李春龍

(成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)分院，成都溫江 611130)

香豆酸、香豆素、羥基肉桂酸、阿魏酸等均屬于酚酸類物質(zhì)，現(xiàn)已被公認(rèn)為化感物質(zhì)[1]?；形镔|(zhì)是植物化感作用的媒介，主要通過揮發(fā)或雨霧、植物表面淋溶、植物根系分泌、植物殘?bào)w或凋落物分解等4種途徑釋放并進(jìn)入環(huán)境，被受體植物吸收而起作用[2-3]。當(dāng)化感物質(zhì)通過植株殘?bào)w分解以及根系分泌等途徑進(jìn)入土壤，使得土壤養(yǎng)分、酶活性以及根際微生物等受到影響，進(jìn)而會(huì)影響作物的正常生長[4-5]。

豌豆(PisumsativumL.)為豆科豌豆屬栽培種，一年生或越年生，是一種很好的速生作物，適應(yīng)范圍極廣，從高寒山區(qū)到炎熱壩區(qū)都能生長，出苗后40 d以上便可采食嫩尖。豌豆是世界性食用豆類作物，主要作蔬菜和糧食使用，也可作綠肥和飼料，是集糧、菜、肥、飼于一體的多用途作物[6]。豌豆被認(rèn)為是最不耐連作的豆科作物之一[7]。目前，國內(nèi)外對豌豆化感作用的研究主要集中在豌豆自毒作用上[8-9]，有關(guān)外源純化感物質(zhì)對豌豆化感作用的研究鮮見報(bào)道。本試驗(yàn)研究不同濃度的外源化感物質(zhì)香豆酸對豌豆種子萌發(fā)、幼苗根際土壤酶活性、土壤酸堿度、土壤微生物數(shù)量的影響，旨在揭示豌豆根際微生物區(qū)系和土壤酶活性的變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料

化感物質(zhì)香豆酸購于Sigma公司，豌豆種子購于四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

1.2 香豆酸處理液的配制

參照宋亮等人的方法[10]，將香豆酸用蒸餾水溶于容量瓶中配成10-2mol/L的母液，然后將母液分別稀釋成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7mol/L。試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)用現(xiàn)配制，用蒸餾水作為對照。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 種子萌發(fā)試驗(yàn) 參照李春龍的方法[11]，挑選粒大、飽滿、大小一致的豌豆種子用蒸餾水清洗，晾干后備用。先用5.25 g/L的NaClO溶液對受試的豌豆種子進(jìn)行消毒，時(shí)間為15 min，然后用蒸餾水清洗4次，每次清洗1 min；將豌豆種子放置在直徑為9 cm的皮氏培養(yǎng)皿中，內(nèi)墊2層濾紙，每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)放豌豆種子30粒，分別將10-7、10-6、10-5、10-4、10-3、10-2mol/L的香豆酸處理液15 mL注入培養(yǎng)皿中，對照為蒸餾水，每個(gè)處理重復(fù)3次。然后將培養(yǎng)皿放置在恒溫恒濕培養(yǎng)箱(25±1)℃，黑暗中進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。待豌豆種子萌芽4 d后記錄其萌發(fā)的種子數(shù)，計(jì)算豌豆種子的發(fā)芽率，記錄完測定所有萌發(fā)幼苗的根長和苗長，并數(shù)出每個(gè)萌發(fā)幼苗的根數(shù)，求其平均值。

1.3.2 幼苗盆栽試驗(yàn) 2014年5月上旬取盆栽土(土壤取自成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院校外實(shí)訓(xùn)基地內(nèi))，取回后先過2遍2 cm篩，篩去較大的石塊及粗枝等，再過細(xì)篩，用45%敵磺鈉350 g進(jìn)行土壤消毒處理，然后將土混勻，隨機(jī)裝盆。每盆土均裝至花盆的三分之二處，每盆裝土10 kg，盆上口徑 28 cm、深25 cm，播豌豆種子10粒。

待豌豆幼苗生長約1個(gè)月后，挑選長勢一致的豌豆壯苗進(jìn)行處理。采用不同濃度的香豆酸(10-7、10-6、10-5、10-4、10-3、10-2mol/L)溶液40 mL澆灌豌豆幼苗，每個(gè)處理重復(fù)4次，用等量的蒸餾水處理作為對照(即0 mol/L)。此后每隔10 d澆40 mL香豆酸處理豌豆幼苗，30 d后即2014年6月25日取豌豆幼苗根際土，用土鉆鉆取深度20 cm、大約300 g豌豆幼苗根際土，輕輕抖動(dòng)后仍然粘貼在豌豆幼苗根系上的土壤用于根際微生物數(shù)量的測定，裝袋、封口并做好標(biāo)簽，立即帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析處理，參照韓春梅等的方法[12]實(shí)施。

1.4 測定方法

1.4.1 豌豆種子萌發(fā)指標(biāo)測定 豌豆幼苗根長、苗長用直尺測量。

1.4.2 土壤酶及土壤酸堿度測定 土壤酶活性測定均參照關(guān)松蔭的方法[13]。土壤反硝化酶活性采用硝態(tài)氮剩余量法測定；纖維素酶活性采用硝基水楊酸比色法測定；脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶以及蔗糖酶活性均采用比色法測定；土壤酸堿度使用酸度計(jì)測定。

1.4.3 土壤微生物分析 土壤微生物采用平板涂抹法[14]測定，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌采用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌采用改良的高氏一號培養(yǎng)基。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差、LSD和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源化感物質(zhì)香豆酸對豌豆種子萌發(fā)的影響

從表1可以看出，與對照比較，低濃度的香豆酸 10-7mol/L 促進(jìn)了豌豆幼苗的4個(gè)形態(tài)指標(biāo)，10-6mol/L的香豆酸也促進(jìn)了豌豆種子的萌發(fā)。隨著香豆酸濃度的增加，豌豆幼苗的4個(gè)形態(tài)指標(biāo)均不同程度受到抑制。10-5mol/L香豆酸處理下的豌豆種子發(fā)芽率較對照顯著下降，比對照降低10.98%；豌豆幼苗的根長、苗長均在香豆酸濃度達(dá)到 10-4mol/L 時(shí)較對照顯著受到抑制，分別較對照下降了28.30%、26.47%；豌豆幼苗的根數(shù)則在香豆酸濃度達(dá)到10-5mol/L時(shí)就顯著受到抑制，較對照減少23.08%。

表1 不同濃度香豆酸對豌豆種子萌發(fā)特性的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，表2同。

2.2 外源化感物質(zhì)香豆酸對豌豆幼苗根際土壤酶活性及土壤酸堿度的影響

從表2可以看出，除了土壤酸性磷酸酶活性隨著香豆酸濃度增加而呈遞增的趨勢外，其他5種土壤酶以及土壤pH值均有隨著外源化感物質(zhì)香豆酸濃度增加而呈遞減的趨勢。當(dāng)香豆酸濃度為10-7mol/L時(shí)，土壤反硝化酶、蛋白酶較對照顯著受到抑制，分別較對照降低了20.49%、8.97%；土壤脲酶、蔗糖酶活性和土壤pH值在香豆酸濃度達(dá)到 10-6mol/L 時(shí)較對照顯著受到抑制，分別較對照降低 33.33%、20.13%、3.59%；土壤纖維素酶活性在香豆酸濃度達(dá)到10-5mol/L時(shí)較對照顯著受到抑制，較對照降低 24.53%；而土壤酸性磷酸酶活性在香豆酸濃度達(dá)到 10-6mol/L 時(shí)較對照顯著提高，較對照提高16.24%。

表2 不同濃度香豆酸對豌豆幼苗根際土壤酶活性及土壤酸堿度的影響

注：表中數(shù)值為平均值±SD(n=3)。

2.3 外源化感物質(zhì)香豆酸對豌豆幼苗根際土壤微生物的影響

從圖1可以看出，不同濃度的香豆酸對豌豆幼苗根際土壤中的細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量均產(chǎn)生不同程度影響，并且隨著香豆酸濃度的增加，豌豆幼苗根際土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均呈遞減的趨勢。與對照比較，香豆酸濃度在 10-6mol/L 時(shí)較對照顯著降低豌豆幼苗根際土壤細(xì)菌(圖1-a)、放線菌(圖1-c)的數(shù)量，分別較對照降低39.77%、31.86%。當(dāng)香豆酸濃度達(dá)到10-4mol/L時(shí)，豌豆幼苗根際土壤內(nèi)真菌數(shù)量較對照顯著下降，較對照降低71.15%(圖1-b)。

2.4 不同濃度香豆酸處理下豌豆幼苗根際土壤微生物數(shù)量及土壤酸堿度與土壤酶活性的相關(guān)關(guān)系

從表3可以看出，在不同濃度香豆酸處理下，豌豆幼苗根際土壤微生物數(shù)量均與土壤脲酶、反硝化酶、纖維素酶、蛋白酶、蔗糖酶活性以及土壤pH值呈極顯著正相關(guān)，而與土壤酸性磷酸酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)。其中，蔗糖酶與土壤pH值的相關(guān)系數(shù)最大，為0.910。

3 結(jié)論與討論

外源化感物質(zhì)香豆酸對豌豆種子萌發(fā)的影響?；形镔|(zhì)的作用影響植物生長的各個(gè)過程及不同的生理過程[15-17]，其中影響最直接的是種子萌發(fā)階段和幼苗生長階段。研究結(jié)果表明，香豆酸對豌豆種子萌發(fā)及幼苗生長的形態(tài)指標(biāo)均表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的效應(yīng)，本結(jié)論與前人的研究結(jié)果[18]類似。

外源化感物質(zhì)香豆酸對豌豆幼苗根際土壤酶活性及土壤酸堿度的影響。香豆酸濃度的增大，降低了土壤pH值，提高了土壤酸性磷酸酶的活性，而降低了土壤脲酶、反硝化酶、纖維素酶、蛋白酶和蔗糖酶的活性，本研究結(jié)論與前人的研究結(jié)果[19-20]相一致。土壤是復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其中土壤酶和土壤微生物對土壤中的養(yǎng)分循環(huán)起著重要的推動(dòng)作用，而土壤理化性質(zhì)又影響著土壤酶活性和土壤微生物的生物活性[21]。因此，從土壤學(xué)入手來研究化感作用是可行的，可以將土壤酶學(xué)同其他相關(guān)學(xué)科緊密結(jié)合起來進(jìn)行化感作用研究。

表3 土壤微生物數(shù)量以及土壤酸堿度與土壤酶活性的相關(guān)關(guān)系

注：“**”表示在0.01水平上顯著。

外源化感物質(zhì)香豆酸對豌豆幼苗根際微生物的影響。隨著香豆酸濃度的增加，其幼苗根際細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量均呈遞減的趨勢，較低濃度10-6mol/L的香豆酸就已經(jīng)顯著抑制土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量。表明不同濃度的香豆酸引起了豌豆根際微生物區(qū)系組成的定向改變，破壞了其根際微生物的平衡，潛在影響著植物，以及植物和微生物的相互作用[12]。相關(guān)研究表明，化感物質(zhì)阿魏酸、4-叔丁基苯甲酸及苯甲醛進(jìn)入土壤后，對微生物區(qū)系變化產(chǎn)生影響，導(dǎo)致土壤微生物胞內(nèi)酶與胞外酶比例失調(diào)或改變酶的構(gòu)象，增強(qiáng)脲酶活性[22]；苜蓿根系分泌物皂苷對木霉具有抑制作用[23]；白菜根系分泌物糖甙硫氰酸酯對泡囊叢枝菌根(VAM)萌發(fā)產(chǎn)生顯著的抑制作用[2]。

香豆酸處理下豌豆幼苗根際土壤微生物、土壤酸堿度與土壤酶的相關(guān)關(guān)系。土壤細(xì)菌、真菌、放線菌等是土壤關(guān)鍵生態(tài)過程中土壤酶活性的重要來源[24]，特定的土壤酶活性與細(xì)菌和真菌類群密切相關(guān)[25]。本研究結(jié)果表明，在不同濃度的香豆酸處理下，豌豆幼苗根際土壤微生物數(shù)量均與土壤酸性磷酸酶活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與其他5種土壤酶活性以及土壤pH值呈極顯著正相關(guān)，表明外源化感物質(zhì)香豆酸的處理影響豌豆的生長過程，改變土壤微生物區(qū)系，進(jìn)而影響土壤酶活性，使得土壤環(huán)境條件向著不利于豌豆植株的生長方向演變。同時(shí)也證實(shí)了Aon等的理論，即特定的土壤酶活性與細(xì)菌、真菌等類群密切相關(guān)[25]。

[1]Chon S U，Choi S K，Jung S，et al. Effects of alfalfa leaf extracts and phenolic allelochemicals on early seedling growth and root morphology of alfalfa and barnyard grass[J]. Crop Protection，2002，21(10)：1077-1082.

[2]孔垂華，胡 飛. 植物化感(相生相克)作用及其應(yīng)用[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001：105.

[3]何華勤，梁義元，賈小麗，等. 酚酸類物質(zhì)的抑草效應(yīng)分析[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，15(12)：2342-2346.

[4]胡開輝，羅慶國，汪世華，等. 化感水稻根際微生物類群及酶活性變化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17(6)：1060-1064.

[5]張恩平，趙茹月，張淑紅. 土壤添加物對外源化感物質(zhì)處理下番茄生長的影響[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015(6)：78-79.

[6]王振鴻. 豌豆的栽培技術(shù)[J]. 農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2004(11)：12-14.

[7]Saucke H，Ackermann K. Weed suppression in mixed cropped grain peas and false flax(Camelinasativa)[J]. Weed Research，2006，46(6)：453-461.

[8]喻景權(quán)，松井佳久. 豌豆根系分泌物自毒作用的研究[J]. 園藝學(xué)報(bào)，1999，26(3)：195-198.

[9]高 旭，張古文，胡齊贊，等. 自毒物質(zhì)肉桂酸對豌豆幼苗生長及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J]. 中國蔬菜，2013(8)：44-49.

[10]宋 亮，潘開文，王進(jìn)闖，等. 酚酸類物質(zhì)對苜蓿種子萌發(fā)及抗氧化物酶活性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26(10)：3393-3403.

[11]李春龍. 水花生不同部位水浸液對豇豆種子萌發(fā)的影響[J]. 種子，2013，32(7)：72-73.

[12]韓春梅，李春龍，葉少平，等. 生姜水浸液對生姜幼苗根際土壤酶活性、生物群落結(jié)構(gòu)及土壤養(yǎng)分的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，32(2)：489-498.

[13]關(guān)松蔭. 土壤酶及其研究方法[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1983：86-97.

[14]Visser S，Parkinson D. Soil biological criteria as indicators of soil quality：soil microorganisms[J]. American Journal of Alternative Agriculture，1992，7(2)：33-37.

[15]朱 峰，何永福，葉照春. 大葉芥菜對眼子菜化感作用潛力的初步評價(jià)[J]. 雜草學(xué)報(bào)，2016，34(2)：49-52.

[16]林 娟，殷全玉，楊丙釗，等. 植物化感作用研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23(1)：68-72.

[17]李 軒，盧海博，黃智鴻. 刺果瓜甲醇提取物對植物化感作用的研究[J]. 雜草學(xué)報(bào)，2016，34(4)：23-27.

[18]周寶利，李 燕，李 東，等. 化感物質(zhì)松香酸對辣椒種子萌發(fā)、

幼苗生長及根際微生物的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2010，25(5)：155-160.

[19]黃益宗，馮宗煒，張福珠. 化感物質(zhì)對土壤硝化反應(yīng)影響的研究[J]. 土壤與環(huán)境，1999，8(3)：203-207.

[20]林瑞余，于翠萍，戎 紅，等. 苗期不同化感潛力水稻根際土壤酶活性分析[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16(2)：302-306.

[21]王延平，王華田. 連作人工林化感效應(yīng)研究綜述[J]. 世界林業(yè)研究，2008，21(4)：25-30.

[22]袁光林，馬瑞霞，劉秀芬，等. 化感物質(zhì)對土壤脲酶的活性影響[J]. 環(huán)境科學(xué)，1998，19(2)：55-57.

[23]Hoagland R E，Zablotowicz R M，Oleszek W A. Effects of alfalfa saponins oninvitrophysiological activity of soil and rhizosphere bacteria[J]. Journal of Crop Protection，2001，4(2)：349-361.

[24]Diamantidis G，Efosse A，Potier P，et al. Purification and characterization of the first bacterial laccase in the rhizospheric bacteriumAzosprillumlipoferum[J]. Soil Biology and Biochemistry，2000，32(7)：919-927.

[25]Aon M A，Colaneri A C. Temporal and spatial evolution of enzymatic activities and physico-chemical properties in an agricultural soil[J]. Applied Soil Ecology，2001，18(3)：255-270.