鄭陽霞 唐海東 李煥秀 賀忠群 秦耀國

（四川農(nóng)業(yè)大學園藝學院，四川雅安 625014）

西瓜〔Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum. et Nakai〕是一種嚴忌重茬的蔬菜，極易發(fā)生連作障礙。其原因除了土傳病害和土壤理化性狀劣變外，自毒作用也是重要的因素之一（喻景權(quán)和杜堯舜，2000）。而且自毒作用可協(xié)同土傳病害發(fā)生，導致連作障礙嚴重發(fā)生（喻景權(quán)和杜堯舜，2000）。自毒作用是指植物向環(huán)境釋放某些化學物質(zhì)而影響自身的生長和發(fā)育的化學生態(tài)現(xiàn)象和化感作用的表現(xiàn)形式（Singh et al.，1999）?；形镔|(zhì)主要是通過植物地上部的淋溶和揮發(fā)、根系的分泌以及植株殘體的分解等途徑向農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中釋放，從而影響周圍和后茬植物的生長發(fā)育（章家恩，2007；覃逸明 等，2009）。目前有關(guān)西瓜連作障礙中的自毒作用已有一些報道。王倩（2002）、耿廣東等（2005）、楊廣超等（2005）證實西瓜根、莖葉殘體的水浸提液對西瓜的生長有一定的毒害作用?；形镔|(zhì)廣泛存在于植物的各個組織，而且各組織中分布不同。但有關(guān)西瓜根、莖葉浸提液以及根系分泌物中化感物質(zhì)的檢測還未見報道，因此有必要深入研究西瓜的化感作用。本試驗研究了不同濃度的西瓜根、莖葉水浸提液和根系分泌物對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長的影響，并應用氣相色譜-質(zhì)譜儀（GC-MS）檢測化學物質(zhì)，探討西瓜化感作用的機理，比較西瓜根、莖葉水浸提液及其根系分泌物化感作用的差異，分析其化感物質(zhì)的種類，為解決生產(chǎn)實踐中的西瓜連作障礙提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試西瓜品種為早佳84-24，新疆葡萄瓜果研究開發(fā)中心選育。

1.2 試驗方法

1.2.1 供試材料的培養(yǎng) 試驗在四川農(nóng)業(yè)大學蔬菜基地進行。2010年5月3日播種西瓜，待幼苗長至3～4片葉時移入內(nèi)徑為20 cm的塑料缽中，基質(zhì)為珍珠巖。每缽定植2株，共15缽。每7 d澆1次Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)。

1.2.2 根、莖葉水浸提液母液的制備 6月15日將西瓜的根和莖葉用清水洗干凈，放在85 ℃的烘箱中殺酶30 min，再在65 ℃下烘干粉碎。分別稱取20 g干樣放入三角瓶中，加去離子水200 mL，放入超聲波振蕩儀中提取4 h，濾紙過濾即得濃度為100 g·L-1的水浸提液母液。

1.2.3 根、莖葉化感作用的生物檢測 分別將西瓜根和莖葉水浸提液母液用去離子水稀釋成2.5、5.0、10.0、20.0 g·L-1進行西瓜種子發(fā)芽試驗。在直徑12 cm的培養(yǎng)皿內(nèi)鋪兩層定性濾紙，放入經(jīng)55 ℃溫水浸種的西瓜種子25粒。分別取上述稀釋液7 mL加入培養(yǎng)皿中，以加入7 mL去離子水為對照，3次重復。然后置于（25±2）℃人工氣候箱中培養(yǎng)。每天補充適量的水分以保持濾紙濕度。每天觀察、記錄發(fā)芽數(shù)，連續(xù)觀察5 d，計算發(fā)芽指數(shù)（GI）。第5天測定總發(fā)芽率。同時各處理隨機取樣10株，用直尺測量株高、根長，用電子天平稱量冠鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量。

式中Gt為第t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽天數(shù)。

化感效應分析參照 Willamson和 Richardson（1988）的化感效應指數(shù)（RI）進行。當 T≥C時，RI=1-C/T；當T＜C時，RI=T/C-1，其中T為測定值，C為對照值。RI值＞0時，為促進作用；RI值＜0時，為抑制作用，絕對值的大小與作用強度一致。均以 RI作為原始數(shù)據(jù)，采用DPS軟件進行方差分析。

1.2.4 根、莖葉中化學物質(zhì)的鑒定 分別取西瓜的根和莖葉研碎后的粉末20 g，加入正己烷100 mL，放入超聲波振蕩儀提取4 h。然后用定量濾紙過濾2次，再用0.45 pm微孔濾膜過濾，收集提取液。最后將提取液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上40 ℃濃縮到2 mL，放入4 ℃冰箱中保存。

應用氣相色譜-質(zhì)譜儀（GC-MS）檢測根和莖葉中的化學成分。氣相色譜儀：Agilent 6890N；質(zhì)量選擇檢測器：Agilent Technologies 5973；分析軟件：Agilent Chemstation；色譜柱：30 m×0.25 mm×0.25 μm，HP-5MS毛細管柱。柱箱升溫程序：90 ℃（1 min），以10 ℃·min-1升溫至240 ℃。載氣流速：1.0 mL·min-1（He），進樣量為1 μL。離子源：EI；離子源溫度：230 ℃；電極電壓：1 000 V；四極桿溫度：150 ℃，全掃描范圍30～600 m·Z-1。通過Agilent Chemstation化學工作站檢索Nist標準質(zhì)譜圖庫，確定化合物。采用歸一法計算各種成分的相對含量。

1.2.5 根系分泌物的收集、濃縮 6月15日將西瓜植株從基質(zhì)中取出，先后用自來水和去離子水充分清洗附著在根系上的基質(zhì)。然后將根系放在裝有Hoagland營養(yǎng)液的黑色塑料桶中，每桶定植5株。連續(xù)通氣培養(yǎng)10 d，收集10株。10 d后將西瓜植株小心地從營養(yǎng)液中取出，用定性濾紙過濾營養(yǎng)液，再將營養(yǎng)液以25 mL·min-1的流速經(jīng)過XAD-4吸附樹脂，然后用柱床10倍體積的去離子水多次沖洗柱床（除去營養(yǎng)液成分），再用200 mL正己烷洗脫根系分泌物。最后將正己烷洗脫液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上40 ℃濃縮至1 mL，置于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.6 根系分泌物化感作用的生物檢測 將西瓜根系分泌物濃縮液分別稀釋成2.5、5.0、10.0、20.0 μL·L-1進行生物檢測。準確吸取不同濃度的稀釋液7 mL，加入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中。將培養(yǎng)皿放在50 ℃的烘箱中烘至正己烷完全揮發(fā)后加入7 mL去離子水做種子發(fā)芽試驗。方法同1.2.3。

1.2.7 根系分泌物中化學物質(zhì)的鑒定 方法同1.2.4。

2 結(jié)果與分析

2.1 西瓜根、莖葉水浸提液對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長的影響

西瓜根、莖葉水浸提液對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長有較大的影響（表1）。與對照相比，西瓜根、莖葉水浸提液的濃度為2.5 g·L-1時，發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、株高、根長、冠鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量的化感效應指數(shù)（RI）均為正值。當濃度為5.0 g·L-1時，RI值為負值。隨著濃度的增加，RI值逐漸降低。根、莖葉水浸提液濃度在20.0 g·L-1時，對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長的抑制作用最強，說明西瓜根、莖葉水浸提液對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長表現(xiàn)為低濃度促進、高濃度抑制的雙重效應。且同一濃度時，多表現(xiàn)為西瓜莖葉水浸提液對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長的抑制作用顯著大于根系。

表1 西瓜根、莖葉水浸提液對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長的影響

2.2 西瓜根系分泌物對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長的影響

西瓜根系分泌物對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長的影響因濃度而異（表2）。當根系分泌物濃度為2.5 μL·L-1時，對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長均表現(xiàn)為促進作用。根系分泌物濃度為5.0 μL·L-1時，開始抑制西瓜種子的發(fā)芽和幼苗的生長；隨著濃度的升高，抑制程度加大，而且不同濃度之間差異顯著。同濃度時，西瓜根系分泌物對西瓜幼苗根部的影響比地上部明顯。

2.3 西瓜根、莖葉和根系分泌物中化學物質(zhì)的鑒定

在西瓜根、莖葉和根系分泌物中共檢測出32種化學物質(zhì)（表3），且以酯類化學物質(zhì)最多，有14種，推測酯類化學物質(zhì)可能是西瓜主要的自毒物質(zhì)。在西瓜根中檢測到14種化學物質(zhì)，莖葉中檢測到19種，根系分泌物種檢測到22種；而且同種化學物質(zhì)在西瓜根、莖葉和根系分泌物中的相對含量也不相同。說明西瓜根、莖葉和根系分泌物中化學物質(zhì)的種類和含量存在差異。

表2 西瓜根系分泌物對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長的影響

表3 西瓜根、莖葉和根系分泌中化學物質(zhì)鑒定結(jié)果

3 結(jié)論與討論

3.1 西瓜根、莖葉和根系分泌物的化感效應

本試驗結(jié)果表明，西瓜根、莖葉水浸提液和根系分泌物對西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長有較大的影響。低濃度時，促進西瓜種子萌發(fā)和幼苗生長；高濃度時，抑制種子萌發(fā)和幼苗生長。這與前人的研究結(jié)果一致（王倩，2002；耿廣東 等，2005；楊廣超 等，2005）。西瓜根、莖葉水浸提液濃度在2.5 g·L-1時，促進西瓜種子發(fā)芽和幼苗生長；濃度為5.0 g·L-1時，開始表現(xiàn)為抑制作用；且隨著濃度增大，抑制作用增強。根系分泌物濃度為 5.0 μL·L-1時，西瓜種子的發(fā)芽和幼苗的生長也開始受到抑制。說明西瓜根、莖葉和根系分泌物中存在抑制西瓜種子萌發(fā)和幼苗生長的化學物質(zhì)，具有較強的化感抑制作用。

雖然植物體內(nèi)含有大量的化感物質(zhì)，但由于化感物質(zhì)在植物組織中分布不均衡，導致了各組織化感作用強度不同。苜蓿的根、莖葉、花、種皮均具有化感作用，但以葉片的化感作用最強（Miller，1983；Chung et al.，2000）。辣椒、茄子和棉花的葉片化感效應也大于根系（張啟發(fā)等，2007；李彥斌 等，2008；王廣印 等，2009）。本試驗也得出相似的結(jié)論，西瓜莖葉的化感作用大于根系。這可能與其根系、莖葉中化感物質(zhì)組成不同有關(guān)。

3.2 西瓜根、莖葉和根系分泌物中的化感物質(zhì)

植物根、莖葉和根系分泌物中含有許多化學物質(zhì)，既有化感抑制物質(zhì)（自毒物質(zhì)），也有化感促進物質(zhì)。迄今為止，在西瓜、番茄、黃瓜、辣椒、茄子等蔬菜作物根系分泌物和植物殘體中已經(jīng)分離出苯甲酸、肉桂酸、水楊酸、香草醛等多種自毒物質(zhì)（Kim，1989；Yu & Matsui，1994；王茹華 等，2006）。本試驗從西瓜根、莖葉和根系分泌物中共檢測出32種化學物質(zhì)，其中酯類化學物質(zhì)最多，有14種；在西瓜根中檢測到14種化學物質(zhì)，莖葉中檢測到19種，根系分泌物中檢測到22種，其中一些曾被報道為化感物質(zhì)（韓麗梅 等，2000；何海斌 等，2005；廖薇 等，2006；劉娜 等，2008；耿廣東 等，2009）。

近幾年有研究證明，脂肪酸酯是一類潛在的化感物質(zhì)，如鄰苯二甲酸二乙酯以及鄰苯二甲酸衍生物等（Macias，1995；何海斌 等，2005）。Rumex janonicus是亞熱帶地區(qū)多年生草藥，能夠分泌鄰苯二甲酸二乙酯，對周圍植物產(chǎn)生化感作用（Keire et al.，2001）。柴強和馮福學（2007）報道，玉米根系分泌物中的鄰苯二甲酸是一種自毒作用較強的化感物質(zhì)。本試驗在西瓜的根、莖葉和根系分泌物中均檢測到鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異丁酯。至于哪些化感物質(zhì)是西瓜的主要自毒物質(zhì)及其作用機理還需進一步探討。

研究中還發(fā)現(xiàn)，西瓜的化感抑制作用存在濃度效應。在同一塊土地上，連續(xù)種植西瓜，由于其化感物質(zhì)積累的過多，抑制西瓜生長，造成連作障礙。因此西瓜栽培應避免連作，采用輪作。輪作后土壤微生物活性得到改善，化感物質(zhì)在較長的時間內(nèi)揮發(fā)、分解或被土壤吸附固定，使自毒物質(zhì)濃度降低，減輕自毒作用。另外，增施有機肥，可以改善根系分泌物種類，提高土壤微生物活性，促進化感物質(zhì)的分解。同時建議在西瓜生產(chǎn)中，應及時將西瓜的殘株、落葉清理掉，避免其通過淋溶或腐解的形式進入土壤，以減輕化感抑制作用。

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