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设施农业已成为我国农业中最有活力的产业之一。葫芦科蔬菜是设施生产中的主要栽培种类。随着有限的设施面积与市场周年需求的矛盾,葫芦科蔬菜的连作现象普遍存在,连作中产量降低、品质变劣和病虫害严重的现象已为生产实际所证实。其中葫芦科蔬菜连作障碍的一个重要原因是由于蔬菜作物的化感作用。但目前已有研究表明,以南瓜作为砧木的黄瓜在连作4 年以后,其生理障碍开始有明显表现;且采用的蒙导法极易造成的嫁接杂交等问题都将使南瓜的化感作用问题成为蔬菜连作障碍中的一个新的研究热点。南瓜是否具有化感作用,南瓜与其他葫芦科作物间化感作用的相互关系等等依然是一些地区蔬菜生产可持续发展的瓶颈问题。如何科学的阐述这一难点,如何科学的解决这一问题,其目的要求是迫切的,但国内外未检索到关于南瓜化感作用研究的报道。因此,本文从生产实际需要出发,采用组织培养技术探明南瓜根系的化感作用,明确化感物质的真正来源及生长周期内化感物质的分泌变化趋势。同时从与植物化感作用存在着明显互作关系的营养胁迫的角度出发,在组培和水培两种生态条件下,采用正交试验设计方法构建不同的营养组分胁迫,初步探讨营养胁迫下南瓜根系化感作用的作用机制,揭示化感物质的调控机理;同时筛选出使南瓜根系产生较弱化感抑制作用的营养组分的最优化组合,为克服连作障碍从植物化感作用的角度提供一定的理论依据和解决途径。主要研究结果如下:
1 南瓜组培根系分泌物具有明显的自毒作用,显著的抑制了自身幼苗的生长。南瓜组培根分泌的化感物质可抑制小麦和萝卜胚根和胚芽的生长,对其它植物种也具有显著的化感抑制作用。目前的研究是在无菌条件下进行的,可以确切的证明这些抑制物质是由植物产生的。
2 水培条件下幼苗期南瓜根系分泌的化感物质同样具有明显的自毒作用,并能显著的干扰小麦和萝卜的幼苗生长。南瓜根系分泌的活性物质对受试植物的抑制作用是有选择性的,并且对同一植物的不同部位的抑制作用也有选择性。
3 南瓜组培根的生长周期约21天左右,生长过程出现三个时期:延迟期,指数期,稳定期。在整个生长周期中,南瓜组培根分泌物对不同植物种子的幼苗抑制作用较强的时期均出现在组培根的指数生长前期。
4 营养胁迫条件下,南瓜根系分泌物在组培与水培两种生态条件下均对小麦和萝卜幼苗生长的化感抑制作用明显增强。表明营养胁迫与南瓜根系分泌物的化感作用间有一定的互作关系,一方面,营养胁迫提高了抑制物质的作用强度;另一方面,营养胁迫也可以促进抑制物质的合成。
5 不同生态条件下,营养元素对南瓜根系分泌过滤液产生化感作用强弱的贡献值不同。组培条件下,三大类营养元素对萝卜苗高生长的抑制作用强弱顺序为微量元素<大量元素<有机物质,对小麦苗高生长的抑制作用强弱规律与此相同;营养元素对萝卜根长生长的抑制作用强弱顺序为微量元素<大量元素<有机物质;对小麦根长生长的抑制作用强弱顺序则为:有机物质<微量元素<大量元素。水培条件下,三大类营养元素对萝卜和小麦幼苗根生长的抑制作用强弱顺序相同:大量元素<有机物质<微量元素;营养元素对萝卜苗生长的抑制作用强弱顺序为微量元素<大量元素<有机物质;对小麦苗生长的抑制作用强弱顺序则为:大量元素<有机物质<微量元素。
6 南瓜根系分泌物的乙酸乙酷提取物排除了水分、无机离子及水溶性物质的影响,较有效的说明了在不同营养胁迫下,化感物质的有机次生物质作用的强度及有机次生物质间的协同效应。实验结果表明,三大类营养元素对受体的抑制作用大小顺序为:大量元素<微量元素<有机物质。
7 南瓜幼苗根系分泌的化感物质与南瓜幼苗根系干物质水浸液中的化感物质对南瓜根长产生的抑制作用不同。对两者进行相关性分析表明,在不同的营养组分胁迫处理下两者的相关性不同,按相关性大小排列顺序为:微量元素>有机物质>大量元素,其中在微量元素胁迫下,两者的相关性达到显著水平。
8 合理的营养组分可以减轻南瓜根系分泌物的化感毒害作用,通过筛选出能诱导南瓜根系分泌物对受体具有较弱化感抑制作用的大量元素、微量元素和有机物质种类和含量的最优化组合,从植物营养学的角度为研究南瓜化感作用机理提供依据。