烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长及酶活性的影响
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摘要：试验研究了不同浓度烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长、干物质积累、叶绿素含量、根系活力和烟苗叶片酶活的影响。结果表明，随着根系分泌物浓度的增加，幼苗的株高、最大叶长、最大叶宽、根系总表面积、分枝数、根系平均直径、根尖数、叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量以及根系活力总体表现出先促进后抑制的趋势；MDA浓度在不同浓度烤烟根系分泌物处理下表现出一直促进的趋势；根冠比、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性在不同浓度烤烟根系分泌物处理下表现出一直抑制的趋势，且浓度越大抑制趋势越明显。
关键词：烤烟；根系分泌物；农艺性状；酶活性；叶绿素
中图分类号：S572 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）19-4698-05
植物化感作用（Allelopathy）由Molisch[1]在1937年首先提出，随着研究的不断深入最终定义为植物或微生物向环境释放某些化学物质而影响自身及其他有机体生长和发育的一种化学生态学现象[2]。化感物质主要来源有植物地上部分挥发物、淋溶物、枯枝落叶淋溶和根系分泌4条途径[3]，而目前研究最广泛的途径是植物根系分泌。根系分泌物是植物在生长过程中通过根的不同部位向基质中分泌的一组种类繁多的物质[4]。Uren[5]报道，根系分泌物主要由糖类、氨基酸与氨基化合物、有机酸、多酚化合物、甾醇、生长因子、酶、类黄酮等组成。关于化感物质研究，许多研究人员通过对西瓜[6]、西红柿[7]、洋葱[8]、小麦[9]、水稻[10，11]等根系分泌物的研究发现，其根系分泌出的一些物质对自身或者其他植物均有一定程度的化感作用，能够抑制一些植物根系的萌发、生长，其中酚酸类物质被普遍认为具有抑制植物生长的作用[12]。杨平等[13]研究认为，小麦根系分泌物能够降低黄瓜幼苗保护酶活性及渗透调节物质含量，增加膜脂过氧化作用；王树起等[14]认为不同有机酸在不同程度上抑制水培大豆幼苗的生长发育，差异达显著或极显著水平，且随着有机酸浓度的增加抑制作用增强；杨瑞吉[15]认为油菜根系分泌物的化感累加作用对不同作物幼苗生长、根系活力以及幼芽过氧化物酶活性和丙二醛含量均有显著影响。
烤烟是我国西南地区重要的经济作物之一，由于土地资源匮乏，连作现象普遍发生，导致烤烟优势变弱、产量降低、品质下降、病虫害严重的现象时有发生[16]。烤烟根系分泌物是导致烤烟连作障碍的主要原因。本试验研究了烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长、干物质积累、烟苗叶片叶绿素含量、酶活性及根系活力的影响，以期为进一步克服烟草连作障碍提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试烤烟品种为云烟85和K326，由贵州省烟草科学研究院提供。
1.2 试验方法
1.2.1 烤烟根系分泌物的收集提取 根系分泌物的提取在贵州省烟草科学研究院福泉基地完成。移栽大田培养90 d后，选取长势良好、生长一致的云烟85和K326两个品种烟株，将其根部洗净后分别放入一定量的去离子水中培养，去离子水以淹没烟株根部为度，每天加去离子水至刻度，通氧培养（电磁式空气泵，80 W），每48 h更换一次烟株，连续更换6次。将收集的根系分泌物溶液过滤（0.45 μm）后浓缩10倍（旋转蒸发仪，60 ℃），以浓缩10倍后的分泌物为原液分别稀释4倍、2倍，和浓缩10倍后分泌物原液一起置于-20 ℃冰箱中备用。
1.2.2 试验设计 幼苗生长试验于2012年4-11月在贵州省烟草科学研究院人工气候室中进行（温度25 ℃，湿度50%，光照12 h），选取云烟85和K326两个品种进行培养，采用漂浮育苗，在烤烟幼苗生长过程中每2 d浇入定量不同浓度烤烟根系分泌物，育苗15 d后间苗。采用随机区组设计，共设4个处理，每处理3次重复，每个重复30株。4个处理分别为CK（去离子水）、浓缩10倍后根系分泌物原液稀释4倍（A）、稀释2倍（B）和浓缩10倍后根系分泌物原液（C）。
1.3 测定项目
1.3.1 农艺性状指标测定 K326和云烟85两个品种烤烟幼苗经不同浓度根系分泌物处理60 d后，分别测定株高（子叶节到生长点的距离）、最大叶长、最大叶宽（测量方法依照YCT142-1998《烟草农艺性状调查方法》）。每处理测3株。
1.3.2 幼苗生物量测定 鲜重测量时用去离子水将幼苗洗净后吸水纸吸干在天平上测量，干重在烘箱中烘烤（60 ℃，4 h）后测定。每处理测3株。
1.3.3 根系结构测定 根系总表面积、分枝数、根系平均直径、根尖数、单位面积土壤总根长采用WinRHIZO植物根系扫描分析系统测定。
1.3.4 叶绿素测定 采用丙酮提取—TU1901紫外分光光度计法测定。
1.3.5 生理生化指标测定 根系活力采用TTC法测定[17]；POD、SOD和MDA采用试剂盒测定。
试验数据采用Microsoft Excel 2003进行处理，采用DPS 9.05软件进行差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 烤烟根系分泌物对烤烟幼苗主要农艺性状的影响
烤烟主要价值部分来自于叶片，叶片是生物试验测定的一部分，而其最大叶面积、最大叶长和最大叶宽是有效测定的指标。从表1可以看出，根系分泌物对烟苗最大叶长、最大叶宽总体上呈抑制作用，且对K326和云烟85的影响趋势基本一致。随着根系分泌物浓度的增加，K326株高呈显著下降趋势，云烟85株高呈先升高后下降的趋势；随着根系分泌物浓度的增加，K326和云烟85的最大叶长、叶宽总体上均呈下降趋势。
2.2 烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生物量的影响
从表2可以看出，根系分泌物对烤烟幼苗生物量变化的影响基本呈低浓度促进、高浓度抑制的趋势。其中，对K326和云烟85的地上部鲜重一直表现为抑制作用；地下部鲜重、地上部干重和地下部干重在K326和云烟85中总体表现出低浓度促进高浓度抑制的趋势；随着分泌物浓度的增加，鲜干比在K326和云烟85中处理C均表现显著增加趋势；根冠比在K326和云烟85中各处理均低于对照。
2.3 烤烟根系分泌物对烤烟幼苗根系的影响
从表3可以看出，根系总表面积、分枝数、根系平均直径及根尖数在K326和云烟85中的变化趋势都是在低浓度处理下高于对照，在高浓度处理下低于对照；每平方米土壤总根长在K326和云烟85中均无显著差异。
2.4 烤烟根系分泌物对烤烟幼苗叶绿素含量的影响
从表4可以看出，烤烟根系分泌物对烤烟幼苗叶绿素含量影响均呈低浓度增加、高浓度降低的趋势。K326和云烟85中叶绿素a/b变化趋势与叶绿素a含量变化类似，在低浓度下增加，高浓度下降低；类胡萝卜素含量和叶绿素总含量在两个烤烟品种中变化趋势相近，呈先增大后降低的趋势，在处理C下均达到最低。
2.5 烤烟根系分泌物对烤烟幼苗酶活性及根系活力的影响
从表5可以看出，烤烟根系分泌物对K326和云烟85幼苗各种酶类活性和根系活力的影响明显。随分泌物浓度的增加，SOD、POD和根系活力在K326和云烟85中总体表现出下降趋势； MDA含量在K326和云烟85中表现类似，随分泌物浓度的增加均呈上升趋势。
3 小结与讨论
Asao等[18]认为导致烤烟连作障碍的一个重要原因是由于本身的自毒作用，由于连年种植导致烤烟根系会分泌一些自毒物质并积累，达到一定程度将会抑制烤烟生长。化感物质可以对受体植物的细胞分裂、膜功能、光合作用和生物合成等生理生化反应产生影响[19]。试验通过测定云烟85和K326烤烟幼苗农艺性状（株高、最大叶长、最大叶宽等）、根系结构（根系总表面积、分枝数、根尖数、每平方米土壤总根长、根系平均直径）、部分保护酶活性（POD、SOD）、根系活力、叶绿素含量（叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素）、生物量（鲜重、干重、根冠比、鲜干比）以及MDA含量的变化，反映出不同浓度烤烟根系分泌物中化感物质对烤烟幼苗生长的影响。
试验结果表明，不同浓度烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长状况、脂膜过氧化程度、根系活力和保护酶活性的影响不同。烤烟幼苗在通过不同浓度根系分泌物培养后，幼苗的株高、最大叶长、最大叶宽、根系总表面积、分枝数、根系平均直径、根尖数、叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量以及根系活力总体表现为先促进后抑制的趋势，这一研究结果与郭亚利等[20]研究的根系分泌物对幼苗生长有极显著的抑制作用结论有些差别，推测可能由于该试验分泌物浓度较低而表现促进作用，导致抑制作用可能由于分泌物中的某些物质成分影响了幼苗生长发育，同时烤烟分泌物对自身生长有一定的自毒作用。李明等[21]对南瓜组培根系分泌物的化感效应研究表明，南瓜组培根系分泌物的生长抑制活性以15～17 d为最高，21 d时的生长抑制活性最低；李志华等[22]、袁莉等[23]通过酚酸类化感物质含量的研究认为同一品种紫花苜蓿地上部与根水浸提液中同一种酚酸类含量存在差异。张凤丽等[24]对嫁接茄子根系分泌物的化感效应研究表明，不同生长时期茄子根系分泌物的化感效应有所差异，生长到后期，其根系分泌物的促进作用越来越小，抑制作用增强。
丙二醛（MDA）是生物系统内膜脂过氧化的产物之一，反映植株体内膜脂过氧化的程度，它能强烈地与细胞内各种成分发生反应，因而引起酶和膜的严重损伤，膜电阻及膜的流动性降低，最后导致结构及生理完整性的破坏，MDA含量的增加说明对膜有毒害作用，其含量降低说明膜的完整性好[15]。试验结果表明，MDA含量在不同浓度烤烟根系分泌物处理下呈一直促进的趋势，且浓度越高促进趋势越明显，与杨瑞吉[15]关于油菜根系分泌物对不同作物幼苗生长的化感效应研究结果一致；幼苗鲜重、干重及根冠比是地上部分与地下部生长的综合表现，常作为作物评价的一个重要指标[25]。根冠比、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性在不同浓度处理中表现一直抑制的趋势，与韩小燕[26]关于胡葱对番茄幼苗化感作用的研究结果一致。
叶绿素a/b、地上部鲜重在K326和云烟85表现趋势相似，但差异程度不同，可能由于不同品种间烤烟分泌物分泌速度不同，导致最终分泌物浓度不同，在培养烤烟幼苗时出现差异，具体机理还需进一步研究。虽然此研究证明了烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长具有明显的化感作用，但是烤烟根系分泌物中具体物质对烤烟幼苗生长的化感作用及化感程度还需继续研究。
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