呂豐娟,肖運(yùn)萍,汪瑞清,魏林根,袁展汽,林洪鑫

(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與資源環(huán)境研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 長江中下游作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心,江西 南昌 330200)

芝麻是我國的主要食用油料作物之一,種植面積居世界第4,總產(chǎn)量居世界第1。芝麻籽粒營養(yǎng)豐富,用途廣泛,富含不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、維生素E及人體所必需的9種氨基酸。但是,芝麻是對(duì)連作障礙敏感的作物。連作導(dǎo)致芝麻田土壤中速效氮、磷、鉀,交換性鈣、鎂,以及有效錳、硼、鐵、銅、鋅含量下降,從而導(dǎo)致土壤供肥能力降低[1]。隨著連作年限的增加,芝麻根際土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量減少,真菌數(shù)量上升[1,2];在根區(qū)土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量均顯著降低,連作3年,分別下降66.1%、76.2%、56.0%,最終導(dǎo)致土壤微生物菌群改變、比例失調(diào)[1]。與正茬相比,連作芝麻根際土壤中青枯勞爾氏菌和尖孢鐮刀菌數(shù)量升高,而有益菌群芽孢桿菌數(shù)量降低[2]。連作3年芝麻青枯病的病情指數(shù)由2.54%升高到44.75%,莖點(diǎn)枯病的病情指數(shù)由6.80%升高到51.63%[3]。由于以上原因,連作對(duì)芝麻產(chǎn)量的影響極其嚴(yán)重。連作1～3年,芝麻的單株蒴數(shù)下降8.41%～20.85%,單蒴粒數(shù)下降7.32%～18.16%,千粒重下降4.69%～14.72%,單株產(chǎn)量下降11.86%～44.07%[1],芝麻單產(chǎn)降低14.0%～64.4%[3]。連作障礙已經(jīng)成為制約芝麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大重要因素。連作障礙由多種因素所致,大體可概括為:土壤理化性質(zhì)惡化、土傳病害以及自毒作用三個(gè)方面[1-5]。目前,已有關(guān)于連作對(duì)芝麻產(chǎn)量[6,7]、病害發(fā)生[6-8]和土壤理化性質(zhì)[6]等方面影響的研究報(bào)道,但鮮見有連作芝麻自毒物質(zhì)和自毒作用的研究報(bào)道。

化感作用是指植物或者微生物向環(huán)境中釋放某些化學(xué)物質(zhì)而有利或者不利于其他有機(jī)體生長發(fā)育的現(xiàn)象[9]。當(dāng)受體和供體屬同種或同科植物時(shí)產(chǎn)生抑制的現(xiàn)象,即為植物的自毒作用。根系分泌物的自毒作用可能是導(dǎo)致連作地土壤衰退的原因之一[10],而酚酸類物質(zhì)被公認(rèn)為根系分泌物中最主要的化感物質(zhì),對(duì)連作植物造成不利影響[11-13]。前人已經(jīng)從多種植物的根系分泌物中提取到化感物質(zhì),可對(duì)同茬或下茬同種或同科植物產(chǎn)生抑制作用。結(jié)果表明,不同植物、同一植物不同品種,甚至同種植物在不同生境、不同生育期,其根系分泌物中化感物質(zhì)的種類和含量均有顯著差異[14-20]。那么,芝麻根系分泌物中的酚酸類物質(zhì)有哪些？其在不同連作抗性芝麻品種間有何差異？其對(duì)芝麻本身有無自毒作用？均鮮見報(bào)道。鑒于此,本研究利用盆栽試驗(yàn),選取3個(gè)不同連作抗性的芝麻品種,收集在正茬和連作條件下芝麻花期的根系分泌物,利用高效液相色譜法(HPLC)對(duì)芝麻根系分泌物中的酚酸類物質(zhì)的含量進(jìn)行測定,以探討連作對(duì)不同芝麻品種根系分泌物中化感物質(zhì)組成和含量的影響,并從自毒效應(yīng)方面探明芝麻連作障礙的可能機(jī)理。

1 材料和方法

1.1 根系分泌物的收集

盆栽試驗(yàn)在江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所進(jìn)行,設(shè)置正茬和連作兩種試驗(yàn)處理。正茬和連作處理所用土壤均為紅壤,取自江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東鄉(xiāng)試驗(yàn)基地,正茬處理所用土壤近5年內(nèi)未種植過芝麻,連作處理所用土壤為去年種植過芝麻的土壤。供試品種為贛芝9號(hào)、金黃麻和玉山黑芝麻。其中,金黃麻為耐連作品種,玉山黑芝麻為中等耐連作品種,贛芝9號(hào)為不耐連作品種[21]。試驗(yàn)于2016年7月2日播種,每個(gè)處理播種6盆,每盆留苗3株。

試驗(yàn)于芝麻花期(2016年8月17日)對(duì)正茬和連作處理的芝麻進(jìn)行根系分泌物收集,盡量保證根系不受傷害。先抖落掉大土塊,之后用清水沖洗根系上附著的泥土,洗凈后再用去離子水沖洗3遍,進(jìn)行水培試驗(yàn),并用氣泵向營養(yǎng)液中通氣,每2天更換一次營養(yǎng)液,1周后停止水培。所用營養(yǎng)液為霍格蘭和阿農(nóng)通用營養(yǎng)液(Hoagl and Amon),配方為:硝酸鈣(945 mg/L)、硫酸鉀(607 mg/L)、磷酸二氫銨(115 mg/L)、硫酸鎂(493 mg/L)。收集到的營養(yǎng)液經(jīng)裝有20 mL XAD-4樹脂的樹脂柱進(jìn)行根系分泌物收集,再用200 mL甲醇洗脫樹脂中的根系分泌物,將洗脫液于55 ℃減壓蒸發(fā)出甲醇后,加入2 mL超純水溶解干燥后的根系分泌物,于-20 ℃保存,作為待測液,供酚酸類物質(zhì)檢測用,每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2 酚酸類物質(zhì)含量的檢測

采用高效液相色譜法(賽默飛世爾的HPLC U3000高效液相色譜系統(tǒng))對(duì)根系分泌物中的酚酸類物質(zhì)含量進(jìn)行測定,色譜柱為4.6 mm×250 mm C18柱。精密吸取1 mL樣品,用超純水定容至5 mL,經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過濾進(jìn)樣,進(jìn)樣量為20 μL。其中,檸檬酸單標(biāo):流動(dòng)相為甲醇∶水(含0.5%H3PO4)=2∶98,柱溫30 ℃,流速0.6 mL/min,檢測波長220 nm。對(duì)羥基苯甲酸、綠原酸、香草酸、咖啡酸、丁香酸混標(biāo):流動(dòng)相為甲醇∶水(含0.5%H3PO4)=15∶85,柱溫30 ℃,流速1 mL/min,檢測波長254 nm。香豆酸、阿魏酸、苯甲酸、水楊酸、苯丙酸、肉桂酸混標(biāo):流動(dòng)相為甲醇∶水(含0.5%H3PO4)=35∶65,柱溫30 ℃,流速1 mL/min,檢測波長254 nm。對(duì)樣品采用標(biāo)準(zhǔn)品色譜保留時(shí)間進(jìn)行定性,以峰面積進(jìn)行定量計(jì)算分析。

1.3 酚酸類物質(zhì)自毒作用的生物檢測

選取均勻一致的芝麻種子,放于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中,每皿60粒,每個(gè)處理3次重復(fù)。根據(jù)3個(gè)芝麻品種花期根系分泌物中檢測到的酚酸的種類和含量,設(shè)置12種酚酸類化感物質(zhì)的自毒作用檢測(以無菌水為對(duì)照),每種酚酸3個(gè)濃度梯度,處理詳見表1,每個(gè)處理3次重復(fù)。向培養(yǎng)皿中分別加入不同濃度的測定液5 mL,于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)7 d,期間于培養(yǎng)第3天再次相應(yīng)加入以上測定液各5 mL,其他時(shí)間適當(dāng)補(bǔ)充蒸餾水,保持濾紙濕潤。測定種子發(fā)芽率、胚芽和胚根的長度以及芝麻幼苗鮮重,并計(jì)算化感作用效應(yīng)指數(shù)(RI)。

表1 酚酸類物質(zhì)及其相應(yīng)濃度梯度

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)

化感作用效應(yīng)指數(shù)(response index, RI)的計(jì)算方法參照Williamson[22]:RI=1-C/T(T≥C)或RI=T/C-1 (T0時(shí),表示促進(jìn)作用;當(dāng)RI<0時(shí),表示抑制作用;RI的絕對(duì)值大小代表化感作用強(qiáng)度。綜合化感指數(shù)(synthetical effect, SE)為測試指標(biāo)的RI平均值。

采用SPSS statistics 20軟件利用單因素方差分析(one-way ANOVA)進(jìn)行同一品種不同處理間酚酸類物質(zhì)含量及其自毒作用生物檢測結(jié)果的差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)和新復(fù)極差分析(Duncan法),顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 連作對(duì)芝麻根系分泌物中酚酸類物質(zhì)含量的影響

由表2看出,在正茬條件下,贛芝9號(hào)根系分泌物中含量較高的酚酸類物質(zhì)依次是水楊酸、苯丙酸、檸檬酸、對(duì)羥基苯甲酸、苯甲酸和香豆酸;金黃麻根系分泌物中含量較高的酚酸依次是水楊酸、檸檬酸、苯甲酸和對(duì)羥基苯甲酸;玉山黑芝麻根系分泌物中含量較高的酚酸依次是水楊酸、對(duì)羥基苯甲酸、檸檬酸和香豆酸。由此可見,3個(gè)芝麻品種根系分泌物中含量均較高的酚酸為水楊酸、檸檬酸和對(duì)羥基苯甲酸。

連作導(dǎo)致芝麻根系分泌物中酚酸種類和含量有所變化,具體表現(xiàn)為:連作條件下贛芝9號(hào)根系分泌物中新檢測到香草酸;連作導(dǎo)致贛芝9號(hào)根系分泌物中丁香酸、苯甲酸、香豆酸和檸檬酸含量顯著升高,依次升高694.83%、347.58%、289.04%、178.80%;而咖啡酸、對(duì)羥基苯甲酸、綠原酸和水楊酸含量顯著降低,依次降低90.23%、73.90%、57.99%、35.68%;其他酚酸含量變化不明顯。在連作條件下金黃麻和玉山黑芝麻根系分泌物中均新檢測到丁香酸和苯丙酸,且苯丙酸含量急劇升高。連作導(dǎo)致金黃麻根系分泌物中香豆酸、苯甲酸、檸檬酸、香草酸、綠原酸、對(duì)羥基苯甲酸和水楊酸含量顯著升高,依次升高694.92%、314.08%、270.26%、130.00%、111.49%、47.05%和35.30%;連作對(duì)其他酚酸含量無顯著影響。連作導(dǎo)致玉山黑芝麻根系分泌物中綠原酸、水楊酸、苯甲酸和阿魏酸含量顯著升高,依次升高201.16%、168.76%、98.53%和39.50%;檸檬酸和肉桂酸含量分別降低46.92%、62.92%,對(duì)其他酚酸含量影響較小。

綜合分析酚酸類物質(zhì)在3個(gè)芝麻品種根系分泌物中的含量及其在正茬和連作處理間的變化,初步認(rèn)為檸檬酸、苯甲酸、香豆酸和丁香酸可能是導(dǎo)致贛芝9號(hào)連作障礙的化感物質(zhì);苯丙酸、苯甲酸、檸檬酸、水楊酸、香豆酸、丁香酸和對(duì)羥基苯甲酸可能是導(dǎo)致金黃麻連作障礙的化感物質(zhì);水楊酸、苯丙酸、丁香酸和苯甲酸可能是導(dǎo)致玉山黑芝麻連作障礙的化感物質(zhì)。

表2 連作對(duì)芝麻根系分泌物中酚酸類物質(zhì)含量的影響μg/g

注：N表示未檢測到；表中同一品種同一列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平上的差異顯著性。

2.2 酚酸類物質(zhì)自毒作用的生物檢測

根據(jù)3個(gè)芝麻品種根系分泌物中檢測到的酚酸的種類和含量,設(shè)置12種酚酸類物質(zhì)的自毒作用生物檢測(表1)。結(jié)合2.1得出的初步結(jié)果,本文僅展現(xiàn)可能導(dǎo)致各個(gè)芝麻品種連作障礙的化感物質(zhì)的相關(guān)結(jié)果(表3～表5)。

2.2.1 贛芝9號(hào)的生物檢測 整體而言,與CK相比,表3中4種酚酸類物質(zhì)對(duì)贛芝9號(hào)發(fā)芽率無顯著影響,對(duì)鮮重和芽長有顯著影響(P<0.05),對(duì)根長影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。與CK相比,苯甲酸在低濃度時(shí)(B1)僅對(duì)鮮重有促進(jìn)作用,對(duì)發(fā)芽率、芽長和根長無顯著影響；在中濃度時(shí)(B2)對(duì)4個(gè)發(fā)芽指標(biāo)均無顯著影響；高濃度苯甲酸(B3)導(dǎo)致贛芝9號(hào)芽長和根長顯著降低,對(duì)鮮重和發(fā)芽率影響不顯著。香豆酸在低濃度時(shí)(Co1)對(duì)發(fā)芽率、芽長和根長無顯著影響,但對(duì)鮮重有促進(jìn)作用；在中濃度時(shí)(Co2)顯著降低根長,但對(duì)發(fā)芽率、鮮重和芽長無顯著影響；在高濃度時(shí)(Co3)可顯著降低贛芝9號(hào)的鮮重、芽長和根長。檸檬酸在低濃度時(shí)(Ci1)對(duì)發(fā)芽指標(biāo)無顯著影響；在中濃度時(shí)(Ci2)會(huì)顯著降低鮮重和根長,但對(duì)發(fā)芽率和芽長影響不顯著；在高濃度時(shí)(Ci3)導(dǎo)致鮮重、芽長和根長均顯著降低。丁香酸僅在高濃度(Sy3)時(shí)顯著降低贛芝9號(hào)的發(fā)芽率、鮮重和芽長,但對(duì)根長影響不顯著。結(jié)合以上3種酚酸類物質(zhì)在贛芝9號(hào)根系分泌物中檢測到的濃度(表2),苯甲酸僅在高濃度(B3)時(shí)對(duì)贛芝9號(hào)的發(fā)芽指標(biāo)有影響,而此濃度顯著高于檢測到的濃度,認(rèn)為苯甲酸不是直接導(dǎo)致贛芝9號(hào)連作障礙的化感物質(zhì);香豆酸和檸檬酸在中濃度時(shí)已經(jīng)對(duì)贛芝9號(hào)的發(fā)芽有顯著抑制作用,丁香酸在高濃度時(shí)也顯著抑制贛芝9號(hào)的發(fā)芽,且3個(gè)物質(zhì)的濃度均接近贛芝9號(hào)在連作條件下根系分泌物中的濃度,因此認(rèn)為香豆酸、檸檬酸和丁香酸是導(dǎo)致贛芝9號(hào)連作障礙的化感物質(zhì)。

表3 酚酸類物質(zhì)對(duì)贛芝9號(hào)種子發(fā)芽的影響

注：B、Co、Ci和Sy分別代表苯甲酸、香豆酸、檸檬酸和丁香酸;后綴1、2、3分別表示酚酸的3個(gè)濃度梯度。表中同一列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著性達(dá)到了0.05水平，下同。

2.2.2 金黃麻的生物檢測 由表4可以看出,與CK相比,苯甲酸在低濃度時(shí)(P1)顯著降低金黃麻的發(fā)芽率,對(duì)其他指標(biāo)無影響；在中濃度(P2)和高濃度(P3)時(shí)顯著抑制金黃麻的發(fā)芽率、鮮重和芽長,但對(duì)根長無顯著影響。檸檬酸在低濃度(Ci1)和中濃度(Ci2)時(shí)對(duì)發(fā)芽指標(biāo)無影響,在高濃度時(shí)(Ci3)可顯著抑制金黃麻苗的鮮重、芽長和根長。水楊酸在低濃度時(shí)(Sa1)導(dǎo)致金黃麻的芽長和鮮重降低,對(duì)發(fā)芽率和根長無顯著影響；在中濃度時(shí)(Sa2)導(dǎo)致發(fā)芽率、鮮重和根長降低,對(duì)芽長無顯著影響；在高濃度時(shí)(Sa3)可顯著抑制4個(gè)發(fā)芽指標(biāo)。香豆酸在低濃度時(shí)(Co1)對(duì)金黃麻的發(fā)芽指標(biāo)無影響；在中濃度(Co2)時(shí)顯著降低金黃麻苗的鮮重和根長；在高濃度時(shí)(Co3)對(duì)4個(gè)發(fā)芽指標(biāo)均有顯著抑制作用。丁香酸在低濃度時(shí)(Sy1)對(duì)金黃麻的發(fā)芽指標(biāo)無影響；在中濃度(Sy2)時(shí)可顯著降低鮮重、芽長和根長；在高濃度則對(duì)4個(gè)發(fā)芽指標(biāo)均有顯著抑制作用。對(duì)羥基苯甲酸在低濃度(H1)和中濃度(H2)時(shí)對(duì)金黃麻發(fā)芽指標(biāo)無影響,但高濃度(H3)可顯著抑制其4個(gè)發(fā)芽指標(biāo)。結(jié)合上述酚酸物質(zhì)在金黃麻根系分泌物中檢測到的濃度(表2),檸檬酸和對(duì)羥基苯甲酸僅在高濃度時(shí)對(duì)金黃麻的發(fā)芽產(chǎn)生抑制作用,香豆酸雖然在中濃度時(shí)就已經(jīng)對(duì)金黃麻的發(fā)芽有抑制作用,但這3種酚酸此時(shí)的濃度均超出了其在根系分泌物中檢測到的濃度,故認(rèn)為檸檬酸、對(duì)羥基苯甲酸和香豆酸不是直接導(dǎo)致金黃麻連作障礙的化感物質(zhì);而苯丙酸、苯甲酸、水楊酸和丁香酸在檢測到的濃度范圍內(nèi)(低濃度或中濃度時(shí))均對(duì)金黃麻的一個(gè)或幾個(gè)發(fā)芽指標(biāo)產(chǎn)生抑制作用,因此認(rèn)為苯丙酸、苯甲酸、水楊酸和丁香酸是導(dǎo)致金黃麻連作障礙的化感物質(zhì)。

表4 酚酸類物質(zhì)對(duì)金黃麻種子發(fā)芽的影響

注：P、B、Ci、Sa、Co、Sy和H分別代表苯丙酸、苯甲酸、檸檬酸、水楊酸、香豆酸、丁香酸和對(duì)羥基苯甲酸;后綴1、2、3分別表示酚酸的3個(gè)濃度梯度。

2.2.3 玉山黑芝麻的生物檢測 與CK相比,水楊酸和苯丙酸的3個(gè)濃度梯度均顯著降低了玉山黑芝麻苗的鮮重,但對(duì)其他指標(biāo)無影響。丁香酸在低濃度時(shí)(Sy1)對(duì)玉山黑芝麻的發(fā)芽指標(biāo)無顯著影響；中濃度(Sy2)和高濃度(Sy3)均導(dǎo)致鮮重、芽長和根長顯著降低,但對(duì)發(fā)芽率無影響。苯甲酸在低濃度時(shí)(B1)對(duì)芽長和根長有促進(jìn)作用；在高濃度時(shí)(B3)顯著抑制鮮重和芽長；但在中濃度時(shí)(B2)對(duì)發(fā)芽指標(biāo)無顯著影響(表5)。結(jié)合這4種酚酸物質(zhì)在玉山黑芝麻根系分泌物中檢測到的濃度(表2),苯甲酸在低濃度和中濃度時(shí)對(duì)玉山黑芝麻的發(fā)芽無抑制作用,認(rèn)為其不是直接導(dǎo)致玉山黑芝麻連作障礙的化感物質(zhì);而水楊酸、苯丙酸和丁香酸在檢測濃度范圍內(nèi)均對(duì)玉山黑芝麻發(fā)芽的1個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)有顯著抑制作用,因此認(rèn)為這3種物質(zhì)是導(dǎo)致玉山黑芝麻連作障礙的化感物質(zhì)。

表5 酚酸類物質(zhì)對(duì)玉山黑芝麻種子發(fā)芽的影響

注：Sa、P、Sy和B分別代表水楊酸、苯丙酸、丁香酸和苯甲酸;后綴1、2、3分別表示酚酸的3個(gè)濃度梯度。

3 結(jié)論與討論

植物根系一個(gè)最為顯著的特點(diǎn)是不斷地向根際土壤中分泌各種不同種類的代謝產(chǎn)物,即根系分泌物。根系分泌物主要包括低分子量的有機(jī)化合物(糖類、氨基酸類、酚酸類及其他次級(jí)代謝產(chǎn)物)、高分子量黏膠質(zhì)以及細(xì)胞脫落物和裂解物[23]。其中,酚酸類物質(zhì)被公認(rèn)為根系分泌物中最主要的化感物質(zhì),可對(duì)連作作物產(chǎn)生不利影響[11-13]。本文首次分析了12種酚酸在芝麻花期根系分泌物中的含量,發(fā)現(xiàn)在正茬條件下,水楊酸、檸檬酸和對(duì)羥基苯甲酸在3個(gè)黑芝麻品種的根系分泌物中含量均較高；除上述3種酚酸類物質(zhì)外,贛芝9號(hào)、金黃麻和玉山黑芝麻根系分泌物中含量較高的其他酚酸類物質(zhì)分別是苯丙酸、苯甲酸和香豆酸。結(jié)果表明芝麻品種不同,其根系分泌物的組分和含量不同,這與前人在其他作物上的研究結(jié)論[20,24]一致。

連作會(huì)導(dǎo)致土壤理化環(huán)境和生物學(xué)環(huán)境發(fā)生變化:土壤酸化、養(yǎng)分失衡、微生物區(qū)系失衡、土壤由細(xì)菌型向真菌型轉(zhuǎn)變[2-5],而土壤環(huán)境的變化反過來會(huì)影響植物的生長發(fā)育,從而可能進(jìn)一步改變植物根系分泌物的組分和含量。本文通過分析3個(gè)不同連作抗性芝麻品種在正茬和連作條件下根系分泌物中酚酸類物質(zhì)組成的變化,發(fā)現(xiàn)在連作條件下,贛芝9號(hào)根系分泌物中新檢測出香草酸;金黃麻和玉山黑芝麻根系分泌物中均新檢測到丁香酸和苯丙酸。這與劉蘋等[20]對(duì)花生的研究結(jié)論不同，他們發(fā)現(xiàn)連作抗性較強(qiáng)的花生品種的根系分泌物成分變化不大,含量變化較大;連作抗性較差花生品種根系分泌物的組分和含量均有變化。在本研究中,不同連作抗性的3個(gè)芝麻品種的根系分泌物組分均發(fā)生了變化,且耐連作品種金黃麻和中等耐連作品種玉山黑芝麻表現(xiàn)一致,在連作條件下新檢測出2種酚酸物質(zhì),而不耐連作品種贛芝9號(hào)僅新檢測出1種酚酸。此外,其他酚酸類物質(zhì)在3個(gè)芝麻品種根系分泌物中的含量變化也顯著不同:贛芝9號(hào)根系分泌物中有4種酚酸類物質(zhì)含量升高,4種物質(zhì)含量下降;玉山黑芝麻根系分泌物中有4種酚酸類物質(zhì)含量升高,2種下降;而金黃麻則表現(xiàn)為7種酚酸類物質(zhì)含量上升,其余無顯著變化。由此可見,芝麻根系分泌物中酚酸類物質(zhì)組分和含量的變化與連作抗性沒有明顯關(guān)系。造成結(jié)果差異的原因,一方面與作物不同有關(guān),另一方面與根系分泌物組分的檢測有關(guān):本文僅對(duì)12種常見的酚酸類物質(zhì)進(jìn)行了檢測,而劉蘋等的檢測成分雖然不多,但未局限于酚酸。導(dǎo)致作物連作障礙的因素很多,作物的連作抗性是一個(gè)復(fù)雜的問題,因此不同芝麻品種對(duì)連作障礙的抗性差異仍需從其他方面進(jìn)行深入研究。

對(duì)化感物質(zhì)進(jìn)行自毒作用的生物檢驗(yàn)是判斷該化感物質(zhì)是否具有生物毒性的主要方法,而通過計(jì)算化感物質(zhì)在作物苗期對(duì)部分生理指標(biāo)的化感效應(yīng)指數(shù)是目前分析的常規(guī)方法[19,22,28]。本文根據(jù)各個(gè)酚酸類物質(zhì)在3個(gè)不同芝麻品種的根系分泌物中所檢測出的濃度,進(jìn)行了不同濃度酚酸對(duì)芝麻種子發(fā)芽影響的試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)酚酸對(duì)芝麻發(fā)芽表現(xiàn)出“低促高抑”現(xiàn)象,結(jié)合它們在正茬和連作條件下芝麻根系分泌物中的含量變化,本研究最終認(rèn)為香豆酸、檸檬酸和丁香酸是導(dǎo)致贛芝9號(hào)連作障礙的化感物質(zhì),苯丙酸、苯甲酸、水楊酸和丁香酸是導(dǎo)致金黃麻連作障礙的化感物質(zhì),水楊酸、苯丙酸和丁香酸是導(dǎo)致玉山黑芝麻連作障礙的化感物質(zhì)。但是,目前對(duì)于根系分泌物的化感作用是否是造成作物連作障礙的主要原因仍存爭議:有人認(rèn)為別人研究中所用的根系分泌物的濃度過高[5],且分泌到土壤中的根系分泌物可被快速降解[5,25],難以累積到其能發(fā)揮化感作用的閾值[26,27],因此化感作用不太可能是導(dǎo)致作物連作障礙的主要原因。本文雖然沒有檢測上述酚酸類物質(zhì)在連作土壤中的累積含量,但是前人已經(jīng)證實(shí)隨著連作年限的延長,土壤中酚酸類物質(zhì)含量呈上升趨勢[20,28],且本文是在根系分泌物可檢測到的濃度范圍內(nèi)對(duì)芝麻種子發(fā)芽有抑制作用的酚酸才具有生物毒性這一前提下,推斷出哪些酚酸是導(dǎo)致芝麻連作障礙的化感物質(zhì)。因此,本文關(guān)于不同連作抗性芝麻化感物質(zhì)的結(jié)論是可靠的,可以為芝麻連作障礙機(jī)理提供理論支撐。不過,本文僅對(duì)12種酚酸類物質(zhì)進(jìn)行了初步研究,根系分泌物中的其他物質(zhì)是否也對(duì)芝麻產(chǎn)生自毒作用,仍有待進(jìn)一步研究。

本文通過分析不同連作抗性芝麻根系分泌物中酚酸類物質(zhì)含量在正茬和連作處理間的變化及其自毒作用,初步得出了3個(gè)芝麻品種根系分泌物中存在的化感物質(zhì),為芝麻連作障礙機(jī)理研究提供了一定的科學(xué)依據(jù)。但是,根系分泌物除了通過化感作用抑制植物生長直接導(dǎo)致連作障礙外,還可通過改變植物根際和根區(qū)土壤的理化性質(zhì)、微生物組成及土壤酶活性等間接影響植物的生長[25,29-30],土壤環(huán)境的變化反過來會(huì)進(jìn)一步影響植物根系分泌物的分泌,如此惡性循環(huán)加劇作物連作障礙的發(fā)生。因此,芝麻根系分泌物中其他物質(zhì)(包括本文中沒有化感作用的其他酚酸物質(zhì))與土壤環(huán)境間如何相互影響,其與不同芝麻品種間的連作抗性又有何關(guān)系亦需深入研究。