南瓜组培根根系分泌物的化感效应研究

使用组织培养技术、生物测试法及室内分析相结合的方法研究了南瓜组培根在不同生长时期与不同营养谐迫下(利用正交设计调节标准B₅培养基中的大量元素、微量元素、有机质和激素)根分泌物对南瓜、萝卜和小麦3种受体的种子萌发及幼苗生长的化感作用.结果表明,南瓜具有自毒作用,南瓜组培根根系分泌物对受体幼苗生长的抑制作用呈现出高抑低促的作用表型;南瓜组培根根系分泌物产生化感作用的活性与南瓜组培根生长速度有关,南瓜组培根根系分泌物的生长抑制活性以15～17d即生长速度指数末期为最高,21d生物量最大时的南瓜组培根根系分泌物的生长抑制活性最低;营养元素的改变明显影响了南瓜根系分泌物的产生,并通过筛选出能诱导南瓜组培根对受体具有强烈抑制作用的大量元素、微量元素、维生素和激素种类和含量的最优化组合,为研究南瓜化感作用营养胁迫机理提供依据.     

黄瓜种子及其萌发期的化感作用研究

以大白菜、萝卜、番茄和黄瓜种子为受体,采用实验室培养皿种子发芽生物测试法研究了黄瓜种子浸提液、种子萌发、胚根和芽苗分泌物、芽苗腐解物和芽苗浸提液的化感效应。结果表明:(1)黄瓜种子浸提液对大白菜、萝卜、番茄和黄瓜种子萌发均有化感抑制作用,即黄瓜种子内含有某些化感抑制物质。(2)在水浸提过的黄瓜种子萌发过程中,它不仅对其近邻套种的大白菜、萝卜和番茄种子萌发产生化感抑制作用,而且其胚根和芽苗分泌物对后茬播种的4种蔬菜种子发芽也表现出不同程度的化感抑制作用;黄瓜芽苗腐解物和芽苗水浸提液也对各受体蔬菜种子发芽与生长产生不同程度的化感抑制作用,且随着腐解芽苗量的增加或浸提液浓度的升高,各受体蔬菜种子的发芽指标值、化感效应指数值和综合效应值随之降低。(3)黄瓜种子浸提液及芽苗各器官的化感物质对黄瓜种子的萌发与生长产生了自毒作用,且黄瓜芽苗腐解物、芽苗浸提液、胚根及芽苗分泌物对受体黄瓜的自毒作用均为最大。研究发现,黄瓜种子浸提液、种子萌发时期以及芽苗各器官的化感物质主要是通过抑制受体胚根的生长而起化感抑制作用,即受体蔬菜种子胚根对化感效应最为敏感;因黄瓜种子及萌发期释放化感物质的途径有所不同,导致受体大白菜、萝卜、黄瓜和番茄的化感响应也不相同;在黄瓜种子萌发和芽苗生长的早期,化感物质即开始在芽苗体内进行合成与积累,一部分可通过胚根和芽苗分泌途径释放到环境中,另一部分可通过芽苗腐解途径释放化感物质,并对受体蔬菜种子萌发与生长表现出较强的化感抑制作用。     

杉木根系分泌物化感作用研究

对一代杉木纯林、二代杉木纯林和杉楠混交林中杉木根系分泌物化感作用进行了研究 ,结果表明 3种林分杉木根系分泌物都降低了杉木幼苗的鲜重、胚根长度和胚芽长度 ,抑制了杉木幼苗的生长。其中不同林分类型的杉木根系分泌液对杉木种子幼苗生长的抑制程度之间的关系是 :一代≈二代 >混交。     

连作草莓根系分泌物自毒作用的模拟研究

 草莓（Fragaria ananassa）根系分泌物的自毒作用是草莓连作病害发生机理研究的重要内容之一。应用组织培养技术提取草莓根系分泌物,并对其自毒作用进行了测定。结果表明,在含有根系分泌物的生根培养基中定植的草莓组培苗,其生根、根系生长均受到不同程度的抑制,生物量显著下降,而且根系分泌物对草莓幼苗根系生理活性具有抑制作用。主要表现为根系TTC还原活性下降、相对电导率增大、SOD酶活性降低及MDA生成量增多等方面,并导致草莓幼苗生长发育不良、病害加重。说明草莓根系分泌物具有自毒作用,连作条件下田间根系分泌物逐年积累后产生的自毒作用,可能是草莓再植病害发生的重要原因。     

凤丹(Paeonia ostii T.)自毒物质的检测及其作用机制

药用牡丹的种植中存在明显的连作障碍现象,为探讨其机制,利用已萌发长根的凤丹(Paeonia ostii)种子对凤丹根际土壤和根的水浸提液进行了自毒化感检测;采用高效液相色谱法(HPLC)对种植4a的凤丹根际土壤及其根皮中的化感自毒物质进行了定性和定量分析;在此基础上,利用外源法研究了盆栽凤丹幼苗对5种检出物质(阿魏酸、肉桂酸、香草醛、香豆素和丹皮酚)及其混合物在3种不同浓度下对植株生长的影响和生理响应.结果表明:(1)连续种植4a的凤丹根际土壤和根浸提液对已萌发种子根的生长有显著的抑制作用(p＜0.05),显示凤丹根分泌物具有自毒化感的潜势;(2)HPLC分析表明在凤丹根际土壤中存在5种以上的酚酸类物质 (阿魏酸、肉桂酸、香草醛、香豆素和丹皮酚),其中阿魏酸、肉桂酸、香草醛、香豆素为前人已报道的化感物质;(3)在实验室条件下,所设浓度范围内,5种物质及其混合物对凤丹幼苗的高度、根长及地下和地上生物量均有明显影响,尤其对根长和地下生物量的影响最为明显(p＜0.05),此结果与连作移栽幼苗时,根部首先发黑死亡的现象相一致;(4)凤丹幼苗的根系活力和叶绿素含量在各处理中表现出相似性,即低浓度时根系活力和叶绿素含量高,高浓度时根系活力和叶绿素含量低,低浓度的阿魏酸和香草醛对幼苗根系活力和叶绿素合成有促进作用.此结果显示自毒物质可能是通过影响根系酶活性和叶绿素合成来影响群体中其它个体的生长.本实验的结果显示栽培4a的凤丹土壤水提液具有抑制自身种子根系生长的活性,此提示栽培凤丹连作障碍可能主要与自身分泌到土壤中的酚酸类物质的自毒作用有关.     

嫁接茄子根系分泌物变化及其对黄萎菌的影响

采用番茄为砧木嫁接茄子,经过GC-MS检测,研究了黄萎菌胁迫前后嫁接对茄子植株根系次生代谢的影响。通过比较黄萎菌胁迫前后茄子根系次生代谢物质的变化,探讨了嫁接在胁迫前后对植株根系次生代谢的调节作用,并对嫁接茄根系分泌物中丁二酸二甲酯对茄子黄萎菌及茄子种子萌发、幼苗生长的化感效应进行了研究。结果表明,黄萎菌胁迫前,嫁接影响了根系的次生代谢物质的分泌,表现为物质种类和数量的增加,各类物质相对含量改变。嫁接茄子根系分泌物中检测出9大类、66种物质,比自根茄处理多出4大类、33种物质。黄萎菌胁迫时,嫁接茄子田间表现出明显的抗病性;进一步对根系分泌物进行检测发现,嫁接茄根系分泌物中物质种类和相对含量与自根茄处理相比均有显著差别;嫁接茄根系分泌物中烃和酚醇类物质相对含量分别增加了3.25%和0.07%,苯类、茚类和脂肪酸酯类物质相对含量降低,降幅分别为2.62%、0.26%和0.07%。新出现了胺类物质,芴类物质。黄萎菌胁迫前后茄子根系次生代谢物质成分同样发生了变化。与接菌前嫁接茄子植株根系分泌物相比,接菌后嫁接处理的苯类、茚类、酚醇类和胺类物质相对含量增加,增幅分别为22.07%、1.72%、1.21%和0.34%;烃类和脂肪酸酯类物质相对含量降低了1.28%和21.75%;酮类、咔唑类和芴类物质消失。新增物质中以丁二酸二甲酯的相对含量最高,达14.38%。随后的生物检测结果显示,丁二酸二甲酯能够提高茄子田间抗病性,对黄萎菌菌丝生长起化感抑制作用,并促进了茄子种子的萌发和幼苗的生长,随着处理浓度升高作用效果增强,并在1 mmol/L处理时达到最佳作用效果。     

嫁接黄瓜地上部的南瓜根系分泌物对种子萌发的影响

经嫁接黄瓜接穗的南瓜根系分泌物对黄瓜和南瓜的发芽率和胚根、胚轴的伸长均具有明显的抑制作用.分析表明:嫁接黄瓜根系分泌物可以促进黄瓜和南瓜体内吲哚乙酸氧化酶的活性,抑制淀粉酶的活性,从而降低其吲哚乙酸(IAA)水平,影响子叶中贮藏物质的转化和利用,抑制其萌发和生长.     

咖啡根系分泌物对嫁接后植株生长及叶片保护酶活性的影响

咖啡根系分泌物引起的自毒作用是造成咖啡连作障碍的主要原因,而种间嫁接是抑制咖啡自毒的有效方式。为探明嫁接抑制自毒机制,采用盆栽试验研究咖啡主栽品种根系分泌物对嫁接植株的化感效应。结果表明:根系分泌物抑制了咖啡自根苗生长,且随着根系分泌物浓度升高,抑制作用增强;低浓度根系分泌物能促进咖啡嫁接苗生长,经根系分泌物处理后的嫁接苗株高、根长、地上部干重和根干重分别较未处理的对照嫁接苗平均增加了22.15%、6.52%、44.80%和20.67%,根系活力、叶片保护酶活性也明显增加;高浓度根系分泌物虽未能促进嫁接苗生长,但嫁接苗较自根苗生长优势显著,经根系分泌物处理后嫁接苗POD、CAT和SOD活性分别较自根苗增加了60.61%、27.27%和18.24%,MDA含量显著减少,根系活力显著增加。因此,在根系分泌物处理下,嫁接苗能通过提高自身保护酶活性等方式,促进植株生长或使植株生长所受抑制减少。     

沙打旺组培根对其它作物种的生长干扰

采用正交设计,研究了B5培养基蔗糖和大量元素、微量元素及有机组分含量调节对沙打旺组培根生长的影响;并采用玻璃皿滤纸培养法,进行了培养滤液对萝卜和小麦幼苗生长干扰作用的研究.结果表明,培养滤液的生长干扰作用实际是化感效应;同时,营养胁迫是引发沙打旺化感效应的重要原因.有望为探明沙打旺化感作用营养胁迫机理提供初步的科学依据.     

不同化感物质对西瓜幼苗生长的影响

西瓜是受连作障碍影响最为严重的作物之一,由化感物质引起的自毒作用被认为是造成连作障碍的主要原因。为阐明化感物质对西瓜种子萌发及生长发育的影响,本研究选择4种最为普遍的化感物质——苯甲酸、肉桂酸、阿魏酸与丁香酸处理6个品种的西瓜种子,利用平底圆柱玻璃瓶培养法直接观察测量西瓜种子萌发以及幼苗根系与下胚轴生长动态变化。结果表明,浓度超过10 mg/L的化感物质处理显著抑制了西瓜种子的萌发和幼苗的生长,其中幼苗根系受化感物质的影响最大。不同西瓜品种对化感物质的响应差异显著,苯甲酸、肉桂酸处理后,‘郑麻10号’受到的抑制作用最强,‘利丰3号’与‘新优16号’受到的抑制作用较弱;‘晋抗6号’和‘中优杂1号’受阿魏酸、丁香酸的抑制作用最强,但这2种化感物质对‘新优16号’的抑制作用相对较弱。总体上,化感物质对西瓜抑制效果从强到弱依次为苯甲酸肉桂酸阿魏酸丁香酸。在所研究的材料中,‘利丰3号’与‘新优16号’对化感物质相对不敏感,可能在连作障碍防控中有一定的应用价值。     

伊贝母根系分泌物自毒作用研究

采用生物测定的方法,研究了伊贝母(Fritillaria pallidifloraSchvek)根系分泌物及其主要成分1,3,5-三烯丙基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)三酮、苯酚和二者的混合液对伊贝母生长的影响。结果表明,伊贝母根系分泌物对其种子萌发及胚根胚轴的生长有明显抑制作用,各浓度处理液对种子萌发及发芽势的影响多表现为抑制作用,随浓度升高而增强,但当超过一定浓度以后抑制作用有所下降。各浓度处理液对胚根胚轴生长的抑制作用表现为随浓度升高而增强,在较低浓度时对胚轴的生长表现为一定的促进作用。     

Autotoxic Ginsenosides in the Rhizosphere Contribute to the Replant Failure of Panax notoginseng

MethodsThe autotoxicities were measured using seedling emergence bioassays and root cell vigor staining. The ginsenosides in the roots, soils, and root exudates were identified with HPLC-MS.ResultsThe seedling emergence and survival rate decreased significantly with the continuous number of planting years from one to three years. The root exudates, root extracts, and extracts from consecutively cultivated soils also showed significant autotoxicity against seedling emergence and growth. Ginsenosides, including R₁, Rg₁, Re, Rb₁, Rb₃, Rg₂, and Rd, were identified in the roots and consecutively cultivated soil. The ginsenosides, Rg₁, Re, Rg₂, and Rd, were identified in the root exudates. Furthermore, the ginsenosides, R₁, Rg₁, Re, Rg₂, and Rd, caused autotoxicity against seedling emergence and growth and root cell vigor at a concentration of 1.0 µg/mL.ConclusionOur results demonstrated that autotoxicity results in replant failure of Sanqi ginseng. While Sanqi ginseng consecutively cultivated, some ginsenosides can accumulate in rhizosphere soils through root exudates or root decomposition, which impedes seedling emergence and growth.     

Autotoxic potential of cucurbit crops

Soil sickness is often observed in cucurbit crops such as Citrullus lanatus, Cucumis melo and Cucumis sativus, but not in cucurbit crops such as Cucurbita moschata, Lagenaria leucantha and Luffa cylindrica. Results showed that root aqueous extracts of Citrullus lanatus, Cucumis melo and Cucumis sativus were autotoxic, but those of Cucurbita moschata, Momordica charantia and Luffa cylindrica were less autotoxic to the radicle elongation of respective species. Plant growth of Citrullus lanatus, Cucumis melo and Cucumis sativus were greatly inhibited by autotoxic substances released from powered root tissue at a rate of 1 g per seedling. Root exudates of Citrullus lanatus, Cucumis melo and Cucumis sativus were autotoxic to radicle elongation and seedling growth of respective species. However, root exudates of Citrullus lanatus did not inhibit radicle elongation of Cucurbita ficifolia, which is commonly used as rootstock for the grafting of Citrullus lanatus, Cucumis melo and Cucumis sativus to decrease soil-borne diseases in commercial production. It seems possible to overcome autotoxicity in cucurbit crops by grafting on Cucurbita ficifolia. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

Autotoxicity of wheat (Triticum aestivum L.) as determined by laboratory bioassays

Wheat varietal autotoxicity and varietal allelopathy were assessed based on plant extract and root exudate bioassays under laboratory conditions. Aqueous extract of wheat differed in varietal autotoxicity and varietal allelopathy, inhibiting wheat germination by 2–21%, radicle growth by 15–30%, and coleoptile growth by 5–20%, depending on the combination of the receiver and donor. Extracts of cv Triller or cv Currawong were more allelopathic to other wheat varieties than cv Batavia and cv Federation. Triller extract was more autotoxic than Federation. Assessment of root exudates by the equal-compartment-agar-method further identified the significant differences in varietal autotoxicity and varietal allelopathy of root exudates between wheat varieties, with root exudates of Triller or Batavia showing stronger autotoxic or allelopathic effects than Currawong or Federation. The varietal autotoxicity and allelopathy of root exudates also showed a characteristic radial inhibitory pattern in the agar growth medium. These results suggest that careful selection of suitable wheat varieties is necessary in a continuous cropping system in order to minimize the negative impacts of varietal allelopathy and varietal autotoxicity. Factors affecting autotoxicity in the field and strategies in autotoxicity management are discussed. Resposible Editor: Philippe Hinsinger     

嫁接茄子根系分泌物的化感效应

采用室内生物测定的方法,研究了不同砧木、不同浓度和不同生育期嫁接茄子根系分泌物的化感效应.结果表明,嫁接茄根系分泌物与自根茄相比,促进了茄子种子的萌发和幼苗生长.各砧木品种嫁接茄根系分泌物的化感效应显著或极显著高于对照,其中发芽率和苗高最高,增加29.1%和37.1%;不同浓度试验结果呈现“低促高抑”的规律,当浓度为0.04g·ml^-1时发芽率最高,比对照增加50%,当浓度增加到0.24g·ml^-1时,根长比对照降低了30.3%;在生长后期嫁接茄的根系分泌物对种子萌发的促进作用小于前中期,而自根茄抑制作用增强.因此,生产中使用嫁接技术是缓解由自毒作用引起的连作障碍的有效方法之一.     

甜瓜自毒相关基因CmGST的克隆及其对自毒胁迫的响应

植物谷胱甘肽硫转移酶基因(GST)在清除生物和非生物胁迫产生的氧化损伤中扮演着重要的角色,为探究GST在根系分泌物介导的甜瓜自毒胁迫中的响应机制,该实验在转录组测序基础上,以甜瓜叶片cDNA为模板,采用RT PCR技术获得了一个根系分泌物介导的甜瓜自毒作用密切相关的GST基因,命名为CmGST(GenBank 登录号：AYU66762.1);对CmGST基因进行了相关生物信息学分析,同时对自毒胁迫过程中,CmGST的差异表达情况、谷胱甘肽硫转移酶(GST)活性和谷胱甘肽(GSH)含量进行了相关测定。结果显示：(1)CmGST基因含有完整开放阅读框(ORF)654 bp,编码217个氨基酸;CmGST蛋白为酸性亲水蛋白,且较为稳定,具有GST家族Tau亚家族的2个典型的保守结构域;CmGST蛋白与黄瓜的亲缘关系较近。(2)亚细胞定位结果表明CmGST定位于细胞质中。(3)qRT PCR分析结果表明,CmGST在甜瓜根系和幼苗中均有表达,在正常生长的甜瓜幼苗中表达量相对稳定;自毒胁迫后在叶中的表达先降后升,后期迅速增加;在根系中变化趋势类似,但程度较为缓和。(4)GST活性和GSH含量分析表明,叶片中GST活性变化趋势与CmGST基因表达变化基本吻合;在根系中,GST活性呈现先升再降最后又升高的趋势;随胁迫时间增加,GSH含量在根系和叶片中均都有不同程度的增加,但根部含量低于叶片。研究认为,在自毒胁迫过程中,CmGST基因在甜瓜植株根和叶片均有相应表达水平的变化,参与了对根系分泌物介导的自毒胁迫响应。