根系分泌物的生态效应与作物连作障碍关系研究进展

从导致作物连作障碍的主要因素——土壤理化性质恶化、土壤生物学环境恶化和化感作用出发,简要综述了根系分泌物与这3大因素之间的关系,并对连作障碍的防控措施进行了简述和展望,以期为作物连作障碍研究提供参考。     

根系分泌物的生态效应与作物连作障碍关系研究进展

从导致作物连作障碍的主要因素——土壤理化性质恶化、土壤生物学环境恶化和化感作用出发,简要综述了根系分泌物与这3大因素之间的关系,并对连作障碍的防控措施进行了简述和展望,以期为作物连作障碍研究提供参考。     

大豆连作的过氧化氢酶活性与根系分泌物

本文通过试验对大豆连作胁迫下土壤中过氧化氢酶活性进行了研究，结果表明，过氧化氢酶活性下降幅度很大，连作3年酶活性下降21.4％。过氧化氢酶活性的明显下降，使其解毒能力减弱，从而导致土壤中过氧化氢的积累，对大豆根系毒害作用加重。由于根系受毒害作用，使根系吸收养分受阻，在营养胁迫下，又使根系分泌物的种类和数量都发生改变。反过来，又抑制了土壤中酶活性。为此，我们认为这是连作胁迫条件下产生的生化互作效应（Allelopathy），也是连作下产生生物障碍的主要原因。     

连作大豆根分泌物对根腐病病原菌及种子萌发的影响

采用砂培、水培和宝内培养等方法研究了连作大豆根分泌物对根腐病病原菌及种子萌发的影响。结果表明：与对照相比，连作和轮作大豆根分泌物对粉红粘帚菌和尖镰孢菌尤其是对半裸镰孢菌的生长有明显的促进作用，差异达显著或极显著水平。低浓度（C1和R1处理的浓度）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，差异达到显著水平。同一茬口，最高浓度（C3和R3处理的浓度）大豆根分泌物对半裸镰孢菌生长的促进作用小于2个低浓度（C1、C2、R1和R2处理的浓度）的，而且在连作大豆中差异达显著水平。与轮作大豆相比，连作大豆根分泌物有抑制种子萌发的趋势。     

植物病原性连作障碍研究进展

作物连作障碍日趋成为影响我国农业可持续发展的重要因素。简要介绍病原性连作障碍的概念,概述了连作栽培条件下根际微生物种群结构变化和根分泌物中碳水化合物及其诱导病原菌种群数量增殖的功能,总结了根分泌物中某些化感物质在增强病原物种群数量中的作用和土壤微生物间的化学通讯分子,展望了今后研究的方向与重点。     

不同抗连作障碍品种草莓根系分泌物化感物质差异分析及其化感效应

以不同抗连作障碍品种‘土特拉’、‘丰香’和‘全明星’为试材,研究了三者根系分泌物中主要酚酸种类和含量的差异、接种镰刀菌后根际微生物的变化、根系分泌物对组培苗和尖孢镰刀菌的化感效应.结果表明:‘全明星’根系分泌物中对羟基苯甲酸和苯甲酸含量分别高达0.0624 mg/g DW和0.0173 mg/g DW,均明显高于‘土特拉’.根系分泌物对‘全明星’株高、根数和鲜重等均表现很强的抑制作用,化感效应指数均在0.50以上;但对‘土特拉’抑制作用最弱,低浓度分泌物能促进根系生长.‘全明星’根系分泌物对尖孢镰刀菌生长的抑制作用最小.接菌后‘全明星’根际细菌和放线菌数量均明显下降,真菌总量和尖孢镰刀菌数量上升;‘土特拉’根际各种微生物数量均呈上升趋势,变化率由高到低依次为尖孢镰刀菌、真菌总量、放线菌和细菌;‘丰香’根际微生物数量变化趋势与‘土特拉’相似,但各变化率均小于‘土特拉’.接菌后各品种根际微生物均由“细菌型”向“真菌型”转化,‘全明星’最明显,‘丰香’和‘土特拉’次之.     

根系分泌物中的化感物质研究概述

根系分泌物在根际区域与外界进行物质、能量、信息交流过程中扮演着不可缺少的角色,其中的化感物质是一类具有重要生理功能的物质。为此,重点阐述了根系分泌物的种类、产生机制与分泌机理,总结了根系分泌物化感作用以及研究方法,并对化感物质的研究做了进一步的展望。     

作物连作的土壤障碍因子综述

从土壤微生物活动、土壤酶活性、土壤养分的协调和平衡几个方面阐述了作物连作现象的土壤障碍因子。同时分析了连作土壤根际分泌物对作物生长发育的障碍作用,以及对作物产量和品质造成的不利影响。     

三七根系分泌物在连作障碍中的生态效应及缓解方法

三七作为云南省重要的药用植物资源,在我国医药领域有着重要地位,由于其生产过程中连作障碍十分严重,制约了其种植业、饮片业、制药业等相关产业的发展。通过总结三七根系分泌物的种类,及其对土壤微生物群落结构、土壤理化特性、土壤酶活性和三七植株的影响,探讨三七根系分泌物在连作障碍中的生态效应,提出三七连作障碍的缓解和防治办法。     

连作对不同抗性芝麻根系分泌物中酚酸类物质含量的影响及其化感作用

通过对芝麻花期根系分泌物中酚酸类物质含量在正茬和连作条件下的变化及其自毒作用的研究,初步探讨了3个不同连作抗性芝麻品种根系分泌物中具有化感作用的酚酸类物质。结果表明:水杨酸、柠檬酸和对羟基苯甲酸在3个芝麻品种根系分泌物中含量均较高;苯丙酸、苯甲酸和香豆酸分别在赣芝9号、金黄麻和玉山黑芝麻根系分泌物中含量也较高。与正茬条件下相比,在连作条件下,赣芝9号根系分泌物新检测到香草酸,金黄麻和玉山黑芝麻根系分泌物均新检测到丁香酸和苯丙酸;赣芝9号根系分泌物中柠檬酸、香豆酸、苯甲酸和丁香酸含量显著上升,金黄麻根系分泌物中水杨酸、对羟基苯甲酸、绿原酸、香草酸、柠檬酸、苯甲酸和香豆酸含量显著升高,玉山黑芝麻根系分泌物中阿魏酸、苯甲酸、水杨酸和绿原酸含量显著升高。对酚酸类物质的自毒作用进行生物检测,发现绝大多数酚酸对芝麻发芽表现出"低促高抑"现象。结合酚酸类物质在芝麻根系分泌物中的含量,认为香豆酸、柠檬酸和丁香酸是导致赣芝9号连作障碍的化感物质,苯丙酸、苯甲酸、水杨酸和丁香酸是导致金黄麻连作障碍的化感物质,水杨酸、苯丙酸和丁香酸是导致玉山黑芝麻连作障碍的化感物质。     

根系分泌物在不同播种模式中的化感效应研究

通过发芽试验研究了不同作物根系分泌物在不同浓度、不同组合方式下对单播和混播作物根干重和芽干重造成的化感效应。结果表明,鹰咀豆根分泌物苯甲醛是一种自毒型化感物质,小麦根分泌物间甲酚和玉米根分泌物邻苯二甲酸是他感型化感物质。间甲酚和苯甲醛组成的混合溶液,以及由3种物质组成的混合溶液对小麦、玉米、鹰咀豆根干重无明显的累加化感作用,但对芽干重具有累加化感作用。与单作相比混播能够弱化高浓度化感物质的负效应,同时可以减小化感物质对芽干重的化感作用。     

大豆根系分泌物化感作用的初步研究

选择不同浓度的大豆根系分泌物,研究其对4种主要农作物的化感作用。结果表明,提高大豆根系分泌物浓度,对小麦种子萌发有促进作用,对大豆、玉米、白菜种子的萌发有抑制作用;大豆根系分泌物随着浓度的增大而显著增强小麦、玉米超氧化物歧化酶(SOD)总活性和根活力,极显著抑制大豆SOD总活性和根活力;大豆根系分泌物随着浓度的增大对3种供试作物丙二醛(MDA)含量表现不同作用,使小麦MDA含量极显著降低,使大豆MDA含量极显著增加,对玉米MDA含量变化影响不大。大豆根系分泌物对供试小麦、大豆植株高度及其干重、胚根长及根干重表现为低浓度促进、高浓度抑制作用。大豆根系分泌物浓度的增大导致其对玉米植株高度及其干重、胚根长及根干重化感作用增强。     

大蒜根系水浸液及根系分泌物的化感作用评价

以番茄和辣椒为受体作物,采用室内培养皿测定和水培共培养的方法,研究了大蒜根系水浸液及根系分泌物的化感作用。结果表明,大蒜根系水浸液对番茄和辣椒的幼苗生长具有低浓度促进高浓度抑制的作用;大蒜与番茄、大蒜与辣椒共培养30 d后,大蒜根系分泌物对番茄和辣椒的叶绿素a、叶绿素b及叶绿素(a+b)的含量、光合速率及根系活力均有促进作用,其中辣椒的叶绿素含量极显著高于对照;番茄和辣椒叶片中POD活性显著低于对照;大蒜根系分泌物对番茄和辣椒的生长整体表现为促进作用,且对辣椒的促进作用大于番茄。     

草莓根系分泌物和腐解物中氨基酸的检测及其化感作用研究

运用ACCQ．Tag法测定了草莓根系分泌物和腐解物中8种氨基酸的含量,并研究了不同氨基酸对草莓根病病原菌的化感作用。结果表明：根系分泌物和腐解物水提液中氨基酸含量高于醇提液,检测出的6种氨基酸中．丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸和精氨酸对Fusarium oxysporum和Rhizoctonia solani的菌丝生长有明显的促进作用。苏氨酸、脯氨酸和精氨酸对F．axysporum有明显促进作用,天冬氨酸和谷氨酸对3种病原菌菌丝生长均有明显的抑制作用;谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、脯氨酸和精氨酸对Verticillium dahliae孢子萌发有明显促进作用,而苏氨酸对其孢子萌发有抑制作用。天冬氨酸和苏氨酸对F.axysporum的孢子萌发有明显抑制作用,谷氨酸对F.axysporum孢子萌发无明显作用,其余3种能明显促进F．axysporum孢子萌发。     

甜荞根系分泌物的化感作用研究

以甜荞品种"丰甜1号"为试验材料,研究其不同浓度的根系分泌物对自身的化感作用。结果表明,低浓度的根系分泌物处理能在一定程度上促进"丰甜1号"叶片POD和CAT酶活性、叶绿素含量及根系活力的增加,随处理浓度的进一步增加而显著下降;丙二醛、脯氨酸含量和细胞膜透性随处理浓度的增加而显著增加;DNA的提取量及DNA的增色效应均随处理浓度的增加而显著下降。     

火柴头根系分泌物的化感效应

在农田生态系统中,作物晚发弱苗的部分原因是杂草向作物生长周围环境释放化感物质。本研究以疏水性根渗出液连续收集法 (CRETS)收集火柴头根系分泌物,在室内采用培养皿滤纸和砂培法分别研究了火柴头根系分泌物对4种常见农作物种子萌发、幼苗生长的化感作用。结果表明：火柴头根系分泌物对高粱、玉米、绿豆和油菜具有不同程度的化感效应,化感效应响应强度由强到弱的顺序为：油菜>玉米>绿豆>高粱。对种子萌发和幼苗生长也存在明显的浓度效应,总体上呈现出低浓度(≤0.025 g·mL-1)促进,高浓度(≥0.050 g·mL-1)抑制的现象,且随着处理浓度的增加抑制作用逐渐增强。     

连作棉田间作洋葱、孜然对棉花光合特性及根系生长的影响

为探讨棉花间作模式调节农田生态环境、缓解棉花连作障碍的作用,以棉花连作30年土壤为对象,设置棉花间作洋葱、间作孜然处理,研究两种间作模式对棉花地上部光合特性、根系生长发育及土壤酚酸类化感物质含量的影响。结果表明,与对照相比,间作洋葱和间作孜然处理的棉花根长、根质量、比表面积分别增加54.5%、45.7%、16.3%和22.8%、15.7%、4.9%,初花期叶绿素含量、净光合速率比对照分别增加12.7%、12.2%和20.7%、7.2%。间作洋葱、孜然处理棉花根际土壤中3种主要酚酸类化感物质总量分别降低67.9%和57.8%,与单作相比差异显著。研究表明,长期连作棉田间作洋葱、孜然降低了棉田土壤中化感物质含量,改良土壤环境,促进棉花根系生长发育,提高棉花叶片光合能力及生物量,并且间作洋葱对连作棉花生长发育的调节效果优于间作孜然,可作为缓解棉花连作障碍的种植方式。     

人参根系分泌物的提取及鉴定

【目的】鉴定人参根系分泌物中的化学物质,为研究人参化感作用的发生及其连作障碍提供科学依据。【方法】采用灭菌复合基质复配无土栽培人参,对人参根系分泌物进行原位收集,依次用蒸馏水和乙醇提取人参根系分泌物,合并后用有机溶剂萃取,获得水层及有机相石油醚层和乙酸乙酯层,用HPLC和GC-MS检测水层和2层有机相的物质组成。【结果】人参根系分泌物石油醚层中含有1,3-二氧戊环,4-甲基,4-乙基-2-十五烷、乙基柠檬酸、棕榈酸乙酯和二十五烷等20种化合物,其中,烷烃类物质占46.56%,有机酸酯类物质占22.75%,酚酸类物质占13.78%,烷烃衍生物占3.59%,吡喃类物质占5.39%。乙酸乙酯层中含有丁基柠檬酸、邻苯甲二酸二丁酯和单(2-乙基己基)邻苯二甲酸酯等9种化合物,其中,烷烃类物质占22.77%,有机酸酯类物质占63.71%,酚酸类物质占13.52%。人参根系分泌物水层中含有微量人参皂苷。【结论】采用无土栽培基质可避免人参栽培中微生物的干扰,能很好地培养收集人参根系分泌物,人参根系分泌物中含有人参皂苷及烷烃类物质、有机酸酯类物质和酚酸类物质。     

百合根系分泌物的GC-MS鉴定

【目的】分析百合根系分泌物中的主要物质,为预防百合连作障碍和建立科学栽培制度提供依据。【方法】分别用石油醚、乙醚、乙酸乙酯、氯仿和甲醇分离水培法收集百合根系分泌物,用GC-MS分析经生物检测化感强势组分（甲醇组分、石油醚组分、氯仿组分）中的有机物质。【结果】按照相似度达80%、相对含量达0.20%分析检出物质,从百合根系分泌物甲醇组分中共检出11种物质,主要为苯甲酸酯类衍生物,如邻苯二甲酸二异辛酯（52.11%）和双-2-乙己基邻苯二甲酸酯（40.95%）,其他成分含量均在1%以下;从石油醚组分中检出6种苯甲酸酯类衍生物,如邻苯二甲酸二异辛酯（88.04%）、邻苯二甲酸二丁酯（9.06%）,其他成分含量均在1%以下;氯仿组分中有机物质丰富,检出的有酯类、醛、酚、烯烃、烷烃等19种,含量在1%以上的有邻苯二甲酸二异辛酯（39.87%）、双-2-乙己基邻苯二甲酸酯（39.62%）、十六烷（1.36%）、2-甲氧基-1-(2-硝乙烯基)-3-苯甲氧基-苯（1.22%）、2,4-二叔丁基苯酚（1.02%）。百合根系分泌物的乙醚和乙酸乙酯组分化感作用不强,未对其中的有机物质做进一步鉴定。【结论】百合根系分泌物的GC-MS检出物主要为酯类物质,不同组分中含量高的均为苯甲酸酯类衍生物,还有少量醛、酚、烯等。     

一株草莓连作自毒障碍主要物质苯甲酸降解细菌的筛选及其降解效果研究

草莓连作障碍的主要原因是根系产生的自毒作用,苯甲酸是草莓连作障碍的主要自毒物质之一。为减少苯甲酸对草莓的危害,选用苯甲酸为唯一碳源的选择培养基,逐步提高苯甲酸浓度,以期筛选出草莓根际中降解苯甲酸的细菌,并通过紫外可见分光光度法测定其对苯甲酸的降解能力。随后,对筛选出的有效降解菌与3株草莓根腐病菌进行拮抗试验,同时对其显微形态特征和16S rDNA基因序列进行分析与分子鉴定。筛选出的菌株L501对苯甲酸的降解率为87.5%,表明其能有效减轻苯甲酸的自毒作用,同时L501对草莓根腐病菌有较强的拮抗作用。经鉴定,菌株L501为枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis,具有解毒抗菌双重功能。