不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗叶片保护酶活性及渗透调节物质的影响

杨 平 吴凤芝

（东北农业大学园艺学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

小麦是一种化感型作物，通过根系分泌及残茬分解等方式对自身或邻近植物的生长发育产生促进或者抑制作用。不同小麦品种的化感潜力不同（陈冬梅 等，2008；张芳 等，2009）。小麦与黄瓜进行轮作可以显著提高黄瓜土壤微生物群落DNA序列多样性指数、均匀度指数、丰富度指数，改善土壤环境，从而促进黄瓜植株生长并提高黄瓜的产量（吴凤芝和王学征，2007；吴凤芝 等，2008a）。Ozhan Boz（2003）研究了小麦和黑麦秸秆对一些野草及作物的化感作用，结果表明，小麦和黑麦可以作为合适的前茬作物，并且可以去除杂草。Wu等（2000）用GC-MS-MS方法对小麦的主要化感物质进行测定，结果表明，小麦幼苗茎、根部及生长介质中都含有对羟基苯甲酸、香豆素、丁香醛、香草酸、阿魏酸、丁布（DIMBOA）等化感物质。目前，关于小麦化感作用的研究主要集中在化感物质对土壤生态环境、化感种质资源筛选及化感成分鉴定等的研究上（李善林 等，1997；Wu et al.，2000；吴凤芝和王学征，2007；吴凤芝 等，2008b），而关于小麦化感作用对受体植株生理生化方面的研究较少。

本试验通过不同化感效应的两种小麦根系分泌物处理黄瓜幼苗，通过测定黄瓜幼苗叶片的保护酶活性及渗透调节物质含量，研究具有不同化感效应的小麦根系分泌物对黄瓜幼苗地上部的影响，为研究小麦对黄瓜化感作用的生理生化机制提供一定的科学理论，为解决黄瓜连作障碍、建立合理的栽培制度提供相关理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试黄瓜（Cucumis sativus L.）品种为津优1号（购于哈尔滨华威种业有限公司）；化感促进作用小麦品种 04-0348（A）及化感抑制作用小麦品种龙辐 17（B）（购于黑龙江省农业科学院），其中化感促进小麦品种及化感抑制小麦品种的综合化感效应（SE）分别是-15.38 %和7.75 %（待发表）；供试土壤取自东北农业大学园艺试验中心，各指标测定采用鲍士旦（2000）的方法，土壤基本肥力：有机质含量82.57 g·kg-1，碱解氮234.70 mg·kg-1，速效磷346.75 mg·kg-1，速效钾305.64 mg·kg-1，电导率0.33 mS·cm-1，pH值7.22。

1.2 试验方法

1.2.1 小麦根系分泌物收集 小麦于2010年6月12日播种，待小麦长至15～20 cm时，将小麦幼苗完整取出，用自来水将根系冲洗干净后，将整株小麦放入定量的蒸馏水中培养24 h，收集分泌物，定容使其达到浓度为1 mL·株-1（1 mL蒸馏水中含有1株小麦根系分泌物），先用布氏漏斗（3层滤纸）过滤，再过0.45 μm微膜灭菌，4 ℃保存备用（吴凤芝 等，2002b）。

1.2.2 小麦根系分泌物对黄瓜的处理 黄瓜种子于2010年6月19日浸种、催芽，播于8 cm×8 cm营养钵内，常规管理，待黄瓜一叶一心时分别浇灌20 mL浓度为1 mL·株-1的小麦根系分泌物A和B，以蒸馏水作为对照（CK），每处理3次重复，每个重复设25株黄瓜苗为一小区，小区间设有保护行，随机区组排列，常规管理。分别在处理后6、12、18 d随机取植株同一部位的功能叶片，用于黄瓜幼苗各项生理生化指标的测定，每次取 3株。每次取样后，分别向剩余的幼苗中补加20 mL的小麦根系分泌物。

1.3 项目测定

可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法，脯氨酸（Pro）含量采用茚三酮法测定，超氧化物岐化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑光还原法测定，过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚法，过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用高锰酸钾滴定法，抗坏血酸过氧化物酶（AsA-POD）活性的测定采用碘液滴定法（郝再彬 等，2004）。

1.4 数据处理

试验数据处理采用Microsoft Excel 2003软件，差异显著性分析采用SAS 9.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗保护酶活性的影响

2.1.1 对叶片SOD活性的影响 图1表明，经不同小麦根系分泌物处理后6 d，A处理SOD活性显著高于B处理和CK，B处理与CK差异不显著；处理后12、18 d，A处理与CK差异不显著，B处理显著低于CK。

2.1.2 对叶片CAT活性的影响 图2表明，经不同小麦根系分泌物处理后6、12 d，A、B处理CAT活性与CK差异均不显著；处理后18 d，A、B处理均显著高于CK。

图1 不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗SOD活性的影响

图2 不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗CAT活性的影响

2.1.3 对叶片POD活性的影响 图3表明，经不同小麦根系分泌物处理后6、12 d，A处理POD活性显著高于CK，B处理与CK差异不显著；在处理后18 d，A、B处理均显著高于CK。

2.1.4 对叶片AsA-POD活性的影响 图4表明，经不同小麦根系分泌物处理后6、12 d，A处理ASA-POD活性显著高于CK，B处理显著低于CK；在处理后18 d，A、B处理与CK均无显著差异。

图3 不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗POD活性的影响

图4 不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗AsA-POD活性的影响

2.2 不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗渗透调节物质的影响

2.2.1 对叶片脯氨酸含量的影响 图5表明，经不同化感效应的小麦根系分泌物处理后6 d，A处理叶片脯氨酸含量显著高于CK，B处理与CK差异不显著；在处理后12、18 d，A处理与CK差异不显著，B处理显著低于CK。

2.2.2 对叶片可溶性蛋白含量的影响 图6表明，经不同化感效应的小麦根系分泌物处理后6 d，A处理叶片可溶性蛋白含量与CK差异不显著，B处理显著高于CK；在处理后12 d，A处理显著高于CK，B处理显著低于CK；在处理后18 d，A、B处理与CK均无显著差异。

图5 不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗脯氨酸含量的影响

图6 不同化感效应小麦根系分泌物对黄瓜幼苗可溶性蛋白含量的影响

3 结论与讨论

化感物质能抑制细胞分裂，引起膜功能的改变，影响光合作用和生物合成，影响气孔机能和呼吸作用，干扰金属离子的摄取和酶的调节，并能与植物激素产生相互作用等（赵福锁 等，2004）。SOD、CAT、POD以及AsA-POD是植物体内活性氧清除系统中重要的防御活性氧毒性的保护酶，能清除超氧阴离子自由基，对植物细胞膜以及蛋白质等大分子起保护作用（龚国强 等，1996；Joseph et al.，1998；孙卫红 等，2005；张树生 等，2006）。脯氨酸及可溶性蛋白是植物体内重要的渗透调节物质（吴强盛和夏仁学，2003），可作为胞质渗压剂（Delauney & Verma，1993；Kishor et al.，1995）、酶和细胞结构的保护剂（Solomon et al.，1994）对植物的细胞膜起保护作用。本试验通过对受体黄瓜的保护酶活性及渗透调节物质含量的测定，间接反映不同化感效应小麦根系浸提液中化感物质对黄瓜幼苗叶片细胞膜的影响。

本试验结果表明，经不同化感效应的小麦根系分泌物处理的黄瓜幼苗叶片保护酶活性及渗透调节物质含量变化不同。具有化感促进作用的小麦根系分泌物（A处理）在处理6 d后，显著提高了黄瓜幼苗叶片SOD、POD、AsA-POD活性及脯氨酸含量；处理12 d后，显著提高了黄瓜幼苗叶片的POD、AsA-POD活性及可溶性蛋白含量；处理18 d后，显著提高了黄瓜幼苗POD、CAT活性。而具有化感抑制作用的小麦根系分泌物在处理6 d后，显著降低了黄瓜幼苗叶片AsA-POD活性；处理12 d后，显著降低了SOD、AsA-POD活性及脯氨酸、可溶性蛋白含量；处理18 d后，显著降低了SOD活性及脯氨酸含量，POD及CAT活性却显著提高，可能是化感抑制作用小麦根系分泌物对黄瓜产生了较强的逆境胁迫所致，与吴凤芝等（2002a）研究结果相似。结果表明，具有不同化感效应的小麦根系分泌物均可以对受体黄瓜叶片中保护酶活性以及渗透调节物质含量产生影响，说明小麦对黄瓜幼苗化感作用的生理生化机理可能通过对受体黄瓜幼苗叶片的保护酶活性及渗透调节物质含量的调节，从而影响黄瓜幼苗的生长。

Wu等（1998）研究了39个小麦品种对黑麦草的化感作用，结果表明，各小麦品种对黑麦草根的抑制率为19.2 %～98.7 %。本试验结果表明，不同品种的小麦根系分泌物对黄瓜幼苗叶片的化感作用不同，这一结果与Wu等（1998）的结果相似。造成这一结果的原因可能是因为不同小麦品种的遗传背景不同，从而造成不同品种小麦根系分泌物中的化感物质种类或含量不同。Xu等（2009）研究了葡萄柚种子分泌物对红地球葡萄的生理生化影响，结果表明，葡萄柚分泌物可以提高红地球葡萄体内的SOD、POD及CAT活性，本试验中具有化感促进效应的小麦根系分泌物在处理后的不同时期均提高黄瓜幼苗叶片保护酶活性及渗透调节物质含量的结果与Xu等（2009）研究结果相似。王璞和赵秀琴（2001）、吕卫光等（2002）研究了一些化感物质对植物生长的影响，结果表明，苯丙氨酸等酚酸类化感物质抑制植物根系脱氢酶、根系结合ATP酶、SOD、CAT等活性。本试验中具有化感抑制效应的小麦根系分泌物在处理后的不同时期表现出不同的化感效应，造成这一结果的原因可能是化感作用的浓度和时间效应。侯维（2008）研究百里香化感作用结果表明，在水浸液最高和最低浓度时促进了萝卜幼苗长高，中间浓度则抑制了萝卜幼苗长高；张远莉等（2003）关于薄荷化感作用的研究也有低促高抑的效应，其具体原因有待进一步研究。关于不同化感效应小麦根系分泌物中起促进和抑制作用的主要成分也需进一步分析。

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