全 文 ：中国生态农业学报 2011年 3月 第 19卷 第 3期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, May 2011, 19(3): 639−644
* 国家自然科学基金项目(30800135)和现代农业产业技术体系建设专项资金(nycytx-19)资助
** 通讯作者: 万书波(1962~), 男, 研究员, 主要从事花生栽培生理研究。E-mail: wansbsaas@yahoo.cn
刘苹(1978~), 女, 博士, 助理研究员, 主要从事农业生态学研究。E-mail: liuapple5326@sina.com
收稿日期: 2010-08-12 接受日期: 2010-11-11
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00639
连作对花生根系分泌物化感作用的影响*
刘 苹 1 赵海军 2 万书波 2** 任海霞 1 李 瑾 1 杨 力 1 于淑芳 1
(1. 山东省农业科学院农业资源与环境研究所 济南 250100; 2. 山东省农业科学院 济南 250100)
摘 要 采用连续收集法提取连作 5年、3年和轮作处理的花生结荚期根系分泌物, 研究其对土壤微生物及花
生种子发芽、幼苗生长发育和细胞膜过氧化的化感作用及连作对花生根系分泌物化感作用的影响。结果表明,
花生结荚期根系分泌物对花生根腐镰刀菌 36194菌丝的生长、叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、
过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量存在促进作用, 对固氮菌 14046 的生长, 花生种子胚根的伸长、幼
苗的苗高、茎叶鲜重、根系鲜重、叶片叶绿素含量等有抑制作用, 促进和抑制作用均随根系分泌物添加浓度
和连作年限的增加呈增强趋势。连作花生结荚期根系分泌物化感物质在土壤中的累积, 很可能是导致花生连
作障碍的原因之一。
关键词 花生 根系分泌物 化感作用 自毒作用 结荚期 连作障碍
中图分类号: S565.201 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)03-0639-06
Effect of continuous cropping on allelopathy of peanut root exudates
LIU Ping1, ZHAO Hai-Jun2, WAN Shu-Bo2, REN Hai-Xia1, LI Jin1, YANG Li1, YU Shu-Fang1
(1. Institute of Agricultural Resources and Environment, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China;
2. Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, China)
Abstract Root exudates of peanut at podding stage under 3 years and 5 years of continuous cropping, and rotation cropping were
collected using the continuous collection method. Allelopathic effects of the collected root exudates on soil microbes, peanut seed
germination, seedling growth and development and membrane peroxidation were analyzed. The effects of continuous cropping on
allelopathic effectiveness of peanut root exudates were also investigated. Results showed that root exudates at peanut podding stage
stimulated the growth of root rot fungi (Fusarium sp.) 36194 mycelium, and activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase
(POD) and catalase (CAT) and the content of malondialdehyde (MDA) in peanut leaf. It, however, inhibited the growth of N-fixing
bacteria (Bradyrhizobium vigna) 14046, the elongation of seedling radicle and height, the fresh weights of leaf and stem, and root,
and leaf chlorophyll content. The stimulating and inhibitive effects of peanut root exudates increased with both the increasing con-
centration of exudates and the length of period of continuous cropping. Accumulation of allelopathic substances in root exudates at
podding stage was a possible obstacle to continuous peanut cropping.
Key words Peanut, Root exudate, Allelopathy, Autotoxicity, Podding stage, Continuous cropping obstacle
(Received Aug. 12, 2010; accepted Nov. 11, 2010)
在农业生产中, 同一种作物在同一地块连续种植
多年, 通常会导致作物产量和品质下降, 这种现象称
为连作障碍[1]。花生是我国主要的油料作物, 对连作较
为敏感, 随着连作年限的加长, 可减产 8%~32%, 且品
质下降[2−3]。花生连作现象非常普遍, 如山东省每年大
约有连作田 23~27万 hm2, 由连作造成的减产在 15万
t以上。以往研究发现, 花生连作障碍与土壤微生物区
系、酶活性、物理和化学性质等因素相关[4]。封海胜
等[5]研究发现, 随着花生连作年限的增加, 土壤及根
际的真菌数量显著增加, 细菌和放线菌显著减少, 根
际土壤中的芽孢细菌显著增多。近年来有研究发现,
作物根系分泌物的化感作用与作物的连作障碍亦存在
密切关系[6−10]。植物根系在生命活动过程中向外界环
境分泌的各种有机化合物, 即根系分泌物(root exu-
640 中国生态农业学报 2011 第 19卷
dates), 对植物和周围微生物的生长发育产生促进或
抑制作用的现象称为化感作用(allelopathy), 当根系分
泌物的受体和供体同属于一种植物而产生的抑制作用
称为植物的自毒作用(autotoxicity)[11]。笔者曾研究了花
生苗期和花期的根系分泌物对花生固氮菌和根腐镰刀
菌生长的影响, 发现花生根系分泌物对土壤微生物存
在一定的化感作用[12]。
不同作物根系分泌物的种类不同, 即使是同种
作物在不同生育期和不同环境条件下根系分泌物的
种类和数量也都有差异, 但不同连作年限的花生根
系分泌物的化感作用是否不同尚不清楚。为此本试
验研究了不同连作年限花生植株结荚期的根系分泌
物对花生根腐镰刀菌和固氮菌生长、花生种子发芽、
幼苗生长与发育、细胞膜脂过氧化和抗氧化酶活性
的影响, 旨在探讨花生结荚期根系分泌物的化感作
用及连作对花生根系分泌物化感作用的影响, 从而
为阐明花生连作障碍的成因提供新的理论依据。
1 材料与方法
1.1 花生根系分泌物的提取
试验在山东省花生研究所试验农场进行。土壤
为棕壤, 砂壤土, pH值约为 6.5。以池栽方式通过不
同茬口处理对大田花生连作进行模拟, 除连作年限
不同外, 其他栽培管理措施包括土壤类型、浇水、
施肥等都相同。连作年限为 2~5 年, 以与玉米的轮
作为对照, 花生品种为“鲁花 11”(Arachis hypogaea L.
cv. “Luhua 11”)。
采用连续收集法对连作花生结荚期的根系分泌
物进行提取[6]。花生结荚时对连作年限为 3年、5年
和轮作处理的花生植株进行取样, 每个处理取 6 株,
用清水冲掉根系上附着的泥土, 洗净后再用去离子
水冲洗 3 遍, 然后按照不同连作年限分别培养在盛
有霍格兰营养液(用去离子水配制)的塑料盆中, 用
气泵向营养液中通气。将 XAD-4树脂包裹在尼龙网
中置于盆中以吸附根系分泌物。XAD-4树脂购自美
国 Sigma 公司, 使用前先将新购买的树脂用热水冲
洗几遍, 再通过索氏提取器用丙酮、乙腈、乙醚 3
种溶剂分别连续抽提 24 h以除掉杂质, 将树脂保存
在色谱纯甲醇里备用。每 3 d更换 1次营养液, 1周
后将树脂取出, 用 200 mL甲醇将吸附在树脂上的根
系分泌物洗脱。将洗脱液于 60 ℃减压蒸发出甲醇后,
加入蒸馏水 50 mL 左右, 用 100 mL 乙醚萃取 3 次,
再将萃取液于 40 ℃减压蒸发出乙醚, 冷冻干燥后称
重, 取 100 mg用 4 mL去离子水溶解, 得到根系分泌
物的浓缩液 , 用去离子水稀释成 10 mg·L−1、
20 mg·L−1、30 mg·L−1的溶液后用于微生物试验、发
芽试验和盆栽试验。
1.2 花生根系分泌物对根腐镰刀菌菌丝生长的影
响试验
将 PDA 培养基趁热分装至刻度试管中, 每管
15 mL, 将直径 9 cm 的培养皿和装有培养基的试管
进行高压灭菌 30 min, 稍冷却后在试管中加入过微
孔膜的不同浓度系列连作花生根系分泌物溶液
2 mL, 用振荡器混匀后趁热转移至培养皿中。以添
加 2 mL灭菌去离子水的处理作为对照。置于 37 ℃
恒温培养箱中检定 24 h, 留待接菌用。
花生根腐镰刀菌(Fusarium sp.)ACCC36194 分
离自花生病株, 购自中国农业科学院农业资源与农
业区划研究所菌种保藏中心。用直径 0.5 cm的打孔
器打取带根腐病原菌菌种的培养基柱(菌饼), 然后
用接种针挑取菌饼放于带根分泌物的培养基平面
上。每个培养皿中放 3 个菌饼, 菌饼间距离以不影
响菌落生长为宜, 3 个重复。于 25 ℃恒温培养箱中
培养 2 d后开始测定菌落直径, 3 d后再次测量。
1.3 花生根系分泌物对固氮菌生长的影响试验
固氮菌 YMA 培养基的分装及连作花生根系分
泌物的添加方法同上。配制好后置于 37 ℃恒温培养
箱中检定 24 h, 留待接菌用。
花生固氮菌(Bradyrhizobium vigna)ACCC14046
购自中国农业科学院农业资源与农业区划研究所菌
种保藏中心。用微量移液器吸取 5 μL带固氮菌菌种
的 YMA 培养液点于带根系分泌物的培养基平面上,
外形呈圆形, 每个培养皿中点 3点, 菌落间距离以不
影响菌落的生长为宜, 3 个重复。于 25 ℃恒温培养箱
中培养 4 d后开始测定菌落直径, 7 d后再次测量。
1.4 种子发芽试验
在直径 9 cm的培养皿中铺两层滤纸, 向培养皿
中分别加入 10 mg·L−1、20 mg·L−1、30 mg·L−1的连作
花生根系分泌物溶液 10 mL。将花生(品种为“潍花 6
号”)种子在 10% NaClO溶液中浸泡 10 min, 用蒸馏水
冲洗4遍后催芽, 挑选出芽一致胚根长为1 mm的花生
种子均匀摆在每皿中, 每皿 6粒。每个处理重复 3次。
于 25 ℃恒温培养箱中暗培养 3 d后测定胚根长度。
1.5 幼苗的处理、生长指标和叶片叶绿素含量测定
将 3株 2叶期的花生幼苗定植于装有 2.5 kg洗
净石英砂的花盆中, 用 10 mg·L−1、20 mg·L−1、30
mg·L−1 的连作花生根系分泌物溶液分别浇灌, 每盆
每次浇 100 mL, 每 4 d浇 1次, 期间根据干旱程度适
量补充等量营养液。每个处理设 3 个重复。该试验
在温室中进行, 白天温度约为 25 ℃, 夜间温度约为
18 ℃, 相对湿度介于 60%~70%之间。处理 20 d 后
测量植株的高度、茎叶鲜重、根系鲜重和主茎第 4
第 3期 刘 苹等: 连作对花生根系分泌物化感作用的影响 641
片展开叶的叶绿素含量。生长指标的测定采用常规
方法 , 叶绿素含量的测定采用活体叶绿素仪
(SPAD-502)法, 每盆中 3 株幼苗的平均值作为 1 个
重复。测量完毕后, 将主茎第 4 片展开叶立即保存
在液氮中, 留待进一步分析用。
1.6 抗氧化酶分析和细胞膜脂过氧化分析
对处理后花生叶片的抗氧化酶[超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)]的活性
以及膜脂过氧化的主要产物丙二醛(MDA)进行分析。
SOD测定采用氮蓝四唑法[U·g−1(FW)], POD测定采用
愈创木酚法[U·g−1(FW)·min−1], CAT测定采用高锰酸钾
滴定法[mg·g−1(FW)·min−1], MDA测定采用硫代巴比妥
酸比色法[μmol·g−1(FW)][13], 均以叶片鲜重计。
1.7 统计分析与化感作用评价方法
采用统计软件 SPSS13.0 进行处理间各指标差
异显著性检验, 显著性水平为 P<0.05, LSD 法进行
多重比较。
化感作用效应敏感指数(RI)采用 Williamson 的
方法[14], RI=1−C/T(T≥C)或 RI=T/C–1(T
RI<0时, 表示抑制作用。RI绝对值的大小代表化感
(自毒)作用强度。
2 结果与分析
2.1 花生根系分泌物对根腐镰刀菌菌丝生长的影响
花生结荚期根系分泌物对根腐镰刀菌菌丝生长
存在促进作用(表 1), 并随浓度和连作年限的增加促
进作用相应增强 , 对根腐镰刀菌的化感指数介于
0.02~0.16之间。添加浓度为 10 mg·L−1时, 轮作处理
与对照的菌落直径差异不显著 , 添加浓度达到 30
mg·L−1 时, 各处理与对照的菌落直径差异均达到极
显著水平(P<0.01)。
根系分泌物添加浓度较低时, 与轮作花生相比,
连作年限 3 年时对根系分泌物的促进作用无显著影
响。当添加浓度达到 30 mg·L−1时, 培养 3 d后连作
处理与轮作处理的差别达到显著水平(P<0.05); 连
作 5 年时比连作 3 年时的化感作用明显增强, 差异
达显著水平(P<0.05)。随着处理时间的延长, 培养 3
d后与培养 2 d时相比, 对根腐镰刀菌生长的促进作
用有减弱的趋势。
2.2 花生根系分泌物对固氮菌生长的影响
花生结荚期根系分泌物对固氮菌的生长存在抑
制作用(表 2), 并随浓度和连作年限的增加抑制作用
增强, 对固氮菌的化感指数介于−0.05~−0.31 之间。
当添加浓度为 10 mg·L−1和 20 mg·L−1时, 轮作处理
与对照的菌落直径差异不显著; 当添加浓度达到 30
mg·L−1 时, 各处理与对照的菌落直径差异均达到极
显著水平(P<0.01)。
与轮作花生相比, 连作 3 年时对根系分泌物的
抑制作用没有显著影响, 当连作年限达到 5 年时与
轮作处理的差异达显著水平(P<0.05)。连作 5年与连
作 3 年相比, 根系分泌物对固氮菌的抑制作用基本
没有显著差别。随着处理时间的延长, 培养 7 d与培
养 4 d 时相比, 根系分泌物对固氮菌生长的抑制作
用有减弱的趋势。
2.3 花生根系分泌物对种子发芽的影响
花生结荚期根系分泌物对花生胚根的生长存在
抑制作用(表 3), 并随浓度和连作年限的增加抑制作
用增强。当浓度达到 30 mg·L−1时, 处理与对照的种
子根长差异均达到极显著水平(P<0.01), 当浓度为
10 mg·L−1时, 仅连作 5年的处理与对照的种子根长
差异达到显著水平(P<0.05)。
表 1 花生根系分泌物对根腐镰刀菌 36194的化感作用
Table 1 Allelopathic effect of peanut root exudates on root rot fungi (Fusarium sp.) 36194
菌落直径 Colony diameter (cm) 化感指数 RI 处理
Treatment
根系分泌物浓度
Root exudates concentration
(mg·L−1) 2 d 3 d 2 d 3 d
对照 CK 10 3.13±0.15a 4.03±0.06c 0 0
轮作 Rotation cropping 3.20±0.10a 4.11±0.05bc 0.021 0.018
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 3.27±0.06a 4.18±0.03ab 0.041 0.036
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 3.31±0.09a 4.24±0.03a 0.052 0.049
对照 CK 20 3.13±0.15c 4.03±0.06c 0 0
轮作 Rotation cropping 3.30±0.10bc 4.23±0.08b 0.051 0.046
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 3.40±0.02ab 4.34±0.05ab 0.078 0.071
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 3.53±0.05a 4.43±0.09a 0.112 0.089
对照 CK 30 3.13±0.15c 4.03±0.06d 0 0
轮作 Rotation cropping 3.46±0.08b 4.35±0.04c 0.095 0.070
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 3.58±0.06ab 4.48±0.07b 0.126 0.100
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 3.74±0.08a 4.64±0.08a 0.161 0.131
同一添加浓度各处理数据后不同字母表示差异显著(P<0.05), 下同。Data of the treatments under the same adding concentration followed by
different letters are significantly different (P<0.05). The same below.
642 中国生态农业学报 2011 第 19卷
表 2 花生根系分泌物对固氮菌 14046的化感作用
Table 2 Allelopathic effect of peanut root exudates on N-fixing bacteria (Bradyrhizobium vigna) 14046
菌落直径 Colony diameter (cm) 化感指数 RI 处理
Treatment
根系分泌物浓度
Root exudates concentration (mg·L−1) 4d 7d 4d 7d
对照 CK 10 0.93±0.06a 1.03±0.06a 0 0
轮作 Rotation cropping 0.87±0.06a 0.98±0.03ab −0.071 −0.048
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 0.83±0.06a 0.93±0.06bc −0.107 −0.097
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 0.77±0.06b 0.89±0.02c −0.179 −0.142
对照 CK 20 0.93±0.06a 1.03±0.06a 0 0
轮作 Rotation cropping 0.82±0.08ab 0.92±0.07ab −0.125 −0.110
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 0.78±0.08b 0.88±0.08b −0.161 −0.145
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 0.70±0.10b 0.83±0.06b −0.250 −0.194
对照 CK 30 0.93±0.06a 1.03±0.06a 0 0
轮作 Rotation cropping 0.77±0.06b 0.88±0.03b −0.179 −0.148
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 0.71±0.02bc 0.82±0.03bc −0.239 −0.210
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 0.65±0.01c 0.77±0.06c −0.307 −0.258
表 3 花生根系分泌物对花生种子胚根生长的影响
Table 3 Effects of peanut root exudates on radicle elongation of peanut seeds
根系分泌物浓度 Root exudates concentration (mg·L−1)
10 20 30 处理
Treatment 根长
Root length (cm)
化感指数
RI
根长
Root length (cm)
化感指数
RI
根长
Root length (cm)
化感指数
RI
对照 CK 3.97±0.11a 0 3.97±0.11a 0 3.97±0.11a 0
轮作 Rotation cropping 3.95±0.09a −0.005 3.75±0.06ab −0.055 3.26±0.09b −0.179
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 3.82±0.07ab −0.038 3.52±0.08bc −0.113 3.15±0.12b −0.207
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 3.63±0.08b −0.086 3.38±0.12c −0.149 2.93±0.06c −0.262
表 4 花生根系分泌物对花生幼苗生长和叶片叶绿素含量的影响
Table 4 Effects of peanut root exudates on growth of peanut seedlings and leaf chlorophyll content
根系分泌物浓度 Root exudates concentration (mg·L−1)
10 20 30 指标
Parameter
处理
Treatment 测量值
Measured data
化感指数
RI
测量值
Measured data
化感指数
RI
测量值
Measured data
化感指数
RI
对照 CK 13.33±0.76a 0 13.33±0.76a 0 13.33±0.76a 0
轮作 Rotation cropping 12.83±0.29a −0.038 12.40±0.79ab −0.070 11.90±0.26b −0.108
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 12.50±0.50a −0.063 11.93±0.51bc −0.105 11.30±0.46bc −0.153
苗高
Seedling height
(cm)
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 12.07±0.31b −0.095 11.10±0.53c −0.168 10.77±0.64c −0.193
对照 CK 5.25±0.12a 0 5.25±0.12a 0 5.25±0.12a 0
轮作 Rotation cropping 5.04±0.06b −0.040 4.80±0.06b −0.086 4.53±0.08b −0.138
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 4.96±0.04bc −0.055 4.44±0.14c −0.154 4.18±0.07c −0.205
茎叶鲜重
Fresh weight
of leaves and
stems (g) 连作 5年 Continuous cropping for 5 years 4.70±0.06d −0.106 4.17±0.13d −0.206 3.86±0.09d −0.265
对照 CK 3.81±0.10a 0 3.81±0.10a 0 3.81±0.10a 0
轮作 Rotation cropping 3.55±0.04b −0.068 3.23±0.06b −0.153 2.91±0.09b −0.236
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 3.37±0.08c −0.114 2.99±0.06c −0.215 2.67±0.04c −0.300
根系鲜重
Fresh weight
of roots (g)
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 3.19±0.09d −0.163 2.68±0.06d −0.295 2.45±0.06d −0.356
对照 CK 46.83±1.55a 0 46.83±1.55a 0 46.83±1.55a 0
轮作 Rotation cropping 45.37±1.86ab −0.031 43.70±2.01ab −0.067 41.43±1.93b −0.115
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 43.63±0.90bc −0.068 40.83±1.33b −0.128 38.30±0.75c −0.182
叶绿素含量
Chlorophyll
content
(SPAD) 连作 5年 Continuous cropping for 5 years 41.70±1.85c −0.110 37.53±1.92c −0.199 35.53±1.33d −0.241
与轮作花生相比, 连作 3 年时对根系分泌物的
化感抑制作用没有显著影响, 但当连作年限达到 5
年时, 根系分泌物的抑制作用明显加强, 与轮作的
差异达到极显著水平(P<0.01)。
2.4 花生根系分泌物对幼苗生长和叶片叶绿素含
量的影响
花生结荚期根系分泌物对花生幼苗生长和叶片
叶绿素含量的影响见表 4。由表 4可知, 花生结荚期
根系分泌物对花生幼苗的苗高、茎叶鲜重、根系鲜
重、叶片叶绿素含量均存在一定抑制作用, 并随添
加浓度和连作年限的增加抑制作用增强。处理与对
照的差异大多达到显著水平。
与轮作处理相比, 连作 3 年各处理的苗高与其
差异不显著，叶片叶绿素含量仅在 30 mg·L−1时与轮
第 3期 刘 苹等: 连作对花生根系分泌物化感作用的影响 643
表 5 花生根系分泌物对花生叶片抗氧化酶活性和膜脂过氧化的影响
Table 5 Effects of peanut root exudates on antioxidant enzyme activities and membrane peroxidation in peanut leaves
根系分泌物浓度 Root exudates concentration (mg·L−1)
10 20 30 指标
Parameter
处理
Treatment 测量值
Measured data
化感指数
RI
测量值
Measured data
化感指数
RI
测量值
Measured data
化感指数
RI
对照 CK 41.20±0.99d 0 41.20±0.99d 0 41.20±0.99d 0
轮作 Rotation cropping 48.75±1.26c 0.155 58.43±0.91c 0.295 67.67±1.50c 0.391
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 53.58±1.30b 0.231 65.50±1.19b 0.371 78.72±0.66b 0.477
SOD
[U·g−1(FW)]
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 60.41±1.91a 0.318 72.71±1.28a 0.433 89.10±1.41a 0.538
对照 CK 4.13±0.25c 0 4.13±0.25d 0 4.13±0.25d 0
轮作 Rotation cropping 4.77±0.21bc 0.133 5.23±0.35c 0.210 6.17±0.15c 0.330
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 5.10±0.26b 0.190 5.97±0.50ab 0.307 7.03±0.35b 0.412
POD
[U·g−1(FW)·min−1]
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 5.53±0.42a 0.253 6.40±0.36a 0.354 7.93±0.21a 0.479
对照 CK 0.56±0.02c 0 0.56±0.02d 0 0.56±0.02d 0
轮作 Rotation cropping 0.61±0.09bc 0.082 0.73±0.02c 0.241 0.84±0.02c 0.340
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 0.69±0.02ab 0.189 0.86±0.03b 0.353 0.97±0.03b 0.428
CAT
[mg·g−1(FW)·min−1]
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 0.77±0.03a 0.277 0.96±0.04a 0.420 1.20±0.03a 0.537
对照 CK 22.14±0.68d 0 22.14±0.68d 0 22.14±0.68d 0
轮作 Rotation cropping 24.31±0.72c 0.089 26.75±0.58c 0.172 30.40±1.09c 0.272
连作 3年 Continuous cropping for 3 years 26.19±1.09ab 0.155 29.48±0.61b 0.249 32.70±0.88b 0.323
MDA
[μmol·g−1(FW)]
连作 5年 Continuous cropping for 5 years 27.63±1.00a 0.199 31.41±0.79a 0.295 36.32±0.73a 0.390
作处理差异显著 , 茎叶鲜重、根鲜重显著降低
(P<0.05)。当连作年限达到 5 年时, 4 个指标与轮作
的差异均达到极显著水平(P<0.01)。连作 5年与连作
3年相比, 除苗高差异基本不显著外, 其他 3个指标
的差异大都达显著水平。对根系生物量的抑制作用
最为明显, 可能是因为根系是第一个与分泌物接触
的器官, 首先受到损害。
2.5 花生根系分泌物对叶片抗氧化酶和膜脂过氧
化的影响
花生结荚期根系分泌物对花生幼苗叶片的抗氧化
酶系统存在一定促进作用(表 5), 连作和轮作处理下
SOD、POD、CAT活性与对照相比极显著增强(P<0.01),
膜脂过氧化产物MDA含量极显著增加(P<0.01), 随添
加浓度和连作年限的增加这种促进作用增强。连作处
理与轮作处理的差异大都达显著水平, 连作 5 年时的
化感作用比连作 3年时极显著增强(P<0.01)。
3 讨论
花生结荚期根系分泌物对土壤微生物存在化感作
用。对大豆、水稻、棉花等作物的研究表明, 连作条
件下土壤微生物区系的变化与根系分泌物有极密切关
系[15−17]。以往的研究表明, 花生苗期和花期根系分泌
物中的酸性、碱性和中性组分对花生根腐镰刀菌菌丝
的生长起化感促进作用, 对固氮菌的生长起化感抑制
作用[12]。本研究中得到相似结论, 表明结荚期根系分
泌物与花生连作土壤中有害菌的积累和有益菌的减少
有关。在同样添加浓度下, 根系分泌物对固氮菌的化
感作用强度大于根腐镰刀菌, 初步说明花生结荚期根
系分泌物对土壤中有益菌的减少贡献更大些。
花生结荚期根系分泌物可以抑制花生种子胚根
的伸长和幼苗的生长发育, 并降低叶片叶绿素含量,
证明花生根系分泌物自毒作用的存在。西瓜、黄瓜、
大豆、豌豆、番茄和草莓等植物根系分泌物也具有
自毒作用[18−20]。黄瓜是一种连作障碍明显的蔬菜作
物, 连续种植时黄瓜生长受到明显抑制作用而造成
减产。Yu 等[9]的研究证明, 黄瓜根系分泌物中的苯
甲酸、对羟基苯甲酸、2,5-二羟基苯甲酸、苯丙烯酸
等 10种酚酸物质具有生物毒性。当黄瓜连续种植时,
根系分泌释放的酚酸物质积累达到一定浓度, 就会
抑制下茬黄瓜的生长。从本研究结果可以推测, 花
生结荚期根系分泌物中含有化感物质, 花生多年连
作后, 土壤中化感物质累积到一定程度后, 会对花
生种子的发芽和植株生长发育产生抑制作用, 是导
致花生连作障碍的原因之一。
对黄瓜、大豆等作物的研究表明, 化感物质和
自毒物质可以增加细胞膜的透性, 引起胞内离子流
失并抑制细胞对矿质元素的吸收, 从而阻碍作物的
生长[21]。当植物遭受环境胁迫时, 活性氧代谢失衡和
膜脂过氧化是导致细胞膜结构受损的主要原因[22]。很
多研究报道了抗氧化酶系统对环境胁迫的响应, 然
而关于抗氧化酶对化感物质响应的研究报道还较为
少见[23−24]。SOD、POD和 CAT是消除胞内过多活性
氧伤害的 3 种重要的酶。过多的活性氧可以使细胞
膜的不饱和脂肪酸或脂质发生过氧化反应, 从而损
伤膜结构[25−26]。在受到活性氧的轻微胁迫时, 作为
应激反应 SOD、POD和 CAT的活性增强, 以保护组
织应对更强的胁迫[27−28]。本研究中, 随根系分泌物
添加浓度的增加, SOD、POD和 CAT的活性增强, 表
明在受到活性氧胁迫时花生植株的抗氧化能力增强,
但仍不能消除过多活性氧带来的伤害, 导致花生叶
644 中国生态农业学报 2011 第 19卷
片细胞膜过氧化[29]。膜脂过氧化的产物 MDA 含量
增加, 进一步表明花生植株经花生根系分泌物处理
一段时间后膜损害加强。
连作使花生结荚期根系分泌物化感作用的强度
发生变化, 连作年限越长, 化感作用相对更强。鞠会
艳等[15]、战秀梅等[30]研究表明, 连作会改变作物根系
分泌物的化感作用和主要成分。低浓度连作大豆根分
泌物对半裸镰孢菌和粉红粘帚菌生长的促进作用明显
大于轮作大豆, 差异达显著水平。在重茬大豆根系分
泌物中检测到异黄酮, 而在正茬大豆根系分泌物中没
有检测到该物质。可见, 作物根系分泌物化感作用与
连作障碍相互影响, 根系分泌物的化感作用是导致作
物连作障碍的原因之一, 反过来连作又会影响到根系
分泌物化感作用的强弱。连作后花生结荚期根系分泌
物成分和含量是否发生变化有待进一步研究。
4 结论
花生结荚期根系分泌物与连作花生土壤中有害
菌的积累和有益菌的减少有关, 对花生种子的发芽
和幼苗的生长发育存在抑制作用, 花生连作年限的
增加可以增强根系分泌物的化感作用。连作花生结
荚期根系分泌物化感物质在土壤中的累积, 很可能
是导致花生连作减产、品质下降的原因之一。连作
花生结荚期根系分泌物中化感物质的确定及化感作
用的强弱、在根际的含量及动态变化、对花生产量
和品质的影响等有待于进一步研究。
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