石丹妮，馮煜琳，常 靜，李睿光，高玉蓮，李海平

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011）

油菜是我國(guó)播種面積最大的油料作物，每年大約能提供50%的國(guó)產(chǎn)植物油[1-2]。油菜受氣候條件、土壤結(jié)構(gòu)等自然條件影響，各地區(qū)種植模式差異很大，主要分為北方春油菜區(qū)和南方冬油菜區(qū)。春油菜主要分布在我國(guó)西部的高海拔地區(qū)，如青海、新疆等地；北部的高緯度地區(qū)，如內(nèi)蒙古、黑龍江等地；二熟復(fù)種地區(qū)；種植面積能達(dá)到全國(guó)油菜的1/10左右[3-4]。內(nèi)蒙古是春油菜的主要種植地之一，獨(dú)特的地理?xiàng)l件和氣候特征使該地區(qū)的產(chǎn)油菜籽含油量較豐富、亞油酸含量較高，因此油菜品質(zhì)優(yōu)異，市場(chǎng)需求量較大。但隨著油菜需求的增大和種植年限的增加，油菜出苗率降低、產(chǎn)量下降、連作障礙問題比較突出，成為制約內(nèi)蒙古油菜可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。

自毒作用屬于一種特殊的化感作用，是造成農(nóng)作物連作障礙的主要因素之一[5]。植物在生長(zhǎng)發(fā)育中會(huì)產(chǎn)生殘根、落葉、枝條等組織，這些組織經(jīng)淋溶等作用方式進(jìn)入土壤后釋放化感物質(zhì)，會(huì)對(duì)鄰近或者下茬植物產(chǎn)生影響，這種影響可以是間接的也可以是直接的。自毒作用是一種發(fā)生在種內(nèi)的生長(zhǎng)抑制作用，是植物生存競(jìng)爭(zhēng)的特殊形式。農(nóng)作物會(huì)因自毒作用而產(chǎn)生連作障礙[6-8]。自毒作用可從多個(gè)方面影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育，如細(xì)胞膜的酶活性、離子吸收和光合作用等，因此，物理措施不能很好地解決自毒作用對(duì)植物連作產(chǎn)生的消極影響。

油菜是一種重要的油料作物，同時(shí)也是一種重要的綠肥資源。多項(xiàng)研究表明，油菜作為綠肥或上茬作物，對(duì)多種農(nóng)作物具有化感作用[9-11]。但關(guān)于油菜連作及自毒作用的研究，目前報(bào)道很少。因此，本試驗(yàn)研究了油菜水浸提液對(duì)油菜種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，以及對(duì)油菜體內(nèi)防御酶和主要物質(zhì)的影響，旨在為探究油菜的自毒作用及未來油菜的可持續(xù)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用內(nèi)蒙古呼和浩特市武川縣主要種植品種大黃油菜（Brassica napus L.）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 油菜水浸提液的制備

油菜在室內(nèi)盆栽種植，將油菜種子放入裝有500 g土的花盆中，置于育苗室，待油菜成熟除去籽粒全株收獲。用液氮將油菜冰凍并粉碎成粉末狀，稱取20 g油菜粉末置于燒杯中，同時(shí)燒杯中加入150 mL蒸餾水，用玻璃棒充分?jǐn)噭颍詈蠖ㄈ葜?00 mL。48 h后即得到0.100 g/mL油菜水浸提液，再用蒸餾水配制0.050 g/mL和0.025 g/mL的油菜水浸提液。以蒸餾水為對(duì)照，設(shè)置0.025、0.050、0.100 g/mL 3個(gè)濃度的油菜水浸提液。

1.2.2 油菜水浸提液對(duì)油菜種子發(fā)芽的影響

選取籽粒飽滿的油菜種子，用乙醇和次氯酸鈉消毒，根據(jù)曾任森[12]的方法測(cè)定種子萌發(fā)情況。將濾紙放入直徑12 cm的培養(yǎng)皿中，每皿放入30粒種子，根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，每個(gè)培養(yǎng)皿中加入20 mL不同濃度油菜水浸提液，對(duì)照加入等量蒸餾水。在人工氣候箱中進(jìn)行培養(yǎng)，定期補(bǔ)充同量的水分。每個(gè)濃度處理300粒種子，3次重復(fù)。油菜種子發(fā)芽的溫度為（25±1）℃，萌發(fā)時(shí)間7 d。每天記錄發(fā)芽數(shù)量，計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)（GI）及活力指數(shù)（VI）[13]。

式中，S為種苗生長(zhǎng)量（長(zhǎng)度或重量）。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用 RICHARDSON[14]提出的化感效應(yīng)檢驗(yàn)方法，即

式中，C為對(duì)照值；T為處理值；RI為化感作用效應(yīng)，RI＞0為促進(jìn)，RI＜0為抑制，絕對(duì)值的大小表示作用強(qiáng)度大小。

化感綜合效應(yīng)指數(shù)反映化感效應(yīng)的強(qiáng)弱，是指莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)化感效應(yīng)指數(shù)的加權(quán)平均值。

1.2.3 油菜水浸提液對(duì)油菜幼苗生長(zhǎng)的影響

選取直徑20 cm的花盆，每個(gè)花盆加入土壤500 g，選取大小相似的油菜種子，均勻地?cái)[放在花盆內(nèi)，每盆種植10粒，每10盆為1個(gè)處理，3次重復(fù)。將3個(gè)濃度的油菜水浸提液快速攪拌后分別澆入花盆，每盆300 mL，之后在花盆表面覆上干土，每天適量在每個(gè)花盆里補(bǔ)充等量水分。以蒸餾水作為對(duì)照。油菜幼苗生長(zhǎng)至第7天，每個(gè)濃度取10株幼苗，測(cè)定莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)，計(jì)算平均值。莖長(zhǎng)從根和莖的交點(diǎn)測(cè)到幼苗生長(zhǎng)點(diǎn)，根長(zhǎng)從根莖交點(diǎn)測(cè)到主根的一端。每個(gè)濃度重復(fù)3次。

1.2.4 油菜水浸提液對(duì)幼苗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和防御酶活性的影響

取發(fā)芽后7 d的油菜葉片，在研缽中冰浴下研磨，加入提取介質(zhì)離心后，取上清液即為所需酶液?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[15]測(cè)定。過氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性分別采用愈創(chuàng)木酚法和NBT法測(cè)定，脯氨酸含量和過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法[16]測(cè)定。丙二醛（MDA）含量參照高俊鳳[17]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2016軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，采用ANOVA方法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜水浸提液對(duì)油菜種子發(fā)芽的影響

由表1可知，當(dāng)油菜水浸提液濃度為0.025 g/mL時(shí)，油菜種子發(fā)芽率﹑發(fā)芽勢(shì)﹑發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)4個(gè)指標(biāo)值均大于對(duì)照，但與對(duì)照無顯著差異（P>0.05）。當(dāng)油菜水浸提液濃度為0.100 g/mL時(shí)，4個(gè)指標(biāo)值均顯著小于對(duì)照（P<0.05）。濃度為0.050 g/mL時(shí)，發(fā)芽率顯著低于對(duì)照（P<0.05）；其余3個(gè)指標(biāo)低于對(duì)照，但無顯著差異（P>0.05）。

表1 油菜水浸提液對(duì)油菜種子萌發(fā)的影響Table 1 Effect of canola water extract on seed germination of canola

2.2 油菜水浸提液對(duì)油菜幼苗莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)的影響

由表2可知，在油菜水浸提液濃度為0.025 g/mL時(shí)，油菜莖長(zhǎng)表現(xiàn)為促進(jìn)作用，隨著油菜水浸提液濃度的升高油菜莖長(zhǎng)表現(xiàn)為抑制作用，抑制率在0.100 g/mL達(dá)到最大。各濃度下油菜根長(zhǎng)均表現(xiàn)為抑制作用，0.100 g/mL濃度時(shí)抑制率最大，抑制作用最強(qiáng)。

表2 不同濃度油菜水浸提液對(duì)油菜莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)的影響Table 2 Effects of different concentrations of canola water extract on canola stem and root length

2.3 油菜水浸提液對(duì)油菜的化感綜合效應(yīng)

根據(jù)油菜水浸提液3個(gè)濃度處理后油菜發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼苗根長(zhǎng)和莖長(zhǎng)6個(gè)指標(biāo)的化感效應(yīng)指數(shù)，計(jì)算化感綜合效應(yīng)（表3）。隨著油菜浸提液濃度增加，油菜的化感效應(yīng)呈“低促高抑”，但總體呈現(xiàn)抑制現(xiàn)象。當(dāng)濃度為0.100 g/mL時(shí)，油菜化感綜合效應(yīng)指數(shù)最大，抑制作用最強(qiáng)。

表3 不同濃度油菜水浸液對(duì)油菜的化感綜合效應(yīng)Table 3 Different concentrations of canola water extract on canola allelopathic comprehensive effects

2.4 油菜水浸提液對(duì)油菜蛋白質(zhì)和脯氨酸含量的影響

由圖1可知，當(dāng)油菜水浸提液濃度為0.100 g/mL時(shí)，油菜的蛋白質(zhì)含量顯著低于對(duì)照（P<0.05），其余濃度的蛋白質(zhì)含量與對(duì)照相比無顯著差異（P>0.05）。各濃度下油菜的脯氨酸含量均顯著高于對(duì)照（P<0.05），在0.050 g/mL時(shí)油菜的脯氨酸含量較對(duì)照高115.39%。

圖1 不同濃度油菜水浸提液對(duì)油菜蛋白質(zhì)和脯氨酸含量的影響Figure 1 Effect of different canola water extract concentrations on canola protein and proline contents

2.5 油菜水浸提液對(duì)油菜3種防御酶活性的影響

由表4可知，隨著油菜水浸提液濃度的升高，SOD活性降低，均顯著低于對(duì)照；在0.100 g/mL時(shí)油菜的SOD活性最低，為362.45 mmol/g。當(dāng)油菜水浸提液濃度在0.025 g/mL時(shí)，POD活性顯著高于對(duì)照（P<0.05）。各濃度處理下的CAT活性均高于對(duì)照，但與對(duì)照無顯著差異（P>0.05）。

表4 不同濃度油菜水浸提液對(duì)油菜3種防御酶活性的影響Table 4 Effects of different canola water extract concentrations on three defect enzyme activities of canola

2.6 油菜水浸提液對(duì)油菜丙二醛含量的影響

由圖2可知，不同濃度油菜水浸提液下油菜丙二醛（MDA）含量變化不同。0.100 g/mL油菜水浸提液下油菜的MDA含量顯著高于對(duì)照（P<0.05）；0.050 g/mL油菜水浸提液下油菜的MDA含量顯著低于對(duì)照（P<0.05）；0.025 g/mL油菜水浸提液下油菜的MDA含量高于對(duì)照，但與對(duì)照無顯著差異（P>0.05）。

圖2 不同濃度油菜水浸提液對(duì)油菜丙二醛含量的影響Figure 2 Effects of different canola water extract concentrations on canola MDA content

3 討論與結(jié)論

化感作用是指當(dāng)化感物質(zhì)積累到一定量時(shí)會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)，但低于這個(gè)量會(huì)對(duì)植物表現(xiàn)為促進(jìn)作用。種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)的第一步，多項(xiàng)研究表明，植物的自毒作用首先會(huì)影響種子發(fā)芽[18]。YANG等[19]在研究胡麻殘茬水提液對(duì)胡麻的自毒作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，胡麻不同部位殘茬水提液對(duì)胡麻種子萌發(fā)有“低促高抑”的作用。連作三七會(huì)對(duì)三七種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制，抑制效果與種植時(shí)間有關(guān)[20]。王園園等[21]研究發(fā)現(xiàn)，谷子莖稈水浸提液會(huì)抑制谷子種子的萌發(fā)。醉馬草對(duì)醉馬草本身種子發(fā)芽的抑制作用強(qiáng)于其他植物[22]。本試驗(yàn)中，油菜水浸提液對(duì)油菜種子的發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)在低濃度時(shí)有一定的促進(jìn)作用，但與對(duì)照無顯著差異，濃度增大表現(xiàn)為抑制作用，抑制作用會(huì)隨著濃度增大而增強(qiáng)，說明油菜水浸提液不利于油菜種子的萌發(fā)。

化感作用使植物釋放的化感物質(zhì)在環(huán)境和土壤中聚集，當(dāng)含量達(dá)到一定水平時(shí)影響周圍植物的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)[23]。植物幼苗也會(huì)受到化感作用的影響。王園園等[21]研究發(fā)現(xiàn)，谷子莖稈浸提液高濃度下會(huì)對(duì)谷子幼苗產(chǎn)生抑制。油菜浸提液對(duì)油菜根長(zhǎng)有抑制作用，對(duì)莖整體表現(xiàn)為“低促高抑”，對(duì)根的抑制大于莖。有研究表明，植物根部對(duì)化感物質(zhì)的反應(yīng)更敏感[24]。根據(jù)這些結(jié)論推斷，油菜水浸提液直接接觸根，所以對(duì)油菜根產(chǎn)生的影響大；而莖是化感物質(zhì)通過空氣間接接觸浸提液，所以莖表現(xiàn)為“低促高抑”。

蛋白質(zhì)是生物生命活動(dòng)的體現(xiàn)者，可溶性蛋白質(zhì)含量可以體現(xiàn)出植物總代謝的水平[24]。王玉芝[25]研究蒿屬植物時(shí)發(fā)現(xiàn)，高濃度的浸提液會(huì)影響植物體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸以及分解代謝，從而影響植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中，油菜水浸提液在中低濃度時(shí)，油菜幼苗蛋白質(zhì)含量沒有顯著變化，而在高濃度時(shí)顯著降低。高濃度的油菜水浸提液化感作用強(qiáng)，因此不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，所以油菜幼苗蛋白質(zhì)含量低。脯氨酸是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的組成成分之一，在植物體內(nèi)游離分布。脯氨酸水合能力強(qiáng)，可提高植物在應(yīng)對(duì)不良環(huán)境時(shí)的抗性，在滲透調(diào)節(jié)方面起著重要作用[26-27]；脯氨酸還可以清除植物體內(nèi)活性氧，保護(hù)細(xì)胞膜[28]。植物在不良環(huán)境條件下會(huì)使其體內(nèi)的脯氨酸堆積，因此游離脯氨酸含量可作為植物抗逆性指標(biāo)[29]。黃鈺芳等[30]研究蘭州百合根和鱗莖水浸液的自毒作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，根的水浸液濃度大于100 mg/mL顯著增加脯氨酸含量。本試驗(yàn)中，中低濃度油菜水浸提液顯著提高脯氨酸含量，濃度升高則脯氨酸含量降低。油菜對(duì)油菜水浸提液不同濃度有不同的適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，高濃度時(shí)，植物自身調(diào)節(jié)能力下降，油菜無法調(diào)節(jié)其生理活動(dòng)，油菜自毒作用增強(qiáng)。

植物體內(nèi)防御酶活性的強(qiáng)弱可以反映植物的自我解毒能力，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）組成的防御酶系統(tǒng)能夠增強(qiáng)防御酶的活性，從而清除植物體內(nèi)的活性氧，降低活性氧積累對(duì)植物造成的不良影響[31]。鮑紅春等[32]研究沙芥的自毒作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著浸提液濃度增加，SOD和POD活性降低，CAT活性先上升后降低。本試驗(yàn)中，油菜SOD活性經(jīng)浸提液處理后顯著低于對(duì)照，POD活性在0.025 g/mL時(shí)顯著升高，CAT活性與對(duì)照無顯著差異。這說明在油菜自毒作用中，SOD活性受影響較大，而另外兩個(gè)防御酶相關(guān)性較小。逆境下植物會(huì)發(fā)生膜脂過氧化，其產(chǎn)物MDA對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生損害，影響植物生長(zhǎng)，因此MDA含量的多少可以指示出植物受損的強(qiáng)弱[33]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)油菜水浸提液處理后，不同濃度處理下油菜MDA含量變化不同，說明油菜體內(nèi)膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量變化比較復(fù)雜，還需要進(jìn)一步研究。

研究表明，油菜產(chǎn)生的化感物質(zhì)以揮發(fā)性的水溶性成分為主，如硫代葡萄糖苷、芥子酸等[34-35]。硫代葡萄糖苷是油菜等蕓薹屬植物特有的次生代謝產(chǎn)物，水解產(chǎn)生的異硫氰酸酯（ITCs）對(duì)土壤中的許多生物有控制作用，例如細(xì)菌、雜草、害蟲等[36-37]，這也是油菜作為綠肥植物的重要特征。近年來隨著研究的深入，油菜除作為油料作物外，在綠肥、飼料等其他方面也具有廣闊的應(yīng)用前景[38]。因此，油菜的用途越來越廣，種植面積和范圍不斷擴(kuò)大。研究油菜的自毒作用及其機(jī)制，對(duì)未來合理種植油菜，解決油菜連作障礙有重要的實(shí)踐指導(dǎo)意義。