嚴(yán)逸男, 劉明月, 周相助, 林志強(qiáng), 張衛(wèi)清, 許 茹, 王樹彬, 陳 露, 尚春雨, 林勇文, 侯毛毛, 林義章, 鐘鳳林**

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秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄生長的障礙研究*

嚴(yán)逸男1, 劉明月1, 周相助1, 林志強(qiáng)2, 張衛(wèi)清2, 許 茹1, 王樹彬1, 陳 露1, 尚春雨1, 林勇文1, 侯毛毛1, 林義章1, 鐘鳳林1**

(1. 福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院 福州 350002; 2. 福建省種子管理總站 福州 350003)

單一耕作制度和作物品種, 使設(shè)施連作障礙日益加劇。番茄和秋葵都是重要的設(shè)施蔬菜類型, 但種植發(fā)現(xiàn)秋葵對(duì)番茄存在生長障礙, 研究秋葵對(duì)番茄的生長障礙發(fā)生的生理生態(tài)機(jī)制具有重要意義。本研究選取種植秋葵的1 a和10 a土壤浸提液(簡(jiǎn)稱1 a浸提液和10 a浸提液), 以全素營養(yǎng)液為對(duì)照(簡(jiǎn)稱CK), 探討秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄萌發(fā)期種子和幼苗生長的影響。結(jié)果表明: 同一濃度土壤浸提液處理下, 10 a浸提液的番茄萌芽期種子表現(xiàn)出主根畸形, 側(cè)根增多但細(xì)弱; 番茄幼苗分根增多, 根系活性低于1 a浸提液且都顯著低于CK, 頂部嫩葉失綠異常, 活性氧代謝系統(tǒng)紊亂。同一年限不同秋葵土壤浸提液濃度處理下, 番茄萌發(fā)期種子隨浸提液濃度的升高表現(xiàn)出主根畸形, 側(cè)根增多且細(xì)弱, 番茄幼苗分根增多, 1 a和10 a浸提液的番茄根尖數(shù)、分根數(shù)分別最高達(dá)1 146、3 321和2 291、1 947, 顯著高于對(duì)照(1 071、385); 秋葵土壤浸提液濃度高于250 mg·mL-1處理下番茄幼苗根系活性都顯著低于CK, 頂部嫩葉失綠異常, 活性氧代謝系統(tǒng)紊亂。研究表明秋葵根系物及分泌物在土壤中殘留, 對(duì)后茬番茄的生長造成不良影響, 這些物質(zhì)隨種植年限增加而富集, 從而對(duì)番茄產(chǎn)生更嚴(yán)重的毒害。

番茄; 秋葵; 土壤浸提液; 連作障礙; 輪作; 化感作用

設(shè)施栽培蔬菜品種局限強(qiáng), 由于單一的耕作制度和作物品種, 及過分追求經(jīng)濟(jì)效益, 設(shè)施連作障礙日益加劇。植物根際生態(tài)環(huán)境惡化, 根系活力下降, 蔬菜生長發(fā)育不良; 土壤病蟲基數(shù)增加, 危害加劇; 蔬菜產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)大幅度下降[1]。近年來國內(nèi)外許多學(xué)者通過利用不同植物間的正相互作用, 進(jìn)行混作、間作、套作, 建立植物有益組合; 通過改進(jìn)栽培耕作制度, 實(shí)施作物輪作, 科學(xué)作物布局, 保護(hù)生物多樣性, 減少作物化感作用的負(fù)面影響[2]。植物化感作用是植物-土壤-微生物相互作用的結(jié)果, 包括了偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用[3-8]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中充分利用化感物質(zhì)的正效應(yīng), 避免負(fù)效應(yīng), 對(duì)于建立可持續(xù)農(nóng)業(yè)體系具有重要作用, 因而被認(rèn)為是一項(xiàng)重要的農(nóng)業(yè)生態(tài)技術(shù)[6]。

番茄()營養(yǎng)豐富, 是我國栽培面積最大的蔬菜之一[9], 是最重要的設(shè)施大棚蔬菜[10], 也是世界第二大蔬菜消費(fèi)品[11]。作為設(shè)施種植最大的蔬菜種類, 其自身的根系分泌物及殘茬會(huì)引起自毒作用, 連作障礙已成為我國蕃茄集約化生產(chǎn)的瓶頸[12-13]。秋葵()是人們喜食的蔬菜之一, 我國大陸從印度引進(jìn)秋葵, 已經(jīng)種植60多年[14]。秋葵用途頗為廣泛, 嫩果、葉、花均可供食, 種子可榨油, 豐富的莖稈纖維也具有較高利用價(jià)值[15]。由于番茄存在連作障礙, 同時(shí)秋葵生產(chǎn)中忌連作[7], 且都屬于經(jīng)濟(jì)效益較好的蔬菜, 農(nóng)民希望通過兩者的合理種植來減輕單一蔬菜的自毒障礙并得到好的經(jīng)濟(jì)效益。但種植發(fā)現(xiàn), 秋葵與果菜類接茬, 秋葵與番茄間作或輪作會(huì)發(fā)生根結(jié)線蟲, 導(dǎo)致番茄不同程度的生長以及結(jié)果的障礙[14-16], 因此深入研究秋葵對(duì)番茄生長障礙發(fā)生的生理生態(tài)機(jī)制具有重要意義。本試驗(yàn)以秋葵種植土壤為材料, 選取常規(guī)土壤為對(duì)照, 通過選取種植秋葵低年限(1 a)和高年限(10 a)的土壤進(jìn)行水浸提, 用霍格蘭全素營養(yǎng)液為對(duì)照培養(yǎng)液, 采用水培法研究其對(duì)番茄萌發(fā)期種子和幼苗的生長情況, 以探討秋葵種植土壤浸提液對(duì)番茄萌發(fā)期種子根、莖生長以及幼苗地下部、地上部生長和生理生化指標(biāo)及番茄生長的影響, 為明晰番茄與秋葵種植障礙產(chǎn)生的機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土樣分別為種植秋葵1 a、10 a(a表示年份)的土壤, 于2018年4月10日在每個(gè)地塊采用5點(diǎn)法采集土表0~20 cm的土壤, 土樣采自福建省漳州市龍海市東園鎮(zhèn)東園(24°21′52.39″N, 117°52′12.04″E)。用水浸提法獲得土壤浸提液[17]: 取自然風(fēng)干土壤過1 mm孔徑篩, 2018年4月15日按1∶2(/)的比例浸泡于燒杯中, 即加土200 g加蒸餾水400 mL, 充分振蕩后靜置2 d, 取上清液過濾, 得秋葵種植土壤500 mg·mL-1的溶液(浸提母液)。設(shè)置不同濃度浸提液用于番茄萌芽期種子和幼苗的培養(yǎng)。

供試品種為小番茄‘Micro Tom’。將番茄種子用紗布包裹在自來水中浸種6 h, 后放置在28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2~3 d即可得到露白1~2 mm的番茄萌芽種子, 作為試驗(yàn)材料。

將相同處理的另一批露白種子進(jìn)行沙培育苗, 待長至3葉一心時(shí)取苗, 正常全素營養(yǎng)液水培定植于40 cm×60 cm×20 cm箱中, 營養(yǎng)液配方采用霍格蘭番茄專用配方[18], 待苗長至7葉一心時(shí)作為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將上述的萌芽種子于2018年4月21日開始用10 mL1a和10 a秋葵種植土壤浸提液(簡(jiǎn)稱1 a浸提液和10 a浸提液), 分別設(shè)置1 000 mg·mL-1、2 000 mg·mL-1和3 000 mg·mL-1浸提液濃度處理(簡(jiǎn)稱S1-S6, 1 a各濃度處理分別為S1、S2、S3, 10 a各濃度處理分別為S4、S5、S6), 并以全素營養(yǎng)液作為CK對(duì)照(T1), 每個(gè)處理各30粒種子, 培養(yǎng)5 d, 對(duì)處理5 d的種子進(jìn)行拍照, 之后將各處理種子的全部根系用組培刀切下進(jìn)行透明處理。

于2018年4月22日將正常培養(yǎng)的7葉1心苗移至6 L1 a浸提液和10 a浸提液, 分別設(shè)置125 mg·mL-1、250 mg·mL-1和500 mg·mL-1浸提液濃度處理(簡(jiǎn)稱T2-T7), 并以全素營養(yǎng)液作為CK對(duì)照, 培養(yǎng)9 d, 每個(gè)處理各40株苗, 每3 d取樣一次, 共4次, 隨機(jī)選取3株番茄苗進(jìn)行拍照及根系與葉片掃描, 后另選取3株葉片及根系分別取樣0.3 g和0.2 g, 液氮凍樣后-40 ℃保存,進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

根系透明處理采用植物透明標(biāo)本制作的NaOH透明方法[19]并稍加改動(dòng): 1)乙醇∶冰醋酸=3∶1, 15~20 min; 2)Basic solution(7%NaOH+60%乙醇)過夜; 3)40%、20%、10%乙醇各處理15 min; 4)蒸餾水, 后顯微鏡觀察。番茄根系長、根系體積、根尖數(shù)、分根數(shù)及地上部葉片面積等采用根系分析掃描儀進(jìn)行掃描檢測(cè); 葉綠素含量測(cè)定采用酒精研磨法[20]; 根系活力測(cè)定采用TTC法[20]; 超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用NBT光化學(xué)還原法[20]; 過氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[20]; 過氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定采用過氧化氫法[20]; 脯氨酸含量測(cè)定采用茚三酮顯色法[20]; 丙二醛(MDA)含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用DPS(7.05)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析, 用最小顯著差數(shù)法(LSD)進(jìn)行差異顯著性分析, 顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄生長的影響

2.1.1 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄萌芽期種子生長的影響

當(dāng)植物在逆境下, 最先感受脅迫的器官是根[21-23]。觀察處理5 d時(shí)種子, 與CK比較, 同一濃度下10 a浸提液處理比1 a浸提液處理所受影響嚴(yán)重。10 a浸提液處理造成番茄主根畸形, 側(cè)根增多但細(xì)弱, 莖徒長, 且隨濃度增加脅迫愈加明顯(圖1A)。10 a浸提液對(duì)番茄露白后的種子有明顯影響, 主要表現(xiàn)為主根短縮且褐化變黃, 根尖細(xì)胞小且排列致密(圖1B-S6), 呈現(xiàn)黃褐色。根與莖的交界處有類似腐爛的變褐, 側(cè)根細(xì)弱(圖1C的S6)。表明秋葵種植土壤浸提液對(duì)番茄種子萌發(fā)的根系造成傷害。

圖1 秋葵種植不同年限的土壤浸提液處理第5 d番茄種子生長情況[A: 各處理番茄種子生長情況; B: T1、S6處理番茄種子根部生長情況(2×); C: T1、S6處理番茄種子根系透明情況(27×)]

T1: CK(全素營養(yǎng)液); S1: 1 000 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; S2: 2 000 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; S3: 3 000 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; S4: 1 000 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; S5: 2 000 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; S6: 3 000 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。T1: nutrient solution; S1: 1 000 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; S2: 2 000 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; S3: 3 000 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; S4: 1 000 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; S5: 2 000 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; S6: 3 000 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

2.1.2 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄幼苗生長的影響

觀察處理0~9 d的番茄幼苗, 隨著處理時(shí)間增加番茄受浸提液處理影響比CK嚴(yán)重, 10 a浸提液處理比1 a浸提液嚴(yán)重。10 a浸提液處理造成番茄分根數(shù)增多, 根尖分叉也增多, 根系生長明顯異常, 莖徒長, 且隨濃度增加脅迫愈加明顯(圖2, 圖3)。第6 d起, 在T6和T7處理下番茄葉片表現(xiàn)為新葉失綠(圖4)。表明秋葵土壤浸提液對(duì)番茄幼苗的地下部和地上部皆有傷害。

圖2 秋葵種植不同年限的土壤浸提液對(duì)番茄幼苗生長的影響(0~9 d)

T1: CK(全素營養(yǎng)液); T2: 125 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T3: 250 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T4: 500 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T5: 125 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T6: 250 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T7: 500 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。T1: nutrient solution; T2: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T3: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T4: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T5: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T6: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T7: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

圖3 秋葵種植不同年限的土壤浸提液處理6 d番茄幼苗根系尖端部分生長情況

T1: CK(全素營養(yǎng)液); T2: 125 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T3: 250 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T4: 500 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T5: 125 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T6: 250 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T7: 500 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。T1: nutrient solution; T2: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T3: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T4: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T5: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T6: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T7: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

圖4 秋葵種植不同年限的土壤浸提液對(duì)番茄幼苗莖葉生長的影響(0~9 d)

T1: CK(全素營養(yǎng)液); T2: 125 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T3: 250 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T4: 500 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T5: 125 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T6: 250 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T7: 500 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。T1: nutrient solution; T2: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T3: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T4: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T5: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T6: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T7: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

2.2 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄幼苗根系形態(tài)的影響

觀察處理0~9 d番茄幼苗的根長、根系拓?fù)涿娣e、根系表面積、根系體積、根尖數(shù)和分根數(shù), 隨處理時(shí)間增加, 各處理根系與T1(對(duì)照)的差異顯著, 根系生長量明顯高于T1; 隨著處理時(shí)間的增長T2-T7處理的根系表現(xiàn)出分根數(shù)和根尖分叉異常增多, 且各處理之間的差距隨之增大, 在9 d時(shí)分別達(dá)到T1的1.52~5.95倍和1.75~3.10倍(圖5)。其中T3處理下番茄的根長、根表面積和分根數(shù)在所有處理中最大, T7處理下番茄的根系體積和根尖數(shù)則最大。表明秋葵土壤浸提液會(huì)使番茄根系分根數(shù)和根尖分叉異常增多。

圖5 秋葵種植不同年限的土壤浸提液對(duì)番茄幼苗根系形態(tài)的影響

同一培養(yǎng)時(shí)間不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)。T1: CK(全素營養(yǎng)液); T2: 125 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T3: 250 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T4: 500 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T5: 125 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T6: 250 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T7: 500 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。Different lowercase letters in bars for the same culture time indicate significant differences at 0.05 level among treatments. T1: nutrient solution; T2: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T3: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T4: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T5: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T6: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T7: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

2.3 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄幼苗根系活力的影響

測(cè)定處理0~9 d番茄幼苗的根系活力, T2-T7處理下的番茄幼苗根系活力與對(duì)照T1處理存在顯著差異; 隨著處理時(shí)間增加根系活力變化明顯, 10 a浸提液處理根系活力總體低于1 a浸提液處理, 且顯著低于T1。在處理初期隨著處理濃度的增加, 番茄幼苗根系活力也隨之增加, 其中3 d時(shí)1 a浸提液處理(T2-T4)和T7的根系活力顯著高于T1, 在6~9 d時(shí)10 a浸提液處理(T5-T7)的番茄根系隨浸提液濃度的增加呈先升后降的趨勢(shì), 而在6~9 d時(shí)T2-T7根系活力都低于T1處理(圖6), 這可能是因?yàn)樵谔幚碇泻笃谥仓旮抵卸?圖2, 圖3),說明秋葵種植土壤浸提液對(duì)番茄根系活力有毒害作用。

2.4 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄幼苗葉綠素的影響

測(cè)定處理0~9 d番茄幼苗的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素。T2-T7處理番茄幼苗葉綠素與T1存在差異, 隨著處理時(shí)間增加葉綠素變化明顯, 浸提液處理葉綠素變化幅度大于T1, 隨處理時(shí)間延長對(duì)番茄葉綠素含量的破壞加重。各處理的葉綠素a含量差異不明顯, 葉綠素b和總?cè)~綠素含量初期T2-T7處理高于T1且差異顯著; 在3~6 d時(shí)1 a浸提液處理(T2-T4)番茄葉綠素b含量均比10 a浸提液處理下(T5-T7)高, 而在處理中后期浸提液處理的番茄葉綠素b含量有一定量的降低, 9 d時(shí)番茄總?cè)~綠素含量較3~6 d時(shí)有一定量的下降(圖7)。表明秋葵種植土壤浸提液破壞番茄葉綠素形成。

圖6 秋葵種植不同年限的土壤浸提液對(duì)番茄幼苗根系活力的影響

同一培養(yǎng)時(shí)間不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)。T1: CK(全素營養(yǎng)液); T2: 125 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T3: 250 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T4: 500 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T5: 125 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T6: 250 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T7: 500 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。Different lowercase letters in bars for the same culture time indicate significant differences at 0.05 level among treatments. T1: nutrient solution; T2: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T3: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T4: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T5: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T6: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T7: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

2.5 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄幼苗抗氧化酶活性的影響

測(cè)定處理0~9 d的番茄幼苗葉片和根系SOD、POD和CAT活性。隨處理時(shí)間增加, 各浸提液處理葉片和根系SOD、POD和CAT活性與T1差異顯著。10 a(T5-T7)浸提液處理的葉片SOD活性在同一時(shí)期隨濃度的升高由先降后升變?yōu)橄壬髮②厔?shì)。T5-T7的葉POD活性隨濃度的升高由3 d的下降趨勢(shì)變?yōu)? d的上升的趨勢(shì), 且葉片POD活性在3~9 d時(shí)都高于對(duì)照T1, 在9 d時(shí)根系POD活性也高于T1。葉片CAT活性隨處理時(shí)間及1 a和10 a浸提液濃度增加呈下降趨勢(shì)(圖8)。

番茄幼苗根系SOD活性同一浸提液濃度不同年限的增長呈先下降后上升的趨勢(shì), 在T4和T7高濃度活性在3 d時(shí)大幅下降。POD活性9 d時(shí)各浸提液處理都顯著高于T1。6~9 d時(shí)根系CAT活性隨處理時(shí)間及1 a(T2-T4)和10 a(T6-T7)浸提液濃度增加呈下降趨勢(shì)(圖8)。

2.6 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄幼苗脯氨酸和丙二醛含量的影響

脯氨酸作為羥自由基清除劑, 對(duì)脅迫反應(yīng)十分敏感, 其含量與環(huán)境脅迫的強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)[24]。測(cè)定處理0~9 d的番茄幼苗葉片和根系的脯氨酸含量(圖9), 番茄幼苗葉片各浸提液處理下脯氨酸含量在6 d最低。T3和T6的番茄葉片脯氨酸含量在3 d時(shí)顯著高于對(duì)照T1, 而9 d時(shí)T5的脯氨酸含量顯著高于T1。番茄幼苗根系各浸提液處理下脯氨酸含量隨處理時(shí)間延長變化明顯, 培養(yǎng)6 d時(shí)T3-T7比3 d時(shí)明顯增加, 其中10 a浸提液(T5-T7)下顯著高于T1; 9 d時(shí)T5的脯氨酸含量仍顯著高于其他處理。結(jié)果表明, 中高濃度秋葵連作土壤浸提液處理下番茄幼苗處于脅迫中, 且處理濃度越高, 脅迫強(qiáng)度越大, 植株應(yīng)對(duì)脅迫也越靈敏。

圖7 秋葵種植不同年限的土壤浸提液對(duì)番茄幼苗葉綠素含量的影響

同一培養(yǎng)時(shí)間不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)。T1: CK(全素營養(yǎng)液); T2: 125 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T3: 250 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T4: 500 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T5: 125 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T6: 250 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T7: 500 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。Different lowercase letters in bars for the same culture time indicate significant differences at 0.05 level among treatments. T1: nutrient solution; T2: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T3: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T4: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T5: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T6: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T7: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

圖8 秋葵種植不同年限的土壤浸提液對(duì)番茄葉和根SOD、POD和CAT活性的影響

同一培養(yǎng)時(shí)間不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)。T1: CK(全素營養(yǎng)液); T2: 125 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T3: 250 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T4: 500 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T5: 125 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T6: 250 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T7: 500 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。Different lowercase letters in bars for the same culture time indicate significant differences at 0.05 level among treatments. T1: nutrient solution; T2: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T3: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T4: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T5: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T6: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T7: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

MDA是細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng)的重要產(chǎn)物, 通常以MDA含量作為膜脂過氧化反應(yīng)的主要指標(biāo), MDA含量的多少體現(xiàn)了細(xì)胞膜被破壞的程度[25]。測(cè)定處理3 d和9 d的番茄幼苗葉片MDA含量在10 a浸提液處理下隨濃度增加呈遞增趨勢(shì)(圖9)。番茄幼苗葉片浸提液處理3 d時(shí)MDA含量顯著高于對(duì)照T1, 其中T7處理MDA含量達(dá)202 μmol·g-1。番茄幼苗根系MDA含量呈先上升后下降的趨勢(shì)。T3-T4和T6-T7 MDA含量整體呈先上升后下降的趨勢(shì), 說明秋葵連作土壤浸提液濃度250 mg·mL-1以上番茄幼苗的根與葉的細(xì)胞膜都受到了不同程度的破壞。

3 討論

種植秋葵土壤的浸提液對(duì)番茄種子萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)果表明, 秋葵土壤浸提液導(dǎo)致番茄種子萌發(fā)時(shí)主根短縮、細(xì)胞排列致密、側(cè)根增多且細(xì)弱等, 這些影響不僅隨秋葵土壤浸提液濃度的遞增而加重, 也隨秋葵種植年限的增長而增加。這可能是由于秋葵土壤浸提液中存在一些不利于番茄種子萌發(fā)和生長的化感物質(zhì)。許多化感物質(zhì)能顯著抑制植物種子萌發(fā), 并影響種子萌發(fā)后幼苗的生長發(fā)育[26]。生姜(Roscoe)莖和葉的水提液能抑制大豆[(Linn.) Merr.]和北蔥(L.)胚根以及下胚軸的生長, 且這種抑制效果隨著提取液濃度升高而增強(qiáng)[27]。與此類似, 黑芥(L.)的根、莖、葉以及花的水提取液亦能抑制野燕麥(L.)胚根和下胚軸的伸長, 其中胚根對(duì)化感物質(zhì)最為敏感[28]。

圖9 秋葵種植不同年限的土壤浸提液對(duì)番茄幼苗葉和根脯氨酸和丙二醛含量的影響

同一培養(yǎng)時(shí)間不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)。T1: CK(全素營養(yǎng)液); T2: 125 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T3: 250 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T4: 500 mg·mL-1的種植秋葵1 a的土壤浸提液; T5: 125 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T6: 250 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液; T7: 500 mg·mL-1的種植秋葵10 a的土壤浸提液。Different lowercase letters in bars for the same culture time indicate significant differences at 0.05 level among treatments. T1: nutrient solution; T2: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T3: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T4: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 1 year; T5: 125 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T6: 250 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years; T7: 500 mg·mL-1soil extract planting okra for 10 years.

種植秋葵的土壤中存在不利與番茄苗生長的化感物質(zhì), 對(duì)番茄幼苗的地下部和地上部都有不同程度的傷害, 尤其根系, 出現(xiàn)根尖數(shù)和分根數(shù)的增多異常, 根系活力異常低; 但短時(shí)間處理對(duì)葉綠素b含量有一定的促進(jìn)作用, 而對(duì)葉綠素a一直存在抑制作用; 對(duì)番茄葉和根抗氧化酶活性也有顯著影響, 葉和根的抗氧化酶活性、脯氨酸和丙二醛含量隨秋葵土壤浸提液處理時(shí)間呈先上升后下降趨勢(shì), 且秋葵連作時(shí)間延長會(huì)加重對(duì)番茄的毒害。董小艷等[29]研究表明糧食作物、果樹、蔬菜、瓜果、花卉等經(jīng)濟(jì)作物的連作年限越長其連作障礙就越嚴(yán)重; 王海燕等[30]認(rèn)為自毒作用是化感作用的組成部分, 是導(dǎo)致連作障礙的主要原因之一?；形镔|(zhì)存在于植物的各部分組織中, 其中包括通過植物根系分泌到土壤中。有研究表明[31-33]化感物質(zhì)首先是對(duì)膜的傷害, 引起植物細(xì)胞分裂、光合作用等的變化, 從而影響植物生理生化特性(POD、SOD、CAT以及激素等), 最終對(duì)植物根、莖細(xì)胞的生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用; 化感物質(zhì)能影響細(xì)胞膜透性, 使細(xì)胞生理活動(dòng)和物質(zhì)運(yùn)輸發(fā)生紊亂, 進(jìn)而影響原生質(zhì)體、細(xì)胞膜和葉綠體膜的完整性和滲透性, 使葉片中葉綠素含量降低, 并最終造成植物的光合作用速率下降[34]。

研究表明, 秋葵根系分泌物殘留在土壤對(duì)番茄生長形成毒害, 導(dǎo)致番茄根系活力急劇下降并破壞細(xì)胞膜透性, 根系生長不良, 光合色素含量降低, 番茄光能利用率下降, 影響光合功能及碳同化效率, 造成植株生長障礙, 且隨著種植年限的增加導(dǎo)致殘留分泌物不斷積累, 從而進(jìn)一步加大對(duì)番茄的毒害。這與高玲等[14-16]秋葵不能與番茄連作的結(jié)論相同, 所以秋葵不能作為番茄的前茬。同時(shí)對(duì)研究具體是秋葵根系分泌的哪些化感物質(zhì)導(dǎo)致番茄存在生長障礙存在重要意義。

4 結(jié)論

秋葵連作土壤浸提液中存在對(duì)番茄生長不利的化感物質(zhì), 導(dǎo)致番茄根系活力驟降并破壞細(xì)胞膜透性, 影響地下部生長和地上部的光合作用及碳同化效率, 造成番茄生長障礙, 并隨種植年限增加化感物質(zhì)不斷積累, 從而進(jìn)一步加大對(duì)番茄的毒害。

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Tomato growth as affected by soil extract of continuously cropped okra*

YAN Yinan1, LIU Mingyue1, ZHOU Xiangzhu1, LIN Zhiqiang2, ZHANG Weiqing2, XU Ru1, WANG Shubin1, CHEN Lu1, SHANG Chunyu1, LIN Yongwen1, HOU Maomao1, LIN Yizhang1, ZHONG Fenglin1**

(1. College of Horticulture, Fujian Agricultural and Forestry University, Fuzhou 350002, China; 2. Fujian Seed Management Station, Fuzhou 350003, China)

Single tillage system, single variety and excessive pursuit for economic efficiency have exacerbated the barriers of continuous cropping of greenhouse tomato (). Although its root secretions can cause autotoxicity,okra () is a new vegetable with great economic prospect in China. Rotation is an effective way to avoid continuous cropping obstacles, however, in practice, rotation of tomato and okra inhibited growth and impeded fruiting of tomato. To clear the hypotrophy between tomato and okra, soils of okra continuously cropped for 1 year and 10 years were used to conduct an experiment with tomato seeds and seedlings. Water extracts of two soils were diluted into 1 000 mg·mL–1, 2 000 mg·mL–1and 3 000 mg·mL–1to treat tomato seeds, and into 125 mg·mL–1, 250 mg·mL–1and 500 mg·mL–1to cultivate tomato seedlings. Physiological and biochemical analysis and seed root and stem morphology observation of tomato were conducted to investigate the influence on the below-ground and above-ground growth of tomato to determine the effects of okra soil extracts on tomato seed germination and seedling growth. The results showed that under the same concentration of soil extract, with continuous cropping years increase, the main root of tomato deformed with more but thin lateral root. Tomato seedling also showed increased root forks and root activity significantly lowered and with abnormal and green-lost top leaves compared to the control (total nutrient solution, CK) treatment. The activity of antioxidant enzyme, and MDA and proline contents were also significantly different from CK. Under different concentrations of soil abstracts for the same continuous cropping year, main root deformity appeared gradually in germinated tomato seeds as the concentration of soil extract increased. Also lateral roots increased and most relatively thin, tomato seedling rootlets increased and root tip number and rootlets were respectively 1 146 and 3 321 for the 1-year and 2 291 and 1 947 for the 10-year continuous cropping, all significantly higher than those under the control (1 071 and 385, respectively). Root activity of tomato seedlings firstly rose and then fell. At 3 days of cultivation, root activity of tomato seedlings under soil abstracts with over 250 mg·mL-1concentration of 1 year and 10 years continuous cropping were lower than that of CK. Antioxidant enzyme activity, MDA and proline contents were also significantly different from CK. Above all, some allelechemicals were secreted by okra roots, including the substances vestigital in the soil, which had negative effects on subsequent tomatoes. The substances were enriched with increasing years of continuous cropping, which caused more damage to succeeding tomato crops.

Tomato; Okra; Soil extract; Continuous cropping obstacle; Rotation; Allelopathy

, E-mail: zhong591@fafu.edu.cn

May 23, 2018;

Sep. 28, 2018

S63

A

2096-6237(2019)01-0081-11

10.13930/j.cnki.cjea.180495

嚴(yán)逸男, 劉明月, 周相助, 林志強(qiáng), 張衛(wèi)清, 許茹, 王樹彬, 陳露, 尚春雨, 林勇文, 侯毛毛, 林義章, 鐘鳳林. 秋葵連作土壤浸提液對(duì)番茄生長的障礙研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(1): 81-91

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* 福建省科技重大專題(2018NZ0002-2)和福建省發(fā)改委農(nóng)業(yè)五新項(xiàng)目(K6017201A)資助

鐘鳳林, 主要從事設(shè)施植物種質(zhì)創(chuàng)制及產(chǎn)業(yè)化、都市農(nóng)業(yè)研究。E-mail: zhong591@fafu.edu.cn

嚴(yán)逸男, 主要從事蔬菜生理生化研究。E-mail: 13405959576@163.com

2018-05-23

2018-09-28

* This study was supported by the Science and Technology Major Project of Fujian Province (2018NZ0002-2) and the Agricultural Five New Project of Development and Reform Commission of Fujian Province (K6017201A).