外源化感物質香豆酸對豌豆種子萌發、幼苗根際土壤酶活性及土壤微生物的影響

李春龍

(成都農業科技職業學院現代農業分院，成都溫江 611130)

香豆酸、香豆素、羥基肉桂酸、阿魏酸等均屬于酚酸類物質，現已被公認為化感物質[1]。化感物質是植物化感作用的媒介，主要通過揮發或雨霧、植物表面淋溶、植物根系分泌、植物殘體或凋落物分解等4種途徑釋放并進入環境，被受體植物吸收而起作用[2-3]。當化感物質通過植株殘體分解以及根系分泌等途徑進入土壤，使得土壤養分、酶活性以及根際微生物等受到影響，進而會影響作物的正常生長[4-5]。

豌豆(PisumsativumL.)為豆科豌豆屬栽培種，一年生或越年生，是一種很好的速生作物，適應范圍極廣，從高寒山區到炎熱壩區都能生長，出苗后40 d以上便可采食嫩尖。豌豆是世界性食用豆類作物，主要作蔬菜和糧食使用，也可作綠肥和飼料，是集糧、菜、肥、飼于一體的多用途作物[6]。豌豆被認為是最不耐連作的豆科作物之一[7]。目前，國內外對豌豆化感作用的研究主要集中在豌豆自毒作用上[8-9]，有關外源純化感物質對豌豆化感作用的研究鮮見報道。本試驗研究不同濃度的外源化感物質香豆酸對豌豆種子萌發、幼苗根際土壤酶活性、土壤酸堿度、土壤微生物數量的影響，旨在揭示豌豆根際微生物區系和土壤酶活性的變化規律。

1 材料與方法

1.1 材料

化感物質香豆酸購于Sigma公司，豌豆種子購于四川省農業科學院。

1.2 香豆酸處理液的配制

參照宋亮等人的方法[10]，將香豆酸用蒸餾水溶于容量瓶中配成10-2mol/L的母液，然后將母液分別稀釋成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7mol/L。試驗時現用現配制，用蒸餾水作為對照。

1.3 試驗設計

1.3.1 種子萌發試驗 參照李春龍的方法[11]，挑選粒大、飽滿、大小一致的豌豆種子用蒸餾水清洗，晾干后備用。先用5.25 g/L的NaClO溶液對受試的豌豆種子進行消毒，時間為15 min，然后用蒸餾水清洗4次，每次清洗1 min；將豌豆種子放置在直徑為9 cm的皮氏培養皿中，內墊2層濾紙，每個培養皿內放豌豆種子30粒，分別將10-7、10-6、10-5、10-4、10-3、10-2mol/L的香豆酸處理液15 mL注入培養皿中，對照為蒸餾水，每個處理重復3次。然后將培養皿放置在恒溫恒濕培養箱(25±1)℃，黑暗中進行種子萌發試驗。待豌豆種子萌芽4 d后記錄其萌發的種子數，計算豌豆種子的發芽率，記錄完測定所有萌發幼苗的根長和苗長，并數出每個萌發幼苗的根數，求其平均值。

1.3.2 幼苗盆栽試驗 2014年5月上旬取盆栽土(土壤取自成都農業科技職業學院校外實訓基地內)，取回后先過2遍2 cm篩，篩去較大的石塊及粗枝等，再過細篩，用45%敵磺鈉350 g進行土壤消毒處理，然后將土混勻，隨機裝盆。每盆土均裝至花盆的三分之二處，每盆裝土10 kg，盆上口徑 28 cm、深25 cm，播豌豆種子10粒。

待豌豆幼苗生長約1個月后，挑選長勢一致的豌豆壯苗進行處理。采用不同濃度的香豆酸(10-7、10-6、10-5、10-4、10-3、10-2mol/L)溶液40 mL澆灌豌豆幼苗，每個處理重復4次，用等量的蒸餾水處理作為對照(即0 mol/L)。此后每隔10 d澆40 mL香豆酸處理豌豆幼苗，30 d后即2014年6月25日取豌豆幼苗根際土，用土鉆鉆取深度20 cm、大約300 g豌豆幼苗根際土，輕輕抖動后仍然粘貼在豌豆幼苗根系上的土壤用于根際微生物數量的測定，裝袋、封口并做好標簽，立即帶回實驗室進行分析處理，參照韓春梅等的方法[12]實施。

1.4 測定方法

1.4.1 豌豆種子萌發指標測定 豌豆幼苗根長、苗長用直尺測量。

1.4.2 土壤酶及土壤酸堿度測定 土壤酶活性測定均參照關松蔭的方法[13]。土壤反硝化酶活性采用硝態氮剩余量法測定；纖維素酶活性采用硝基水楊酸比色法測定；脲酶、蛋白酶、酸性磷酸酶以及蔗糖酶活性均采用比色法測定；土壤酸堿度使用酸度計測定。

1.4.3 土壤微生物分析 土壤微生物采用平板涂抹法[14]測定，細菌采用牛肉膏蛋白胨培養基，真菌采用馬丁氏培養基，放線菌采用改良的高氏一號培養基。

1.5 數據處理

采用SPSS 13.0統計軟件進行單因素方差、LSD和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 外源化感物質香豆酸對豌豆種子萌發的影響

從表1可以看出，與對照比較，低濃度的香豆酸 10-7mol/L 促進了豌豆幼苗的4個形態指標，10-6mol/L的香豆酸也促進了豌豆種子的萌發。隨著香豆酸濃度的增加，豌豆幼苗的4個形態指標均不同程度受到抑制。10-5mol/L香豆酸處理下的豌豆種子發芽率較對照顯著下降，比對照降低10.98%；豌豆幼苗的根長、苗長均在香豆酸濃度達到 10-4mol/L 時較對照顯著受到抑制，分別較對照下降了28.30%、26.47%；豌豆幼苗的根數則在香豆酸濃度達到10-5mol/L時就顯著受到抑制，較對照減少23.08%。

表1 不同濃度香豆酸對豌豆種子萌發特性的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，表2同。

2.2 外源化感物質香豆酸對豌豆幼苗根際土壤酶活性及土壤酸堿度的影響

從表2可以看出，除了土壤酸性磷酸酶活性隨著香豆酸濃度增加而呈遞增的趨勢外，其他5種土壤酶以及土壤pH值均有隨著外源化感物質香豆酸濃度增加而呈遞減的趨勢。當香豆酸濃度為10-7mol/L時，土壤反硝化酶、蛋白酶較對照顯著受到抑制，分別較對照降低了20.49%、8.97%；土壤脲酶、蔗糖酶活性和土壤pH值在香豆酸濃度達到 10-6mol/L 時較對照顯著受到抑制，分別較對照降低 33.33%、20.13%、3.59%；土壤纖維素酶活性在香豆酸濃度達到10-5mol/L時較對照顯著受到抑制，較對照降低 24.53%；而土壤酸性磷酸酶活性在香豆酸濃度達到 10-6mol/L 時較對照顯著提高，較對照提高16.24%。

表2 不同濃度香豆酸對豌豆幼苗根際土壤酶活性及土壤酸堿度的影響

注：表中數值為平均值±SD(n=3)。

2.3 外源化感物質香豆酸對豌豆幼苗根際土壤微生物的影響

從圖1可以看出，不同濃度的香豆酸對豌豆幼苗根際土壤中的細菌、真菌、放線菌的數量均產生不同程度影響，并且隨著香豆酸濃度的增加，豌豆幼苗根際土壤中細菌、真菌、放線菌數量均呈遞減的趨勢。與對照比較，香豆酸濃度在 10-6mol/L 時較對照顯著降低豌豆幼苗根際土壤細菌(圖1-a)、放線菌(圖1-c)的數量，分別較對照降低39.77%、31.86%。當香豆酸濃度達到10-4mol/L時，豌豆幼苗根際土壤內真菌數量較對照顯著下降，較對照降低71.15%(圖1-b)。

2.4 不同濃度香豆酸處理下豌豆幼苗根際土壤微生物數量及土壤酸堿度與土壤酶活性的相關關系

從表3可以看出，在不同濃度香豆酸處理下，豌豆幼苗根際土壤微生物數量均與土壤脲酶、反硝化酶、纖維素酶、蛋白酶、蔗糖酶活性以及土壤pH值呈極顯著正相關，而與土壤酸性磷酸酶活性呈極顯著負相關。其中，蔗糖酶與土壤pH值的相關系數最大，為0.910。

3 結論與討論

外源化感物質香豆酸對豌豆種子萌發的影響?；形镔|的作用影響植物生長的各個過程及不同的生理過程[15-17]，其中影響最直接的是種子萌發階段和幼苗生長階段。研究結果表明，香豆酸對豌豆種子萌發及幼苗生長的形態指標均表現出低濃度促進、高濃度抑制的效應，本結論與前人的研究結果[18]類似。

外源化感物質香豆酸對豌豆幼苗根際土壤酶活性及土壤酸堿度的影響。香豆酸濃度的增大，降低了土壤pH值，提高了土壤酸性磷酸酶的活性，而降低了土壤脲酶、反硝化酶、纖維素酶、蛋白酶和蔗糖酶的活性，本研究結論與前人的研究結果[19-20]相一致。土壤是復雜的生態系統，其中土壤酶和土壤微生物對土壤中的養分循環起著重要的推動作用，而土壤理化性質又影響著土壤酶活性和土壤微生物的生物活性[21]。因此，從土壤學入手來研究化感作用是可行的，可以將土壤酶學同其他相關學科緊密結合起來進行化感作用研究。

表3 土壤微生物數量以及土壤酸堿度與土壤酶活性的相關關系

注：“**”表示在0.01水平上顯著。

外源化感物質香豆酸對豌豆幼苗根際微生物的影響。隨著香豆酸濃度的增加，其幼苗根際細菌、真菌和放線菌的數量均呈遞減的趨勢，較低濃度10-6mol/L的香豆酸就已經顯著抑制土壤細菌和放線菌的數量。表明不同濃度的香豆酸引起了豌豆根際微生物區系組成的定向改變，破壞了其根際微生物的平衡，潛在影響著植物，以及植物和微生物的相互作用[12]。相關研究表明，化感物質阿魏酸、4-叔丁基苯甲酸及苯甲醛進入土壤后，對微生物區系變化產生影響，導致土壤微生物胞內酶與胞外酶比例失調或改變酶的構象，增強脲酶活性[22]；苜蓿根系分泌物皂苷對木霉具有抑制作用[23]；白菜根系分泌物糖甙硫氰酸酯對泡囊叢枝菌根(VAM)萌發產生顯著的抑制作用[2]。

香豆酸處理下豌豆幼苗根際土壤微生物、土壤酸堿度與土壤酶的相關關系。土壤細菌、真菌、放線菌等是土壤關鍵生態過程中土壤酶活性的重要來源[24]，特定的土壤酶活性與細菌和真菌類群密切相關[25]。本研究結果表明，在不同濃度的香豆酸處理下，豌豆幼苗根際土壤微生物數量均與土壤酸性磷酸酶活性呈極顯著負相關，而與其他5種土壤酶活性以及土壤pH值呈極顯著正相關，表明外源化感物質香豆酸的處理影響豌豆的生長過程，改變土壤微生物區系，進而影響土壤酶活性，使得土壤環境條件向著不利于豌豆植株的生長方向演變。同時也證實了Aon等的理論，即特定的土壤酶活性與細菌、真菌等類群密切相關[25]。

[1]Chon S U，Choi S K，Jung S，et al. Effects of alfalfa leaf extracts and phenolic allelochemicals on early seedling growth and root morphology of alfalfa and barnyard grass[J]. Crop Protection，2002，21(10)：1077-1082.

[2]孔垂華，胡 飛. 植物化感(相生相克)作用及其應用[M]. 北京：中國農業出版社，2001：105.

[3]何華勤，梁義元，賈小麗，等. 酚酸類物質的抑草效應分析[J]. 應用生態學報，2004，15(12)：2342-2346.

[4]胡開輝，羅慶國，汪世華，等. 化感水稻根際微生物類群及酶活性變化[J]. 應用生態學報，2006，17(6)：1060-1064.

[5]張恩平，趙茹月，張淑紅. 土壤添加物對外源化感物質處理下番茄生長的影響[J]. 現代農業科技，2015(6)：78-79.

[6]王振鴻. 豌豆的栽培技術[J]. 農村實用技術，2004(11)：12-14.

[7]Saucke H，Ackermann K. Weed suppression in mixed cropped grain peas and false flax(Camelinasativa)[J]. Weed Research，2006，46(6)：453-461.

[8]喻景權，松井佳久. 豌豆根系分泌物自毒作用的研究[J]. 園藝學報，1999，26(3)：195-198.

[9]高 旭，張古文，胡齊贊，等. 自毒物質肉桂酸對豌豆幼苗生長及葉綠素熒光特性的影響[J]. 中國蔬菜，2013(8)：44-49.

[10]宋 亮，潘開文，王進闖，等. 酚酸類物質對苜蓿種子萌發及抗氧化物酶活性的影響[J]. 生態學報，2006，26(10)：3393-3403.

[11]李春龍. 水花生不同部位水浸液對豇豆種子萌發的影響[J]. 種子，2013，32(7)：72-73.

[12]韓春梅，李春龍，葉少平，等. 生姜水浸液對生姜幼苗根際土壤酶活性、生物群落結構及土壤養分的影響[J]. 生態學報，2012，32(2)：489-498.

[13]關松蔭. 土壤酶及其研究方法[M]. 北京：中國農業出版社，1983：86-97.

[14]Visser S，Parkinson D. Soil biological criteria as indicators of soil quality：soil microorganisms[J]. American Journal of Alternative Agriculture，1992，7(2)：33-37.

[15]朱 峰，何永福，葉照春. 大葉芥菜對眼子菜化感作用潛力的初步評價[J]. 雜草學報，2016，34(2)：49-52.

[16]林 娟，殷全玉，楊丙釗，等. 植物化感作用研究進展[J]. 中國農學通報，2007，23(1)：68-72.

[17]李 軒，盧海博，黃智鴻. 刺果瓜甲醇提取物對植物化感作用的研究[J]. 雜草學報，2016，34(4)：23-27.

[18]周寶利，李 燕，李 東，等. 化感物質松香酸對辣椒種子萌發、

幼苗生長及根際微生物的影響[J]. 華北農學報，2010，25(5)：155-160.

[19]黃益宗，馮宗煒，張福珠. 化感物質對土壤硝化反應影響的研究[J]. 土壤與環境，1999，8(3)：203-207.

[20]林瑞余，于翠萍，戎 紅，等. 苗期不同化感潛力水稻根際土壤酶活性分析[J]. 中國生態農業學報，2008，16(2)：302-306.

[21]王延平，王華田. 連作人工林化感效應研究綜述[J]. 世界林業研究，2008，21(4)：25-30.

[22]袁光林，馬瑞霞，劉秀芬，等. 化感物質對土壤脲酶的活性影響[J]. 環境科學，1998，19(2)：55-57.

[23]Hoagland R E，Zablotowicz R M，Oleszek W A. Effects of alfalfa saponins oninvitrophysiological activity of soil and rhizosphere bacteria[J]. Journal of Crop Protection，2001，4(2)：349-361.

[24]Diamantidis G，Efosse A，Potier P，et al. Purification and characterization of the first bacterial laccase in the rhizospheric bacteriumAzosprillumlipoferum[J]. Soil Biology and Biochemistry，2000，32(7)：919-927.

[25]Aon M A，Colaneri A C. Temporal and spatial evolution of enzymatic activities and physico-chemical properties in an agricultural soil[J]. Applied Soil Ecology，2001，18(3)：255-270.