豇豆連作土壤中自毒物質(zhì)鑒定及肉桂酸對(duì)豇豆光合作用的影響.pdf

1、豇豆是我國(guó)南方地區(qū)重要的蔬菜作物,連作障礙是制約豇豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突出問(wèn)題。目前對(duì)于豇豆連作障礙的成因,豇豆連作土壤中自毒物質(zhì)的成分及其與豇豆生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系尚未明晰。本試驗(yàn)利用活性炭吸附技術(shù)研究了自毒物質(zhì)對(duì)連作豇豆生長(zhǎng)的影響,對(duì)豇豆連作土壤中導(dǎo)致連作障礙的自毒物質(zhì)進(jìn)行鑒定,研究鑒定的主要自毒物質(zhì)肉桂酸對(duì)豇豆光合作用的影響,以期為闡明豇豆連作障礙機(jī)制,采用適合的手段來(lái)調(diào)控連作障礙提供參考。本研究主要結(jié)果如下:
　　 利用活性炭吸附自毒

2、物質(zhì)的特性,研究了自毒物質(zhì)對(duì)連作豇豆生長(zhǎng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),自毒物質(zhì)顯著降低了連作豇豆根系活力、根系干重、地上部干重及莖粗。自毒物質(zhì)也顯著降低了連作豇豆的產(chǎn)量,連作地、活性炭處理后的連作地及活性炭處理后的輪作地總產(chǎn)量分別為輪作地的31.9％,68.9％,93.6％,而連作地經(jīng)活性炭處理后,單株產(chǎn)量較連作地顯著提高,但顯著低于輪作地?；钚蕴刻幚砗蟮妮喿鞯嘏c沒(méi)有處理過(guò)的輪作地單株產(chǎn)量無(wú)顯著差異,表明活性炭本身對(duì)豇豆生長(zhǎng)沒(méi)有影響。試驗(yàn)結(jié)果表明豇

3、豆連作土壤中存在自毒物質(zhì),其造成的減產(chǎn)占連作減產(chǎn)的比重達(dá)38.0％-47.4％；采用活性炭吸附可以部分清除豇豆連作土壤中的自毒物質(zhì)。
　　 對(duì)豇豆連作土壤中自毒物質(zhì)的種類(lèi)和成分進(jìn)行了鑒定。對(duì)連作0(輪作土壤),4和8年的土壤進(jìn)行生物測(cè)定及化學(xué)組成分析,對(duì)其中重點(diǎn)的4種酚酸進(jìn)行含量測(cè)定及生物測(cè)定,同時(shí)分析了根系浸提液的化學(xué)組成,以探明土壤中酚酸的來(lái)源。結(jié)果表明,相對(duì)于蒸餾水及輪作土壤,連作4年及8年土壤浸提液顯著抑制了豇豆種子發(fā)芽

4、率及胚芽生長(zhǎng)。利用GC-MS技術(shù),分別從0,4,8年連作土壤中發(fā)現(xiàn)25,27,28個(gè)主峰；3種土壤中含有共同化合物21種,包括有機(jī)酸,酯類(lèi),酮類(lèi),烴類(lèi)等。隨著連作時(shí)間延長(zhǎng),苯乙酸,肉桂酸,4-羥基苯甲酸相對(duì)含量增加；而鯊烯含量下降。HPLC測(cè)定結(jié)果顯示,苯乙酸,肉桂酸,4-羥基苯甲酸及鄰苯二甲酸等4種酚酸在土壤中的含量隨連作時(shí)間延長(zhǎng)而增加。通過(guò)對(duì)根系浸提液的組分進(jìn)行GC-MS測(cè)定后發(fā)現(xiàn),這些酚酸至少部分來(lái)源于根系浸提液,盡管根系中的很多

5、其它有機(jī)酸在連作土壤中未檢測(cè)到。上述結(jié)果證實(shí)了豇豆連作土壤中存在自毒物質(zhì),苯乙酸,肉桂酸,4-羥基苯甲酸及鄰苯二甲酸在連作土壤中的積累是豇豆連作障礙的一個(gè)重要因?yàn)椤?br>　　 通過(guò)添加外源肉桂酸(CA)及活性炭使豇豆連作土壤處于不同的酚酸水平,研究了肉桂酸在大田中對(duì)豇豆生長(zhǎng)發(fā)育的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),肉桂酸首先導(dǎo)致了根系膜質(zhì)過(guò)氧化和膜滲漏,降低了根系活力。當(dāng)土壤中肉桂酸水平上升時(shí),葉片葉綠素含量降低,葉片MDA含量及相對(duì)電導(dǎo)率上升,葉片M

6、g,Zn,B含量下降。當(dāng)加入活性炭使土壤中肉桂酸水平下降時(shí),根系干重、根系活力上升,葉片葉綠素含量,Mg,Zn,B含量上升。肉桂酸對(duì)連作豇豆地上和地下部分的發(fā)育和生理功能的抑制使得最終的單株數(shù)和單株產(chǎn)量下降,從而使總產(chǎn)量下降。
　　 采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的方法,研究了肉桂酸對(duì)豇豆幼苗葉片光合特性的影響。結(jié)果表明,與對(duì)照(0 mmol·L-1肉桂酸)相比,兩種濃度(0.1 mmol·L-1和1 mmol·L-1)的肉桂酸處理均顯著降低了

7、豇豆幼苗葉片光合速率(Pn)；0.1mmol·L-1肉桂酸對(duì)葉片胞間CO2濃度(Ci)無(wú)顯著影響,1mmol·L-1肉桂酸在處理5 d后提高了Ci。肉桂酸處理顯著降低了豇豆幼苗葉片光呼吸速率(Pr)、羧化效率(CE)、RuBP羧化酶活性,而對(duì)葉綠素相對(duì)含量、PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、初始熒光(F0)及處理后9 d以前的光化學(xué)焠滅系數(shù)(qp)、電子傳遞速率(ETR)無(wú)顯著影響,表明肉桂酸通過(guò)影響?hù)褂酌缛~片RuBP羧化酶活性而不

8、是葉綠素含量、光抑制和電子傳遞來(lái)影響光合速率。
　　 利用多胺合成的抑制劑來(lái)調(diào)控不同的內(nèi)源多胺水平,研究了豇豆葉片中肉桂酸對(duì)1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活性及多胺含量的影響。結(jié)果顯示,0.1 mmol·L-1肉桂酸降低了光合速率及RuBPC(1,5-二磷酸核酮糖羧化酶)活性,但沒(méi)有改變PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm),實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ),胞間二氧化碳濃度(Ci)及相對(duì)葉綠素含量,表明光合速率下降至少部分歸因于RuBPC活

9、性降低。此外,0.1 mmol·L-1肉桂酸增加了腐胺(Put)含量,降低了亞精胺(Spd)及精胺(Spm)含量,因而降低了(Spd+Spm)/Put(多胺比率)。外源1 mmol·L-1 Spd緩解了肉桂酸的抑制作用,部分恢復(fù)了多胺比率及RuBPC活性。MGBG加劇了肉桂酸的作用:1 mmol·L-1D-Arg降低了Put含量,增加了多胺比率和RuBPC活性。以上結(jié)果表明,0.1 mmol·L-1肉桂酸通過(guò)降低內(nèi)源游離態(tài)Spm,結(jié)合態(tài)