鄭 瑞，師尚禮，馬史琛

（甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院 / 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室 / 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)研究中心, 甘肅 蘭州 730070）

植物生長代謝途徑中會產生一些次生物質，他們通過植物根系分泌、莖葉揮發(fā)和殘體分解等途徑釋放到環(huán)境中，這些物質若對后茬同種作物生長產生影響，這種現象被稱為自毒作用，若對后茬其他種植物的生長發(fā)育造成影響則稱之為他感作用[1-2]。被譽為牧草之王的苜蓿(Medicago sativa)作為最重要的飼草之一，不僅填補了優(yōu)質蛋白飼料的空缺，并且對促進奶產品、肉制品的優(yōu)良發(fā)展做出了重要的貢獻。然而，植株矮小、根系受損、幼苗死亡等現象在苜蓿連作后發(fā)生頻繁[3]，說明苜蓿連作極不利于他的發(fā)育生長，而自毒作用是造成苜蓿連作幼苗死亡和產量下降的主要原因[4]。有研究發(fā)現苜蓿植株的水浸提液抑制苜蓿種子的萌發(fā)和幼苗的生長，而且隨著水浸提液濃度的增加抑制作用增強，說明苜蓿水浸提液中含有自毒物質[5]。研究者[6]發(fā)現苜蓿自毒物質香豆素和肉桂酸在處理濃度高于6 μg·mL-1后，抑制作用顯著。苜蓿的自毒物質是由苜蓿的活體和殘體產生并分泌或釋放到周圍環(huán)境，并且不是單一的某種物質，而是幾種物質的混合物，這些物質的存在對下茬苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長造成了不可避免的傷害[7]。苜蓿體內自毒物質產生的影響因素有很多，例如苜蓿的品種、株齡、密度、土壤環(huán)境、田間管理、耕作制度等因素都會對自毒作用產生不同程度的影響[8]。由于自毒物質通過一般田間管理措施很難對其進行徹底消除，所以，對于由自毒作用引起的苜蓿連作障礙至今缺少有效的調控措施。

小麥(Triticum aestivum)是一種典型的他感型禾本科作物，也是存在連作障礙的作物之一，其主要通過根系分泌、殘體分解等方式影響自身或鄰近植物的生長發(fā)育。Kimber[9]研究發(fā)現小麥殘體對小麥的生長有抑制作用，小麥的自毒作用在秸稈還田中表現十分明顯，秸稈還田是為了改善土壤條件，然而這種措施往往會導致小麥本身發(fā)芽和生長受阻，產量下降[10]。進一步研究發(fā)現，小麥秸稈和種植過小麥的土壤浸提液明顯抑制小麥的發(fā)芽和幼苗生長，并且已從小麥秸稈中分離出了香豆酸、對一羥基苯甲酸、丁香酸、香草酸、阿魏酸等他感物質[11]。有研究表明苜蓿與貓尾草(Phleum pretense)、燕麥(Avena sativa)等飼用禾本科谷物或玉米(Zea mays)、小麥等禾本科作物輪作一季后幾乎能徹底降解苜蓿自毒作用[12-13]。

苜蓿和小麥輪作后苜蓿相對發(fā)芽率均達97%以上，有效刺激了苜蓿胚芽、胚根伸長，苜蓿輪作1年小麥可以全部解除自毒效應并且提高土壤微生物多樣性，促進土壤由真菌型向細菌型轉化，土壤肥力和酶活性也明顯增加[14-15]。近年來，關于自毒物質在植物體內的含量和種類的研究收獲頗多，然而對于自毒物質的侵害途徑以及受體植物的中毒機制研究報道較為少見，苜蓿、小麥間他感作用的機理研究較為鮮見。本研究以苜蓿和小麥兩種作物為試驗材料，通過室內培養(yǎng)和生理生化指標的測定，研究兩種作物的自毒、他感效應和其生理生化機制，為降解毒害以及合理輪作奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用甘農2號紫花苜蓿(Medicago sativa‘Gannong No.2')、 隴 春 BJ103 小 麥 (Triticum aestivum‘longchunBJ-103')兩種作物，種子來自甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院，試驗在甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院實驗室進行。

1.2 試驗方法

1.2.1 浸提液制備

在直徑為 180 mm × 350 mm 的花盆中采用沙培法種植苜蓿 (甘農 2號)和小麥 (隴春 BJ103)各10盆，每盆50粒，定時澆灌等量蒸餾水和營養(yǎng)液(霍格藍氏營養(yǎng)液)，培養(yǎng)40 d后，將幼苗連根取出，用自來水沖洗根部，晾干，放置于105 ℃的烘箱中殺青15～20 min，之后降低烘箱溫度，維持在70～80 ℃，烘干，之后用碾槽碾碎至粉末。然后準確稱取苜蓿干粉 0、0.1、0.25、0.5、1 g，分別加入 1 000 mL 蒸餾水溶解，在 24 ℃ ± 1 ℃ 條件下振蕩浸提24 h，浸提物經過4層紗布過濾，初步去除其中的植物纖維，再經 3 000 r·min-1離心 2 h，取上清液真空抽濾，通過一層定量濾紙，最后，以蒸餾水分別定容[16-17]，使苜蓿浸提液濃度分別為0(CK)、0.1、0.25、0.5、1 g·L-1，小麥各濃度浸提液制備同上。

用苜蓿浸提液澆灌下茬苜蓿種子和幼苗為苜蓿

自毒試驗，澆灌下茬小麥種子和幼苗為苜蓿-小麥他感試驗；用小麥浸提液澆灌下茬小麥種子和幼苗為小麥自毒試驗，澆灌下茬苜蓿種子和幼苗為小麥-苜蓿他感試驗。

1.2.2 種子萌發(fā)試驗

取苜蓿(甘農2號)和小麥(隴春BJ103)種子，在0.05%的次氯酸鈉溶液中消毒15 min，取出種子，用蒸餾水反復沖洗(約5～6次)至次氯酸鈉完全沖洗干凈。在9 cm的培養(yǎng)皿中鋪上濾紙，用少量的蒸餾水浸濕濾紙，使濾紙和培養(yǎng)皿底部完全貼合。每個培養(yǎng)皿放置苜蓿種子(甘農2號)30粒，小麥種子(隴春BJ103)20粒，用各個濃度的苜蓿幼苗浸提液分別將苜蓿和小麥種子完全浸沒，每個濃度做3次重復，蒸餾水處理作為對照。小麥幼苗浸提液處理同上。培養(yǎng)皿加蓋后放置于24 ℃，14 h光照10 h黑暗的光照培養(yǎng)箱中，期間定時定量添加浸提液少許，保證種子發(fā)芽的濕潤環(huán)境。120 h后測定發(fā)芽率、下胚軸長度(苜蓿)、胚芽鞘長度(小麥)及胚根長[18]。

3.1.3 壩料攤鋪 粘土心墻料鋪筑沿壩軸線進行，鋪料時嚴格控制鋪土厚度，土料采用推土機及裝載機攤鋪平整，并隨時進行鋪料厚度測量，確保厚度滿足要求。

1.2.3 幼苗生長試驗

將消毒后的苜蓿、小麥種子分別種于直徑為180 和350 mm的花盆，苜蓿每盆30粒，小麥每盆20粒。定期澆灌不同處理的浸提液30 mL(苜蓿浸提液分別澆灌苜蓿和小麥，小麥浸提液分別澆灌小麥和苜蓿)，以蒸餾水為對照，3次重復，常規(guī)方法管理。4周隨機選取苜蓿、小麥幼苗各20株，測定幼苗株高、根長、苗鮮重、根鮮重。計算化感效應指數(RI)：

式中：C為對照值，T為處理值。當RI＞0 時，表示促進作用；當RI＜0 時，表示抑制作用。RI絕對值的大小代表化感作用強度[19-20]。

1.2.4 生理指標的測定

采用氮藍四唑(NBT)法、愈創(chuàng)木酚法和高錳酸鉀滴定法分別測定超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)的活性[21]。采用李合生[18]的方法測定細胞膜相對透性、丙二醛(MDA)含量；采用Mukherjee和Choudhuri[22]的方法測定H2O2含量。

1.3 數據統(tǒng)計分析

試驗所得數據采用Excel 2010對數據進行整理，采用 IBM SPSS Statistics 19.0 進行數據處理和方差分析。

2 結果與分析

2.1 浸提液對苜蓿、小麥種子萌發(fā)的自毒和他感效應

浸提液種內澆灌，隨著浸提液濃度的增加發(fā)芽率呈逐漸下降趨勢；種間澆灌隨著浸提液濃度的增加發(fā)芽率呈先增后減趨勢(圖1)。與對照相比，苜蓿浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體苜蓿種子發(fā)芽率無明顯變化，濃度為0.25、0.5和1 g·L-1時，受體苜蓿種子發(fā)芽率分別降低8.58%、17.46%和41.41%，且差異顯著(P＜0.05)；與對照相比，苜蓿浸提液

圖 1 浸提液濃度處理的苜蓿、小麥種子發(fā)芽率Figure 1 Different concentrations of leaching solution on alfalfa and wheat germination rates

自毒效應使苜蓿、小麥胚根長度隨著浸提液濃度增加而降低，當濃度大于0.5 g·L-1后，下降明顯；他感效應使苜蓿、小麥胚根長度隨著浸提液濃度增加呈先增后減趨勢，相比受體小麥胚根長度的變化，受體苜蓿變化幅度較大(圖2)。與對照相比，苜蓿浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體苜蓿胚根長度與對照差異不顯著(P＞0.05)，濃度為0.25、0.5和1 g·L-1時，受體苜蓿胚根長度分別降低 18.18%、25%和79.92%，且差異顯著(P＜0.05)，自毒作用明顯；與對照相比，苜蓿浸提液濃度為0.1、0.25和 0.5 g·L-1時，受體小麥胚根長度升高 7.77% 、18.45% 和 10.16%，0.5 g·L-1時 促 進 效 應 開 始 減弱，濃度為1 g·L-1時，受體小麥胚根生長受到抑制，降低 25.53%，且差異顯著 (P＜0.05)。與對照相比，小麥浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體小麥胚根長度與對照差異不顯著(P＞0.05)，小麥浸提液濃度為0.25、0.5和1 g·L-1時，受體小麥的胚根長分別降低 0.79%、4.73%和43.15%；與對照相比，小麥浸提液濃度為 0.1、0.25 和 0.5 g·L-1時，受體苜蓿的胚根長度升高 17.57%、32.13%和15.92%，0.5 g·L-1時促進效應開始減弱，當小麥濃度為 1 g·L-1時，苜蓿胚根生長受抑，降低 49.63%(P＜0.05)。綜上所述，浸提液種內處理，胚根長度隨著浸提液濃度的增加而減小，自毒效應明顯，且苜蓿自毒效應大于小麥；種間處理，濃度為0.1、0.25和0.5 g·L-1時，促進胚根生長，存在他感正效應，且0.25 g·L-1時達到最佳，0.5 g·L-1的促進效應開始減弱，表現為低促高抑的他感濃度效應。

圖 2 浸提液濃度處理的苜蓿、小麥胚根長Figure 2 Different concentrations of leaching solution on alfalfa and wheat radicle length

小麥浸提液對苜蓿下胚軸長的影響較苜蓿浸提液對小麥胚芽鞘長的影響明顯，說明苜蓿下胚軸長較小麥胚芽鞘對他感作用更敏感(圖3)。與對照相比，苜蓿浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體苜蓿下胚軸長度與對照差異不顯著(P＞0.05)，濃度為0.25、0.5和1g·L-1時，受體苜蓿下胚軸長度分別降低 20%、32.73%和 67.27%，且差異顯著 (P＜0.05)；與對照相比，苜蓿浸提液濃度為0.1、0.25和 0.5 g·L-1時，受體小麥的胚芽鞘長度分別升高 5.9%、 15.16%和1.95%，只有 0.25 g·L-1時與對照差異顯著 (P＜0.05)，濃度為1g·L-1時，小麥胚芽鞘生長受抑，降低24.83%(P＜0.05)。與對照相比，小麥浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體小麥的胚芽鞘長與對照差異不顯著 (P＞0.05)，濃度為 0.25、0.5 和 1 g·L-1時，受

圖 3 浸提液濃度處理的苜蓿下胚軸長和小麥胚芽鞘長Figure 3 Lengths of alfalfa hypocotyls and wheat coleoptiles in plants treated with extracts

體小麥的胚芽鞘生長受到抑制，降低 12.54%、29.7%和64.69%，且差異顯著(P＜0.05)；與對照相比，小麥浸提液濃度為0.1、0.25和0.5 g·L-1時，受體苜蓿下胚軸長度分別升高11.29%、29.48%、14.06%，只有0.25g·L-1時與對照差異顯著 (P＜0.05)，小麥浸提液濃度為1 g·L-1時，受體苜蓿下胚軸伸長受抑，降低 21.82%(P＜0.05)。綜上所述，浸提液種內處理，苜蓿下胚軸和小麥胚芽鞘長度隨著浸提液濃度的增加而減小，自毒效應明顯，苜蓿自毒效應大于小麥；異種間處理，濃度為0.1、0.25和0.5 g·L-1時，苜蓿下胚軸和小麥胚芽鞘長度高于對照，但只有0.25 g·L-1處理時他感正正效應顯著(P＜0.05)，濃度為 1 g·L-1時，他感負效應顯現。

2.2 浸提液對苜蓿、小麥幼苗生長的自毒和他感效應

苜蓿、小麥幼苗生長的自毒效應隨著浸提液濃度的增大而增強，其化感指數均為負值。他感效應在浸提液濃度為 0.1～0.5 g·L-1時表現為正效應，化感指數為正值，且濃度為0.25 g·L-1時他感正效應最明顯，0.5 g·L-1時正效應開始減弱，濃度為 1 g·L-1時，表現為他感負效應 (表 1)。苜蓿浸提液使受體苜蓿幼苗生長受抑，且隨著浸提液濃度的增大抑制作用增強；苜蓿浸提液濃度為0.1、0.25和 0.5 g·L-1時，促進受體小麥幼苗生長， 0.25 g·L-1時苜蓿浸提液促進作用最明顯，與對照相比，受體小麥的苗高、根長、苗鮮重和根鮮重分別升高23.3%、14.25%、17.10%和13.40%，且差異顯著(P＜0.05)，0.5 g·L-1時正效應開始減弱，1 g·L-1的苜蓿浸提液抑制受體小麥的幼苗生長，其苗高、根長、苗鮮重和根鮮重分別降低9.53%、10.20%、7.38%和3.11%，表現出低促高抑的他感濃度效應。與對照相比，小麥浸提液濃度為0.1、0.25和0.5 g·L-1時，促進受體苜蓿幼苗生長，其中 0.25 g·L-1時小麥浸提液使苜蓿的苗高、根長、苗鮮重和根鮮重分別顯著升高 49.38%、59.60%、78.05%和110.93%(P＜ 0.05)， 小 麥 浸 提 液 濃 度 為 1 g·L-1時，苜蓿幼苗生長受抑，其苗高、根長、苗鮮重和根鮮重降低 4.83%、19.29%、2.99%和16.29%，表現為低促高抑的濃度效應，與苜蓿浸提液對小麥幼苗生長的他感作用一致。

2.3 浸提液對苜蓿、小麥自毒和他感作用的生理機制

2.3.1 浸提液濃度對苜蓿、小麥SOD、POD和CAT活性的調控

SOD酶活性強弱代表植物體預防活性氧毒害的程度，對植物細胞起保護作用。苜蓿浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體苜蓿的SOD酶活性無明顯變化，濃度為 0.25、0.5 和 1 g·L-1時，受體苜蓿SOD酶活性顯著低于(P＞0.05)對照13.18、33.92%和54.62%，苜蓿浸提液濃度為 0.1、0.25 和 0.5 g·L-1時，受體小麥SOD活性較對照高出9.51%、16.34和 6.06%(P＜0.05)，濃度為 1 g·L-1時，受體小麥SOD酶活性開始減弱，低于對照5.88%(圖4)。小麥浸提液濃度為 0.1、0.25 g·L-1時，受體小麥的SOD酶活性與對照差異不顯著(P＞0.05)，濃度為0.5、1 g·L-1時，受體小麥SOD酶活性分別顯著低于對照8.75%和23.28%；小麥浸提液濃度為0.1、0.25和 0.5 g·L-1時，苜蓿 SOD酶活性顯著高于對 照 28.96%、42.54%、34.05%(P＜0.05)，濃度為 1 g·L-1時，SOD酶活性減弱，低于對照8.49%。綜上，浸提液種內處理，濃度超過0.1 g·L-1后，苜蓿即刻表現出明顯的自毒效應，濃度超過0.25 g·L-1后，小麥才表現出自毒效應，表明自毒效應對SOD酶活性的影響，苜蓿比小麥更敏感；浸提液種間處理，濃度為 0.1、0.25 和0.5 g·L-1時，SOD 酶活性增強，表現為他感正效應，其中0.25 g·L-1的浸提液使 SOD酶活性增強最多，濃度為 1 g·L-1時，SOD活性減弱，表現為他感負效應。

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圖 4 浸提液濃度處理的苜蓿、小麥超氧化物歧化酶(SOD)活性Figure 4 Superoxide dismutase (SOD) activity of alfalfa and wheat treated with different concentrations of leaching solution

POD酶是植物體內普遍存在的、活性較高的，并避免活性氧的產生和積累的保護酶之一。苜蓿、小麥的自毒效應對POD酶活性的影響變化趨勢一致，隨著浸提液濃度增大POD酶活性減弱；他感效應對POD酶活性的影響呈先增后減趨勢，苜蓿浸提液濃度為0.5 g·L-1時小麥POD酶活性達到最大值，而小麥浸提液濃度為0.25 g·L-1時苜蓿POD酶活性達到最大值，表明苜蓿POD酶活性對他感效應較小麥敏感(圖5)。苜蓿浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體苜蓿POD酶活性與對照差異不顯著 (P＞0.05)，濃度為 0.25、0.5 和 1 g·L-1時，POD酶活性隨苜蓿浸提液濃度的增大而減弱，分別低于對照9.01%、15.5%和25.09%；苜蓿浸提液濃度為 0.1、0.25和 0.5 g·L-1時，受體小麥 POD 酶活性隨苜蓿浸提液濃度增大而隨之增強，分別高于對照 4.27%、11.71%和 16.63%(P＜0.05)，濃度為1 g·L-1時，POD 酶活性受抑，低于對照 14.38%。小麥浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體小麥POD酶活性與對照差異不顯著(P＞0.05)，濃度為0.25、0.5和 1 g·L-1時，POD酶活性隨小麥浸提液濃度的增大而減弱，分別低于對照8.06%、21.83%和29.34%；小麥浸提液濃度為 0.1 g·L-1、0.25 g·L-1和0.5 g·L-1時，受體苜蓿 POD酶活性較對照高出6.64%、16.85%和8.48%，小麥浸提液濃度為1 g·L-1時，受體苜蓿的POD酶活性減弱，低于對照21.97%。

圖 5 浸提液濃度處理的苜蓿、小麥POD活性Figure 5 Peroxidase (POD) activity of alfalfa and wheat treated with different concentrations of leaching solution.

CAT酶可促使H2O2分解為分子氧和水，清除體內的過氧化氫，從而使細胞免于遭受H2O2的毒害，是生物防御體系的關鍵酶之一，其活性大小代表了植物的代謝強度。苜蓿、小麥CAT酶活性在自毒效應影響下，均隨浸提液濃度增大而下降，但受體苜蓿CAT酶活性降低更明顯；苜蓿、小麥他感作用中，隨浸提液濃度增大CAT酶活性呈先上升后下降趨勢(圖6)。苜蓿浸提液濃度為0.1、0.25 g·L-1，受體苜蓿的 CAT 酶活性與對照差異不顯著 (P＞0.05)，濃度為 0.5、1 g·L-1時，受體苜蓿CAT酶活性分別低于對照12.13%和26.89%；苜蓿浸提液濃度為 0.1、0.25 和 0.5 g·L-1時，受體小麥CAT酶活性增強，分別顯著高于對照14.88%、39.49% 和 35.72%(P＜ 0.05)， 濃 度 為 1 g·L-1時 ，CAT酶活性減弱，低于對照7.14%。小麥浸提液濃度為0.1、0.25g·L-1，受體小麥CAT酶活性與對照差異不明顯 (P＞0.05)，小麥浸提液濃度為 0.5、1 g·L-1時受體小麥的CAT酶活性受抑，分別低于對照9.08%、32.26%；小麥浸提液濃度為0.1、0.25、0.5 g·L-1時，受體苜蓿的CAT酶活性分別顯著高于對照 19.30%、40.71% 和 37.82%(P＜0.05)，濃度為1 g·L-1時，受體苜蓿CAT酶活性減弱，低于對照22.65%。

圖 6 浸提液濃度處理的苜蓿、小麥CAT活性Figure 6 Catalase (CAT) activity of alfalfa and wheat treated with different concentrations of leaching solution

2.3.2 浸提液對苜蓿和小麥MDA、H2O2含量和相對膜透性的影響

MDA的含量是反映膜質過氧化程度的重要依據。自毒效應導致MDA含量呈上升趨勢，他感效應使MDA含量呈先減后增趨勢(圖7)。苜蓿浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體苜蓿的MDA含量與對照差異不顯著 (P＜0.05)，濃度為 0.25、0.5 和 1 g·L-1時，受體苜蓿MDA含量較對照高出 18.42%、24.39%和 48.33%(P＞0.05)；苜蓿浸提液濃度為 0.1、0.25和0.5 g·L-1時，受體小麥MDA含量隨著苜蓿浸提液濃度的增大而減少，顯著低于對照 28.85%、44.23% 和 50.00%(P＜0.05)，濃度為 1 g·L-1時，小麥MDA含量較對照高出3.85%。小麥浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體小麥的MDA含量與對照間無顯著差異 (P＜0.05)，濃度為 0.25、0.5 和 1 g·L-1時，受體小麥MDA含量分別較對照高出7.14%、14.75%和 26.76%，且差異顯著 (P＞0.05)；小麥浸提液在濃度為 0.1、0.25 和 0.5 g·L-1時，受體苜蓿的MDA含量分別低于對照3.2%、32.26%和12.9%，濃度為1 g·L-1時 ，受體苜蓿MDA含量增加，較對照高出27.91%。

圖 7 浸提液濃度處理的苜蓿、小麥MDA含量Figure 7 Malondialdehyde (MDA) content of alfalfa and wheat treated with different concentrations of leaching solution

H2O2具有較強的氧化性，如果其含量打破平衡并有效積累，則會造成細胞內大分子氧化損傷。苜蓿、小麥的自毒效應使H2O2含量呈上升趨勢，并且浸提液濃度大于0.5 g·L-1之后急劇增加；他感效應使H2O2含量呈先降低后上升趨勢(圖8)。苜蓿浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體苜蓿的H2O2含量與對照無顯著差異 (P＜0.05)，濃度為 0.25、0.5和1 g·L-1時，受體苜蓿 H2O2含量隨濃度的增大而增加，分別高于對照3.62%、7.67%和31.36%；苜蓿浸提液濃度為 0.1、0.25 和 0.5 g·L-1時，受體小麥H2O2含量顯著低于對照8.16%、44.67%和17.73%(P＜0.05)，濃度為 1 g·L-1時，小麥 H2O2含量增加，較對照高出17.25%。小麥浸提液濃度為0.1 g·L-1時，受體小麥的H2O2含量與對照差異不顯著 (P＜0.05)，濃度為 0.25、0.5 和 1 g·L-1時，受體小麥H2O2含量分別高于對照4.23%、12.79%和30.43%；小麥浸提液濃度為 0.1、0.25 和 0.5 g·L-1時，苜蓿的H2O2含量顯著低于對照 18.95%、48.97%和 21.74%(P＜0.05)，濃度為 1 g·L-1時，苜蓿 H2O2含量較對照高出22.64%。

圖 8 浸提液濃度處理的苜蓿、小麥H2O2含量Figure 8 Hydrogen peroxide (H2O2) content of alfalfa and wheat treated with different concentrations of leaching solution

相對膜透性的大小與植物抗逆性的強弱有關。苜蓿、小麥的自毒效應對相對膜透性的影響趨勢一致，隨浸提液濃度增加而增大；他感效應對相對膜透性的影響趨勢也大體一致，呈先減少后增加趨勢(圖9)。苜蓿浸提液濃度為 0.1 g·L-1時，受體苜蓿的相對膜透性與對照無顯著差異(P＜0.05)， 濃度為0.25、0.5和1 g·L-1時，受體苜蓿的相對膜透性分別較對照高出8.30%、12.85%和24.76%；苜蓿浸提液濃度為 0.1、0.25 和 0.5 g·L-1時，受體小麥的相對膜透性分別低于對照8.79%、15.33%和4.92%，濃度為1 g·L-1時，相對膜透性顯著高于對照 22.69%(P＜0.05)。小麥浸提液濃度為 0.1 g·L-1時，受體小麥相對膜透性與對照無顯著差異(P＜0.05)，小麥浸提液濃度為 0.25、0.5 和 1 g·L-1時，受體小麥的相對膜透性分別較對照高出12%、16.88%和29.05%；小麥浸提液濃度為0.1、0.25和0.5 g·L-1時，受體苜蓿的相對膜透性分別低于對照11.10%、25.44% 和 12.75%，濃度為 1 g·L-1時，苜蓿的相對膜透性高于對照9.18%。

圖 9 浸提液濃度處理的苜蓿、小麥相對膜透性Figure 9 Relative membrane permeability of alfalfa and wheat treated with different concentrations of leaching solution

3 討論與結論

Rice[23]認為，他感作用是指由植物或微生物釋放到環(huán)境中的化學物質而對其他植物或微生物的生長發(fā)育所產生的有利或不利的作用，他涵蓋了各種植物之間、微生物之間生化相生及相克作用。自毒作用是植物種內相互影響的方式之一，是一種特殊的生存競爭[24]，當自毒物質積累到一定程度并超過某一臨界濃度以后會產生自毒效應，抑制了體內某些重要酶的活性，從而使膜質受到過多自由基的傷害，損傷了體內的膜系統(tǒng)，導致各項生理代謝受阻，抑制生長[25]。有研究發(fā)現刀豆氨酸(canavanine)具有自毒效應，但含量低于1%，自毒效應不嚴重，當含量高于1%時，自毒效應明顯。說明自毒物質具有“高抑低促”的濃度效應[26]。植物在正常生長條件下體內活性氧的產生和消除處于動態(tài)平衡中，自由基濃度較低，不會引起植物傷害[27]，但在逆境下會產生活性氧的積累，加劇膜脂的過氧化而導致膜系統(tǒng)受損，影響細胞功能[28]。SOD、CAT和POD酶組成有效清除活性氧自由基的抗氧化酶系統(tǒng)，維持體內的活性氧代謝平衡，保護膜結構[29]。本研究結果顯示，苜蓿浸提液抑制受體苜蓿的整體生長，并且隨著浸提液濃度增大，抑制作用增強。小麥浸提液對受體小麥的自毒效應與苜蓿浸提液對受體苜蓿的自毒效應類同。說明浸提液濃度是自毒效應強弱的重要依據，浸提液通過降低酶活性，影響細胞膜的透性，促進過氧化物含量增多，產生毒害作用[30-31]。

苜蓿和小麥浸提液異種間處理，濃度為0.1、0.25和 0.5 g·L-1時，SOD、POD、CAT 酶活性增強，MDA、H2O2含量和相對膜透性減少，保護酶類活性增強可以有效清除活性氧并將其維持在降低的水平，保護細胞不受傷害，從而對種子萌發(fā)和幼苗生長有促進作用，濃度為1 g·L-1時，SOD、POD、CAT酶活性開始減弱，MDA、H2O2含量和相對膜透性增加積累，活性氧得不到有效清除，從而導致種子萌發(fā)和幼苗生長受到抑制。有研究表明苜蓿植株浸提液對苜蓿有“高抑低促”的濃度效應，在達到某“閾值”濃度時表現出自毒作用，超過此閾值越大，自毒效應越顯著[32]。有研究發(fā)現，苜蓿-小麥輪作能夠顯著提高小麥的籽粒產量，與小麥-小麥連作比較，小麥籽粒產量增加[14]，本研究結果顯示，當苜蓿和小麥浸提液濃度在0.1、0.25和0.5 g·L-1時，能夠有效緩解小麥和苜蓿的自毒效應，且浸提液濃度為0.25 g·L-1時達到最佳，并且小麥浸提液對苜蓿的他感促進作用較苜蓿浸提液對小麥的他感促進作用強烈。

植物在逆境環(huán)境中，體內活性氧代謝平衡會被打破，過氧化物質大量產生并積累，導致膜系統(tǒng)損傷和細胞氧化，并大量積累過氧化產物MDA，從而引起植物的氧化傷害。幼苗浸提液是一種混合液，其可能包含多種單個物質或混合物質，自毒作用和他感作用都具有兩面性，而浸提液的濃度往往是促進或抑制受體生長的綜合因素。自毒作用和他感作用的機理是復雜多樣的，還需要更廣泛、深層次的研究去繼續(xù)探明其發(fā)生的反應和次生變化，為糧草合理輪作及開發(fā)利用提供有力的理論依據。