烤烟根茬腐解液对烟草生长发育的影响

陈 浩，周冀衡，陈洁宇，柳 均，汪 林，牛丽娜，毛振萍，江子勤

（湖南农业大学烟草研究院，湖南 长沙 410128）

自然界很多植物的根系分泌物都对自身及周围其它物种产生化感作用，其中对自身的毒害影响（自毒作用）是许多植物产生连作障碍的一个重要原因[1]。作物及其腐解物中的化感物质对其本身的生长发育也有很强的抑制作用[2-3]。植物化感物质的主要来源有植株地上部和凋落物的挥发、淋溶，根系的分泌和植株残体的分解等[4]。烤烟是我国烟区重要的经济作物，连作障碍是烟草栽培中的普遍现象[5-7]。关于烤烟连作障碍机理，国内外学者已从不同角度进行了探讨[8-11]。化感作用是否是烤烟连作障碍的原因，即前作烤烟是否通过根系分泌和残茬淋洗、分解留在土壤中的有害物质而直接影响下茬烤烟的生长，在国内报道较少。试验模拟了烤烟根茬腐解液对烟株正常生长发育的影响，从烤烟生物性状、化学指标两个方面分析了根茬腐解液对烟草作用的影响，旨在了解烤烟腐解液的化感作用，揭示作物连作障碍的原因，为寻求避免连作障碍提供理论根据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试烤烟品种为K326。腐解液是经处理过的K326烟株根茬，处理方法为采集烤烟K326新鲜无病害烟株根茬，土样取自根茬采集区，将其粉碎后的烤烟和土样按1∶1（根∶土）混匀后加入少许无菌水，在紫外条件下杀菌30 h后，置入棕色瓶，在遮光和厌氧条件下30℃培养箱内腐解；一个月后，加入适量的无菌水提取48 h，经过抽滤，用去离子水定容至1 L，得质量浓度为FW（鲜质量）1.00 g/mL（含水率为88.5%）腐解原液，放入冰箱4℃保存备用。

1.2 试验设计

试验烟株采取漂浮育苗方式培养，待烟苗培养42 d时，选取生长状况基本一致的烟苗进行处理培养，每个处理9盘重复，每盘烟苗30株。腐解液浓度设置 5个处理，分别为：0（对照）、0.25、0.50、0.75、1.00 g/mL。处理当天随机取还未加入腐解液的烟株进行检测作为起始0 d对照。自处理当日起每7 d加入一次根茬腐解液。处理方法为：往漂浮育苗盘盘孔内注入10 mL腐解液进行培养（对照0 g/mL的处理每次加入10mL蒸馏水），连续加入3次。试验期间的管理均采用统一标准，保持各处理间其他生长条件的一致。

1.3 指标测定

分别于处理后第7、14、21 d按每种处理9株，3次重复随机取样进行烟苗的鲜干物质重量和生理生化指标的检测。测定硝酸还原酶活性、根系活力、叶绿素含量、过氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量，其方法见参考文献[12-14]。将烟株105℃杀青，60℃烘干至衡重，测定干物质重量[15]。

1.4 数据处理

试验数据用Microsoft Excel2003和DPS7.05统计分析软件进行统计分析。

化感作用效应敏感指数（RI）采用Williamson[16]的方法，RI=1-C/T（T≥C），RI=T/C-1，（T0时，表示促进作用；当RI<0时，表示抑制作用，RI绝对值的大小代表化化感作用强度。

2 结果与分析

2.1 烤烟根茬腐解液对烟草物质积累的影响

由表1可知，在第7天和第14天，添加腐解液浓度为0.25 g/mL处理的烟株鲜重均高于其他处理，说明低浓度的腐解液对烟草的生长有一定促进作用，而在第21天，这种促进作用基本消失。在整个试验阶段，其他处理组的烟株鲜重均小于对照组。各处理的烟株鲜重大小趋势表现为：0.25 g/mL>0 g/mL>0.50 g/mL>0.75 g/mL>1.00 g/mL。烟株干重规律与鲜重相似。说明腐解液在一定程度上抑制了烟草的正常生长，并且随着时间的推移和腐解液浓度的增大，对烟株的影响逐渐加深，处理间的差异也逐渐增大。

表1 烤烟根茬腐解液对烟草物质积累的影响

2.2 烤烟根茬腐解液对烟草生理生化指标的影响

2.2.1 烤烟根茬腐解液对烟草硝酸还原酶的影响如图1所示，试验周期内对照组、0.25、0.50 g/mL处理组的硝酸还原酶活性整体呈上升趋势，而0.75、1.00 g/mL处理组的硝酸还原酶活性逐渐下降。在试验的中期（14 d）对照组的硝酸还原酶活性高于其它处理，到试验末期（21 d），硝酸还原酶活性由高到低依次为0 g/mL（对照组）>0.25 g/mL>0.50 g/mL>0.75 g/mL>1.00 g/mL，说明添加腐解液后烟苗的硝酸还原酶活性会降低，且随着时间的推移、腐解液浓度越高对其影响程度越大。

图1 烤烟根茬腐解液对硝酸还原酶的影响

2.2.2 烤烟根茬腐解液对烟草根系活力的影响由图2可看出，腐解液对根系活力的抑制作用非常明显。在整个试验周期中，对照组一直维持在较高水平，随时间的推移活力逐渐增大，显示出正常烟株的生长状态。在第7天，各个处理之间的根系活力除了1.00 g/mL处理组外，其他处理组相差不大。到第14天，腐解液浓度较高的0.75、1.00 g/mL处理组根系活力急剧降低，1.00 g/mL处理组根系活力值最低。到了第21天，0.25、0.50 g/mL处理组的根系活力比第14天又略微降低，而0.75、1.00 g/mL的处理组经过观察，发现其根系部位生长状况恶化，并出现停止生长，甚至在根尖部位出现腐烂的现象，使得根系体积急剧减小，从而引起根系活力的迅速降低，说明腐解液对烟草根系生长的抑制作用明显，且这种抑制作用随着时间的推移和腐解液浓度的加大而逐渐增强。

图2 烤烟根茬腐解液对根系活力的影响

2.2.3 烤烟根茬腐解液对烟草叶绿素含量的影响由图3可知，从第7天到第14天各处理烟草的叶绿素含量上升较快，从第14天到第21天叶绿素上升趋势减缓。在第7天，对照组的叶绿素含量与其它添加了腐解液的处理相比差别较大。在试验的中期（第14天）、后期（第21天），所有添加了腐解液的处理其叶绿素含量仍低于对照组。说明在试验的早期（第7天）腐解液对烟株叶绿素含量的影响较大，然而经过一定时间后其影响逐渐变小。

图3 烤烟根茬腐解液对总叶绿素的影响

2.2.4 烤烟根茬腐解液对烟草POD活性的影响烤烟根茬腐解液对烟草POD活性的影响见图4。对照组的POD活性随试验时间的延续没有发生较大变化，而经根茬腐解液处理的烟草，烟株中POD活性均明显高于对照。在整个试验周期内，POD的活性随着时间的推移和腐解液浓度的增大而增加。当腐解液的浓度达到0.75、1.00 g/mL后，能明显加强烟株的POD活性。这表明随着浓度的增加，烟株在不利的生长环境下受到的毒害作用增加，烟株细胞内氧自由基和过氧化物的积累量增大，导致膜脂质过氧化加剧，威胁到植株的正常生长，使酶的活性出现应激性的增长。

图4 烤烟根茬腐解液对烟草POD的影响

2.2.5 烤烟根茬腐解液对烟草MDA的影响 烤烟根茬腐解液对烟草MDA的影响见图5。在整个试验周期内烟草MDA含量在烟草根茬腐解物的影响下，表现为逐渐增加的趋势，腐解液对烟株MDA的含量影响较为明显，整个试验周期内对照组的MDA含量始终最低，并随着时间推移与其它处理间的差距增大。到第14天，随着腐解液浓度的增大，烟株MDA含量急剧升高，说明毒害作用加大。到第21天，各处理组之间的变化规律发生了改变，即腐解液浓度达到一定程度（0.50 g/mL）后，烟株中MDA的含量并不会随腐解液浓度的继续升高而增高，这可能是腐解液浓度增大至0.75 g/mL和1.00 g/mL时，POD的酶活性增大，清除自由基和过氧化物的能力提高，细胞膜受伤害程度出现一定程度的减小，因此MDA含量出现小幅度的降低。

图5 烤烟根茬腐解液对烟草MDA的影响

3 结论

试验表明，烤烟根茬腐解液对烟草的生长在农艺性状上总体表现出“低促高抑”的规律，即当腐解液浓度较低时，能促进烟株的物质累积，但随着时间的推移，促进作用逐渐消失。随着腐解液浓度的增大，抑制作用逐渐明显，烟株的物质累积量减少。

腐解液对烟株的硝酸还原酶活性、根系活力、叶绿素含量都表现出抑制作用。随着腐解液浓度的增大，硝酸还原酶的活性逐渐降低。腐解液对烟株的根系活力的抑制作用最为明显，随着腐解液浓度的增大和时间的推移，根系活力逐渐降低，这可能是因为根系所处在腐解液环境下，使根系的生长状况恶化，以及腐解液所产生的某些抑制烟草生长的物质，首先是被根系部位所吸收所致。叶绿素含量方面，在前期，腐解液对叶绿素的含量影响较大，随着时间的推移，各处理的叶绿素含量都出现较大增长，但0.75、1.00 g/mL的腐解液对叶绿素含量抑制作用较大。烟株的过氧化物酶活性和丙二醛两项抗逆性指标数据均高于对照组，表现出腐解液对烟株的生长发育产生了不利影响。

试验证明烤烟连作危害是存在的，而且对根系的危害最大，烤烟根系的生长情况和活力水平直接影响地上部生长的营养状况及产量。而烤烟连作现象普遍，连作土壤中必然存在大量的残留根茬，不断累积，不仅对烤烟生长，可能对微生物也有影响。而烟草轮作既有利于作物吸收土壤中的不同养分，又可以调节微生物群落，可以从一定程度上改善了土壤结构与环境，提高土壤养分利用率，有利烟草生长发育。

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