煙草連作存在的問題及對策

煙草連作存在的問題及對策

化感作用是指植物或微生物從環(huán)境中釋放某些化學(xué)物質(zhì)，從而影響自身和其他生物體的生長和發(fā)育的一種化學(xué)生態(tài)學(xué)現(xiàn)象。自然界很多植物的根系分泌物都能對自身及周圍其它物種產(chǎn)生化感作用,其中對自身的毒害影響(自毒作用)是許多植物產(chǎn)生連作障礙的一個重要原因。近年來,國內(nèi)外已有對黃瓜、油茶、西瓜、草莓、杉木、子粒莧、芋頭、金錢草、西紅柿、水稻、萵苣等根系分泌物進(jìn)行了相關(guān)的研究報道,相繼證明了根系分泌物對自身或其它作物的生長具有抑制作用,并已鑒定出部分化感物質(zhì)?？緹熓俏覈鵁焻^(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物,連作障礙是煙草栽培中的普遍現(xiàn)象,但對烤煙根系分泌物的研究鮮見報道。為此,本試驗初步研究了烤煙根系分泌物對烤煙幼苗生長和養(yǎng)分吸收的影響,旨在了解烤煙連作障礙中的自毒作用,進(jìn)一步探討烤煙連作障礙產(chǎn)生的原因。1材料和方法1.1營養(yǎng)液培養(yǎng)供試烤煙品種為全國煙區(qū)大面積推廣的K326(NicotianatobacumL.K326),由貴州煙草科學(xué)研究所提供。將烤煙種子消毒(2%CuSO4,15min),沖洗(去離子水),播種于石英砂中(25℃恒溫培養(yǎng),保持適宜的水分),發(fā)芽后用營養(yǎng)液澆灌。待長到成苗期(約7片真葉)時,移栽進(jìn)行溶液培養(yǎng)試驗。營養(yǎng)液采用Hogland營養(yǎng)液和Arnon微量元素營養(yǎng)液,培養(yǎng)液以淹沒幼苗根部為度,每天加去離子水至刻度,定時通氧;每3d測一次pH,調(diào)整pH至6.0,每周換一次營養(yǎng)液。所有的營養(yǎng)液均用去離子水和分析純試劑配制。到旺長期(移栽后50d)時,將煙苗從營養(yǎng)液中取出,沖洗干凈后放入去離子水中培養(yǎng),每隔2d收集1次含有根系分泌物的去離子水,連續(xù)收集3次。將收集的根系分泌物溶液濃縮20倍(旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,40℃),冷藏備用。另將一部分濃縮的根系分泌物離心(4000r/min,20min),取上清液50mL用0.1mol/LNaOH調(diào)節(jié)pH至11,等量的無水乙醚萃取3次,得上層乙醚相和下層水相。乙醚相合并后置于三角瓶中,真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后溶解到150mL去離子水中即為堿性組分。水相中加入0.1mol/LHCl,調(diào)節(jié)pH值至2.0,再用等量無水乙醚萃取3次得酸性組分;水相再用0.1mol/LNaOH調(diào)節(jié)pH值至7.0,得中性組分(方法同上)。1.2不同濃度煙資企業(yè)對根系活力的影響試驗由3個內(nèi)容組成,均用溶液培養(yǎng)。試驗1是根系分泌物對烤煙幼苗生長的影響;試驗2是烤煙分泌物對烤煙幼苗根系活力的影響,試驗3是烤煙根系分泌物對根系活力的影響。具體設(shè)計見表1。試驗1:選擇有4片真葉、長勢一致的烤煙幼苗,定植于不同濃度的處理液中,培養(yǎng)20d后測定其植株鮮量,培養(yǎng)方法按常規(guī)。試驗2、3:將長勢一致的烤煙幼苗(4片真葉),先饑餓培養(yǎng)24h(去離子水中),再定植于不同濃度的處理液中,培養(yǎng)48h后測定營養(yǎng)液中NO-3、H2PO-4、K+的濃度變化和根系活力,每處理3次重復(fù)。1.3根系活力測定NO-3、H2PO-4、K+分別用紫外分光光度法、鉬藍(lán)比色法、火焰光度法測定;根系活力用TTC法。試驗數(shù)據(jù)用Excel和SPSS統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。2結(jié)果與分析2.1生物檢測指標(biāo)幼苗鮮重是地上部與地下部生長的綜合表現(xiàn),常常作為作物長勢評價的一個指標(biāo)。本試驗采用烤煙幼苗在添加根系分泌物培養(yǎng)20d后的鮮重增加量,作為生物檢測的指標(biāo)。根系分泌物對烤煙幼苗生長的影響(圖1)看出,根系分泌物對烤煙幼苗生物量的積累具有抑制作用,即添加了根系分泌物的每一個處理,其鮮重增加量均低于對照,其降低幅度為0.44~10.05g/plant;隨根系分泌物量的增加,抑制作用逐步增強(qiáng)。說明烤煙根系分泌物抑制烤煙幼苗的生長發(fā)育,導(dǎo)致生物量的積累減少,推測可能是根系分泌物中的某些成分影響了幼苗的生長發(fā)育。同時也說明烤煙根系分泌物具有自毒作用。2.2不同成分的根系分泌物對煙草苗的根系離子吸收有影響2.2.1煙草根系no-3吸收速率的變化氮素不僅是原生質(zhì)、細(xì)胞核和生物膜的主要組成成分,還是煙堿、酶、生長素、細(xì)胞分裂素、維生素等的重要成分,對煙株的生長和發(fā)育以及煙葉質(zhì)量有重要影響,硝酸根離子是烤煙吸收的主要氮源。在培養(yǎng)液中,分別加入不同比例的3種組分,在培養(yǎng)48h后,與對照(不加根系分泌物的處理)相比,添加根系分泌物的處理均降低了煙草根系的NO-3吸收速率,其降低幅度為7.09~47.21μg/(g·h)(表2)。總趨勢是加入根系分泌物的比例越高,NO-3吸收速率降的越多。相關(guān)分析表明,根系分泌物的3種組分濃度與NO-3吸收速率存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,其中中性組分作用最強(qiáng)(r=-0.656**)。在酸溶性組分的不同處理中,除3%的處理之外,均顯著低于對照,其它處理之間差異不顯著;堿溶性組分、中性組分的各濃度處理之間差異均不顯著。由于不同組分的根系分泌物中均具有抑制硝酸根離子吸收的作用,表明這類抑制物質(zhì)存在于相當(dāng)寬的pH范圍,推測它們可能不止一種物質(zhì),并且可以排除蛋白質(zhì)類的大分子化合物。2.2.2不同組分對煙草根系物磷是核酸、核蛋白、和磷脂的主要成分,還參與蛋白質(zhì)合成、光合作用、碳水化合物的代謝和運(yùn)輸?shù)冗^程,促進(jìn)氮代謝和提高煙株對外界環(huán)境的適應(yīng)性(提高抗旱、抗寒、抗病等能力)。磷對煙苗前期的生長具有重要作用,在培養(yǎng)液中,分別加入不同比例的3種組分培養(yǎng)48h后,添加根系分泌物的處理均降低了煙草根系的H2PO-4吸收速率,呈現(xiàn)出隨添加根系分泌物的比例越高,H2PO-4吸收速率越小的趨勢,其降低比率為45.3%~88.8%。分析表明,根系分泌物的3種組分與H2PO-4吸收速率均存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(表3)。2.2.3添加根系混合物對煙草根系k+吸收的影響鉀是煙草吸收最多的一種營養(yǎng)元素,不僅有效地提高煙葉的香氣質(zhì)和香氣量以及可燃率和陰燃持火力,還降低煙葉燃燒時的溫度,減少煙氣中有害物質(zhì)和焦油的釋放量,提高煙葉制品的吸食安全性。根部吸收是K+進(jìn)入植物體內(nèi)的主要形式。在培養(yǎng)液中,分別加入不同比例的3種組分,培養(yǎng)48h后,與對照相比,添加根系分泌物的處理均降低了煙草根系K+的吸收速率,其降低幅度為26.48~76.88μg/(g·h)(表4)。隨根系分泌物濃度的增加,對根系K+吸收的抑制作用越強(qiáng)。相關(guān)分析表明,三種組分與K+吸收速率存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。但組分不同,抑制作用也有一定的差異。其中酸溶性組分作用最強(qiáng)(r=-0.837**),中性組分次之(r=-0.802**)。在中性組分的不同處理中,除添加濃度為1%外,均顯著低于對照,在添加濃度為11%的處理時,K+吸收速率低于對照達(dá)86.0%;酸溶性組分的1%與11%處理間差異顯著,其它均不顯著;堿溶性組分的各處理K+吸收速率均顯著低于對照,但它們之間的差異均不顯著。推測這可能是根系分泌物中的某些物質(zhì)或某類物質(zhì)改變了細(xì)胞膜透性,使K+的吸收受到抑制。2.3地上部生長狀況植物根系的生長情況和活力水平直接影響地上部生長的營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量。植物根系脫氫酶活性的強(qiáng)弱直接影響根系的吸收功能,是判斷根系活性強(qiáng)弱的一個重要生理指標(biāo)。2.3.1根系活力測定圖2看出,根系分泌物對煙苗根系活力有顯著的抑制作用,即添加了根系分泌物的每一個處理,其根系活力均明顯低于對照(13.6%~82.1%),且隨根系分泌物加入量的增加,抑制作用明顯增加。這說明根系分泌物嚴(yán)重降低了烤煙幼苗的根系活力,推測可能是根系分泌物中存在某些物質(zhì)抑制植物根系的分生組織,影響了根系的生長發(fā)育。2.3.2植物根系活力圖3看出,加入三種不同濃度組分的根系分泌物對烤煙幼苗根系活力均產(chǎn)生明顯的抑制作用,但各組分的抑制強(qiáng)度不同。中性組分作用最強(qiáng),其平均根系活力比對照低85.5%;酸溶性組分次之,平均根系活力比對照低50.9%;堿溶性組分最弱,平均根系活力比對照低45.5%。煙苗根系活力不僅受到不同組分根系分泌物的抑制,而且與添加的數(shù)量有關(guān)?？傏厔轂樗崛苄越M分和中性組分加入量越多,抑制作用越強(qiáng);而堿溶性組分作用不明顯,其原因有待于今后擴(kuò)大試驗的濃度范圍進(jìn)一步研究。3不同組分的根系氧化物對煙液培養(yǎng)的抑制作用1)根系分泌物對烤煙幼苗生長有極顯著的抑制作用,推測可能是根系分泌物中的某些成分影響了幼苗的生長發(fā)育,同時也一定程度上說明烤煙根系分泌物具有自毒作用。2)三種組分的根系分泌物對幼苗根系養(yǎng)分吸收、根系活力均有抑制作用有關(guān)。但是,不同組分的根系分泌物對烤煙根系養(yǎng)分吸收、根系活力的抑制作用各不相同。其中,酸溶性組分對K+,中性組分對NO-3的吸收和根系活力的抑制作用強(qiáng)。說明不同組分的根系分泌物中產(chǎn)生抑制作用的物質(zhì)可作用在相當(dāng)寬的pH范圍,推測在烤煙根系分泌物中,可能存在多種抑制烤煙生長和養(yǎng)分吸收的化學(xué)物質(zhì)。3)在溶液培養(yǎng)試驗中,隨烤