全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2006, 33 (2) : 399～401
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 05 - 20; 修回日期 : 2005 - 11 - 30
基金项目 : 西北农林科技大学创新团队支持计划及科研专项 (05ZR027)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: mayongqing@m s1 iswc1ac1cn)
应用可拓学原理评价黄瓜根分泌物的化感潜势
左胜鹏 1, 3 　税军峰 1 　马永清 13 　黄晓珊 2
(1 西北农林科技大学水土保持研究所 , 杨凌 712100; 2 西北农林科技大学园艺学院 , 杨凌 712100; 3 中国科学院研究
生院 , 北京 100039)
摘 　要 : 对黄瓜组培根分泌物的化感潜势进行可拓评价 , 得出黄瓜组培根分泌物对菜豆幼苗生长有显
著促进作用 , 而对其它 3种作物有明显的毒害作用 , 毒害程度为黄瓜 >甜瓜 >番茄。同时 , 建立了黄瓜组
培根分泌液的化感效应的数学模型 RE = [ k1 Rp0 / ( k2 - k1 ) ] ( e - k1 t - e - k2 t ) ( e - k1a - e - k2a ) , 说明了黄瓜组
培根分泌液的化感效应与组培根培养时间 ( t) 以及根分泌液浓度 ( a) 显著相关。黄瓜根分泌物对 4种受
体作物显示出显著的化学干扰差异 , 论证了植物种内 (间 ) 发生的干扰作用与植物的品种 (系 ) 有关 , 从
理论上得出菜豆可以作为黄瓜的间套作物或下茬作物。
关键词 : 黄瓜 ; 根分泌物 ; 化感潜势 ; 可拓评价 ; 数学模拟
中图分类号 : S 64212　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0220399203
The Eva lua tion of A llelopa th ic Poten tia l of Cultured Cucum ber Root Exu2
da tes Ba sed on Exten sion Eng ineer ing Pr inc iples
Zuo Shengpeng1, 3 , Shui Junfeng1 , Ma Yongqing13 , and Huang Xiaoshan2
(1 Institu te of Soil and W ater Conservation, N orthw est A & F U niversity, Yang ling 712100, China; 2 College of Horticulture,
N orthw est A & F U niversity, Yang ling 712100, China; 3 College of Gradua te, Chinese A cadem y of Sciences, B eijing 100039,
China)
Abstract: The use of extension engineering theory to evaluate allelopathic potential of exudates from cul2
tured cucumber (Cucum is sa tivus L. ) roots p rovides a novel app roach for the quantitative assessment of allel2
opathy between crop s and scientific guidance for modern agriculture industry. A combination of cultured root
techniques and extension engineering methods was used to theoretically assess the allelopathic potential of cul2
tured cucumber root exudates on four test crop s: bean ( Phaseolus vu lgaris L. ) , cucumber, melon (Cucum is
m elo L) , and tomato (L ycopersicon escu len tum L. ). Extension measurement of allelopathic potential of cul2
tured cucumber root exudates indicated that cucumber significantly stimulated the growth of bean seedlings. In
contrast, cultured cucumber root exudates significantly inhibited cucumber, melon, and tomato seedlings. A
mathematical model, RE = [ k1 Rp0 / ( k2 - k1 ) ] ( e - k1 t - e - k2 t ) ( e - k1a - e - k2a ) , was developed to show the
dependence of allelopathic potential (RE ) of cultured cucumber root exudates on culture time ( t) and root ex2
udate concentration ( a) where Rp0 = RE when t = 0. Significant differences in the chem ical interference of
cucumber root exudates on seedling growth of the four accep tor crop s demonstrates inter2or intra2specific rela2
tionship s related to the p lant accession causing allelochem ical reactions. Extension evaluation of allelopathic
potential of the exudates from cultured cucumber roots theoretically shows that beans are an app rop riate choice
for intercropp ing with cucumbers or as a successive crop after cucumber harvest.
Key words: Cucumber; Exudates of cucumber cultured roots; A ssessment of allelopathic potential;
Extension Engineering p rincip le; Mathematical modeling
1　目的、材料与方法
随着蔬菜产业化的发展 , 黄瓜连作地力衰退、生产力降低等重大生产实践问题将成为一些地区设
园 　　艺 　　学 　　报 33卷
施农业生产可持续发展的瓶颈〔1, 2〕。如何科学阐述黄瓜与其它蔬菜作物之间的化感作用显得尤其迫
切〔3〕。为此本试验采取根组培技术 , 在无菌条件下研究黄瓜根分泌物的化感作用〔4〕, 并运用可拓学
原理评价其化感潜势 , 建立数学模型定量描述黄瓜根分泌物的化感作用 , 以期科学评价黄瓜在设施农
业中的化学干扰作用 , 为克服包括黄瓜在内的蔬菜连作障碍提供有益的参考。
　　选用多年建立的黄瓜无菌组培根的分泌液为
试验材料 (培养时间为 17 d) , 测试品种为从市
场随机购回的常见作物品种 : 黄瓜 (Cucum is sa ti2
vus L. ) ‘津绿 3号 ’、甜瓜 ( Cucum is m elo L. )
‘白雪一号’、菜豆 ( Phaseolus vu lgaris L. ) ‘特嫩
八号 ’、番茄 (L ycopersicon escu len tum L. ) ‘白果
强丰 ’。黄瓜无菌组培根的分泌液对上述 4种测
试受体的化感测定参照李明等〔5〕的方法。根据
W illiam son等提出的化感作用评价方法〔6〕, 得到
化感作用指数 R, 当 R > 0时表示促进作用 ; 当 R
< 0时为抑制作用。采用 SAS811软件进行统计分
析。黄瓜根分泌物的化感作用可拓评价主要依据
蔡文等可拓工程方法〔7〕, 以事物、特征和量值构
建物元性质 , 转换模型 , 再根据可拓集合论进行
定量化的描述过程。确定一组评价指标 : 发芽率
C1 , 胚根长 C2 , 苗长 C3 , 根苗伸长比 C4 , 植株
鲜质量 C5 , 植株干质量 C6 , 植株干鲜比 C7 , 植
株水分 C8 等。黄瓜根分泌物化感评价 D的 4种
受体分别为黄瓜 N1 , 甜瓜 N2 , 菜豆 N3 和番茄
N4 , 应用上述评价指标对黄瓜根分泌物化感潜势
进行评价 , 则各指标 Ci 取值即衡量条件集为 V i
( i = 1, 2, ⋯, 8)并赋予权重 A i。对满足的条件
权重可以借助文献报道与层次分析法来确定 C1 ,
C2 , C3 , ⋯, C8之间的相对重要程度 A i〔7〕, 而各
评价条件的取值范围的确定主要依据室内试验得
到化感作用指数 , 分别取得最优值。最后建立关
联函数 , 计算化感潜势的优度。
2　结果分析与讨论
211　黄瓜组培根分泌液对受体植物幼苗生长的影响 图 1　黄瓜组培根分泌液对受体植物幼苗各生长指标的影响F ig. 1　 Effect of culture root exuda tes of cucum ber ond ifferen t growth index of acceptor seedlings
　　除对菜豆幼苗生长表现为促进作用外 , 黄瓜根分泌液对发芽率的抑制作用的强弱顺序为甜瓜 >黄
瓜 >番茄。而黄瓜、甜瓜、菜豆和番茄 4种受体作物幼苗形成过程中胚根伸长比胚芽伸长对分泌物更
敏感 , 其中胚根伸长敏感程度为甜瓜 >黄瓜 >番茄 >菜豆。不同浓度处理对 4种受体植物幼苗生物量
和水分的影响与对幼苗长度的影响表现为相同的干扰规律 , 受体幼苗物质形成过程对黄瓜根分泌物的
敏感程度为鲜质量 >水分利用 >干质量。当黄瓜根分泌液逐渐稀释时 , 对受体的化感作用一般表现抑
制逐渐减弱 , 到促进作用逐渐增强的趋势 (图 1)。这些表明黄瓜根分泌物对不同受体植物化学干扰
差异显著 , 可能论证了植物种内 (间 ) 发生的干扰作用与植物的品种 (系 ) 有关〔8〕, 对菜豆主要表
现为促进发芽 , 幼苗伸长以及干物质积累和水分利用等 , 而对其它 3种受体的幼苗建成有显著抑制。
004
　2期 左胜鹏等 : 应用可拓学原理评价黄瓜根分泌物的化感潜势 　
212　黄瓜根分泌物化感潜势的可拓评价及数学模型
可拓评价发现 , N3 不同于其它 3个评价对象 , 黄瓜根分泌物对菜豆幼苗表现为明显促进作用 ,
而抑制效应评价为 N1 , N2 , N4 , 各评价条件的取值为 : - 016 - 016 - 014) / (x +016) ; 关于 V2 , V3 , V4 为 k2, 3, 4 (x ) = (x - 019) / (x + 019) ; 关于 V5 , V8 为 k5, 8 (x )
= ( x - 016) / (x +016) ; 关于 V6 , V7 为 k6, 7 (x ) = (x - 014) / (x +014) ; 将可拓评价参数代入上
述关联函数 , 得出 N1、N2、N3、N4化感潜势的优度分别为 - 015632、 - 013986、011659和 - 012745。
抑制效应优度比较为 : C (N1 ) > C (N2 ) > C (N4 ) , 故可拓评价结果是 : 对 N1抑制效应最强 , 其次
为 N2 , 抗性最强的为 N4 , 对 N3为促进效应。因此可拓评价理论上得出菜豆可以作为黄瓜的间套作物
或下茬作物 , 而黄瓜对其它 3种作物则有明显的毒害作用 , 毒害程度为黄瓜 >甜瓜 >番茄。
对化感作用强度与分泌液浓度回归分析发现 4种受体作物受毒害程度与根分泌物的稀释倍数相关
性均达到显著水平 , 并且均为二次曲线型 y = ax2 + bx + c (R2 , 018551～019944) , 只是曲线的各参数
存在显著差异 , 其中 a、b、c分别为 216982～191189、 - 1416～ 218522、 - 010121～216434 。基于
An等提出的活体植株释放化感物质的数学模型〔9〕, 通过已知黄瓜组培根培养天数 t (17 d) , 不同的
根分泌物浓度 a (1∶1, 1∶10, 1∶20和 1∶50) 和不同受体化感作用平均指数 RE , 可推导出黄瓜开始
转接组培根 (培养 0 d) 的化感作用指数 Rp0 , 以及两个重要常数 k1和 k2 (化感物质分泌率和降解
率 ) , 从而建立了适合黄瓜组培根分泌液的化感效应的数学模型 RE = [ k1 Rp0 / ( k2 - k1 ) ] ( e - k1 t - e - k2 t )
( e - k1a - e - k2a ) , 其中 Rp0、k1、k2分别为 - 012603～010112、0101～0105、0103 ～0108。从中可看出
黄瓜组培根分泌液的化感潜势数学模拟基本一致 , 只是各方程参数与受体有关。化感作用强度与分泌
液浓度的显著相关说明了化感物质的逐渐积累导致黄瓜与自身和周围作物的农作障碍〔1, 3, 10〕。因此 ,
在合理搭配作物的基础上 , 有效控制水分可以有效发挥设施农业的长远效益。由于本试验是在无菌条
件下进行的 , 但田间的微生物区系及外界环境条件的影响 , 导致了黄瓜自毒和与周围作物的农作障碍
的复杂性 , 因此需要进行田间试验进一步分析。
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