，王曉峰. 植物生理學(xué)實驗指導(dǎo) [M]. 廣州: 華南理工大學(xué)出版社，2005: 119-123.

[17]王晶英，敖紅，張杰，等. 植物生理生化實驗技術(shù)與原理 [M]. 哈爾濱: 東北林業(yè)大學(xué)出版社，2003: 110-136.

[18]Williamson G B， Richardson D. Bioassays for allelopathy: measuring treatment responses with independent controls [J]. Journal of Chemical Ecology， 1988， 14(1): 181-187.

[19]Freddy A. Common bean response to tillage intensity and weed control strategies [J]. Cropping System， 2001， 93: 556-563.

[20]張鳳麗，周寶利，王茹華，等. 嫁接茄子根系分泌物的化感效應(yīng) [J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005，16(4): 750-753.

[21]賀麗娜，梁銀麗，熊亞梅，等. 不同前茬對設(shè)施黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)及土壤酶活性的影響 [J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2009，17(1): 24-28.

[22]萬歡歡，劉萬學(xué)，萬方浩. 紫莖澤蘭葉片凋落物對入侵地4種草本植物的化感作用 [J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2011，19(1): 130-134.

[23]秦勇，姚軍，曹天宇. 加工用番茄植株浸提液對其幼苗生理特性的影響 [J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23(6): 336-340.

[24]張志忠，石秋香，孫志浩，等. 入侵植物空心蓮子草對生菜和蘿卜的化感效應(yīng) [J]. 草業(yè)學(xué)報，2013，22(1): 288-293.

[25]張志忠，蔣云丹，孫志浩，等. 酢漿草植株水浸提液對蘿卜和生菜的化感效應(yīng) [J]. 熱帶作物學(xué)報，2012，33(4): 704-708.

[26]李世娟，徐秉良，梁巧蘭，等. 桃畸果病的發(fā)生及對桃果實生理生化指標(biāo)的影響 [J]. 植物保護(hù)，2011，37(5): 139-143.

[27]李悅，陳忠林，王杰，等. 鹽脅迫對翅堿蓬生長和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)濃度的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2011，30(1): 72-76.

[28]李美蘭，李德文，于景華，等. 外源NO對南方紅豆杉幼苗光合色素及抗氧化酶的影響 [J]. 植物研究，2013，33(1): 39-44.