陳 昱 張福建 楊有新 范淑英 王 強(qiáng) 吳超群 王 豐 吳才君

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045)

豇豆(VignaunguiculataL.Walp.)富含維生素B1、維生素B2、維生素C和植物蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分，其味道鮮美，易栽培、種植范圍廣，是我國重要的蔬菜品種之一。近年來，豇豆連年種植引發(fā)的連作障礙日益嚴(yán)重，導(dǎo)致豇豆苗生長受到抑制，光合作用能力下降，同時土傳病蟲害加劇，亦造成豇豆產(chǎn)量與品質(zhì)連年下降[1]。因此，研究如何緩解或消除連作障礙對保證豇豆品質(zhì)和產(chǎn)量，促進(jìn)豇豆產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

植物的化感作用是植物通過莖葉揮發(fā)、莖葉淋溶、根系分泌及植物殘株的腐解等途徑向環(huán)境釋放化學(xué)物質(zhì)，從而對周圍植物(包括微生物)產(chǎn)生直接或間接的、有利或有害的作用，包括對植物生長、發(fā)育和種子萌發(fā)等的影響[2-3]。大量研究表明，利用農(nóng)作物間的化學(xué)他感作用原理合理安排輪作、間套作等栽培模式可以達(dá)到減輕病蟲害，提高蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的效果，是解決連作障礙最簡單有效的方法之一[4-6]。間套作能夠通過根系分泌物介導(dǎo)的植物-土壤-微生物三者之間的根際相互關(guān)系，改變田間小氣候與土壤微生態(tài)環(huán)境影響土壤理化及土壤病菌的改變[7]。張江紅等[8]采用桃樹枝條及其浸提液還田處理，發(fā)現(xiàn)土壤蔗糖酶、過氧化氫酶、脲酶活性均顯著高于對照處理。Makoi等[9]研究發(fā)現(xiàn)豇豆與高粱間套作有助于提高豇豆根際土壤中的酸性磷酸酶活性，增強(qiáng)豇豆對磷的吸收，從而提升產(chǎn)量。董淑琦等[10]采用谷子葉片和莖稈的水浸提液處理玉米種子，發(fā)現(xiàn)高濃度的谷子秸稈水浸提液抑制玉米根長和芽長生長，而低濃度則表現(xiàn)為促進(jìn)作用。

研究表明，十字花科植物含有的芥子油被酶水解后生成的異硫氫酸類物質(zhì)，具有抗菌活性，能夠改變土壤微生物結(jié)構(gòu)，從而抑制病害的發(fā)生[11-12]。芥菜能顯著提高土壤微生物的多樣性，降低土壤中真菌和尖孢鐮刀菌的數(shù)量，改善土壤微生態(tài)結(jié)構(gòu)，有利于減輕連作障礙的危害，其中高硫含量的芥菜對黃瓜枯萎病的抑制效果優(yōu)于低硫含量芥菜[13]。然而，通過芥菜浸提液影響豇豆種子發(fā)芽、連作下幼苗生長以及緩解豇豆幼苗連作障礙的作用機(jī)制尚鮮見報道。本試驗選用豇豆作為試驗材料，研究芥菜浸提液對豇豆種子及連作下豇豆幼苗生長的影響及其生理機(jī)制，旨在通過植物的化感作用，尋找安全有效減輕豇豆連作障礙的方法，為緩解豇豆連作障礙提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年5月開始。供試豇豆品種為華贛彩蝶·綠帥；芥菜品種為本地芥菜筍。供試土壤為旱地連作5年紅壤土，供試種子和土壤均由江西華農(nóng)種業(yè)有限公司提供。芥菜由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)園蔬菜基地種植所得。將風(fēng)干芥菜葉研磨得到芥菜干粉，芥菜干粉與蒸餾水按1∶10(m/v)浸泡24 h，過濾除去殘渣，得到100 g·L-1芥菜水浸提液，4℃冰箱保存?zhèn)溆谩０l(fā)芽試驗在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行，溫度28±1℃。幼苗試驗于組培室中進(jìn)行，溫度25±3℃、光照12 h·d-1。

1.2 試驗儀器

UV-2600島津紫外可見分光光度計，日本島津企業(yè)管理有限公司；SPX-50生化培養(yǎng)箱，杭州綠博儀器有限公司；LA-2400根系掃描儀，上海澤泉科技股份有限公司；HI-2315型電導(dǎo)率儀，HANNA instruments；Five Easy Plus pH儀，梅特勒托利多儀器有限公司；SPAD-502 plus葉綠素儀，柯尼卡美能達(dá)(中國)投資有限公司。

1.3 試驗設(shè)計

1.3.1 豇豆種子發(fā)芽試驗設(shè)計 選取飽滿無蟲害、大小一致的豇豆種子用溫開水洗凈后，轉(zhuǎn)移至鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿20粒種子，然后在培養(yǎng)皿中分別加入10 mL濃度分別為10、20、40 g·L-1芥菜水浸提液，以加入相同體積蒸餾水為對照(CK)，共4個處理，3次重復(fù)。將培養(yǎng)皿置于28℃恒溫箱內(nèi)催芽，11 h后開始統(tǒng)計發(fā)芽率，3 d后測量相關(guān)指標(biāo)。

1.3.2 豇豆幼苗試驗設(shè)計 選取飽滿無蟲害的豇豆種子采用溫水浸種，洗凈后轉(zhuǎn)移至鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿中，28℃恒溫箱內(nèi)催芽；選取發(fā)芽一致的種子播種于裝有豇豆連作土壤的營養(yǎng)缽(直徑為10 cm，高11 cm)中，待種子出土開始澆灌豇豆幼苗，每2 d澆灌一次20 mL濃度分別為10、20、40 g·L-1的芥菜水浸提液，對照處理澆灌同體積的蒸餾水，每個處理10盆，3次重復(fù)，15 d后測定相關(guān)指標(biāo)并采集土壤和葉片樣品。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 發(fā)芽指標(biāo)的測定 在20℃恒溫箱催芽11 h后開始統(tǒng)計發(fā)芽率，每隔3 h統(tǒng)計一次，共6次。后期每隔12 h統(tǒng)計一次，第3天測定胚根長度和側(cè)根數(shù)量。按照公式分別計算發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)(germination index, GI)、平均發(fā)芽時間(mean germination time, MGT)和活力指數(shù)；

發(fā)芽率=發(fā)芽種子/供種子總數(shù)×100%

(1)

發(fā)芽勢=高峰期時的種子發(fā)芽數(shù)/種子總數(shù)×100%

(2)

GI=Σ(Gt/Dt)

(3)

式中，Gt：第t天的發(fā)芽數(shù)；Dt：發(fā)芽的天數(shù)。

MGT=Σ(Gt×Dt)/ΣGt

(4)

活力指數(shù)=胚芽長度×發(fā)芽指數(shù)

(5)。

采用Williamson等[14]所提出的化感效應(yīng)指數(shù)(response index，RI)衡量芥菜浸提液對豇豆種子萌發(fā)各項指標(biāo)的影響。C為對照值，T為處理值；當(dāng)T≥C時，RI=1-C/T；當(dāng)T0表示促進(jìn)，RI<0表示抑制，其絕對值的大小與化感作用強(qiáng)度一致。綜合效應(yīng)(synthesis effect，SE)為同一處理下受體種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長和側(cè)根數(shù)的化感效應(yīng)指數(shù)的算術(shù)平均值。

1.4.2 生長指標(biāo)的測定 株高、莖粗分別采用卷尺和游標(biāo)卡尺測量；質(zhì)量采用天平測定；根系形態(tài)指標(biāo)采用根系掃描儀測定。

1.4.3 土壤指標(biāo)的測定 土壤pH值采用酸度計法測定，土壤電導(dǎo)率值采用電導(dǎo)率儀測定，其土水比均為1∶5(m/v)。土壤酶活性參照關(guān)松蔭[15]的方法，脲酶活性測定采用靛酚比色法，以反應(yīng)24 h后每克土壤中NH3-N的毫克數(shù)表示；蔗糖酶活性測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法，以24 h后每克土壤中葡萄糖的毫克數(shù)表示；多酚氧化酶的活性測定采用鄰苯三酚比色法，以2 h后每克土壤中生成的紫色沒食子素的毫克數(shù)表示；酸性磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法，以24 h后每克土壤中釋放出的酚的毫克數(shù)表示。

1.4.4 生理指標(biāo)的測定 酶提取的制備：采用天平稱取0.2 g葉片，剪碎放入預(yù)先冷卻好的研缽中，加入2 mL 0.05 mol·L-1磷酸緩沖液(pH值7.8，含0.2 mmol·L-1EDTA，2%PVP)研磨成勻漿，4℃下，12 000 r·min-1離心10 min，取上清液，低溫保存用于測定抗氧化酶活性。蛋白質(zhì)和H2O2含量均采用試劑盒(南京建成生物工程研究所)法；過氧化氫酶(catalase，CAT)和過氧化物酶(peroxidase，POD)活性的測定參照Cakmak等[16]的方法并加以改進(jìn)；超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性的測定參照Stewart等[17]的方法；谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)活性的測定參照Foyer等[18]的方法；脫氫抗壞血酸還原酶(dehydroascorbate reductase，DHAR)活性的測定參照Nakano等[19]的方法并加以改進(jìn)；相對葉綠素(soil and plant analyzer development，SPAD)含量利用相對葉綠素儀測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；SPSS 20.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析，并運用Duncan新復(fù)極差法對顯著性差異進(jìn)行多重比較；采用Graph Pad軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度芥菜浸提液對豇豆種子發(fā)芽的影響

由表1可知，CK豇豆種子發(fā)芽勢最高，且顯著高于其他處理。40 g·L-1芥菜浸提液處理的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)均為最低，且顯著低于其他處理，而其平均發(fā)芽天數(shù)則顯著增加?；盍χ笖?shù)在10 g·L-1芥菜浸提液處理下最高，與CK相比，10、20 g·L-1提液處理分別顯著增加46.15%、32.51%，而40 g·L-1芥菜浸提液處理的活力指數(shù)則顯著降低了82.66%。結(jié)果表明，豇豆種子平均發(fā)芽天數(shù)隨著浸提液濃度升高而增加，而發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均隨著濃度的升高而降低。

表1 不同濃度芥菜浸提液對豇豆種子發(fā)芽的影響Table 1 Effect of different concentrations of aqueous extract of mustard on germination of cowpea seeds

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Different small letters mean significant difference among treatments at 0.05 level. The same as following．

由圖1可知，與CK相比，10、20 g·L-1芥菜浸提液處理下胚根長分別顯著增加了44.84%、34.04%，側(cè)根數(shù)量分別顯著增加了80.82%、55.97%，而40 g·L-1濃度處理下胚根長和側(cè)根數(shù)量分別顯著降低了36.15%和46.54%。豇豆種子胚根長、側(cè)根數(shù)量均隨著浸提液濃度的升高逐漸下降。

2.2 不同濃度芥菜浸提液對豇豆種子化感效應(yīng)評價

由表2可知，10 g·L-1芥菜浸提液處理各指標(biāo)的化感效應(yīng)指數(shù)均大于0，表明10 g·L-1芥菜浸提液處理對豇豆種子化感效應(yīng)均為促進(jìn)效應(yīng)，故綜合效應(yīng)也表現(xiàn)為促進(jìn)，其中側(cè)根數(shù)量化感效應(yīng)指數(shù)最高，為0.45。20 g·L-1芥菜浸提液處理發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)化感效應(yīng)小于0，分別為-0.02和-0.01，其他指標(biāo)的化感效應(yīng)指數(shù)均大于0，綜合效應(yīng)值也大于0，總體上對豇豆種子化感效應(yīng)為促進(jìn)效應(yīng)。40 g·L-1芥菜浸提液處理各指標(biāo)的化感效應(yīng)指數(shù)均小于0，表明40 g·L-1芥菜浸提液處理對豇豆種子化感效應(yīng)均為抑制效應(yīng)，其中發(fā)芽率化感效應(yīng)抑制作用最強(qiáng)，為-0.86。

2.3 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗的影響

由表3可知，與CK相比，10、20、40 g·L-1芥菜浸提液處理壯苗指數(shù)分別顯著增加50.82%、47.54%和40.98%。在10 g·L-1芥菜浸提液處理下，連作豇豆幼苗的株高、莖粗分別較CK顯著增加了60.33%、12.24%，而其他處理與CK均無顯著差異。10 g·L-1芥菜浸提液處理的鮮重、干重最高，與CK相比，分別顯著增加85.87%、77.31%。與CK相比，20 g·L-1芥菜浸提液處理鮮重、干重均顯著增加，40 g·L-1芥菜浸提液處理鮮重、干重均高于CK，但與CK間無顯著差異。隨著芥菜浸提液濃度的升高，豇豆幼苗鮮重、干重逐漸降低。連作豇豆葉片的相對葉綠素含量隨著芥菜浸提液濃度的升高而降低，但均顯著高于CK，分別增加了26.77%、19.98%和16.66%。

圖1 不同濃度芥菜浸提液對豇豆種子胚根生長的影響Fig.1 Effect of different concentrations of aqueous extract of mustard on the growth of the endoderm of cowpea seeds

表2 不同濃度芥菜浸提液對豇豆化感效應(yīng)指數(shù)及其綜合效應(yīng)值Table 2 Effect of different concentrations of aqueous extract of mustard on germination of cowpea seeds

表3 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗生長指標(biāo)的影響Table 3 Effect of different concentrations of aqueous extract of mustard on growth index of cowpea seedling

2.4 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗根系形態(tài)指標(biāo)的影響

由圖2可知，不同濃度芥菜浸提液處理下，連作豇豆幼苗的根長度、根系表面積、根體積均有所提高。與CK相比，10 g·L-1芥菜浸提液處理的根長度、根系表面積、根尖數(shù)、根體積分別顯著增加了59.67%、70.37%、26.65%和82.87%；20 g·L-1芥菜浸提液處理除根尖數(shù)外，其根長度、根系表面積、根體積分別顯著增加了68.94%、74.47%和80.56%。而40 g·L-1芥菜浸提液處理的根長度、根系表面積、根尖數(shù)和根體積與CK間均無顯著差異。

圖2 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗根系形態(tài)指標(biāo)的影響Fig.2 Effect of different concentrations of aqueous extract of mustard on root shape indexes of cowpea seedlings

圖3 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗過氧化氫含量和抗氧化酶活性的影響Fig.3 Effect of different concentrations of aqueous extract of mustard on the content of hydrogen peroxide and antioxidant activity of the cowpea seedling

2.5 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗過氧化氫含量和抗氧化酶活性的影響

10 g·L-1芥菜浸提液處理的H2O2含量最高，隨著芥菜浸提液濃度的升高H2O2含量逐漸下降，且均高于CK。與CK相比，10、20 g·L-1芥菜浸提液處理的H2O2含量分別顯著增加60.87%、30.43%，而40 g·L-1芥菜浸提液處理與CK間無顯著差異(圖3-A)。10 g·L-1芥菜浸提液處理的連作豇豆幼苗葉片SOD活性最高，較CK顯著增加5.33%，而其他處理均顯著低于CK(圖3-B)。10 g·L-1芥菜浸提液處理的連作豇豆幼苗葉片CAT活性最高，較CK顯著增加10.29%；隨著浸提液濃度升高，CAT活性逐漸下降，20 g·L-1芥菜浸提液處理與CK間無顯著差異，而40 g·L-1芥菜浸提液處理顯著低于CK(圖3-C)。不同濃度芥菜浸提液處理的連作豇豆幼苗葉片POD活性分別較CK顯著高10.08%、10.08%和23.64%(圖3-D)。各濃度芥菜浸提液處理下連作豇豆幼苗葉片GR活性分別較CK顯著高23.08%、128.21%、82.05%，其中20 g·L-1芥菜浸提液處理下最高(圖3-E)。10 g·L-1芥菜浸提液處理下，連作豇豆幼苗葉片DHAR活性最高，較CK顯著增加8.06%；隨著芥菜浸提液濃度的升高，DHAR活性逐漸下降，其中40 g·L-1芥菜浸提液處理顯著低于CK(圖3-F)。

2.6 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗土壤pH值和電導(dǎo)率的影響

由圖4-A可知，土壤pH值隨著芥菜浸提液濃度增加而升高，分別較CK顯著增加1.83%、3.47%和6.95%。由圖4-B可知，與CK相比，10、40 g·L-1芥菜浸提液處理的土壤電導(dǎo)率分別顯著降低17.28%、14.81%，20 g·L-1芥菜浸提液處理的土壤電導(dǎo)率高于CK，但差異不顯著。

圖4 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗土壤pH值和電導(dǎo)率的影響Fig.4 Effect of different concentrations of aqueous extract of mustard on the soil pH value and conductivity of cowpea seedling soil

2.7 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗土壤酶活性的影響

由圖5-A可知，不同濃度芥菜浸提液處理的連作豇豆土壤脲酶活性均高于CK，其中10、40 g·L-1芥菜浸提液處理分別較CK顯著提高26.92%、33.33%。由圖5-C可知，與CK相比，各處理土壤多酚氧化酶活性均顯著升高，其中20 g·L-1芥菜浸提液處理的多酚氧化酶活性最高。由圖5-B、D可知，40 g·L-1芥菜浸提液處理的蔗糖酶和酸性磷酸酶活性均最高，隨著芥菜浸提液濃度的增加，蔗糖酶和酸性磷酸酶均呈升高的趨勢，且與CK差異顯著。

圖5 不同濃度芥菜水浸提液對連作豇豆土壤酶活性的影響Fig.5 Effect of different concentrations of aqueous extract of mustard on rhizosphere soil enzymes activities in continuous cropping soil of cowpea

3 討論

3.1 不同濃度芥菜浸提液對豇豆種子發(fā)芽和連作豇豆幼苗生長的影響

植物化感作用對受體的抑制可以通過種子萌發(fā)率來表達(dá)[20]。研究表明，浸提物或腐解液對植物種子發(fā)芽起著“低濃度促進(jìn)，高濃度抑制”的作用[21-22]。這與本研究結(jié)果相同。本研究中，低濃度(10、20 g·L-1)芥菜浸提液降低了豇豆的發(fā)芽勢，但并未影響發(fā)芽率，綜合化感效應(yīng)表現(xiàn)為促進(jìn)作用；而高濃度(40 g·L-1)芥菜浸提液降低了豇豆的發(fā)芽勢和發(fā)芽率，綜合化感效應(yīng)表現(xiàn)為抑制作用。究其原因，可能是低濃度浸提液影響了種子發(fā)芽時吸水膨脹的能力，延長了吸水膨脹所需時間，但對種子內(nèi)部生理生化過程并未產(chǎn)生顯著影響；而高濃度浸提液中滲透勢和化感物質(zhì)含量均較高，不僅影響種子發(fā)芽時吸水膨脹的能力，而且抑制種子萌發(fā)所需關(guān)鍵酶的活性。植物殘體腐解產(chǎn)生的化感作用主要由酚酸引起[23]，而大部分酚酸類物質(zhì)均可抑制淀粉酶活性[24]，淀粉酶參與并影響種子的萌發(fā)過程[25]，所以淀粉酶受到抑制，種子發(fā)芽率降低。種子胚根長和側(cè)根數(shù)量是反映種苗質(zhì)量的重要指標(biāo)。本試驗結(jié)果表明，不同濃度芥菜浸提液對豇豆種子胚根生長的影響表現(xiàn)出低促高抑的規(guī)律，這與紅小豆根、莖水浸提液對小麥幼苗根長生長[26]和花椒葉浸提液對苜蓿種子根長生長[27]的研究結(jié)果類似。說明低濃度浸提液對豇豆種子胚根生長起到促進(jìn)作用，隨著濃度的升高化感作用變強(qiáng)，幼根對植物代謝產(chǎn)物或其他外部刺激的生理響應(yīng)更為敏感[28]，所以高濃度起到了抑制作用[10]。本試驗所用的芥菜水浸提液濃度為10、20、40 g·L-1，而0～10 g·L-1之間對豇豆種子的發(fā)芽勢和發(fā)芽率可能有促進(jìn)作用，這還有待進(jìn)一步研究。

生長指標(biāo)和根系形態(tài)指標(biāo)可以反映植株生長狀況，是評價種苗質(zhì)量的有效指標(biāo)。紅薯葉片浸提液對稗草根長、莖長和生物量等表現(xiàn)出不同程度的促進(jìn)作用[29]。這與本研究結(jié)果相似。本研究中，各濃度芥菜浸提液均能提高連作豇豆幼苗根系形態(tài)指標(biāo)，對株高、莖粗、生物量、壯苗指數(shù)等生長指標(biāo)也有促進(jìn)作用，其中以10 g·L-1濃度效果最佳。植物葉綠素含量與光合作用密切相關(guān)，SPAD與葉片葉綠素含量呈正相關(guān)關(guān)系，因此，SPAD值直接影響葉片光合速率，其值越高，越有利于植物吸收更多光能進(jìn)行光合作用[30]。研究發(fā)現(xiàn)大蒜根系浸提液澆灌西瓜連作土壤有助于提高光合色素含量，維持光能合理分配，從而提高光合能力[31]。本研究結(jié)果表明，各濃度芥菜浸提液均能顯著提高連作豇豆幼苗葉片SPAD值，增強(qiáng)豇豆幼苗光合能力，有利于光合產(chǎn)物的積累。浸提液含有的化感物質(zhì)可能通過促進(jìn)豇豆幼苗根長生長，根尖數(shù)目增多，根系變大，導(dǎo)致根系吸水、吸肥能力增強(qiáng)，對養(yǎng)分進(jìn)行有效利用；加之豇豆幼苗SPAD值升高，有利于增強(qiáng)光合作用，增加有機(jī)物質(zhì)積累，進(jìn)而直接影響生長發(fā)育，最終豇豆幼苗生長指標(biāo)均不同程度地提高，有利于減輕連作對豇豆幼苗的危害。

3.2 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗生理指標(biāo)的影響

H2O2可以通過多條誘導(dǎo)途徑在植物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生和積累，其中包括激素等信號以及生物、非生物脅迫刺激等途徑[32]。生物化學(xué)和遺傳學(xué)研究證實，H2O2是植物逆境脅迫中的一種信號分子[33]，可以調(diào)節(jié)植物對非生物和生物脅迫的反應(yīng)，其轉(zhuǎn)導(dǎo)作用已被越來越多的研究證實[34-35]。本研究表明，與對照相比，各濃度芥菜浸提液處理均可誘導(dǎo)豇豆幼苗體內(nèi)H2O2含量升高，并隨著浸提液濃度升高，H2O2含量逐漸下降。賈俊英[36]用西芹種子浸提液對黃瓜進(jìn)行灌根處理，前期黃瓜葉片H2O2的含量均高于對照，認(rèn)為西芹種子浸提液中的化感物質(zhì)可以提高黃瓜幼苗的抗病性，而活性氧的積累可以作為一種早期反應(yīng)，可能會帶動保護(hù)酶活性的激發(fā)、植保素的合成、細(xì)胞壁的加厚等一系列的抗病防病反應(yīng)。這與本研究結(jié)果相同。在逆境連作脅迫下，H2O2作為一種信號分子響應(yīng)逆境脅迫反應(yīng)，可能觸發(fā)保護(hù)酶活性系統(tǒng)，增強(qiáng)豇豆幼苗的抗逆性。酶促抗氧化系統(tǒng)中的SOD、CAT、GR和DHAR等抗氧化酶能清除植物體內(nèi)的活性氧，從而保護(hù)植物以免受氧化危害[37]，因此抗氧化酶是植物抗逆性保護(hù)機(jī)制的一個重要組成部分。研究發(fā)現(xiàn)用幾種豆科牧草水浸提液處理多花黑麥草，通過化感作用均提高了多花黑麥草幼苗中POD活性[38]。本研究中，各處理豇豆葉片POD活性均顯著高于對照，低濃度處理能提高SOD、CAT活性，而高濃度則降低SOD、CAT活性，各種酶活性對連作脅迫的響應(yīng)存在差異，這可能與浸提液處理初期豇豆幼苗體內(nèi)H2O2含量有關(guān)。研究表明，抗逆性強(qiáng)的植物體內(nèi)GR活性通常較高[39]。魏國芹等[40]在H2S對低溫脅迫下甜櫻桃柱頭和子房AsA-GSH循環(huán)的研究中認(rèn)為，GR和DHAR活性的提高有利于增強(qiáng)甜櫻桃柱頭和子房的抗性，有助于緩解低溫傷害。本研究表明，不同濃度浸提液處理連作豇豆幼苗均能提高GR活性，而DHAR活性只在高濃度處理下較低，說明浸提液處理能通過提高GR和DHAR活性，清除豇豆幼苗活性氧，增強(qiáng)豇豆幼苗對逆境脅迫的抗性?？赡苁墙嵋旱幕形镔|(zhì)產(chǎn)生作用后，誘導(dǎo)豇豆體內(nèi)H2O2含量短暫應(yīng)激升高；H2O2是信號級聯(lián)中的一分子，活性氧的積累作為一種早期反應(yīng)，會促使豇豆葉片內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)啟動。而豇豆體內(nèi)活性氧需要維持平衡，因此一些保護(hù)酶被激活，積極地做出系列響應(yīng)，使得自由基含量保持在一個較低的水平，防止活性氧侵害植物細(xì)胞膜，最終提高豇豆幼苗的抗逆性，有利于減輕連作脅迫對豇豆幼苗產(chǎn)生的危害。

3.3 不同濃度芥菜浸提液對連作豇豆幼苗土壤指標(biāo)的影響

土壤酶的來源主要包括植物根系分泌、微生物以及土壤動物和動植物殘體的釋放等[15]。土壤酶活性可以作為反映土壤肥力的重要指標(biāo)，是土壤中的生物催化劑[41]，主要包括脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶和蔗糖酶等，這些酶都參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化[42]。本試驗結(jié)果表明，各浸提液處理均能提高連作豇豆土壤脲酶、磷酸酶、多酚氧化酶和蔗糖酶。這與喬天長等[43]在玉米秸稈還田方面的研究結(jié)果類似。而劉苗苗[31]用大蒜根系浸提液澆灌連作西瓜發(fā)現(xiàn)，低濃度浸提液能顯著提高土壤多酚氧化酶、過氧化氫酶和脲酶活性，而高濃度則相反，這可能是由于高濃度浸提液中化感物質(zhì)過多，不同植物間化感作用與濃度之間存在一定差異。適宜的土壤pH值和較低的電導(dǎo)率更有利于蔬菜的生長發(fā)育[44]。本研究中，各浸提液處理均能不同程度地升高土壤pH值，使其更適合豇豆生長發(fā)育。10、40 g·L-1芥菜浸提液處理能顯著降低連作豇豆根際土壤電導(dǎo)率，而20 g·L-1芥菜浸提液處理與CK間則無顯著差異。梁曉蘭等[45]研究發(fā)現(xiàn)花椒凋落物浸提液不同程度地提高了土壤pH值，且浸提液濃度越高，土壤pH值升高越快，這與本試驗結(jié)果一致。通過芥菜浸提液處理，由豇豆根系分泌物介導(dǎo)的植物-土壤-微生物三者之間的根際相互關(guān)系，以及豇豆土壤理化性質(zhì)均發(fā)生了改變[7]，這可能是因為在芥菜浸提液澆灌連作土壤處理下，投入的有機(jī)碳源可以為土壤微生物的生長和繁殖提供碳和能源，土壤中的微生物數(shù)量越高，土壤酶活性越高，越有利于維持土壤養(yǎng)分的平衡，改善土壤理化性狀[46-47]。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，不同濃度芥菜浸提液對豇豆種子萌發(fā)起著低促高抑的作用，芥菜與豇豆之間存在明顯的化感作用。浸提液先通過短暫應(yīng)激升高的H2O2含量，作為一個信號激活保護(hù)酶系統(tǒng)，提高抗氧化酶活性從而減輕氧自由基對連作幼苗的傷害，對豇豆幼苗起到保護(hù)作用；浸提液還能提高連作豇豆幼苗根系形態(tài)指標(biāo)及生長指標(biāo)，促進(jìn)豇豆的生長發(fā)育。此外，浸提液內(nèi)的化感物質(zhì)通過土壤媒介提高土壤酶活性，維持土壤養(yǎng)分平衡，改善土壤理化性狀，為豇豆提供了一個更合適的土壤環(huán)境，能有效減輕連作障礙帶來的危害。各濃度芥菜浸提液均對豇豆連作脅迫有緩解效果，其中以10 g·L-1芥菜浸提液處理最好，可為今后緩解豇豆連作障礙以及生產(chǎn)實踐提供指導(dǎo)。