烤煙根系分泌物對烤煙幼苗生長及酶活性的影響

摘要：試驗研究了不同濃度烤煙根系分泌物對烤煙幼苗生長、干物質(zhì)積累、葉綠素含量、根系活力和煙苗葉片酶活的影響。結(jié)果表明，隨著根系分泌物濃度的增加，幼苗的株高、最大葉長、最大葉寬、根系總表面積、分枝數(shù)、根系平均直徑、根尖數(shù)、葉綠素a含量、葉綠素b含量、類胡蘿卜素含量以及根系活力總體表現(xiàn)出先促進(jìn)后抑制的趨勢；MDA濃度在不同濃度烤煙根系分泌物處理下表現(xiàn)出一直促進(jìn)的趨勢；根冠比、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性在不同濃度烤煙根系分泌物處理下表現(xiàn)出一直抑制的趨勢，且濃度越大抑制趨勢越明顯。

關(guān)鍵詞：烤煙；根系分泌物；農(nóng)藝性狀；酶活性；葉綠素

中圖分類號：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）19-4698-05

植物化感作用（Allelopathy）由Molisch[1]在1937年首先提出，隨著研究的不斷深入最終定義為植物或微生物向環(huán)境釋放某些化學(xué)物質(zhì)而影響自身及其他有機體生長和發(fā)育的一種化學(xué)生態(tài)學(xué)現(xiàn)象[2]。化感物質(zhì)主要來源有植物地上部分揮發(fā)物、淋溶物、枯枝落葉淋溶和根系分泌4條途徑[3]，而目前研究最廣泛的途徑是植物根系分泌。根系分泌物是植物在生長過程中通過根的不同部位向基質(zhì)中分泌的一組種類繁多的物質(zhì)[4]。Uren[5]報道，根系分泌物主要由糖類、氨基酸與氨基化合物、有機酸、多酚化合物、甾醇、生長因子、酶、類黃酮等組成。關(guān)于化感物質(zhì)研究，許多研究人員通過對西瓜[6]、西紅柿[7]、洋蔥[8]、小麥[9]、水稻[10，11]等根系分泌物的研究發(fā)現(xiàn)，其根系分泌出的一些物質(zhì)對自身或者其他植物均有一定程度的化感作用，能夠抑制一些植物根系的萌發(fā)、生長，其中酚酸類物質(zhì)被普遍認(rèn)為具有抑制植物生長的作用[12]。楊平等[13]研究認(rèn)為，小麥根系分泌物能夠降低黃瓜幼苗保護(hù)酶活性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，增加膜脂過氧化作用；王樹起等[14]認(rèn)為不同有機酸在不同程度上抑制水培大豆幼苗的生長發(fā)育，差異達(dá)顯著或極顯著水平，且隨著有機酸濃度的增加抑制作用增強；楊瑞吉[15]認(rèn)為油菜根系分泌物的化感累加作用對不同作物幼苗生長、根系活力以及幼芽過氧化物酶活性和丙二醛含量均有顯著影響。

烤煙是我國西南地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，由于土地資源匱乏，連作現(xiàn)象普遍發(fā)生，導(dǎo)致烤煙優(yōu)勢變?nèi)酢a(chǎn)量降低、品質(zhì)下降、病蟲害嚴(yán)重的現(xiàn)象時有發(fā)生[16]。烤煙根系分泌物是導(dǎo)致烤煙連作障礙的主要原因。本試驗研究了烤煙根系分泌物對烤煙幼苗生長、干物質(zhì)積累、煙苗葉片葉綠素含量、酶活性及根系活力的影響，以期為進(jìn)一步克服煙草連作障礙提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試烤煙品種為云煙85和K326，由貴州省煙草科學(xué)研究院提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 烤煙根系分泌物的收集提取 根系分泌物的提取在貴州省煙草科學(xué)研究院福泉基地完成。移栽大田培養(yǎng)90 d后，選取長勢良好、生長一致的云煙85和K326兩個品種煙株，將其根部洗凈后分別放入一定量的去離子水中培養(yǎng)，去離子水以淹沒煙株根部為度，每天加去離子水至刻度，通氧培養(yǎng)（電磁式空氣泵，80 W），每48 h更換一次煙株，連續(xù)更換6次。將收集的根系分泌物溶液過濾（0.45 μm）后濃縮10倍（旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，60 ℃），以濃縮10倍后的分泌物為原液分別稀釋4倍、2倍，和濃縮10倍后分泌物原液一起置于-20 ℃冰箱中備用。

1.2.2 試驗設(shè)計 幼苗生長試驗于2012年4-11月在貴州省煙草科學(xué)研究院人工氣候室中進(jìn)行（溫度25 ℃，濕度50%，光照12 h），選取云煙85和K326兩個品種進(jìn)行培養(yǎng)，采用漂浮育苗，在烤煙幼苗生長過程中每2 d澆入定量不同濃度烤煙根系分泌物，育苗15 d后間苗。采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)4個處理，每處理3次重復(fù)，每個重復(fù)30株。4個處理分別為CK（去離子水）、濃縮10倍后根系分泌物原液稀釋4倍（A）、稀釋2倍（B）和濃縮10倍后根系分泌物原液（C）。

1.3 測定項目

1.3.1 農(nóng)藝性狀指標(biāo)測定 K326和云煙85兩個品種烤煙幼苗經(jīng)不同濃度根系分泌物處理60 d后，分別測定株高（子葉節(jié)到生長點的距離）、最大葉長、最大葉寬（測量方法依照YCT142-1998《煙草農(nóng)藝性狀調(diào)查方法》）。每處理測3株。

1.3.2 幼苗生物量測定 鮮重測量時用去離子水將幼苗洗凈后吸水紙吸干在天平上測量，干重在烘箱中烘烤（60 ℃，4 h）后測定。每處理測3株。

1.3.3 根系結(jié)構(gòu)測定 根系總表面積、分枝數(shù)、根系平均直徑、根尖數(shù)、單位面積土壤總根長采用WinRHIZO植物根系掃描分析系統(tǒng)測定。

1.3.4 葉綠素測定 采用丙酮提取—TU1901紫外分光光度計法測定。

1.3.5 生理生化指標(biāo)測定 根系活力采用TTC法測定[17]；POD、SOD和MDA采用試劑盒測定。

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003進(jìn)行處理，采用DPS 9.05軟件進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙根系分泌物對烤煙幼苗主要農(nóng)藝性狀的影響

烤煙主要價值部分來自于葉片，葉片是生物試驗測定的一部分，而其最大葉面積、最大葉長和最大葉寬是有效測定的指標(biāo)。從表1可以看出，根系分泌物對煙苗最大葉長、最大葉寬總體上呈抑制作用，且對K326和云煙85的影響趨勢基本一致。隨著根系分泌物濃度的增加，K326株高呈顯著下降趨勢，云煙85株高呈先升高后下降的趨勢；隨著根系分泌物濃度的增加，K326和云煙85的最大葉長、葉寬總體上均呈下降趨勢。

2.2 烤煙根系分泌物對烤煙幼苗生物量的影響

從表2可以看出，根系分泌物對烤煙幼苗生物量變化的影響基本呈低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的趨勢。其中，對K326和云煙85的地上部鮮重一直表現(xiàn)為抑制作用；地下部鮮重、地上部干重和地下部干重在K326和云煙85中總體表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)高濃度抑制的趨勢；隨著分泌物濃度的增加，鮮干比在K326和云煙85中處理C均表現(xiàn)顯著增加趨勢；根冠比在K326和云煙85中各處理均低于對照。

2.3 烤煙根系分泌物對烤煙幼苗根系的影響

從表3可以看出，根系總表面積、分枝數(shù)、根系平均直徑及根尖數(shù)在K326和云煙85中的變化趨勢都是在低濃度處理下高于對照，在高濃度處理下低于對照；每平方米土壤總根長在K326和云煙85中均無顯著差異。

2.4 烤煙根系分泌物對烤煙幼苗葉綠素含量的影響

從表4可以看出，烤煙根系分泌物對烤煙幼苗葉綠素含量影響均呈低濃度增加、高濃度降低的趨勢。K326和云煙85中葉綠素a/b變化趨勢與葉綠素a含量變化類似，在低濃度下增加，高濃度下降低；類胡蘿卜素含量和葉綠素總含量在兩個烤煙品種中變化趨勢相近，呈先增大后降低的趨勢，在處理C下均達(dá)到最低。

2.5 烤煙根系分泌物對烤煙幼苗酶活性及根系活力的影響

從表5可以看出，烤煙根系分泌物對K326和云煙85幼苗各種酶類活性和根系活力的影響明顯。隨分泌物濃度的增加，SOD、POD和根系活力在K326和云煙85中總體表現(xiàn)出下降趨勢； MDA含量在K326和云煙85中表現(xiàn)類似，隨分泌物濃度的增加均呈上升趨勢。

3 小結(jié)與討論

Asao等[18]認(rèn)為導(dǎo)致烤煙連作障礙的一個重要原因是由于本身的自毒作用，由于連年種植導(dǎo)致烤煙根系會分泌一些自毒物質(zhì)并積累，達(dá)到一定程度將會抑制烤煙生長。化感物質(zhì)可以對受體植物的細(xì)胞分裂、膜功能、光合作用和生物合成等生理生化反應(yīng)產(chǎn)生影響[19]。試驗通過測定云煙85和K326烤煙幼苗農(nóng)藝性狀（株高、最大葉長、最大葉寬等）、根系結(jié)構(gòu)（根系總表面積、分枝數(shù)、根尖數(shù)、每平方米土壤總根長、根系平均直徑）、部分保護(hù)酶活性（POD、SOD）、根系活力、葉綠素含量（葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、總?cè)~綠素）、生物量（鮮重、干重、根冠比、鮮干比）以及MDA含量的變化，反映出不同濃度烤煙根系分泌物中化感物質(zhì)對烤煙幼苗生長的影響。

試驗結(jié)果表明，不同濃度烤煙根系分泌物對烤煙幼苗生長狀況、脂膜過氧化程度、根系活力和保護(hù)酶活性的影響不同。烤煙幼苗在通過不同濃度根系分泌物培養(yǎng)后，幼苗的株高、最大葉長、最大葉寬、根系總表面積、分枝數(shù)、根系平均直徑、根尖數(shù)、葉綠素a含量、葉綠素b含量、類胡蘿卜素含量以及根系活力總體表現(xiàn)為先促進(jìn)后抑制的趨勢，這一研究結(jié)果與郭亞利等[20]研究的根系分泌物對幼苗生長有極顯著的抑制作用結(jié)論有些差別，推測可能由于該試驗分泌物濃度較低而表現(xiàn)促進(jìn)作用，導(dǎo)致抑制作用可能由于分泌物中的某些物質(zhì)成分影響了幼苗生長發(fā)育，同時烤煙分泌物對自身生長有一定的自毒作用。李明等[21]對南瓜組培根系分泌物的化感效應(yīng)研究表明，南瓜組培根系分泌物的生長抑制活性以15～17 d為最高，21 d時的生長抑制活性最低；李志華等[22]、袁莉等[23]通過酚酸類化感物質(zhì)含量的研究認(rèn)為同一品種紫花苜蓿地上部與根水浸提液中同一種酚酸類含量存在差異。張鳳麗等[24]對嫁接茄子根系分泌物的化感效應(yīng)研究表明，不同生長時期茄子根系分泌物的化感效應(yīng)有所差異，生長到后期，其根系分泌物的促進(jìn)作用越來越小，抑制作用增強。

丙二醛（MDA）是生物系統(tǒng)內(nèi)膜脂過氧化的產(chǎn)物之一，反映植株體內(nèi)膜脂過氧化的程度，它能強烈地與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，因而引起酶和膜的嚴(yán)重?fù)p傷，膜電阻及膜的流動性降低，最后導(dǎo)致結(jié)構(gòu)及生理完整性的破壞，MDA含量的增加說明對膜有毒害作用，其含量降低說明膜的完整性好[15]。試驗結(jié)果表明，MDA含量在不同濃度烤煙根系分泌物處理下呈一直促進(jìn)的趨勢，且濃度越高促進(jìn)趨勢越明顯，與楊瑞吉[15]關(guān)于油菜根系分泌物對不同作物幼苗生長的化感效應(yīng)研究結(jié)果一致；幼苗鮮重、干重及根冠比是地上部分與地下部生長的綜合表現(xiàn)，常作為作物評價的一個重要指標(biāo)[25]。根冠比、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性在不同濃度處理中表現(xiàn)一直抑制的趨勢，與韓小燕[26]關(guān)于胡蔥對番茄幼苗化感作用的研究結(jié)果一致。

葉綠素a/b、地上部鮮重在K326和云煙85表現(xiàn)趨勢相似，但差異程度不同，可能由于不同品種間烤煙分泌物分泌速度不同，導(dǎo)致最終分泌物濃度不同，在培養(yǎng)烤煙幼苗時出現(xiàn)差異，具體機理還需進(jìn)一步研究。雖然此研究證明了烤煙根系分泌物對烤煙幼苗生長具有明顯的化感作用，但是烤煙根系分泌物中具體物質(zhì)對烤煙幼苗生長的化感作用及化感程度還需繼續(xù)研究。

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