不同浓度灸根对黄瓜幼苗生长及根系生理生化特性的影响

杨荣超 胡守荣 梁剑锋 梁小铭 黄少东 章月琴

我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国，全国蔬菜播种面积超过2 000万hm2，年产值达到1.2万亿元，蔬菜产业已经从昔日的“家庭菜园”逐步发展成为主产区农村经济发展的支柱产业。近几年，设施蔬菜产业发展迅速，在我国农业产值中占有重要地位，但化肥农药超量施用问题成为制约设施蔬菜产业发展的瓶颈。过量、不合理用肥用药，导致肥药利用率低、土壤板结、酸化、农药残留毒性、病虫抗（耐）药性上升、环境污染、生态平衡破坏等一系列问题，严重威胁着我国农产品安全和农业生态环境安全。为了实现化肥、农药减施增效，农药提质增效，农民增收致富的目标，绿色、环保型肥料的研制及推广势在必行，且具有极大的市场空间。

化感物质来源于植物的次生代谢物，是植物在次生代谢过程中通过草莽酸途径或醋酸途径生成的，其结构简单，相对分子质量小，主要分为4类，分别为酚类、萜类、糖和糖苷类、生物碱和非蛋白氨基酸。植物化感作用发现已有2 000多a历史，早在公元前77年就发现黑胡桃对周边邻近的植物有毒害作用，但真正进入系统、深入的研究则是近30 a的事情。其概念是由Molish于1937年首次提出，20世纪 70年代Rice在Molish的基础上，将植物化感作用定义为：植物 （含微生物）通过释放化学物质到环境中而产生的对其他植物直接或间接的有害作用；到20世纪80年代中期，Rice将有害作用和自毒作用补充到植物化感作用的定义中，其完整表述为：植物或微生物的代谢分泌物对环境中其他植物或微生物有有利和不利的作用[1]。化感作用是一个极其复杂的过程，包括了偏害作用、自毒作用、自促作用和互惠作用。偏害作用指的是一种供体植物通过挥发、分泌、淋溶和降解等方式释放次生化合物并进入环境中（特别是土壤环境），从而抑制邻近受体植物生长发育的现象，亦称植物化感抑制作用。如黄花草木樨水浸液中香豆素对黄花草木樨、紫花苜蓿、红三叶、萹蓄、稗草和黑麦草等有很强的抑制作用[2]。化感作用的过程具有选择性、专一性[3，4]和浓度效应[5～7]，存在复合效应[8]、阶段性[9]等特点。 化感作用的本质就是一种植物通过释放化学物质来影响另一种植物的生长发育。化感物质对植物多种生理生化过程及生长发育都有一定的影响，其中对植物体内各种酶活性的影响主要表现激活和抑制对种子萌发和植株生长所需要的关键酶[10，11]。

灸根作为一种化感物质的复合物，主要成分包括总黄酮、有机酸、脂肪族醛、酮、直链醇、不饱和内酯、长链脂肪酸、醌类、酚类、聚乙炔、肉桂酸及其衍生物、苯甲酸及其衍生物、甾类化合物、生物碱、单宁、萜类、嘌呤、核苷等。其主要作用原理就是自然界中的植物化感效应，能调控作物的生理代谢等多项生理活动，从而促进植物的生长发育，有效抵御害虫和病原菌的侵染，建立相对稳定的生态平衡。黄瓜是世界上普遍栽培的重要园艺作物之一，也是我国种植面积最大、范围最广的蔬菜之一，在我国的农业生产和消费中占据着举足轻重的地位[12]。本研究以黄瓜为材料，研究了不同浓度灸根对黄瓜幼苗的影响，为生产中广泛应用相关产品提供了一定理论参考价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试黄瓜品种为津春3号，天津市农业科学院黄瓜研究所选育。

光碳能量液：灸根，由北京中科利农生物技术研究院提供。

营养液组成：为MS培养基母液配方。

1.2 试验设计

试验根据不同的灸根稀释倍数设置5个处理，分别为：0（清水）、50 倍、100 倍、150倍、200 倍， 按顺序分别记为 CK、A、B、C、D组，每个处理设3次重复，随机排列。采用50孔穴盘育苗，每孔播1粒种子，每个重复播30粒种子，栽培基质是黄瓜的专用育苗基质。

1.3 试验方法

2016年7月15日，选取饱满、整齐一致的黄瓜种子，放入55℃左右的热水中浸种15 min，期间不断搅拌，并不停添加热水以保持水温。浸种后，将种子放在垫有湿滤纸的培养皿中，置于28℃左右的环境中催芽，期间维持滤纸的湿润。7月17日选取发芽一致的种子在穴盘基质中播种，每个穴中放1粒种子，之后将基质浇足水并铺膜以保证其出苗的一致性。试验温度为20～25℃，光照强度约为1 500 lx，并适时为幼苗施加营养液（MS培养基母液配方），7月19日揭膜并浇水。

7月22日，用不同稀释倍数的灸根对黄瓜幼苗进行第1次处理，每10 d处理一次，共处理3次。第1次处理时，子叶完全展开；第2次处理时，为1叶1心期；第3次处理时，为2叶1心期。第1次和第2次处理后10 d，每重复取5株幼苗进行生长指标（株高、茎粗、主根长、主根直径、侧根数、植株干鲜质量）的测定；第3次处理后10 d，每重复取5株幼苗进行生长指标的测定，取15株进行根系生理指标的测定，包括SOD、POD、CAT的活性和MDA含量的测定。

1.4 测定方法与数据分析

表1 不同浓度的灸根对黄瓜幼苗生长的影响

株高是用米尺测量子叶节到生长点的距离，茎粗是用游标卡尺测量子叶下1 cm处的茎直径，主根长和主根直径也是用游标卡尺进行测量，整株干鲜质量是用千分之一电子天平进行称量。各种酶活性的测定主要参考Cavalcanti等[13]方法。

试验数据采用Microsoft Excel 2003软件进行处理，采用SPSS软件进行方差分析，运用Duncan's新复极差法进行多重比较（P＜0.05）。

表2 不同浓度的灸根对黄瓜幼苗根系生长的影响

2 结果与分析

2.1 不同浓度灸根对黄瓜幼苗生长的影响

由表1可以看出，黄瓜幼苗经过不同浓度灸根处理1次后10 d，A处理的茎粗和植株干质量显著低于对照，株高和植株鲜质量与对照无显著差异，B、C处理的株高、茎粗、植株干鲜质量都显著高于对照，D处理的株高、茎粗和全株鲜质量显著高于对照，全株干质量与对照无显著差异，B处理的茎粗和全株干质量显著高于C、D处理，植株鲜质量显著高于D处理，而与C处理无显著差异，C处理的植株干质量显著高于D处理，而株高、茎粗和全株鲜质量与D处理无显著差异。

第2次处理后10 d，A处理的株高、茎粗、植株干鲜质量都显著低于对照，B、C、D处理的株高、茎粗、植株干鲜质量都显著高于对照，B处理的植株干质量显著高于C、D处理，茎粗和植株鲜质量显著高于D处理，C处理的茎粗、植株干鲜质量显著高于D处理。

第3次处理后10 d，A处理的株高、茎粗、植株干鲜质量都显著低于对照，B、C、D处理的株高、茎粗和植株干质量都显著高于对照，B、C处理的植株鲜质量显著高于对照，D处理的植株鲜质量与对照无显著差异，B处理的茎粗、植株干鲜质量都显著高于C、D处理，株高与C、D处理无显著差异，C处理的株高、茎粗、植株干鲜质量与D处理无显著差异。

从整体来看，B处理的黄瓜幼苗长势最好，A处理的黄瓜幼苗长势最差，C、D处理的幼苗生长状况较好。

2.2 不同浓度灸根对黄瓜幼苗根系生长的影响

黄瓜幼苗植株的根系发达程度与植株的健壮程度密切相关。由表2可以看出，黄瓜幼苗经过不同浓度灸根第1次处理后10 d，A处理的侧根数、主根长和主根直径与对照都无显著差异，B、C、D处理的侧根数、主根长和主根直径都显著高于对照；B、C、D处理之间的侧根数、主根长和主根直径都无显著差异。

第2次处理后10 d，A处理的侧根数、主根长和主根直径都显著低于对照，B、C处理的侧根数和主根长度显著高于对照，B处理的主根直径显著高于对照，C处理的主根直径与对照无显著差异，D处理的主根长度显著高于对照，侧根数和主根直径与对照无显著差异；B处理的侧根数量和主根长都显著高于C、D处理，C处理的侧根数量显著高于D处理。

第3次处理后10 d，A处理的侧根数、主根长和主根直径都显著低于对照，B处理的侧根数、主根长和主根直径都显著高于对照，C处理的侧根数和主根长度显著高于对照，主根直径与对照无显著差异，D处理的侧根数量显著高于对照，主根长和主根直径与对照无显著差异。B处理的侧根数量显著高于C、D处理，主根长度显著高于D处理，C处理的侧根数量显著高于D处理，其他指标之间无显著差异。

从整体来看，B处理的幼苗根系长势最好，A处理的幼苗根系长势最差，C处理幼苗根系生长状况比D处理的好。

2.3 不同浓度灸根对黄瓜幼苗根系生理生化指标的影响

在逆境条件下，植物体内会产生大量的活性氧，使细胞膜发生脂质过氧化作用，并对蛋白质和核酸等造成损伤，进而限制植物的生长[14]。为了降低大量活性氧对植物生长的影响，植物体内会产生过氧化氢酶（CAT）和各种过氧化物酶（SOD、POD）共同催化H2O2分解为O2和 H2O[15]。MDA是膜脂过氧化最重要的产物之一，它的产生还能加剧膜的损伤，因此，在植物衰老生理和抗性生理研究中MDA含量是一个常用指标，可通过MDA了解膜脂过氧化的程度，以间接测定膜系统受损程度以及植物的抗逆性。

图1 不同浓度的灸根对黄瓜幼苗根系SOD活性的影响

图3 不同浓度的灸根对黄瓜幼苗根系CAT活性的影响

图2 不同浓度的灸根对黄瓜幼苗根系POD活性的影响

图4 不同浓度的灸根对黄瓜幼苗根系MDA活性的影响

①对黄瓜幼苗根系SOD活性的影响 由图1可见，黄瓜幼苗经过不同浓度灸根第3次处理后10 d，A处理的 SOD活性显著低于对照，B、C、D处理的SOD活性显著高于对照，其中，B处理的SOD活性显著高于C、D处理，C处理的SOD活性显著高于D处理。因此，B处理的SOD活性最强，A处理的SOD活性最弱。

②对黄瓜幼苗根系POD活性的影响 由图2可见，黄瓜幼苗经过不同浓度灸根第3次处理后10 d，A处理的POD活性与对照无显著差异，B、C、D处理的POD活性显著高于对照，其中，B处理的POD活性显著高于C、D处理，C处理的POD活性显著高于D处理。因此，B处理的POD活性最强，A处理的POD活性最弱。

③对黄瓜幼苗根系CAT活性的影响 由图3可见，黄瓜幼苗经过不同浓度灸根第3次处理后10 d，A处理的CAT活性显著低于对照，B、C处理的CAT活性显著高于对照，B处理的CAT活性显著高于C、D处理，D处理的CAT活性与对照无显著差异。因此，B处理的CAT活性最强，A处理的CAT活性最弱。

综合图1、2、3可以得出，B处理的保护酶活性最高，C处理次之，D处理再次，A处理的保护酶活性最低。

④对黄瓜幼苗根系MDA含量的影响 由图4可见，黄瓜幼苗经过不同浓度灸根第3次处理后10 d，A处理的MDA含量显著高于对照，B、C、D处理的MDA含量显著低于对照，其中，B处理的MDA含量显著低于C、D处理，C处理的MDA含量显著低于D处理。因此，A处理的MDA含量最高，B处理MDA含量最低，即A处理的细胞膜质过氧化程度最高，B处理的细胞膜质过氧化程度最低。

3 结论与讨论

本试验结果表明，不同浓度的灸根对黄瓜幼苗的生长状况、根系的形态和生理生化特性的影响不同。灸根是一种从植物体内提取的化感物质，经其处理后，黄瓜幼苗的株高、茎粗、全株鲜质量和干质量、侧根数、主根长、主根直径及根系 SOD、POD、CAT活性和MDA含量有明显的变化。在本研究中，稀释100倍、150倍和200倍的灸根在不同时期处理黄瓜幼苗后，都能不同程度地提高幼苗的株高、茎粗、全株鲜质量和干质量、侧根数、主根长、主根直径、根系的保护酶活性（SOD、POD、CAT），降低膜质过氧化作用，总体表现为促进黄瓜幼苗的生长。其中以100倍最为显著，150倍其次，200倍再次。而在稀释50倍的灸根处理下，黄瓜幼苗的生长指标、保护酶活性显著降低，膜质过氧化作用显著提高，总体表现为抑制黄瓜幼苗生长。这说明化感物质浓度较大的情况下能够对黄瓜幼苗的生长产生一定限制作用，只有在一定浓度范围之内才会促进植物的生长，具体的作用机理还有待于深入研究。

另外，一些研究显示，化感作用具有浓度效应，不同的植物及相同植物的不同生长发育期也可能存在不同的浓度效应，植物释放的同一种化学物质在不同的浓度和条件下也能表现出有益和有害两方面的作用[16，17]。与本试验结果有所不同，百里香化感作用的试验结果显示，萝卜幼苗的株高在百里香水浸液的浓度最高和最低时受到促进，却在中间浓度受到抑制[18]。百合化感作用的试验结果表明，百合水浸液对受体植物的作用表现为低浓度促进，高浓度抑制[19]。此外，相同黄瓜幼苗的同一形态或生理指标也可能受土壤养分不同或土壤微生物分解等的影响[20]，最终得出的研究结论可能也会不同，其具体的机理也有待于进一步的深入研究。尽管化感物质对植物产生影响的作用机理还不明确，但是越来越多的研究结果证明，植物提取物对提高植物抗性，减少病虫害，提高农作物单位面积产量具有非常重要的作用。