苜蓿輪作玉米小麥土壤浸提液對苜蓿種子萌發(fā)和幼苗生理及生長的影響

尹國麗，吳芳，陶茸，師尚禮，蔡卓山

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)研究中心，甘肅 蘭州 730070)

近年來，隨著紫花苜蓿(Medicagosativa)自毒作用研究的不斷深入，已有學(xué)者指出苜蓿是自毒效應(yīng)較強(qiáng)的牧草之一，其植株向環(huán)境中釋放的化感物質(zhì)是造成苜蓿連作障礙的重要原因[1-2]。許多研究表明紫花苜蓿連作后短期間隔重茬種植，后茬苜蓿長勢差、植株細(xì)弱矮小，甚至很難建植成功，嚴(yán)重制約著苜蓿的繼續(xù)生長和農(nóng)地資源的再次利用[3-6]。聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐，大力發(fā)展和廣泛推行合理的草田輪作體系是解決上述問題的有效途徑之一。大量的生產(chǎn)實(shí)踐證明苜蓿與作物輪作技術(shù)，有利于增加土壤速效養(yǎng)分、改善土壤環(huán)境、緩解或解除自毒作用、防治雜草與病蟲害、從而提高后茬作物產(chǎn)量與品質(zhì)[7-10]。Tucker等[11]指出苜蓿地翻耕后連續(xù)3年種植小麥(Triticumaestivum)，第2年小麥產(chǎn)量最高。Stickler等[12]也發(fā)現(xiàn)苜蓿地翻耕后輪作玉米(Zeamays)，第2年玉米產(chǎn)量高于第1年。楊珍奇等[13]研究表明和常規(guī)麥田連種2年冬小麥相比，苜蓿茬地連種2年冬小麥能增加小麥的全氮、粗蛋白和全糖含量。李軍等[14]研究得出苜蓿地翻耕后進(jìn)行輪作，土壤水分恢復(fù)深度隨后茬作物種植年限的延長而加深。Li 等[15]在黃土高原半濕潤區(qū)的研究亦表明，與小麥連作相比，苜蓿-小麥-玉米循環(huán)后土壤全氮和速效氮含量均顯著增加。宋麗萍等[16]研究指出在黃土高原半干旱區(qū)，苜蓿-玉米和苜蓿-小麥輪作模式能形成良好的土壤結(jié)構(gòu)，改善土壤的滲透性能，提高土壤物理質(zhì)量。也有研究表明苜蓿-小麥輪作系統(tǒng)在甘肅有一定的種植歷史，且后茬小麥不會受到苜蓿毒性的影響[17]。

草田輪作制度在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，將苜蓿納入輪作體系對提高后茬作物產(chǎn)量，維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和功能恢復(fù)發(fā)揮了重要作用[18]。近年來，國內(nèi)關(guān)于紫花苜蓿和玉米、小麥輪作的研究主要集中于對后茬作物產(chǎn)量、品質(zhì)以及對土壤微生物群落、養(yǎng)分變化等性狀影響的方面，而針對河西走廊地區(qū)多齡紫花苜蓿輪作玉米、小麥的土壤浸提液對苜蓿種子萌發(fā)、幼苗生理生長的研究鮮有報(bào)道[17,19]。鑒于此，本試驗(yàn)以5年紫花苜蓿根區(qū)土壤浸提液作對照(CK)，以5年紫花苜蓿地輪作玉米、小麥第1年、第2年的玉米、小麥根區(qū)土壤作為浸提液提取材料，采用不同濃度處理“甘農(nóng)3號”紫花苜蓿(M.sativacv. Gannong No.3)種子及幼苗，通過測定發(fā)芽率、胚根長、胚芽長等幼苗生長參數(shù)和可溶性糖(SS)、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)等幼苗生理指標(biāo)進(jìn)行初步探索輪作玉米、小麥土壤浸提液對苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長，生理影響的化感效應(yīng)，為合理建立苜蓿人工草地及維護(hù)其系統(tǒng)的生產(chǎn)力性穩(wěn)定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在甘肅省武威市涼州區(qū)黃羊鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草站進(jìn)行。該試驗(yàn)站位于甘肅河西走廊東端，地處103°5′ E，37°30′ N，屬冷溫帶干旱區(qū)，是典型的大陸性氣候，日照充足，春季多風(fēng)沙，夏季有干熱風(fēng)。平均海拔1776 m，降水年際變化不大，但季節(jié)變化較大，多年平均降水量160 mm左右，主要集中在7、8、9月。年蒸發(fā)量2400 mm，≥0 ℃年積溫3513.4 ℃，≥10 ℃年積溫2985.4 ℃。全年無霜期156 d，絕對無霜期118 d，年日照時(shí)數(shù)2945 h。土壤以荒漠灌淤土為主，粉沙壤質(zhì)，土層深厚，地勢平坦，灌溉條件好。

1.2 供試材料

紫花苜蓿品種為“甘農(nóng)3號”，小麥品種為雜交種寧春4號(T.aestivumcv. Ningchun No.4)，玉米品種為雜交種隴單4號(Z.mayssp. Longdan No.4)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地位于甘肅省武威市黃羊鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草站。選取5年(種植5年)紫花苜蓿地進(jìn)行草田輪作試驗(yàn)。輪作區(qū)2014年3月進(jìn)行翻耕，對照區(qū)(control，CK)不翻耕。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，輪作區(qū)設(shè)3次重復(fù)，各重復(fù)區(qū)面積均為4 m×5 m。2014年和2015年4月15日播種玉米和小麥，播種前施磷二胺225 kg·hm-2和尿素225 kg·hm-2作為基肥，每個(gè)輪作區(qū)施基肥一致，每年入冬之前灌1次冬水。玉米穴播，1穴2粒，株距22 cm，出苗后保留生長較好的一株；小麥溝播，播種量為150 kg·hm-2，行距20 cm。輪作第1年(2014年)，紫花苜蓿-小麥區(qū)簡稱AW(alfalfa-wheat)，紫花苜蓿-玉米區(qū)簡稱AC(alfalfa-corn)；輪作第2年(2015年)，紫花苜蓿-小麥-小麥區(qū)連作簡稱AWW(alfalfa-wheat-wheat)，紫花苜蓿-玉米-玉米區(qū)連作簡稱ACC(alfalfa-corn-corn)。

1.4 土樣采集

于2014年3月采集5年紫花苜蓿地的根區(qū)土壤，2014年、2015年小麥?zhǔn)斋@季7月下旬、玉米收獲季9月下旬，用土鉆分別取0～30 cm土層玉米、小麥的根區(qū)土壤，各輪作處理按照“5點(diǎn)取樣法”，將所得土樣裝入塑料袋，內(nèi)外附上標(biāo)簽，寫明采樣地點(diǎn)、采樣日期和采樣深度。除去枯枝落葉，挑出植物細(xì)根，均勻混合后，過2 mm篩，帶回實(shí)驗(yàn)室存放于4 ℃冰箱中備用。

1.5 測定方法

1.5.1土壤浸提液制備 分別稱取10，50，160 g 風(fēng)干的苜蓿、玉米、小麥根區(qū)土壤放入潔凈的三角瓶并加入1 L蒸餾水，封口，在30 ℃超聲波中萃取30 min；150 r·min-1、25 ℃振蕩浸提 24 h后，用定性濾紙將浸提液過濾，最后將浸提液定容，分別配制成10，50，160 g·L-1溶液，2 ℃條件下避光保存。

1.5.2室內(nèi)種子發(fā)芽試驗(yàn)處理與測定指標(biāo) 發(fā)芽測試供試種子為“甘農(nóng)3號”紫花苜蓿，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。選取外觀一致、籽粒飽滿的種子，用78%的酒精浸泡消毒1 min，蒸餾水沖洗干凈后用濾紙吸干。采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，潔凈的培養(yǎng)皿(直徑9 cm)鋪雙層濾紙，每皿均勻擺放50粒苜蓿種子，每皿各加5 mL土壤浸提液。用5年苜蓿根區(qū)土壤浸提液處理作對照(CK)，各處理設(shè)置3個(gè)濃度梯度(10，50，160 g·L-1)，3次重復(fù)。培養(yǎng)皿加蓋，置于BIC-400光照培養(yǎng)箱中，25 ℃，光周期14 h，光強(qiáng)6000 lx，暗周期10 h，相對濕度75%。每天補(bǔ)充適量浸提液以保持培養(yǎng)皿內(nèi)濾紙的濕度。測定指標(biāo)：參照李家義等[20]的方法以胚根突破種皮，伸出1 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，第4天進(jìn)行初次計(jì)數(shù)。第7天測定苜蓿種子發(fā)芽率，第10天每皿隨機(jī)取10株幼苗，在坐標(biāo)紙上測胚芽和胚根長。計(jì)算不同處理后的發(fā)芽勢和發(fā)芽率等指標(biāo)[21]：

發(fā)芽率=(發(fā)芽終止時(shí)全部正常發(fā)芽的種子/供試種子數(shù))×100%

參照Williamson等[22]的方法，計(jì)算化感作用效益指數(shù)(RI)：

RI=1-C/T(T≥C)

RI=T/C-1(T

式中：T為測試項(xiàng)目的處理值；C為對照值；當(dāng)RI>0時(shí)，表示存在促進(jìn)效應(yīng)；當(dāng)RI<0時(shí)，表示存在抑制效應(yīng)。

1.5.3對幼苗生理指標(biāo)測定 取不同濃度土壤浸提液10 mL加入鋪有2層定性濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)處理3次重復(fù)，培養(yǎng)皿均勻擺放50粒苜蓿種子、萌發(fā)過程中適當(dāng)補(bǔ)充土壤浸提液，使濾紙保持濕潤，待每個(gè)培養(yǎng)皿中幼苗約0.5 g時(shí)，采用培養(yǎng)缽進(jìn)行沙培，每盆定植10株，然后轉(zhuǎn)入BIC-400光照培養(yǎng)溫室中[光照14 h·d-1，光通量密度400 μmol·m-2·s-1，晝夜溫度分別為(25±1)和(20±1) ℃，相對濕度(65±5)%左右]，試驗(yàn)組加入輪作處理不同濃度(10，50，160 g·L-1)的土壤浸提液15 mL，對照組加入15 mL苜蓿根區(qū)土壤浸提液，各個(gè)處理的浸提液均用1/2 Hoagland營養(yǎng)液配制，為保證浸提液濃度穩(wěn)定，每隔2 d更換一次浸提液，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，生長30 d后采集葉片測定相關(guān)生理指標(biāo)。測定的指標(biāo)包括：可溶性糖(soluble sugar，SS)含量采用蒽酮乙酸乙酯比色法測定，可溶性蛋白(protein，pr)含量采用考馬斯亮蘭G-250法測定，丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性采用氮藍(lán)四唑光化還原法測定，過氧化氫酶(catalase，CAT)活性采用高錳酸鉀滴定法測定[23-24]；抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)活性參照Nakano 等[25]的方法測定，谷胱甘肽過氧化物酶(glutathion peroxidase，GPX)活性參照Urbanek 等[26]的方法測定。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用Excel 2007對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 16.0進(jìn)行方差分析，用Duncan法在0.05水平上進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤浸提液對苜蓿種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

2.1.1土壤浸提液對種子發(fā)芽率及化感指數(shù)的影響 不同輪作模式的土壤浸提液對苜蓿種子萌發(fā)有不同的影響，受體苜蓿種子的發(fā)芽率均顯著高于CK(圖1)，RI均大于0(圖2)，表明輪作玉米、小麥后，其根區(qū)土壤浸提液對受體苜蓿種子均存在促進(jìn)作用。每種濃度處理下，AWW的種子發(fā)芽率均達(dá)最高值，較CK分別顯著提高了29.22%，68.09%，54.24%(P<0.05)。當(dāng)土壤浸提液濃度為10 g·L-1時(shí)，AWW的苜蓿種子發(fā)芽率較AC、ACC、AW顯著提高了16.46%，15.08%，15.04%(P<0.05)；土壤浸提液濃度為50 g·L-1時(shí)，ACC和AW的苜蓿種子發(fā)芽率均顯著高于AC(P<0.05)，比AC分別增加了4.50%，2.44%；AWW的苜蓿種子發(fā)芽率均顯著高于AC、ACC、AW，分別提高了9.40%，4.69%，6.81%；土壤浸提液濃度為160 g·L-1時(shí)，輪作土壤浸提液處理的種子發(fā)芽率顯著高于10和50 g·L-1濃度處理下的種子發(fā)芽率，且AC、ACC、AW、AWW的種子發(fā)芽率較CK顯著提高了41.23%，49.63%，40.51%，54.24%(P<0.05)。從以上結(jié)果看出輪作小麥2年效果最佳，對受體苜蓿種子萌發(fā)促進(jìn)作用最強(qiáng)。

圖1 不同濃度土壤浸提液對種子發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of soil extracts with different concentration on seed germination rate

圖2 不同濃度土壤浸提液對發(fā)芽率化感指數(shù)的影響Fig.2 Effects of soil extracts with different concentration on allelopathic index of germination rate

不同小寫字母表示輪作處理和對照間差異顯著(P<0.05)，下同。Different lowercase letters indicate significant differences between rotation treatments at the 0.05 level. The same below.

2.1.2土壤浸提液對幼苗胚芽長、胚根長的影響 輪作處理的土壤浸提液顯著促進(jìn)了受體苜蓿幼苗胚芽的生長(圖3)，與CK差異顯著(P<0.05)，在AC、AW、AWW輪作模式下，隨著土壤浸提液濃度的增加，胚芽相應(yīng)伸長，促進(jìn)效果愈加明顯。在相同土壤浸提液濃度處理下，AWW的胚芽長顯著高于AC、ACC、AW(P<0.05)，且濃度為160 g·L-1時(shí)，輪作土壤浸提液處理下的胚芽長高于10和50 g·L-1濃度處理下的幼苗胚芽長，且AC、ACC、AW、AWW的幼苗胚芽長較CK顯著提高了62.73%，81.60%，76.30%，173.12%(P<0.05)。

和CK相比，各輪作模式的土壤浸提液顯著促進(jìn)了苜蓿幼苗胚根的生長(P<0.05)(圖4)，且隨土壤浸提液濃度的增加，促進(jìn)效應(yīng)更明顯。當(dāng)土壤浸提液濃度為最高(160 g·L-1)時(shí)，AC、ACC、AW、AWW處理下幼苗胚根長較CK顯著提高了87.10%，111.60%，85.64%，119.33%(P<0.05)。相同土壤浸提液濃度處理下，ACC、AWW的胚根長顯著高于AC、AW(P<0.05)，而ACC和AWW的胚根長未達(dá)到顯著差異(P>0.05)。

圖3 不同濃度土壤浸提液對幼苗胚芽長的影響Fig.3 Effects of soil extracts with different concentration on epicotyl length of alfalfa seedlings

圖4 不同濃度土壤浸提液對幼苗胚根長的影響Fig.4 Effects of soil extracts with different concentration on radical length of alfalfa seedlings

2.2 土壤浸提液對苜蓿幼苗生理的影響

2.2.1土壤浸提液對幼苗可溶性糖(SS)含量的影響 與CK相比，輪作土壤浸提液均顯著提高了苜蓿幼苗的SS含量(P<0.05)(圖5)，且輪作小麥土壤浸提液處理后的苜蓿幼苗SS含量顯著高于輪作玉米的SS含量(P<0.05)。相同土壤浸提液濃度處理下，各輪作模式的幼苗SS含量均差異顯著，且含量大小順序?yàn)锳WW>AW>ACC>AC，其中當(dāng)土壤浸提液濃度為10 g·L-1時(shí)，AWW的幼苗SS含量達(dá)最大值，為26.11 mmol·g-1，較AC、ACC、AW、CK顯著增加了395.45%，210.10%，109.38%，728.89%；濃度為50 g·L-1時(shí)，AWW的幼苗SS含量最大，較AC、ACC、AW顯著提高了502.44%，361.68%，83.23%；濃度為160 g·L-1時(shí)，AWW的幼苗SS含量較AC、ACC、AW分別顯著增加了218.80%，182.58%，30.88%。

2.2.2土壤浸提液對幼苗可溶性蛋白含量的影響 隨土壤浸提液濃度的增加，AC、ACC、AWW和CK的苜蓿幼苗可溶性蛋白含量呈下降趨勢(圖6)，而AW的幼苗可溶性蛋白含量呈上升趨勢。當(dāng)土壤浸提液濃度為10 g·L-1時(shí)，ACC的幼苗可溶性蛋白含量達(dá)最高值，為4.86 mg·g-1，較CK、AC、AW、AWW分別顯著增加了11.72%，4.52%，15.99%，12.76%(P<0.05)。當(dāng)土壤浸提液濃度分別為50和160 g·L-1時(shí)，AC、ACC、AW、AWW的幼苗可溶性蛋白含量均顯著低于CK(P<0.05)，土壤浸提液濃度為160 g·L-1時(shí),ACC達(dá)最低值，為4.08 mg·g-1，較CK降低了5.23%。

2.2.3土壤浸提液對幼苗丙二醛(MDA)含量的影響 當(dāng)土壤浸提液濃度增加時(shí)，AC和ACC能提高苜蓿幼苗的MDA含量(圖7)，AW和AWW的幼苗MDA含量的變化趨勢為先下降后上升，CK的MDA含量呈下降趨勢。當(dāng)土壤浸提液濃度相同時(shí)，輪作土壤浸提液處理下幼苗的MDA含量差異顯著(P<0.05)，且濃度分別為50和160 g·L-1時(shí)，AC、ACC、AW、AWW的幼苗MDA含量均顯著高于CK(P<0.05)，ACC的MDA含量達(dá)最高值，分別為11.58和13.42 μmol·g-1，較CK增加了414.61%，475.08%；土壤浸提液濃度為10 g·L-1時(shí)，AC、ACC、AW、AWW的幼苗MDA含量較CK分別顯著下降了32.85%，71.72%，16.61%，37.91%(P<0.05)。

2.2.4土壤浸提液對幼苗超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響 不同輪作模式和CK土壤浸提液處理下，苜蓿幼苗的SOD活性變化趨勢一致(圖8)，均隨著土壤浸提液濃度的增加而SOD活性顯著增強(qiáng)(P<0.05)。當(dāng)土壤浸提液濃度分別為10和50 g·L-1時(shí)，輪作土壤浸提液處理的幼苗SOD活性顯著低于CK(P<0.05)，ACC達(dá)最低值，分別為4.81和9.19 U·g-1FW，比CK分別降低了72.32%，81.97%；當(dāng)土壤浸提液濃度為160 g·L-1時(shí)，AC和ACC的幼苗SOD活性顯著低于CK(P<0.05)，ACC達(dá)最低值，為21.57 U·g-1FW，較CK下降了62.79%，AW幼苗的SOD活性較CK顯著提高了17.25%(P<0.05)。

圖5 不同濃度土壤浸提液對幼苗可溶性糖含量的影響Fig.5 Effects of soil extracts with different concentration on soluble sugar contents of alfalfa seedlings

圖6 不同濃度土壤浸提液對幼苗可溶性蛋白含量的影響Fig.6 Effects of soil extracts with different concentration on soluble protein contents of alfalfa seedlings

圖7 不同濃度土壤浸提液對幼苗丙二醛含量的影響Fig.7 Effects of soil extracts with different concentration on MDA contents of alfalfa seedlings

圖8 不同濃度土壤浸提液對幼苗超氧化物歧化酶活性的影響 Fig.8 Effects of soil extracts with different concentration on SOD activity of alfalfa seedlings

2.2.5土壤浸提液對幼苗過氧化氫酶(CAT)活性的影響 隨著土壤浸提液濃度的增大，AC、ACC苜蓿幼苗的CAT活性增強(qiáng)(圖9)，而AW、AWW的幼苗CAT活性減弱。相同土壤浸提液濃度處理下，AC、ACC、AW、AWW的幼苗CAT活性差異顯著(P<0.05)，且當(dāng)土壤浸提液濃度分別為50和160 g·L-1時(shí)，AC和ACC的CAT活性較CK分別顯著增強(qiáng)了128.21%，254.79%，43.01%，91.64%(P<0.05)；當(dāng)土壤浸提液濃度分別為10和50 g·L-1時(shí)，AW和AWW的CAT活性顯著強(qiáng)于CK(P<0.05)，較CK分別增強(qiáng)了10.71%，14.67%，188.42%，292.53%。

2.2.6土壤浸提液對幼苗抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的影響 隨著土壤浸提液濃度的增加，AC的苜蓿幼苗APX活性顯著下降(P<0.05)(圖10)，而ACC和AWW的幼苗APX活性顯著增強(qiáng)(P<0.05)，AW的幼苗APX活性先下降后增強(qiáng)。當(dāng)土壤浸提液濃度分別為10 g·L-1時(shí)，各輪作土壤浸提液處理下苜蓿幼苗的APX顯著低于CK(P<0.05)，當(dāng)濃度為50 g·L-1時(shí)輪作土壤浸提液處理的苜蓿幼苗APX顯著強(qiáng)于CK(P<0.05)，當(dāng)濃度為160 g·L-1時(shí)ACC的幼苗APX活性較CK顯著增加了49.30%，而AC、AW和AWW的幼苗APX活性較CK顯著降低了27.85%，71.25%，19.78%(P<0.05)。

圖9 不同濃度土壤浸提液對幼苗過氧化氫酶活性的影響 Fig.9 Effects of soil extracts with different concentration on CAT activity of alfalfa seedlings

圖10 不同濃度土壤浸提液對幼苗抗壞血酸過氧化物酶活性的影響Fig.10 Effects of soil extracts with different concentration on APX activity of alfalfa seedlings

2.2.7土壤浸提液對幼苗谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)

圖11 不同濃度土壤浸提液對幼苗谷胱甘肽過氧化物酶活性的影響Fig.11 Effects of soil extracts with different concentration on GPX activity of alfalfa seedlings

活性的影響 隨著土壤浸提液濃度的增加，AC的苜蓿幼苗GPX活性先減弱后增強(qiáng)(圖11)，ACC的幼苗GPX活性先增強(qiáng)后減弱，而AW、AWW的幼苗GPX活性顯著增強(qiáng)(P<0.05)。當(dāng)土壤浸提液濃度分別為50 g·L-1時(shí)，輪作土壤浸提液處理的苜蓿幼苗GPX活性顯著低于CK(P<0.05)，AC達(dá)最低值，為0.27 mmol H2O2·min-1·mg-1，較CK降低了52.13%；當(dāng)濃度為160 g·L-1，輪作土壤浸提液處理下苜蓿幼苗的GPX活性顯著低于CK(P<0.05)，ACC達(dá)最低值，為0.48 mmol H2O2·min-1·mg-1，較CK降低了36.61%。

3 討論

植物自毒作用是活體植物通過淋溶、揮發(fā)、殘?bào)w分解和根系分泌向環(huán)境中釋放某些化學(xué)物質(zhì)，從而對自身或同種植物的生長和發(fā)育產(chǎn)生有害的作用[1]。自毒效應(yīng)的表現(xiàn)取決于自毒物質(zhì)的累積程度。植物凋落物、殘枝和根系分泌物是自毒物質(zhì)的產(chǎn)生源，而土壤則是自毒物質(zhì)累積的媒介和庫[27]。輪作禾本科作物能消減自毒作用，改善土壤理化性狀，對土壤有一定的修復(fù)作用，為后茬同種植物提供良好的生長環(huán)境[28]。從本研究結(jié)果看，不同濃度土壤浸提液對紫花苜蓿種子萌發(fā)、幼苗生長的影響存在顯著差異，不同輪作模式的同濃度土壤浸提液處理也存在顯著差異。與CK相比，5年苜蓿輪作玉米、小麥后的土壤浸提液顯著促進(jìn)了苜蓿種子的萌發(fā)(P<0.05)、幼苗胚根和胚芽的生長，且輪作2年小麥的促進(jìn)效果最佳。土壤浸提液對苜蓿種子發(fā)芽率、幼苗胚根長和胚芽長的影響，160 g·L-1顯著高于10和50 g·L-1(P<0.05)處理，表明輪作玉米、小麥的土壤浸提液濃度越大，促進(jìn)作用越強(qiáng)。

草田生產(chǎn)中，輪作作物前后茬搭配與自毒作用密切相關(guān)。一般來說依據(jù)前后茬作物的種間化感作用和親緣關(guān)系選擇輪作作物種類時(shí)，通常親緣關(guān)系越遠(yuǎn)、生境差異越大，輪作效果越好，而適宜輪作搭配的作物種類都是化感相生的植物[29]。植物自毒作用的機(jī)理很復(fù)雜，目前許多研究表明，植物自毒作用通過增強(qiáng)或減弱細(xì)胞器膜的透性，使細(xì)胞生理活動或物質(zhì)運(yùn)輸發(fā)生改變，進(jìn)而引起細(xì)胞分裂、光合作用、蛋白質(zhì)和葉綠素合成等一系列生理代謝過程發(fā)生變化[30-31]。可溶性糖參與調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的滲透勢，從而維持植物蛋白質(zhì)穩(wěn)定性[32]。MDA是具有細(xì)胞毒性的物質(zhì)，其含量常用來衡量植物受到傷害的嚴(yán)重程度[33]。SOD、POD、CAT和APX是植物體內(nèi)常見的抗氧化保護(hù)酶，其含量及活性強(qiáng)弱反映了機(jī)體內(nèi)氧自由基及歧化反應(yīng)H2O2的清除能力[34]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著輪作土壤浸提液濃度的提高，苜蓿幼苗的SS含量顯著提高及SOD活性顯著增強(qiáng)(P<0.05)，輪作玉米的土壤浸提液使苜蓿幼苗中MDA含量快速提高、CAT活性增強(qiáng)，而輪作小麥的土壤浸提液使苜蓿幼苗中MDA含量呈先降后升的變化趨勢、CAT活性顯著減弱(P<0.05)，輪作2年玉米、2年小麥后苜蓿幼苗的APX、GPX活性顯著增強(qiáng)，表明輪作處理對苜蓿幼苗化感作用的影響很可能與引起這些生理物質(zhì)含量升降、酶活性強(qiáng)弱變化有關(guān)，可能也是其對逆境調(diào)節(jié)反應(yīng)的一種生存機(jī)制。

本研究結(jié)果可為闡明苜蓿與禾本科作物間的化感效應(yīng)利用提供一定的參考，同時(shí)也為利用輪作提高苜蓿和作物輪作系統(tǒng)產(chǎn)量提供理論依據(jù)。然而，要完整地評價(jià)前、后茬種間的化感效應(yīng)，還需以全生長周期的受體為對象進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)References：

[1] Zhao R L. Study on allelopathic effect of alfalfa to wheat. Lanzhou: Gansu Agricultural University, 2015: 6.

趙瑞林. 紫花苜蓿對小麥的化感效應(yīng)研究. 蘭州: 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015: 6.

[2] Li Y Z, Liang W J, Jiang Y. Research progress in alfalfa allelopathy. Chinese Journal of Ecology, 2004, 23(5): 186-191.

李玉占, 梁文舉, 姜勇. 苜蓿化感作用研究進(jìn)展. 生態(tài)學(xué)雜志, 2004, 23(5): 186-191.

[3] Hu Y G, Zeng Z H, Cheng X,etal. The progress and prospect of alfalfa autotoxicity. Grassland and Turf, 2001, (4): 9-11.

胡躍高, 曾昭海, 程霞, 等. 苜蓿自毒性的研究進(jìn)展及其前景. 草原與草坪, 2001, (4): 9-11.

[4] Zhu X H, Wang P, Liang W J,etal. Preliminary study on allelopathic potential of alfalfa. Chinese Journal of Ecology, 2004, 23(3): 128-130.

朱曉紅, 王朋, 梁文舉, 等. 苜蓿化感作用的初步研究. 生態(tài)學(xué)雜志, 2004, 23(3): 128-130.

[5] Kong C H, Hu F, Chen X H,etal. Assessment and utilization of allelopathic crop varietal resources. Scientia Agricultura Sinica, 2002, 35(9): 1159-1164.

孔垂華, 胡飛, 陳雄輝, 等. 作物化感品種資源的評價(jià)利用. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002, 35(9): 1159-1164.

[6] Li Z H, Shen Y X, Ni J H,etal. A preliminary study on the allelopathy of Legumes. Pratacultural Science, 2002, 19(8): 28-31.

李志華, 沈益新, 倪建華, 等. 豆科牧草化感作用初探. 草業(yè)科學(xué), 2002, 19(8): 28-31.

[7] Xing F, Zhou J Y, Jin Y J,etal. History, theory and practice of pasture crop rotation in China: A review. Acta Prataculturae Sinica, 2011, 20(3): 245-255.

邢福, 周景英, 金永君, 等. 我國草田輪作的歷史、理論與實(shí)踐概覽. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2011, 20(3): 245-255.

[8] Shan L, Chen G L. Theory and practice on dry farming in Loess Plateau. Beijing: Science Press, 1993: 256-280.

山侖, 陳國良. 黃土高原旱地農(nóng)業(yè)的理論與實(shí)踐. 北京: 科學(xué)出版社, 1993: 256-280.

[9] Chen B S. Herbage and Forage Crop Cultivation. Beijing: China Agriculture Press, 2001:162-164.

陳寶書. 牧草飼料作物栽培學(xué). 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2001: 162-164.

[10] Zhu Y, Fox R H.Corn-soybean rotation effects on nitrate leaching. Agronomy Journal, 2003, 95: 1028-1033.

[11] Tucker B B, Cos M B, Eck H V. Effects of rotation, tillage methods and N fertilization on winter wheat production. Agronomy Journal, 1971, 63: 699-702.

[12] Stickler F D, Shrader W D, Johnson I J. Comparative value of legume and fertilizer nitrogen for corn production. Agronomy Journal, 1959, 51: 157-160.

[13] Yang Z Q, Lan Z X. The position of alfalfa in Longdong agriculture-stock production. Gansu Agricultural Science and Technology, 1984, (2): 42-45.

楊珍奇, 蘭志先. 紫花苜蓿在隴東農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中的地位. 甘肅農(nóng)業(yè)科技, 1984, (2): 42-45.

[14] Li J, Wang X C, Fang X Y,etal. Simulation on the restoration effect of soil moisture in alfalfa grain rotation system in semiarid and drought prone regions of Loess Plateau. Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(1): 105-113.

李軍, 王學(xué)春, 方新宇, 等. 黃土高原半干旱偏旱區(qū)草糧輪作田土壤水分恢復(fù)效應(yīng)模擬. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2001, 22(1): 105-113.

[15] Li F R, Gao C Y, Zhao H L,etal. Soil conservation effectiveness and energy efficiency of alternative rotation and continuous wheat cropping in the Loess Plateau of northwest China. Agriculture Ecosystems & Environment, 2002, 91: 101-111.

[16] Song L P, Luo Z Z, Li L L,etal. Effect of lucerne-crop rotations on soil physical properties in the semi-arid Loess Plateau of Central Gansu, Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(7): 12-20.

宋麗萍, 羅珠珠, 李玲玲, 等. 隴中黃土高原半干旱區(qū)苜蓿-作物輪作對土壤物理性質(zhì)的影響. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2015, 24(7): 12-20.

[17] Yang Q, Wang X, Shen Y Y. Effect of soil extract from different aged alfalfa standings on seed germination of three species. Acta Agrestia Sinica, 2009, 17(6): 784-788.

楊倩, 王希, 沈禹穎. 異齡苜蓿土壤浸提液對3種植物種子萌發(fā)的影響. 草地學(xué)報(bào), 2009, 17(6): 784-788.

[18] Wang J, Liu W Z, Li F M. Responses of soil water and fertility to the alfalfa crop rotation in semiarid loess area of China. Acta Pedologica Sinica, 2007, 44(1): 179-183.

王俊, 劉文兆, 李鳳民. 半干旱區(qū)不同作物與苜蓿輪作對土壤水分恢復(fù)與肥力消耗的影響. 土壤學(xué)報(bào), 2007, 44(1): 179-183.

[19] Liu P S. Research of soil environment effects of alfalfa-grain rotation on dryland area of south Ningxia. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2008: 6.

劉培松. 寧南苜蓿草田輪作土壤環(huán)境效應(yīng)研究. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2008: 6.

[20] Li J Y, Zhi J Z. International rules for seed testing in 1993. Shanghai: Shanghai Scientific & Technical Publishers, 1999, 5: 120-128.

李家義, 支巨振. 1993國際種子檢驗(yàn)規(guī)程. 上海: 上海科技出版社, 1999, 5: 120-128.

[21] Xu Y L, Zhao D, Li C J,etal. Effect of soil leachates from different crop rotation systems on seed germination in soybean, corn and wheat. Soil and Crop, 2013, 2(1): 18-24.

許艷麗, 趙丹, 李春杰, 等. 作物輪作系統(tǒng)土壤淋溶液對大豆、玉米和小麥種子發(fā)芽的影響. 土壤與作物, 2013, 2(1): 18-24.

[22] Bruce Williamson G, Richardson D. Bioassays for allelopathy: Measuring treatment responses with independent controls. Journal of Chemical Ecology, 1988, 14: 181-187.

[23] Li H S. Experimental principles and techniques for plant physiology and biochemistry. Beijing: Higher Education Press, 2000: 184-263.

李合生. 植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù). 北京: 高等教育出版社, 2000: 184-263.

[24] Zou Q. Experimental guidance for plant physiology. Beijing: China Agriculture Press, 2000: 110-172.

鄒琦. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000: 110-172.

[25] Nakano Y, Asada K. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidases in spinach chloroplasts. Plant and Cell Physiology, 1981, 22: 867-880.

[26] Urbanek H, Kuzniak-Gebarowska E, Herka K. Elicitation of defense responses in bean leaves byBotrytiscinereapolygalacturonase. Acta Physiologiae Plantarum, 1991, 13: 43-50.

[27] Liu X F, Ma R X, Yuan G L,etal. Study on isolation, identification and bioactivity of allelochemicals in rhizosphere. Acta Ecologica Sinica, 1996, 16(1): 1-10.

劉秀芬, 馬瑞霞, 袁光林, 等. 根際區(qū)他感化學(xué)物質(zhì)的分離、鑒定與生物活性的研究. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1996, 16(1): 1-10.

[28] Jia L Q. Effect of the legumes soil leaching liquor on microbial community and enzyme activity in continuous cropping potato field. Lanzhou: Gansu Agricultural University, 2016: 6.

賈麗琴. 豆科植物土壤浸提液對馬鈴薯連作土壤微生物群落和酶活性的影響. 蘭州: 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué), 2016: 6.

[29] Narwal S S.Allelopathy in ecological sustainable organic agriculture. Allelopathy Journal, 2010, 25(1): 51-72.

[30] Peng S L, Shao H. Research significance and foreground of allelopathy. Chinese Journal of Applied Ecology, 2001, 12(5): 780-785.

彭少麟, 韶華. 化感作用的研究意義及發(fā)展前景. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2001, 12(5): 780-785.

[31] Xu X F, Li C Z, Zhang J L. Effects of oil-sunflower rotation on growth and resistance physiology indexes of potato. Soils, 2017, 49(1): 83-89.

徐雪風(fēng), 李朝周, 張俊蓮. 輪作油葵對馬鈴薯生長發(fā)育及抗性生理指標(biāo)的影響. 土壤, 2017, 49(1): 83-89.

[32] Zhao J T, Li X F, Li H,etal. Research on the role of the soluble sugar in the regulation of physiological metabolism in higher plant. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2006, 34(24): 6423-6425, 6427.

趙江濤, 李曉峰, 李航, 等. 可溶性糖在高等植物代謝調(diào)節(jié)中的生理作用. 安徽農(nóng)業(yè)科技, 2006, 34(24): 6423-6425, 6427.

[33] Wang B P, Dong X Y, Dong K H. Effects of saline-alkali stress on the physiological characteristics of alfalfa seedlings. Acta Agrestia Sinica, 2013, 21(6): 1124-1129.

王保平, 董曉燕, 董寬虎. 鹽堿脅迫對紫花苜蓿幼苗生理特性的影響. 草地學(xué)報(bào), 2013, 21(6): 1124-1129.

[34] He M, Xu P F, Zhao B C,etal. Physiological responses ofMiscanthussinensisseedlings to PEG water stress. Pratacultural Science, 2014, 31(2): 243-249.

何淼, 徐鵬飛, 趙保成, 等. 中國芒幼苗對PEG脅迫的生理響應(yīng). 草業(yè)科學(xué), 2014, 31(2): 243-249.

孫秋瑾, 呂燕燕, 韓云華, 等. 高丹草種子半透特性的研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2018, 27(5): 162-169.

Sun Q J, Lü Y Y, Han Y H,etal. Study of the semipermeable characteristics ofSorghumbicolor×Sorghumsudanenseseeds. Acta Prataculturae Sinica, 2018, 27(5): 162-169.