全 文 ：连作大豆植株化感作用的模拟研究 3
杜英君 3 3 　靳月华　(中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110015)
【摘要】　使用组培技术在无菌条件下研究了大豆根系分泌物和大豆组织水浸液对大豆苗的化感作用. 结果表
明 ,大豆根系分泌物和大豆组织水浸液对“下茬”大豆苗的生长和某些生理活性均有显著影响. 这种影响与大豆
苗生长激素代谢紊乱有关. 从根系分泌物和植株水浸液中均分离出了已知酚酸类化感物质香草酸、香草醛和对
羟基苯甲酸. 这类物质的影响对大豆连作障碍有直接关系.
关键词 　大豆 　连作障碍 　化感作用
Simulations of allelopathy in continuous cropping of soybean. Du Yingjun and Jin Yuehua ( Institute of A pplied E2
cology , Academia S inica , S henyang , 110015) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,1999 ,10 (2) :209～212.
Tissue culture methods were used to simulate the allelopathy effect of root exudates and plant aqueous extracts of con2
tinuously cropped soybean under sterilized conditions. The results show that the exudates and extracts both apparently
affect the growth and physiological activities of second - batch seedlings , which may be related to the disturbance in
the metabolism of plant hormones. The known allelochemicals as vanillic acid , vanillin and p - hydroxybenzoic acid
were detected from both the exudate and the extract , and the continuous cropping obstacle of soybean may be related
to their deleterious effect .
Key words 　Soybean , Continuous cropping obstacle , Allelopathy.
　　3 国家“九五”重中之重招标项目 ( G95 - 01 - 05 - ZB3) .
　　3 3 通讯联系人.
　　1998 - 10 - 23 收稿 ,1998 - 11 - 19 接受.
1 　引 　　言
　　作物连作导致减产的原因相当复杂. 大豆作为一
种结瘤固氮作物 ,更增加了这种复杂性. 已有的研究结
果表明 ,大豆连作障碍涉及到土壤理化性质的恶化 ,营
养元素的亏缺[1 ] ,根部虫害 (大豆孢囊线虫) [2 ,3 ] ,根部
病害 (镰刀菌[4 ] 、紫青霉菌毒素[5 ,6 ] ) . 关于化感作用
(Allelopathy)是否在大豆连作障碍中起到一定作用 ,
即前作大豆是否通过根系分泌和残茬淋洗、分解留在
土壤中的有害物质而直接影响下茬大豆的生长 ,在国
内至今尚未见有报道. 过去曾用盆栽实验证明浇在盆
中的红松针叶浸出液显著抑制红松幼苗的光合作用、
根系活力及新梢生长[9 ] . 但盆栽实验是以土壤为基质
的 ,无法排除微生物的影响. 这正是盆栽实验难以解决
的问题 ,而且从土壤中分离提取微量化感物质也相当
困难. 用组织培养技术研究不同树种间的化感作用曾
得到很好的效果[8 ] . 因而在大豆连作障碍的研究中 ,
采用了无菌条件下操作的组织培养方法进行研究 ,力
图在排除土壤及土壤微生物干扰的条件下 ,对大豆连
作障碍进行模拟研究.
2 　实验方法
2. 1 　大豆苗培养
　　将灭菌大豆种子预培养到胚根露白后 ,选 10 粒接种在三
角瓶中的含有 1/ 2 MS 营养液的琼脂培养基上 ,每个处理 3 个
重复 ,在光照 5000Lx ,每天照光 12h 的培养室中进行培养.
2. 2 　化感物质的提取分离
　　第一代大豆苗培养 30d 后 ,取 5 瓶培养过大豆苗的培养
基 ,在厌氧条件下加入蒸馏水 ,振荡过夜 ,经过滤、离心后 ,取上
清液经薄膜浓缩后 ,加 1. 5ml 蒸馏水溶解洗脱 ,灭菌过滤后供
化感物质的提取和检测. 另取 40 株洗去培养基的大豆苗 ,剪
碎 ,置三角瓶中 ,加入一定量蒸馏水振荡 8h 后过滤 ,滤液经薄
膜浓缩并加 1. 5ml 蒸馏水溶解洗脱后进行化感物质的检测. 在
本项研究中对主要化感物质类别 酚酸类用液相色谱法进
行了检测. 所用标准样品有对羟基苯甲酸、香草酸、香草醛、阿
魏酸、苯甲酸和香豆素. 所用仪器为日立 635U , Nucleosil C184
×250mm 柱 ,日立 200210 紫外检测器. 流动相为 0. 01mol. L - 1
醋酸钠 ¬正丁醇 ¬醋酸 965 ¬25 ¬10 (V/ V) ,流速为 0. 9ml·
min - 1 ,柱压为 180g·cm - 2 ,进样量为 10μl ,检测波长 275nm.
2. 3 　二茬大豆苗生长状况的测定
　　将幼苗分别在新鲜培养基和已培养过一代 (30d) 幼苗 ,并
补充了 15ml 营养液的培养基上进行培养. 这种培养基中已留
有上一代大豆苗的根系分泌物. 补充营养液是为了弥补前一代
幼苗所消耗的养分. 20d 后收获幼苗进行生长状况的测定.
2. 4 　化感物质对二茬幼苗生理指标影响的测定
　　对比测定了以下 3 种幼苗 : 对照苗生长在含有 1/ 2 MS 营
养液的琼脂培养基上 ; 另一部分大豆苗培养在已培养过一茬
(30d)大豆苗并补充了营养液的培养基上以检验前茬大豆苗根
系分泌物的影响 ;第三部分豆苗所用培养基除已培养过一茬大
应 用 生 态 学 报 　1999 年 4 月 　第 10 卷 　第 2 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr. 1999 ,10 (2)∶209～212
豆苗外 ,还加入了前茬大豆苗的水浸液以检验根系分泌物和植
株淋洗物的双重影响. 3 种幼苗的培养和检测同步进行. 大豆苗
生长到 3、6、9、12 和 15d 时分别采取根系和茎叶样品进行各种
生理指标的分析. 用 TTC 还原能力 (指示线粒体脱氢酶活
性) [14 ]代表根系生理活性 ,以离子渗漏 (电导法 [13 ])和脂质过氧
化 (丙二醛生成量[12 ])表示细胞膜脂的损伤程度. 用 NB T 还原
抑制法[11 ]测定超氧物歧化酶 (SOD)活性 (指示幼苗的自由基清
除能力) . 每项测定均重复 3 次 ,取平均值并计算标准差.
3 　结果与分析
3 . 1 　无菌条件下“重茬”大豆生长受到明显抑制
　　在组培苗生长的第一周 ,这种抑制特别明显. 当非
“重茬”苗上、下胚轴均已伸长 4cm 以上 ,已出现第一
片真叶且须根已相当发育时 ,“重茬”苗上胚轴尚未开
始从子叶中露出 ,须根也才刚刚出现. 而在“二茬”培养
基中又加了大豆苗水浸液的三角瓶中 ,大豆苗不仅更
为矮小 ,且无任何侧根发育 (图 1) . 生长 20d 后 ,与第
一次培养的大豆苗相比 ,在已培养过一茬大豆苗的培
养基上长出的幼苗根系鲜重下降达 23. 1 %. 地上部分
鲜重下降不明显 ,但株高下降达 37. 71 % (表 1) . 这表
明化感物质可能干扰了生长素 ( IAA) 的代谢 ,使根、茎
细胞的伸长生长受到影响.
3 . 2 　无菌条件下“重茬”大豆生理活性的改变
表 1 　2 次接种对大豆无菌苗生长的影响
Table 1 Effect of Re - inoculation on the growth of soybean seedlings
株 (鲜重)
Plant ( FW)
茎　高
Height (cm)
茎叶鲜重
Stem and leaf (g FW)
主根长
Main root length (cm)
根鲜重
Root (g FW)
1 次接种 First batch 2. 00 ±0. 33 29. 7 ±1. 2 1. 39 ±0. 29 8. 0 ±2. 0 0. 65 ±0. 14
2 次接种 Sec. batch 1. 77 ±0. 20 18. 5 ±3. 3 1. 33 ±0. 28 6. 8 ±1. 9 0. 50 ±0. 16
抑制 Inhibition ( %) 11. 5 37. 7 4. 3 15. 00 23. 1
图 1 　大豆根系分泌物和植株水浸液对大豆苗生长的影响
Fig. 1 Effect of root exudates and exudates plus aqueous extract from soy2
bean plant on the growth of soybean seedlings.
Ⅰ. 大豆根系分泌物 Soybean root exudates , Ⅱ. 大豆根系分泌物 + 植株
水浸液 Soybean root exudates + aqueous extract from soybean plant , Ⅲ.
对照 (琼脂培养基) CK(Agar medium) . 下同 The same below.
3 . 2 . 1 根系活力受到明显抑制 　植物组织还原 TTC
(氯化四脞)的能力是细胞呼吸电子传递链活性的一种
表现. 它指示着根的生长和代谢的旺盛程度. 尤其是细
胞吸收和逆浓度梯度保持营养离子的能力靠呼吸提供
的能量来维持. 实验表明这种能力受到明显抑制 ,尤其
在幼苗早期表现更为明显. 根系分泌物和植株浸提物
都有抑制作用 ,而且这种作用可以相加 (图 2) ,使大豆
根系吸收和逆浓度梯度保持养分离子的能力下降.
3 . 2 . 2 细胞离子渗漏增加 　与 TTC 还原能力的下降
相反 ,电导率测定结果表明 ,“重茬”大豆苗组织的离子
渗漏 (通过原生质膜由细胞内向细胞外渗漏 ,在田间这
意味着根系将养分离子尤其是钾离子向土壤中渗漏)
显著增加 (图 3) . 根细胞离子渗漏的增加还意味着土
壤中的化感物质更易于进入根组织以发生其化感作
图 2 　根系分泌物和植株浸出液对大豆组培苗 TTC 还原活性的影响
Fig. 2 Activity in TTC reduction by soybean seedlings affected by root exu2
dates.
a)根 Root ,b)枝叶 Stem and leaf . 下同 The same below.
用. 加入植株水浸液使渗漏进一步加重. 与 TTC 试验
不同的是离子渗漏的增加直到苗龄达 15d 时仍能检测
出来.
3 . 2 . 3 脂质过氧化水平上升 　丙二醛形成 (图 4) 的检
测表明 ,与“第一茬”大豆苗相比 ,“重茬”豆苗细胞膜脂
过氧化水平也显出增加趋势. 这表明质膜拟脂部分受
到了过多自由基的伤害. 这种伤害在直接和前茬根系
分泌物及植株淋洗物接触的根系部分表现得尤为明
显. 而在地上部分 ,则只见于苗龄 9d 以前的苗期.
012 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　10 卷
图 3 　根系分泌物和植株浸出液对大豆组培苗离子渗漏的影响
Fig. 3 Electrolyte leakage of soybean seedlings affected by root exudates and
aqueous extract from soybean seedlings.
图 4 　根系分泌物和植株浸出液对大豆组织脂质过氧化的影响
Fig. 4 Lipid peroxidation of soybean seedlings affected by root exudates and
aqueous extract from soybean seedlings.
3 . 2 . 3 SOD 活性下降 　SOD 活性测定表明 ,在培养苗
龄 9～12d 时 ,“二茬”苗根的 SOD 活性也明显低于前
茬苗. 这表明重茬苗在一定发育阶段上根系的自由基
清除能力下降. 这和脂质过氧化水平的上升是一致的 ,
图 5 　根系分泌物和植株浸出液对大豆组培苗 SOD 活性的影响
Fig. 5 SOD activities of soybean seedlings affected by root exudates and
aqueous extract from soybean seedlings.
因为已知脂质过氧化是自由基作用的产物. SOD 活性
下降 (图 5)还可能使根系抗病虫害能力下降.
　　上述 TTC 还原能力下降 ,电导率增加 ,膜脂过氧
化水平的提高和 SOD 活性的下降不但表明重茬豆苗
吸收和保持营养离子能力及抗病虫害能力受到前茬大
豆的化感作用的影响 ,也部分地解释了影响机制. 实验
还表明 ,化感物质不仅来自根系分泌 ,还来自大豆植株
的淋洗. 关于“重茬”苗电导率增加、膜脂过氧化水平提
高和 SOD 活性下降的模拟实验结果和已有的田间实
验结果[7 ]基本一致.
3 . 3 　检出的化感物质
　　用液相色谱法从培养过大豆苗的培养基中和大豆
苗水浸液中都检测出了香草酸、香草醛和对羟基苯甲
酸 3 种已知酚酸类化感物质 (图 6) . 从大豆植株浸出
的酚酸类物质多于大豆根系分泌到培养基中的同类物
质. 这表明在化感物质的产生上 ,淋洗作用和根系分泌
至少同样重要. 香草醛浓度最大 ,达到植株干重的
18mg·kg - 1 . 由于培养量少 ,培养时间短 ,使化感物质
检出的种类和数量都受到较大限制 ,进一步检测和回
接实验还有待于进行. 国外已有人证明酚酸使大豆根
细胞发生与膜脂过氧化有关的离子渗漏 ,并认为与质
1122 期 　　　　　　　　　　　　　　　杜英君等 :连作大豆植株化感作用的模拟研究 　　　　　　　　　
图 6 　大豆植株水浸液和根系分泌物中的酚酸类化感物质
Fig. 6 Phenolic acids in aqueous extract from soybean plant and root exu2
dates.
膜上自由基的产生和巯基 ( - SH 基)的消耗有关[10 ] .
4 　结 　　论
4 . 1 　本项研究证明组培法用于大豆化感物质的富集
和提取分离以及检验其影响都是可行的.
4 . 2 　在无菌条件下的实验排除了病、虫害和土壤及土
壤微生物的干扰 ,在这样的条件下仍然模拟出了明显
的“连作障碍”现象 ,如生长的下降及某些生理活性的
改变. 这表明大豆自身的直接化感现象的确存在而不
可忽视. 化感物质不仅来自根系分泌 ,还来自植株的淋
洗. 化感物质是否还来自大豆残茬淋洗及分解产物以
及化感作用在引起大豆连作障碍的诸因素中占多大比
重 ,有待深入研究.
4 . 3 　从植株形态来看 ,重茬苗根系发育及节间伸长受
到明显抑制. 这暗示着植物生长激素类物质如吲哚乙
酸和赤霉素的合成或其功能的发挥受到了抑制.
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作者简介 　杜英君 ,男 ,35 岁 ,助理研究员 ,硕士生 ,主要研究逆
境下植物伤害机制及防护措施. 作为第一作者发表论文 1 篇 ,
第二、第三作者论文 30 余篇.
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