王曉英

(唐山師范學(xué)院 生命科學(xué)系，河北 唐山 063000)

柴胡腐解液對3種作物的化感作用研究

王曉英

(唐山師范學(xué)院 生命科學(xué)系，河北 唐山 063000)

以白菜、玉米、小麥為受體材料，采用室內(nèi)生物測定法測定不同質(zhì)量濃度柴胡植株地上部分和地下部分的腐解液對3種作物種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，篩選適宜柴胡后茬種植的作物種類。結(jié)果表明：柴胡腐解液對白菜和玉米種子各發(fā)芽指標(biāo)均有不同程度的抑制作用，抑制率分別為1.02%～100.00%和1.12%～89.25%；對白菜幼苗有抑制根長和促進(jìn)苗高的雙重作用；對玉米幼苗根長和苗高均有不同程度的抑制作用，抑制率為3.05%～85.93%。柴胡腐解液對小麥種子發(fā)芽率、幼苗根長和苗高均有抑制作用，且隨濃度升高抑制作用增強；地上部分腐解液對小麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的化感作用呈現(xiàn)低促高抑的效應(yīng)，而地下部分腐解液則表現(xiàn)出隨著濃度升高抑制作用逐漸增強的趨勢。隸屬函數(shù)分析表明，柴胡地下部分腐解液對受體作物的抑制作用大于地上部分腐解液。柴胡腐解液對白菜的化感抑制作用最強，對小麥的化感抑制作用最弱。因此，與白菜和玉米相比，小麥更適合作柴胡的后茬作物。

柴胡； 后茬作物； 化感

化感作用廣泛存在于自然界中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的間套作、前后茬、殘茬處置以及作物與雜草、作物與土壤微生物的關(guān)系都存在化感作用，其對作物耕作制度的合理安排、農(nóng)田雜草控制、作物病蟲害防治以及減少連作障礙等方面起著重要的作用[1]。如何利用化感作用實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展將是可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中的重要部分[2]。

柴胡(BupleurumchinenseDC.)為傘形科多年生藥用植物。柴胡連年大面積單一種植，導(dǎo)致其根際土壤生態(tài)環(huán)境惡化，連作障礙現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，表現(xiàn)為植株死亡，產(chǎn)量低、質(zhì)量差。化感作用是其產(chǎn)生的重要因素之一[3]?；凶饔闷鹱饔玫奈镔|(zhì)主要是植物的次生代謝物，藥用植物與其他植物的根本區(qū)別在于它們含有特定的生理活性物質(zhì)，而這些生理活性物質(zhì)與化感物質(zhì)往往具有“同源性”，所以藥用植物更易產(chǎn)生化感物質(zhì)，從而發(fā)生化感作用[4]。研究表明，廣藿香的根系分泌物能夠?qū)μ}卜生長起到抑制作用[5]。黃花蒿能通過莖葉淋溶、根系分泌和植物殘體等途徑向土壤釋放青蒿素類化感物質(zhì)，抑制燕麥、黃瓜、菜豆和大白菜等多種作物的種子發(fā)芽和幼苗生長[6-8]。三七連作土壤對蘿卜、白菜、萵苣以及三七水提液對小麥、玉米、油菜均有一定的化感作用[9-10]。

輪作是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上減輕植物連作障礙的常用措施。輪作植物的選擇是建立合理輪作體系，充分利用土地資源的基礎(chǔ)[11-12]。目前，化感作用在柴胡前后茬作物選擇方面的研究尚未見文獻(xiàn)報道。鑒于此，采用化感作用的研究方法，模擬殘體分解的化感方式，研究柴胡地上部植株和殘留在土壤中的地下部根系對小麥、玉米和白菜的化感作用，對比3種作物對柴胡化感作用的敏感程度，從而篩選出適宜柴胡后茬種植的作物種類。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試柴胡為北京同仁堂河北中藥材科技開發(fā)有限公司實驗基地2年生植株，經(jīng)風(fēng)干、粉碎，過篩備用。小麥(京冬12號)、白菜(北京新三號)、玉米(津北288)種子購自唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)院。

1.2 試驗方法

1.2.1 腐解液的制備 取柴胡地上、地下部分粉末100 g，與500 g風(fēng)干園土混勻。分別裝入燒杯中，澆水，用塑料薄膜封口，置于人工氣候箱內(nèi)25 ℃恒溫、遮光腐解40 d后，在腐解物中加入1 L蒸餾水?dāng)嚢杈鶆颍?8 h。所得的腐解物水提液經(jīng)8層紗布過濾后，4 000 r/min離心10 min，上清液經(jīng)0.45 μm微孔濾膜抽濾4次，得到質(zhì)量濃度為0.10 g/mL的腐解液母液。將母液分別稀釋至0.01、0.03、0.05、0.07、0.09 g/mL，4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 試驗設(shè)計 白菜、小麥和玉米種子用0.3% KMnO4溶液消毒10 min，蒸餾水沖洗3次后，晾干，備用。取已消毒的白菜、小麥和玉米種子，放入鋪有濾紙的培養(yǎng)皿，每個培養(yǎng)皿放入50粒種子。每皿加3 mL不同質(zhì)量濃度的腐解液，以蒸餾水作對照，期間保持濾紙濕潤。每個處理重復(fù)3次。從種子露白開始，白菜每隔1 h、小麥和玉米每隔12 h記錄萌發(fā)的種子數(shù)(胚根或胚軸突破種皮1～2 mm為萌發(fā))。連續(xù)記錄14次發(fā)芽率，計算發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。第7天從每個培養(yǎng)皿中挑選10株健壯幼苗，測量幼苗苗高、根長，計算抑制率(IR)。IR=(對照值-處理值)/對照值×100%，IR>0 表示抑制，IR<0表示促進(jìn)，抑制率絕對值的大小與作用強度一致。

選取柴胡地上、地下部腐解液處理下的白菜、小麥和玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的7個指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，以7個指標(biāo)隸屬函數(shù)值的平均值作為評價柴胡腐解液對3種作物化感作用的綜合影響值。

隸屬函數(shù)值計算公式：

R(Xi)=(Xi-Ximin)/(Ximax-Ximin)

式中：Xi為指標(biāo)測定值，Ximax、Ximin為所有參試指標(biāo)i測定值的最大和最小值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2003處理后，用SPSS 19.0進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 柴胡腐解液對小麥、玉米、白菜種子萌發(fā)及幼苗生長的化感作用

從表1可以看出，與對照相比，柴胡地上、地下部腐解液對白菜種子各萌發(fā)指標(biāo)有不同程度抑制作用。隨著腐解液質(zhì)量濃度的增加，柴胡地上、地下部腐解液對白菜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的抑制作用逐漸增大。柴胡地上、地下部腐解液在低質(zhì)量濃度處理下(0.01 g/mL)對白菜種子發(fā)芽率的抑制作用與對照差異不顯著；隨著濃度的升高，對種子發(fā)芽率的抑制作用與對照差異顯著(P<0.05)。各濃度柴胡地上、地下部腐解液對白菜種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的抑制作用與對照差異均顯著(P<0.05)。柴胡地上部腐解液對白菜種子發(fā)芽指標(biāo)的抑制率為1.02%～99.65%，地下部腐解液對白菜種子發(fā)芽指標(biāo)的抑制率為1.69%～100.00%，柴胡地下部腐解液質(zhì)量濃度為0.09 g/mL時，對白菜種子發(fā)芽指標(biāo)的抑制率達(dá)100%。同濃度處理下，柴胡腐解液對白菜種子發(fā)芽率的抑制程度低于發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

與對照相比，除0.01 g/mL柴胡地下部腐解液處理對白菜幼苗根長表現(xiàn)出不顯著促進(jìn)作用外，其余柴胡腐解液對白菜幼苗根長均有抑制作用，且隨濃度升高，抑制作用呈增大趨勢。除0.09 g/mL柴胡地下部分腐解液外，其余濃度腐解液對白菜幼苗苗高均表現(xiàn)為促進(jìn)作用。白菜幼苗苗高隨處理液濃度升高表現(xiàn)出先升后降的趨勢。

表1 不同質(zhì)量濃度柴胡腐解液對白菜種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

注:同列數(shù)據(jù)中不同字母表示在0.05水平差異顯著，下同。

從表2可以看出，與對照相比，隨著質(zhì)量濃度的增加，無論是柴胡地上部還是地下部腐解液，對小麥種子發(fā)芽率的抑制作用逐漸增強。柴胡地上部腐解液對小麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的化感作用呈現(xiàn)低質(zhì)量濃度促進(jìn)、高質(zhì)量濃度抑制的現(xiàn)象；柴胡地下部腐解液對小麥種子發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)的抑制作用(0.01 g/mL處理除外)隨濃度升高呈增加趨勢。

與對照相比，柴胡腐解液對小麥幼苗根長和苗高有顯著的抑制作用(P<0.05)。隨著質(zhì)量濃度的增加，柴胡腐解液對小麥幼苗根長的抑制作用大致呈增加趨勢。柴胡地上部腐解液對小麥幼苗苗高的抑制作用大致呈增加趨勢，柴胡地下部腐解液對小麥幼苗苗高也有不同程度的抑制作用。

從表3可以看出，柴胡腐解液對玉米種子各發(fā)芽指標(biāo)均有不同程度的抑制作用，抑制率為1.12%～89.25%，其中，各腐解液處理種子發(fā)芽率與對照差異不顯著。柴胡地上部腐解液各質(zhì)量濃度處理的玉米種子發(fā)芽勢(0.03 g/mL處理除外)和發(fā)芽指數(shù)與對照差異顯著(P<0.05)。柴胡地下部腐解液處理的玉米種子發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)僅在質(zhì)量濃度為0.09 g/mL時與對照差異顯著(P<0.05)。柴胡腐解液對玉米種子活力指數(shù)的抑制率隨質(zhì)量濃度增大而增強，且均與對照差異顯著(P<0.05)。

表2 不同質(zhì)量濃度柴胡腐解液對小麥種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

與對照相比，柴胡腐解液對玉米幼苗根長和苗高有不同程度的抑制作用，抑制率為3.05%～85.93%。低質(zhì)量濃度處理的玉米苗高與對照差異不顯著，高質(zhì)量濃度處理的玉米苗高與對照差異顯著(P<0.05)；而所有處理的玉米根長與對照相比均顯著降低(P<0.05)。

表3 不同質(zhì)量濃度的柴胡腐解液對玉米種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

2.2 柴胡腐解液對小麥、玉米和白菜的綜合化感效應(yīng)

根據(jù)隸屬函數(shù)均值大小得出(表4)，小麥隸屬函數(shù)均值最高，為0.96，依次為玉米和白菜，分別為0.33和0.31。隸屬函數(shù)分析結(jié)果表明，柴胡腐解液對白菜的化感抑制作用最強，對小麥的化感抑制作用最弱。從供體材料角度來看，柴胡地上部腐解液處理下的受體作物的隸屬函數(shù)值高于地下部腐解液，說明柴胡地上部腐解液對受體作物的抑制作用小于地下部腐解液。

表4 柴胡腐解液處理下3種作物種子萌發(fā)和幼苗生長指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

3 結(jié)論與討論

3.1 柴胡地上、地下部腐解液化感作用的差異及濃度效應(yīng)

植物殘株經(jīng)過分解后可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤的物理結(jié)構(gòu)等因素，進(jìn)而增加后茬作物的產(chǎn)量，但同時也因為釋放化感物質(zhì)而降低后茬作物的產(chǎn)量[13]。柴胡為多年生藥用植物，每年地上部分枯死腐爛分解，以及根部采收后殘留在土壤中的殘根腐爛后對后茬作物的影響未見報道。

植物的化感物質(zhì)多為次生代謝物質(zhì)，非常復(fù)雜，具有抑制和促進(jìn)2種作用的物質(zhì)都可能存在[14]，而且一物多用的生態(tài)功能在化感物質(zhì)中是普遍存在的[15]。本試驗中，柴胡相同器官同一質(zhì)量濃度處理對受體植物白菜幼苗根長有抑制作用，而對苗高有促進(jìn)作用，可能是受體不同器官對化感物質(zhì)的敏感性不同以及化感作用影響物質(zhì)在受體體內(nèi)分布導(dǎo)致的。

同一供體植物柴胡不同器官之間的化感作用也不盡相同，與器官化感物質(zhì)的含量和種類不同有關(guān)[16]。在水稻的化感作用研究中發(fā)現(xiàn)，葉片的化感作用最強[17]。這是由于葉片是光合作用和各種次生代謝過程的主要器官，含有大量的酶和有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)更多或活性更強且穩(wěn)定，化感作用能大部分表現(xiàn)出來。在柴胡對3種作物化感作用的研究中發(fā)現(xiàn)，與地上部分相比，柴胡地下部分腐解液對3種受體植物的抑制作用更強，這與水稻化感作用研究結(jié)果不同[17]。原因可能與柴胡的藥用屬性有關(guān)。柴胡以干燥根入藥，根部含有大量生理活性物質(zhì)，如皂苷a、皂苷d、總皂苷、多糖等?，F(xiàn)已知的化感物質(zhì)主要包括酚類、醌類、黃酮類、萜類、多糖和糖苷、香豆素、生物堿和非蛋白氨基酸等[18]。柴胡根中含有的活性物質(zhì)均屬于化感物質(zhì)范疇，且柴胡根中主要藥效成分——皂苷的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于莖、葉[19-21]，這一發(fā)現(xiàn)再次證實藥用植物化感物質(zhì)與藥效成分具有“同源性”[4]。

3.2 適宜柴胡后茬種植的作物種類選擇

本試驗結(jié)果表明，柴胡地上、地下部腐解液對白菜和玉米2種作物種子的發(fā)芽均有不同程度的抑制作用，地上部腐解液降低了小麥種子發(fā)芽率，但對其余3個發(fā)芽指標(biāo)表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的作用，而地下部腐解液對小麥種子發(fā)芽則表現(xiàn)出抑制的作用；柴胡地上、地下部腐解液對小麥和玉米2種作物的幼苗生長均有抑制作用，地上部腐解液對白菜幼苗根長有抑制作用，卻促進(jìn)了苗高生長，而地下部腐解液對白菜幼苗生長表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的作用。因此，采用單一指標(biāo)難以客觀反映柴胡腐解液對3種作物的化感作用強弱，采用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)法對3種受體在柴胡腐解液處理下的綜合品質(zhì)進(jìn)行評價，結(jié)果表明，盡管3種受體作物的發(fā)芽、生長指標(biāo)互有高低，但小麥隸屬函數(shù)值最高，為0.96，依次為玉米和白菜，分別為0.33和0.31。因此，較之于玉米和白菜，小麥更適合作柴胡的后茬作物。

有研究表明，供體植物對受體植物種內(nèi)不同品種的化感作用是不相同的[21]。本地品種經(jīng)常會在供體植物的逆境脅迫下，出現(xiàn)一定程度遺傳轉(zhuǎn)化，因此適應(yīng)性差，而外地引進(jìn)的品種則表現(xiàn)出較強的適應(yīng)能力。王慶玲等[11]在研究三七對小麥的化感作用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)匦←溒贩N對三七化感作用的敏感性大于外來引進(jìn)的品種。柴胡對不同品種小麥的化感作用效果如何，尚需進(jìn)一步研究，以篩選出適宜柴胡后茬種植的小麥品種。

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Allelopathic Effect ofBupleurumchinenseDC.Decomposition Liquid on Three Kinds of Crops

WANG Xiaoying

(Department of Life Science,Tangshan Teachers’ College,Tangshan 063000,China)

The principle of allelopathy was applied in order to select the suitable afterculture crop ofBupleurumchinenseDC..The allelopathic effect of the decomposition liquid ofBupleurumchinenseDC.on germination and seedlings growth of Chinese cabbage,wheat and corn were tested in petri dishes in laboratory by adopting indoor bioassay.Results showed that the decomposition liquid ofBupleurumchinenseDC.reduced the germination indexes of Chinese cabbage and corn,with the inhibition rate from 1.02% to 100.00% and 1.12% to 89.25%,respectively.The decomposition liquid ofBupleurumchinenseDC.reduced the root length and promoted the seedling hight of Chinese cabbage,while reduced the root length and seedling hight of corn,with the inhibition rate from 3.05% to 85.93%.The decomposition liquid ofBupleurumchinenseDC.inhibited the germination ratio,root length and seedling hight of wheat,and the inhibition rate was increased with the increase of decomposition liquid concentration.The germination potential,germination index and vigor index of wheat seed were promoted at low concentration while suppressed at high concentration by the decomposition liquid of the overground parts ofBupleurumchinenseDC.,and the inhibition effects were increased by the decomposition liquid of the underground parts ofBupleurumchinenseDC..Subordinate function analysis indicated that the allelopathic inhibitory effect of the underground parts ofBupleurumchinenseDC.was stronger than the overground parts.The decomposition liquid ofBupleurumchinenseDC.had strongest allelopathic inhibitory effects on Chinese cabbage,but had weakest allelopathic inhibitory effects on wheat.Wheat is the suitable afterculture crop ofBupleurumchinenseDC.compared with Chinese cabbage and corn.

BupleurumchinenseDC.; afterculture crop; allelopathy

2017-04-10

河北省科技計劃項目(16236420)；唐山市科技局項目(15130264a)；唐山師范學(xué)院項目(2016C07)；唐山市藥用植物綜合開發(fā)與利用科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目(15130205C)

王曉英(1984-)，女，山西運城人，實驗師，碩士，主要從事藥用植物及生物技術(shù)研究。E-mail：64979385@qq.com

R282.2

A

1004-3268(2017)08-0121-05