植物化感作用类型及其在农业中的应用

本文总结前人研究成果的基础上,对不同植物化感作用类型及其作用机制和在农业中的应用进行了探讨。植物化感作用包括化感偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用。植物化感偏害作用是由植物根系分泌物介导下的植物与特异微生物共同作用的结果。利用植物化感偏害作用控制田间杂草是一项环境友好型的可持续农业技术,并已在水稻化感抑草研究方面取得了较突出的成果。植物化感自毒作用(作物连作障碍)是造成作物产量降低、生长状况变差、品质变差、病虫害频发的现象。药用植物,特别是以根部入药的药用植物中,连作障碍表现更为突出。近年来研究结果认为根系分泌物生态效应的间接作用及土壤微生物区系功能紊乱是导致植物连作障碍的主要因素。因此,改善土壤生长环境,恢复和修复根际土壤微生物结构平衡,增强生态系统机能是克服作物连作障碍的关键。植物化感自促作用(连作促进作用)是在植物根系分泌物促进下,根际土壤微生物之间此消彼长,有益微生物之间互利协作,土壤肥力和营养补给能力明显改善,从而增强植物根系抗性,促进植物生长发育,提高产量和品质的结果。牛膝的连作促进作用明显,有学者试图通过牛膝与其他不耐连作药用植物间作套种或轮作,实现药用植物生产的可持续发展。植物间的正相互作用(互惠作用)是作物间套种系统超产和养分等资源高效利用的重要机制,根系分泌物在介导根际微生物与植物的有利互作中起到重要作用。最后作者强调指出,存在于根际土壤的微生物群落的宏基因组组成是决定植物能否健康生长的关键。深入研究存在于土壤生态系统中的植物体外基因组的组成与演化机制,将成为借用现代合成生物学原理与技术,定向控制植物根际生物学过程,促进作物生产可持续发展的优先研究领域。     

当归营养期的化感作用

为探讨当归(Angelica sinensis)自毒作用与连作障碍的关系并建立合理的轮作制度,利用4个浓度当归营养期根部及茎叶部水浸液对当归及其种植区常见作物油菜(Brassica campestris)、小麦(Triticum aestivum)和燕麦(Avena sativa)的种子和幼苗进行了生物测定。分析结果表明,当归具明显的自毒作用(敏感指数M3=-0.258 3),茎叶部分的自毒效应强于根部,且作用强度随浓度增加而增强;小麦和燕麦对当归的化感作用有一定的耐受能力,综合敏感指数(M)分别为-0.075 5和-0.144 7;而油菜对当归的化感作用较为敏感,综合敏感指数为-0.307 9,这一结果与实际种植情况不符,推断可能与当归化感物质在土壤中的转化导致化感作用降低有关。在种间化感作用的研究中发现根部的化感作用强于茎叶,并有高抑制低促进的浓度效应。试验结果说明当归的自毒作用是造成连作障碍的原因之一;当归对小麦和燕麦的化感作用较弱,可以用于当归轮作体系,缓解因自毒作用而引起的连作障碍。     

植物化感作用表现形式及其开发应用研究

综述了作物自毒现象、作物间他感作用以及作物与杂草间他感互作的研究进展,指出化感作用在克服连作障碍、构建高效间套复合群体、防除病虫草害和生物调控方面的应用潜力。     

地黄连作障碍机制研究进展

综合前人关于地黄连作障碍机制的有关内容,从连作地黄生理生态特征、根系分泌物和化感自毒作用等方面综合的论述地黄连作的主要原因,探索解决途径。     

花生连作障碍发生机理研究进展

连作导致花生产量和品质下降,严重影响了花生持续生产。本文结合20年花生长期定位试验研究,从土壤理化性质恶化、化感自毒作用和微生物区系失衡3个方面系统地综述了花生连作障碍的发生机理,认为花生根际微生态系统综合功能失调是造成花生连作障碍的主要原因,并分别就化感作用、根际分泌物与根际微生物的关系、根际微生物与连作障碍的关系和多因子综合考虑等角度对该领域未来的研究方向进行了展望。     

半夏植株腐解液对8种作物的化感作用及化感物质成分分析

为探究半夏植株腐解液(PTDL)化感作用与连作障碍的关系以及半夏合理种植制度的建立,采用生物测试法研究半夏植株腐解液对8种作物种子萌发和幼苗生长的影响,并结合气质联用(GC-MS)技术对潜在的化感物质进行定性分析。结果表明,在物种水平,半夏植株腐解液对8种受试材料均有化感抑制作用,作用强度依次为生菜莴笋小麦玉米高粱油菜决明子半夏。半夏植株腐解液的自毒作用呈低促高抑的浓度效应,0.01 g·m L-1是半夏植株腐解液产生显著自毒作用的临界浓度;半夏植株腐解液对生菜等7种作物的抑制作用强度与浓度呈正相关。乙醚萃取半夏植株腐解液所得活性组分中鉴定到30种化合物,其中2,6-二叔丁基对甲酚、芥酸酰胺和2,2'‐亚甲基双(4甲基-6-叔丁基苯酚)的相对含量合计占总体的60.35%,为化感物质,由此推测这是导致半夏连作障碍发生的重要原因之一。本研究为缓解和消除半夏连作障碍提供了理论依据。     

连作自毒物质与根际微生物互作研究进展

连作障碍是农业生产中普遍存在的现象,与根际微生态失衡有直接关系,导致病原微生物富集,土壤从抑病型转向导病型,造成植物生长变弱、病虫害爆发、产量和品质下降。植物化感自毒物质在根际微生态破坏方面具有直接作用。自毒物质具有选择性培养基的作用,伴随植物生长不断积累,刺激根际病原菌生长而抑制有益微生物生长,导致根际微生物群落结构失衡,病原菌增加,植物病害爆发。自毒物质和根际微生物的互作关系从四个方面总结综述,包括自毒作用、自毒物质、自毒物质与根际微生物互作及植物根际促生菌缓解连作障碍。     

药用植物连作障碍研究评述和发展透视

连作障碍作为现代农业生产中较普遍的问题,在药用植物栽培生产中表现尤为严重,据统计约70%以块根类入药的药用植物在种植过程中都存在严重的连作障碍问题。连作障碍已经成为制约药用植物品质和发展的关键性因素。本研究从药用植物连作障碍问题研究现状出发,分析了当前药用植物连作障碍形成的三大共性问题,即根系分泌物诱导根际土壤酸化、根际微生物群落结构失衡和植株病毒病严重,具体体现在:根系分泌物诱导根际土壤微生物差异性演化、土传病原菌的化感互作、根际微生物区系的失衡加大土壤酸化、根际病原菌增多和有益菌减少导致的土存真菌病害加重、病毒病伴生和发展。并分析了土壤灭菌法、功能微生物调控、作物多样性栽培和生物质炭改良的根际调控策略在减缓药用植物连作障碍中的潜在作用。作者呼吁从事连作障碍研究的工作者应重视从根际生态学角度出发,以土壤食物网为切入点,应用现代系统生物学和化学生态学技术与方法,全面系统探究根系分泌物介导下植物-土壤-微生物的相互作用过程与机制,并着重关注土壤线虫和土壤病毒在连作障碍发生发展中的生态位关系,以深入阐明连作介导土壤酸化的生态学机制和病原菌响应根系分泌物的协同进化机理,在此基础上,采用多种根际调控相结合的策略减缓连作障碍问题,全面考虑经济、社会和生态效益,做到"生态预防为主、综合治理为要"。     

植物次生代谢物的自毒作用及其与连作障碍的关系

连作障碍问题的发现已有上千年的历史,但对其发生机理和克服措施还没有取得突破。本文分析了植物次生代谢物的种类及其产生机理、次生代谢物的自毒作用、植物对自产的次生代谢有毒物质的抗性机制及其形成时序等,认为次生代谢物对新生植物的自毒作用是连作障碍发生的关键因素之一,并在此基础上提出了克服连作障碍的几种途径。     

烟草连作障碍研究进展

烟草因连作种植导致产量和品质的下降已成为当前烟叶生产中面临的全国性难题。本文以连作对烟草的危害为切入点,从烟田土壤营养失调、根系中化感自毒物质积累、土壤生物学环境恶化等角度阐述了烟草连作障碍的产生机理,介绍了当前消除烟草连作障碍的主要调控措施,并对烟草连作障碍领域的研究及技术发展方向进行了展望。     

设施蔬菜连作障碍原因及防治措施

连作障碍是设施蔬菜栽培中的一个关键问题。从土壤次生盐渍化、土壤微生物种类变化及植物自毒作用等方面综述了设施蔬菜连作障碍产生的原因，并提出了包括品种选择、轮作、合理施肥、嫁接及生物防治等防治措施。     

设施蔬菜连作障碍原因及防治措施

连作障碍是设施蔬菜栽培中的一个关键问题.从土壤次生盐渍化、土壤微生物种类变化及植物自毒作用等方面综述了设施蔬菜连作障碍产生的原因,并提出了包括品种选择、轮作、合理施肥、嫁接及生物防治等防治措施.     

自毒作用与连作障碍

自毒作用是连作障碍的发生机制之一,该作用主要是由有机酸、醛类芳香酸、香豆素、醌类、生物碱和类萜等植物次生代谢产物及其分解产物所引起的。其作用机理包括增加细胞膜膜通透性、降低酶活性、抑制植物的养分吸收等。相应的矫治措施主要有合理施肥、施用微生物制剂、嫁接、轮作和间套作等。本文综述了自毒作用在连作障碍中的作用机制以及相应的矫治措施。     

有机肥对自毒物质胁迫下黄瓜幼苗光合作用的影响

采用砂培试验研究了有机肥对外源自毒物质苯丙烯酸(CA)、对羟基苯甲酸(HA)胁迫下黄瓜光合作用的影响。结果表明,CA、HA胁迫导致黄瓜幼苗叶绿体亚显微结构发生明显的改变:被膜溶解,基粒垛、基质片层减少;Chl.a、Chl.b、Chl(a+b)和Car含量降低,光合速率下降,H2O2含量提高。施用有机肥可显著或极显著提高CA、HA胁迫下黄瓜的光合色素含量和光合速率,降低叶片H2O2含量,促进黄瓜的生长。     

我国设施栽培连作障碍特征与成因及防治措施的研究进展

连作是目前我国设施农业的主要栽培方式,连作障碍是土壤修复的世界性难题。本文系统阐述了国内设施栽培出现的连作障碍特征(如酸化、盐渍化、养分失衡、重金属及其他有害物质积累、土传病害发生严重)与成因,并分别从农艺、生物、化学、物理4个方面简述了各种防治技术在缓解设施连作障碍过程中的作用效果。最后总结了设施连作障碍及防治技术研究中尚待解决的科学问题及研究方向,以为我国设施连作障碍的发生发展机理研究和防治技术提供科学依据。