李彩鳳，陳　明，馬鳳鳴，蓋志佳，郭　劍，王玉波

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱　150030）

甜菜根系分泌物對大豆化感作用研究

李彩鳳，陳明，馬鳳鳴，蓋志佳，郭劍，王玉波

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱150030）

以甜菜為供體，大豆為受體，研究甜菜根系分泌物對大豆生長發(fā)育化感作用。結(jié)果表明，根系分泌物對大豆種子萌發(fā)抑制性化感作用隨根系分泌物濃度升高而增大。檢測出甜菜根系分泌物有31種，其中烷烴類4種（1.44%），酯類12種（62.62%），酚類1種（11.80%），酸類5種（10.33%），烯烴類1種（3.22%），醇類2種（1.23%），萘類4種（7.44%），酮類1種（0.43%），醛類1種（0.67%），其他（0.82%）。在甜菜根系分泌物中，2,6-二叔丁基對甲酚和鄰苯二甲酸為大豆主要化感物質(zhì)，表現(xiàn)為抑制作用。甜菜根系分泌物對大豆產(chǎn)生化感作用，抑制其生長發(fā)育，在大豆幼苗期、始花期、盛莢期、鼓粒期四個時期，降低葉片凈光合速率，化感作用IR（抑制率：Inhibitory rate）分別為-13.9%、-14.2%、-11.7%和-10.4%；同時降低葉片硝酸還原酶（NR）活性，化感作用IR分別為-2%、-11%、-15%和-18%；對大豆株高、每株節(jié)數(shù)、每株莢數(shù)、每莢粒數(shù)，每株粒數(shù)、百粒重、單株籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量化感作用IR分別為-8.4%、-8.7%、-8.6%、-11.7%、-18.4%、-1.7%、-19.3%、-8.0%，平均抑制率為-10.6%，即抑制性化感作用潛力為10.6%。

甜菜；化感作用；根系分泌物；大豆；種子萌發(fā)

網(wǎng)絡(luò)出版時間2016-8-24 15:04:00[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20160824.1504.006.html

李彩鳳,陳明,馬鳳鳴,等.甜菜根系分泌物對大豆化感作用研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,47(8):21-30.

Li Caifeng,Chen Ming,Ma Fengming,et al.Study on allelopathy of sugar beet root exudates on soybean[J].Journal of Northeast Agricultural University,2016,47(8):21-30.(in Chinese with English abstract)

化感作用（Allellopathy）是指植物或微生物代謝分泌物對環(huán)境中其他植物或微生物產(chǎn)生的直接或間接刺激作用[1-2]?；形镔|(zhì)可影響種子發(fā)芽和幼苗生長，周艷麗等研究表明，兩個大蒜品種根系分泌物對萵苣種子發(fā)芽和幼苗生長均表現(xiàn)為低濃度促進、高濃度抑制[3]。研究植物間化感作用，可從本質(zhì)上明確植物生長調(diào)節(jié)和代謝過程作用機制，應(yīng)用于植物高效保護、作物快速增產(chǎn)、輪作體系構(gòu)建。

甜菜（Beta vulgaris L.）是我國北方特有糖料作物，因其需肥量大、吸肥力強、地力消耗嚴(yán)重，后茬作物難續(xù)。大豆是環(huán)境友善型作物，根瘤菌可與大豆根系共生固氮，有益于改善后茬作物土壤肥力。但甜菜對大豆是否存在化感作用研究少，作物領(lǐng)域區(qū)分化感作用與種間資源競爭研究不足[4-6]。因此，本試驗以甜菜為供體，大豆為受體，通過試驗裝置使資源競爭與化感作用分離，探討甜菜根系分泌物對大豆化感影響，明晰甜菜對大豆化感作用，為大豆作為甜菜后茬作物影響提供理論基礎(chǔ)，為作物之間化感作用研究提供新方法。

1　材料與方法

1.1材料

選用標(biāo)準(zhǔn)型甜菜品種甜研309為供體材料，大豆品種東農(nóng)42為受體材料。

1.2方法

1.2.1甜菜根系分泌物對大豆種子發(fā)芽勢及發(fā)芽率化感作用

采用1/3 Hogland營養(yǎng)液培養(yǎng)甜菜幼苗（播種后25 d左右），以50 mL去離子水收集幼苗期根系分泌物溶液為基準(zhǔn)濃度（H）溶液，再以添加去離子水方法配置成H、1/2 H、1/4 H、1/8 H濃度甜菜根系分泌物。選取均一、飽滿大豆籽粒，次氯酸鈉溶液（2%）消毒種子15 min，清水反復(fù)沖洗3次。每個鋪有雙層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿（9 cm），放入50粒大小均一，健康飽滿大豆種子，設(shè)5個處理，分別是蒸餾水、H、1/2 H、1/4 H、1/8 H，每個處理15 mL，3次重復(fù)。種子25℃暗培養(yǎng)7 d，每天使種子保持濕潤，且統(tǒng)計發(fā)芽種子數(shù)（以破胸為標(biāo)志），3 d后計算發(fā)芽勢，7 d后計算發(fā)芽率。

1.2.2幼苗期甜菜根系分泌物成分鑒定

收集：參照沈荔花等溶液培養(yǎng)法[7]，略有改進。收集分泌物同時稱根重，以0.6 g·mL-1根系分泌物為原液，真空冷凍干燥機濃縮至2.0 g·mL-1，密置于4℃冰箱中備用。

萃取法分離：取濃度為2.0 g·mL-1根系分泌物100 mL用乙酸乙酯按體積比2 ?1比例萃取3次后，將上述各4種組分經(jīng)無水硫酸鈉干燥后，減壓濃縮，溶于5 mL甲醇中，放入-20℃冰箱備用，待生物檢測。

成分鑒定：對有化感潛力組分，過樹脂柱、硅膠柱等處理，以氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）法，鑒定出具體化感物質(zhì)。

1.2.3甜菜根系分泌物主成分對大豆種子萌發(fā)和幼苗化感作用模擬試驗

種子萌發(fā)試驗：在直徑為9 cm培養(yǎng)皿中，平放雙層定性濾紙，分別加入2,6二叔丁基對甲酚，鄰苯二甲酸，鄰苯二甲酸二丁酯三種物質(zhì)，每種物質(zhì)4個濃度，分別是0、50、100、150 μmol·L-1。在培養(yǎng)皿內(nèi)溶劑揮發(fā)完全后，加入8 mL蒸餾水，每個培養(yǎng)皿50粒種子，12%H2O2消毒3 min，選取飽滿均一種子放置培養(yǎng)皿濾紙內(nèi)，封蓋，5次重復(fù)，24℃恒溫箱中培養(yǎng)，3～7 d后，每天統(tǒng)計種子發(fā)芽數(shù)，計算發(fā)芽率。

大豆幼苗化感作用試驗：大豆經(jīng)消毒和催芽，選萌發(fā)良好一致種子播種在10 L盆中，出苗后，開始用同發(fā)芽測定的不同濃度三種物質(zhì)處理，每個處理5次重復(fù)，20 d后測定大豆葉片葉綠素含量和凈光合速率。

1.2.4盆栽試驗

試驗設(shè)計見表1。

表1　 試驗設(shè)計Table 1　Test design

1.2.4.1栽培裝置

試驗裝置（見圖1）：直徑32 cm、高30 cm小有機玻璃圓缸，缸底直徑3 mm打孔，孔橋距9 mm，缸底內(nèi)襯尼龍網(wǎng)。將小有機玻璃圓缸內(nèi)嵌入直徑34 cm、高32 cm，底部打孔（孔徑等同上）和不打孔大有機玻璃圓缸中，大、小缸壁間距離1 cm。套嵌的兩個有機玻璃圓缸底部之間通過3塊（2 cm×2 cm×2 cm）間隔等距有機玻璃塊粘合在一起，并使大、小有機玻璃圓缸粘結(jié)為一體，3個有機玻璃塊支撐小有機玻璃圓缸懸空于大有機玻璃圓缸內(nèi)，稱之為大缸底部有孔和無孔“雙套筒中空有機玻璃圓缸”。

黑龍江省年均降雨量約600 mm，60%集中在7、8月份。試驗按自然實際周降雨量，每7 d澆1次水。

預(yù)備試驗證明，這種自制裝置可使小有機玻璃圓缸內(nèi)甜菜根系分泌物隨土壤溶液經(jīng)小、大有機玻璃圓缸之間的“中空無土壤”路徑，流滲入大圓玻璃缸以外盆中土壤，形成有化感、無競爭的地下部化感與地下部競爭分離試驗設(shè)計。

圖1　試驗裝置俯視與正視Fig.1　Test apparatus overlook and face

根系分泌物隨土壤溶液流滲入大有機玻璃圓缸以外盆中土壤時，也會有極少量N、P、K隨土壤溶液流滲入盆中土壤。

本試驗采取“補差”辦法解決上述問題：用吸管及時收集并保存對照中（無孔“雙套筒中空有機玻璃圓缸”）大有機玻璃圓缸底部一周內(nèi)積存水溶液，經(jīng)過濾等處理，測量其體積和N、P、K濃度，計算各自的量。于翌周澆水時（水中溶有相對應(yīng)量的N、P、K）對各不同處理，按不同（0倍量、2倍量等）差額補差使各處理地下部資源總量相同。

1.2.4.2土壤小缸與大缸內(nèi)裝土重量相同，為25 kg，每個處理12次重復(fù)。土壤化學(xué)性質(zhì)為pH 7.2，有機質(zhì)35.6mg·kg-1，全氮0.158%，全磷0.078%，堿解氮212.8 mg·kg-1、速效磷54.1 mg·kg-1、速效鉀129mg·kg-1。

1.2.4.3播種方式

每個盆中播4穴，每穴5粒種子，播種后覆干土3 cm，保證出苗率，日后需間苗、定苗。

1.2.5取樣及測定方法

晴天，上午9:00～10:00，分別在苗期（V3）、始花期（R1）、盛莢期（R4），鼓粒期（R6）對剛展開葉片（倒2、3葉）測定凈光合速率。并將該部位葉片用冰盒帶回實驗室測定硝酸還原酶活性。

大豆葉片硝酸還原酶活性測定參照馬鳳鳴等方法[8]。大豆葉片凈光合速率（Pn）采用美國LICoK6400R便攜式光合儀測定；葉片葉綠素含量采用SPAD-502Plus葉綠素含量測定儀測定。

1.2.6數(shù)據(jù)計算及分析

種子發(fā)芽率（%）=（種子發(fā)芽7 d內(nèi)正常發(fā)芽的所有種子數(shù)/測試種子數(shù)）×100%。

發(fā)芽勢（%）=（種子發(fā)芽開始3 d內(nèi)正常發(fā)芽的所有種子數(shù)/測試種子數(shù)）×100%。

以大豆各指標(biāo)平均作用抑制率IR（Inhibitory rate）判定甜菜對大豆化感作用與資源競爭，IR為正值，表示促進作用，負(fù)值，表示抑制作用。

計算公式如下：IR（%）=（處理值-對照值)/對照值×100%。

平均IR值=各指標(biāo)IR之和/指標(biāo)數(shù)。

試驗結(jié)果用SPSS 19.0軟件進行Duncan新復(fù)全距測驗分析。

2　結(jié)果與分析

2.1甜菜根系分泌物對大豆種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率影響

如表2所示，各濃度甜菜根系分泌物對大豆種子萌發(fā)均有抑制作用。隨濃度不斷增加，種子發(fā)芽率逐漸下降，從95%下降到65%，與清水對照相比，1/8H、1/4H、1/2H和H濃度下大豆發(fā)芽率顯著降低（P<0.05）；發(fā)芽勢從95%下降到60%，濃度從1/4H增加到H時，甜菜根系分泌物對大豆種子發(fā)芽勢影響幅度變小?；凶饔靡种茝姸入S根系分泌物濃度增加而增大，與清水對照相比，1/8H、1/4 H、1/2 H、H對發(fā)芽率IR值分別為-15.79%、-17.89%、-18.95%和-31.58%；對發(fā)芽勢IR值分別為-15.79%、-25.26%、-31.58%和-36.84%。

表2　甜菜根系分泌物對大豆種子萌發(fā)影響Table 2　Effects of sugar beet root exudate on soybean seed germination　(%)

2.2甜菜根系分泌物成分鑒定

試驗中鑒定出甜菜根系分泌物31種（見表3），其中烷烴類4種（1.44%），酯類12種（62.62%），酚類1種（11.80%），酸類5種（10.33%），烯烴類1種（3.22%），醇類2種（1.23%），萘類4種（7.44%），酮類1種（0.43%），醛類1種（0.67%），其他（0.82%）。鑒定出組分中，酯類種類最多，所占總成分比例也最大。鄰苯二甲酸二丁酯峰面積最大，占總面積47.22%，2,6-二叔丁基對甲酚占11.80%。鄰苯二甲酸是甜菜根系分泌物分泌酸類中的主要成分，占總峰面積4.31%，其次是異辛酸占3.66%，甲基9-（Z）-十八烯酸占1.36%。

2.3甜菜根系分泌物主要成分對大豆幼苗生長影響

甜菜根系分泌物對大豆幼苗生長影響見表4。

表3　甜菜根系分泌物成分鑒定Table 3　Ingredient identification on sugar beat root exudates

表4　甜菜根系分泌物對大豆幼苗生長影響Table 4　Effects of sugar beat root exudates on soybean seedling growth

由表4可知，2,6-二叔丁基對甲酚和鄰苯二甲酸對大豆幼苗生長有明顯抑制作用，隨處理濃度增大，大豆發(fā)芽率逐漸降低，葉綠素含量逐漸減少，凈光合速率降低且各處理間差異顯著（P<0.05），但鄰苯二甲酸二丁酯對大豆幼苗生長幾乎無影響，各處理間無顯著差異。

2.4甜菜根系分泌物對大豆葉片凈光合速率(Pn)影響

Pn值是體現(xiàn)光合特性最直接指標(biāo)，也反映品種光合潛能[9]。如圖2所示，大豆全生育期內(nèi)葉片凈光合速率Pn先升后降，始花期達(dá)最大值。V3時期，A>D>B>C，處理A與處理B、C差異顯著（P<0.05）；大豆R1時期，此時為甜菜塊根膨大期，各處理間Pn差異顯著（P<0.05），說明甜菜對大豆化感作用和營養(yǎng)競爭作用增強；大豆盛莢期，處理A與D比較，大豆葉片光合速率差異不顯著，處理A、B和C比較，差異顯著（P<0.05）；大豆鼓粒期，大豆葉片Pn降低，處理B開始出現(xiàn)早衰現(xiàn)象，與其他3個處理相比較，處理間差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。表明大豆生育期間，甜菜根系分泌物抑制大豆葉片Pn，對大豆光合作用產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。

圖2　不同處理下大豆各生育時期凈光合速率Fig.2　Net photosynthetic rates at soybean each growing period under different treatments

由表5可知，B、C、D 3個處理IR皆為負(fù)值，且在始花期最大。大豆幼苗期、始花期、盛莢期和鼓粒期，處理C大豆葉片凈光合速率IR（甜菜對大豆化感作用）分別達(dá)-13.9%、-14.2%、-11.7% 和-10.4%，平均IR達(dá)-12.6%，處理B大豆葉片凈光合速率IR分別達(dá)-12.5%、-33.0%、-23.9%和-23.8%。

2.5甜菜根系分泌物對大豆葉片硝酸還原酶(NR)活性影響

NR是硝態(tài)氮同化過程關(guān)鍵酶，也是植物代謝中重要調(diào)節(jié)酶和限速酶。NR活性決定硝態(tài)氮代謝速度，NR活性高低對整個氮代謝強弱起關(guān)鍵作用[10]。由圖3可知，在大豆生育期中，大豆葉片NR活性均呈單峰曲線變化趨勢，R4時期達(dá)最大值。V3時期4個處理NR活性差異不顯著；在R1和R4兩個時期，處理A的NR活性與B、C有明顯差異，且差異達(dá)顯著水平（P<0.05），但與處理D差異不顯著；在R6期，與V3、R1和R4時期相比，各處理間NR值均大幅下降，與處理A相比，處理B和C 的NR活性顯著降低（P<0.05），說明甜菜對大豆化感作用與資源競爭共同影響，降低大豆NR活性，限制大豆對氮的轉(zhuǎn)化能力。

表5　不同處理下大豆葉片凈光合速率的IRTable 5　IR of net photosynthetic rate in soybean leaf under different treatments　(%)

圖3　不同處理下大豆各生育時期硝酸還原酶活性Fig.3　NR activities at soybean each growing period under different treatments

由表6可知，B、C、D 3個處理葉片NR活性IR皆為負(fù)值，且處理B和C在鼓粒期最低，表明B、C和D3個處理均抑制大豆硝酸還原酶活性。在大豆V3、R1、R4和R6 4個時期，處理B的NR活性IR分別為-11%、-25%、-26%和-33%，平均IR 為-24%；處理C大豆NR活性IR（即甜菜對大豆化感作用）分別達(dá)-2%、-11%、-15%和-18%，平均IR為-11%。比較B、C處理的平均IR，得出甜菜對大豆資源競爭作用為13%，且表現(xiàn)為抑制作用。處理D大豆葉片NR活性IR分別達(dá)-7%、-3%、-8%和-5%，平均IR為-6%。

2.6甜菜根系分泌物對大豆生長和產(chǎn)量影響

由表7可知，處理A大豆株高和節(jié)數(shù)高于B、C、D處理，處理B最低，可見化感作用和資源競爭共同影響大豆生長狀況，且表現(xiàn)抑制作用。處理A與C相比，處理C株高、節(jié)數(shù)顯著降低（P< 0.05），說明甜菜抑制大豆生長，表現(xiàn)抑制性化感作用；從產(chǎn)量性狀上看，每株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、每株粒數(shù)、百粒重、單株籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量，各處理趨勢大致相同，即處理A>D>C>B，且處理間達(dá)顯著水平（P<0.05）。表明大豆產(chǎn)量受甜菜化感作用影響顯著，產(chǎn)量降低。

表6　 各處理下大豆葉片NR活性的IRTable 6　IR of NR activity in soybean leaf under different treatments　(%)

表7　甜菜根系分泌物對大豆生長和產(chǎn)量影響Table 7　Effects of sugarbeet root exudate on soybean growth and yield

由表8可知，處理B，大豆株高、每株節(jié)數(shù)、每株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、每株粒數(shù)、百粒重、單株籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量性狀上資源競爭與化感共同作用IR分別為：-13.1%、-13.7%、-15.4%、-18.7%、-27.5%、-4.2%、-33.5%、-11.6%，平均值為-17.2%，甜菜對大豆作用IR達(dá)-17.2%。處理C，甜菜對大豆株高、每株節(jié)數(shù)、每株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、每株粒數(shù)、百粒重、單株籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量性狀的化感作用，IR分別為-8.4%、-8.7%、-8.6%、-11.7%、-18.4%、-1.7%、-19.3%、-8.0%，平均IR為-10.6%，即抑制性化感作用潛力達(dá)10.6%?？梢?，甜菜對大豆單純化感作用，也會使大豆生長和產(chǎn)量性狀指標(biāo)降低，造成大豆減產(chǎn)。處理B的IR減去處理C的IR為甜菜對大豆土壤養(yǎng)分競爭效應(yīng)，即甜菜對大豆株高、每株節(jié)數(shù)、每株莢數(shù)、每莢粒數(shù)、每株粒數(shù)、百粒重、單株籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量性狀上IR分別：-4.7%、-5.0%、-6.8%、-7%、-9.1%、-2.5%、-14.2%、-3.6%，平均值為-6.6%，說明甜菜對大豆土壤養(yǎng)分競爭為負(fù)效應(yīng)。比較化感作用與地下資源競爭作用發(fā)現(xiàn)，甜菜對大豆化感作用大于對大豆地下資源競爭作用。

表8　大豆生長和產(chǎn)量性狀抑制率Table 8　IR of soybean growth and yield traits　(%)

3　討　論

研究根系分泌物化感問題關(guān)鍵是試驗存在化感作用，但化感作用又和競爭作用分隔，即栽植供體土壤不能與栽植受體土壤有共同交界面。Xu等研究表明，競爭與根密度和土壤深度、無機氮形式和生長季有關(guān)，根所占土壤容積和土壤密度作用比空氣溫度和降水因素大[11]。本試驗在化感與競爭真正分離情況下，小缸內(nèi)與大缸外盆內(nèi)所裝土壤質(zhì)量保持一致，保證供體與受體競爭關(guān)系穩(wěn)定，可提高試驗結(jié)果準(zhǔn)確性。

本試驗中，甜菜根系分泌物對大豆生長和發(fā)育有抑制作用。隨分泌物濃度增大，大豆發(fā)芽率和發(fā)芽勢逐漸降低。李春杰等研究表明，在裸地12年區(qū)，大豆種子在大豆、玉米和亞麻根滲出物中發(fā)芽勢很低，為30%，在甜菜根滲出物中發(fā)芽率最高，為100%，發(fā)芽勢也高達(dá)80%[12]。與本試驗結(jié)果不同，可見，不同生長環(huán)境下，甜菜根系分泌物對大豆發(fā)芽影響表現(xiàn)出促進或抑制兩種不同效應(yīng)。

Tang等研究表明，根系分泌物中植物生長抑制劑主要是酚類化合物[13]。本試驗中，通過水培法收集甜菜根系分泌物，再用萃取法，通過乙酸乙酯分離純化根系分泌物，經(jīng)GC-MS分析，并與NIST05譜庫核對，確定各組分名稱及結(jié)構(gòu)。鑒定出組分中，酯類種類最多，所占總成分比例也最大。主要是鄰苯二甲酸二丁酯和2,6-二叔丁基對甲酚。鄰苯二甲酸是甜菜根系分泌物分泌酸類中的主要成分。通過這幾種物質(zhì)對大豆幼苗化感作用試驗，可初步判斷，2,6-二叔丁基對甲酚及鄰苯二甲酸在甜菜對大豆化感作用中起重要作用。Hussain等研究指出，當(dāng)鴨茅（Dactylics agglomer?ate）生長環(huán)境中出現(xiàn)天然化合物對羥基苯甲酸時，與光合作用有關(guān)的初級代謝產(chǎn)物含量顯著降低，光合作用效率降低[14]。本試驗發(fā)現(xiàn)對大豆幼苗生長有抑制作用的不只是鄰苯二甲酸，2,6-二叔丁基對甲酚同樣抑制大豆光合作用。

化感物質(zhì)釋放途徑很多，如雨霧淋溶、自然揮發(fā)、根系分泌、殘根分解和植株降解[15]。通過試驗分析，D處理各項指標(biāo)均比處理A低，IR為負(fù)值。原因是甜菜對大豆地上部存在化感作用，化感物質(zhì)通過自然揮發(fā)釋放到空氣中，對臨近受體產(chǎn)生影響。因為處理C大豆和甜菜地下部相互獨立，比處理A各項指標(biāo)低，又低于處理D，也說明地下部化感作用，是根系分泌物與微生物共同作用結(jié)果。

韓麗梅等對大豆根系分泌物研究中，鄰苯二甲酸能顯著降低大豆幼苗根系活力，使大豆根系吸收養(yǎng)分和水分能力下降；破壞大豆幼苗葉片細(xì)胞膜穩(wěn)定性，降低抗逆性，導(dǎo)致大豆幼苗生長發(fā)育受阻，生物產(chǎn)量下降[16]。本試驗通過大豆生理效應(yīng)分析，在大豆幼苗期、始花期、盛莢期和鼓粒期，處理C中大豆葉片凈光合速率IR和葉片硝酸還原酶活性IR皆為負(fù)值，表明甜菜化感作用能降低大豆光合作用強度和大豆硝酸還原酶活性。大豆株高、單株節(jié)數(shù)、以及各項產(chǎn)量性狀指標(biāo)均受到甜菜化感作用抑制。在大豆鼓粒期，大豆葉片凈光合速率和硝酸還原酶活性均降低，處理C較處理A均顯著降低（P<0.05），與試驗中發(fā)現(xiàn)該處理發(fā)生早衰現(xiàn)象相符。

本試驗中大豆產(chǎn)量下降原因是作物產(chǎn)量中90%～95%物質(zhì)來自光合作用，光合速率與產(chǎn)量呈正相關(guān)[17]。甜菜根系分泌物中苯甲酸衍生物抑制大豆凈光合速率，植物在光合作用中吸收二氧化碳減少，合成的碳水化合物減少，干物質(zhì)減少，同時葉綠素含量減少，葉片功能過早退化，發(fā)生早衰；大豆是喜氮植物，化感物質(zhì)降低硝酸還原酶活性，使氮的無機同化能力降低，農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量下降。苯甲酸衍生物對大豆生長及生理活性影響，尚需進一步研究。

甜菜對大豆化感作用抑制率為-10.6%，甜菜對大豆地下資源競爭抑制率為-6.6%。說明化感作用影響大于資源競爭。在日常套作及輪作生產(chǎn)中要注意植物間化感作用影響，這種影響分為促進或抑制兩個方向[18-20]，而本試驗中甜菜對大豆化感作用表現(xiàn)為抑制作用。

本研究主要以大豆生長發(fā)育狀況反映甜菜對大豆化感作用，而甜菜對大豆土壤狀況影響需進一步試驗分析。

4　結(jié)　論

甜菜根系分泌物能抑制大豆發(fā)芽勢和發(fā)芽率，延長發(fā)芽時間，胚根長度受抑制，同時抑制大豆生長，降低大豆凈光合速率和硝酸還原酶活性，導(dǎo)致大豆產(chǎn)量減少。在甜菜根系分泌物中，2, 6-二叔丁基對甲酚和鄰苯二甲酸為大豆主要化感物質(zhì)。

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

[2]Xiong J,Lin W X,Zhou J J,et al.Analysis on resource competi?tion and allelopathic effect on barnyardgrass in rice accessions ex?posed to different N application rates[J].Chin J of Appl Ecol, 2005,16(5):885-889.

[3]周艷麗,王艷,李金英,等.大蒜根系分泌物的化感作用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2011,22(5):1368-1372.

[4]王光華,金劍,韓曉增,等.不同土地管理方式對黑土土壤微生物量碳和酶活性的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2007,18(6):1275-1280.

[5]劉曉冰,王光華,金劍,等.作物根際和產(chǎn)量生理研究[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[6]高興武,史淑芝,程大友,等.談甜菜連作障礙[J].中國甜菜糖業(yè),2008(2):19-22.

[7]沈荔花,梁義元,何華勤,等.水稻化感生物測試方法的比較及應(yīng)用[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2004,15(9):1575-1579.

[8]馬鳳鳴,高繼國.硝酸還原酶活力作為甜菜氮素營養(yǎng)診斷及預(yù)測產(chǎn)糖量指標(biāo)的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1996(5):16-22.

[9]Riarcher W.植物生理生態(tài)學(xué)[M].翟志席,郭玉海,馬永澤,譯.北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,1997.

[10] 劉麗,甘志軍,王憲澤.植物氮代謝硝酸還原酶水平調(diào)控機制的研究進展[J].西北植物學(xué)報,2004,24(7):1355-1361.

[11]Xu X,Ouyang H,Richter A,et al.Spatio-temporal variations de?termine plant-microbe competition for inorganic nitrogen in an al?pine meadow[J].Journal of Ecology,2011,99(2):563-571.

[12] 李春杰,趙丹,司兆勝,等.不同輪作系統(tǒng)中作物根滲出物對大豆種子萌發(fā)的化感作用[J].大豆科學(xué),2013,32(2):206-210.

[13]Tang C S,Young C C.Collection and identification of allelopathic compounds from the undisturbed root system of bigalta limpo?grass(Hemarthria altissima)[J].Plant Physiology,1982,69(1): 155-160.

[14]Hussain M I,Reigosa M J,Al-Dakheel A J.Biochemical,physio?logical and isotopic responses to natural product p-hydroxybenzo?ic acid in Cocksfoot(Dactylis glomerata L.)[J].Plant Growth Reg?ulation,2015,75(3):783-792.

[15]拱健婷,張子龍.植物化感作用影響因素研究進展[J].生物學(xué)雜志,2015(3):73-77.

[16]韓麗梅,王樹起,鞠會艷,等.大豆根分泌物的鑒定及其化感作用的初步研究[J].大豆科學(xué),2000,19(2):119-125.

[17]許大全,沈允鋼.光合作用與作物產(chǎn)量[M].北京:科學(xué)出版社, 1992.

[18]Ma Y,Wang X,Wei M,et al.Accumulation of phenolic acids in continuously cropped cucumber soil and their effects on soil mi?crobes and enzyme activities[J].Chinese Journal of Applied Ecol?ogy,2005,16(11):2149-2153.

[19]Xiao H,Peng S,Zheng Y,et al.Interactive effects between plant allelochemicals,plant allelopathic potential and soil nutrients[J]. Chinese Journal of Applied Ecology,2006,17(9):1747-1750.

[20]戴建軍,宋朋慧,閆暮春,等.不同種植方式對苗期大豆,玉米根際土壤酶活性及微生物量碳氮的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,44(2):17-22.

Study on allelopathy of sugar beet root exudates on soybean/LI Caifeng,

CHEN Ming,MA Fengming,GAI Zhijia,GUO Jian,WANG Yubo(School of Agriculture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China）

With sugar beet as the donor crop and soybean as the acceptor crop,the allelopathy of sugar beet root exudates on soybean's growth and development was researched.The results showed that the allelopathic effect of sugar beet root exudates on soybean increased with an increase in the concentration of the exudates.Total 31 kinds of sugar beet root exudates were found in the root exudates,among which there were four alkanes(1.44%),twelve esters(62.62%),one phenol(11.80%),five acids(10.33%),one olefin (3.22%),two alcohols(1.23%),four naphthalenes(7.44%),one ketone(0.43%),one aldehydes(0.67%),and others(0.82%).In the sugar beet root exudates,2,6-di-tert-butyl-p-cresol and phthalate were the main allelochemicals,and they showed the inhibition on soybean.The sugar beet root exudates inhibited the soybean's growth and development significantly;at the period of seedling,flowering and poding,filling,IR(Inhibitory rate)of the net photosynthetic rate of soybean leaf were-13.9%,-14.2%,-11.7%and-10.4%,respectivelyand IR of the net nitrate reductase activity were-2%,-11%,-15%,and-18%;meanwhile,IR of of sugar beat on the soybean height,nodes per plant,pods per plant,seeds per pod,seeds per plant,kernel weight,seed yield per plant,biomass yield were-8.4%,-8.7%,-8.6%,-11.7%,-18.4%,-1.7%,-19.3%,-8.0%,respectively. The average value was-10.6%,which meant that the allelopathic inhibtition potential was 10.6%.

sugar beat;allelopathy;root exudate;soybean;seed germination

S566.3

A

1005-9369（2016）08-0021-10

2016-12-28

國家自然科學(xué)基金項目（31371568）

李彩鳳（1965-），女，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向為作物栽培生理與分子生物學(xué)。E-mail:licaifeng@neau.edu.cn