烟草连作存在的问题及对策

烟草连作存在的问题及对策

化感作用是指植物或微生物从环境中释放某些化学物质，从而影响自身和其他生物体的生长和发育的一种化学生态学现象。自然界很多植物的根系分泌物都能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。近年来,国内外已有对黄瓜、油茶、西瓜、草莓、杉木、子粒苋、芋头、金钱草、西红柿、水稻、莴苣等根系分泌物进行了相关的研究报道,相继证明了根系分泌物对自身或其它作物的生长具有抑制作用,并已鉴定出部分化感物质。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,但对烤烟根系分泌物的研究鲜见报道。为此,本试验初步研究了烤烟根系分泌物对烤烟幼苗生长和养分吸收的影响,旨在了解烤烟连作障碍中的自毒作用,进一步探讨烤烟连作障碍产生的原因。1材料和方法1.1营养液培养供试烤烟品种为全国烟区大面积推广的K326(NicotianatobacumL.K326),由贵州烟草科学研究所提供。将烤烟种子消毒(2%CuSO4,15min),冲洗(去离子水),播种于石英砂中(25℃恒温培养,保持适宜的水分),发芽后用营养液浇灌。待长到成苗期(约7片真叶)时,移栽进行溶液培养试验。营养液采用Hogland营养液和Arnon微量元素营养液,培养液以淹没幼苗根部为度,每天加去离子水至刻度,定时通氧;每3d测一次pH,调整pH至6.0,每周换一次营养液。所有的营养液均用去离子水和分析纯试剂配制。到旺长期(移栽后50d)时,将烟苗从营养液中取出,冲洗干净后放入去离子水中培养,每隔2d收集1次含有根系分泌物的去离子水,连续收集3次。将收集的根系分泌物溶液浓缩20倍(旋转蒸发仪,40℃),冷藏备用。另将一部分浓缩的根系分泌物离心(4000r/min,20min),取上清液50mL用0.1mol/LNaOH调节pH至11,等量的无水乙醚萃取3次,得上层乙醚相和下层水相。乙醚相合并后置于三角瓶中,真空旋转蒸发后溶解到150mL去离子水中即为碱性组分。水相中加入0.1mol/LHCl,调节pH值至2.0,再用等量无水乙醚萃取3次得酸性组分;水相再用0.1mol/LNaOH调节pH值至7.0,得中性组分(方法同上)。1.2不同浓度烟资企业对根系活力的影响试验由3个内容组成,均用溶液培养。试验1是根系分泌物对烤烟幼苗生长的影响;试验2是烤烟分泌物对烤烟幼苗根系活力的影响,试验3是烤烟根系分泌物对根系活力的影响。具体设计见表1。试验1:选择有4片真叶、长势一致的烤烟幼苗,定植于不同浓度的处理液中,培养20d后测定其植株鲜量,培养方法按常规。试验2、3:将长势一致的烤烟幼苗(4片真叶),先饥饿培养24h(去离子水中),再定植于不同浓度的处理液中,培养48h后测定营养液中NO-3、H2PO-4、K+的浓度变化和根系活力,每处理3次重复。1.3根系活力测定NO-3、H2PO-4、K+分别用紫外分光光度法、钼蓝比色法、火焰光度法测定;根系活力用TTC法。试验数据用Excel和SPSS统计软件进行统计分析。2结果与分析2.1生物检测指标幼苗鲜重是地上部与地下部生长的综合表现,常常作为作物长势评价的一个指标。本试验采用烤烟幼苗在添加根系分泌物培养20d后的鲜重增加量,作为生物检测的指标。根系分泌物对烤烟幼苗生长的影响(图1)看出,根系分泌物对烤烟幼苗生物量的积累具有抑制作用,即添加了根系分泌物的每一个处理,其鲜重增加量均低于对照,其降低幅度为0.44~10.05g/plant;随根系分泌物量的增加,抑制作用逐步增强。说明烤烟根系分泌物抑制烤烟幼苗的生长发育,导致生物量的积累减少,推测可能是根系分泌物中的某些成分影响了幼苗的生长发育。同时也说明烤烟根系分泌物具有自毒作用。2.2不同成分的根系分泌物对烟草苗的根系离子吸收有影响2.2.1烟草根系no-3吸收速率的变化氮素不仅是原生质、细胞核和生物膜的主要组成成分,还是烟碱、酶、生长素、细胞分裂素、维生素等的重要成分,对烟株的生长和发育以及烟叶质量有重要影响,硝酸根离子是烤烟吸收的主要氮源。在培养液中,分别加入不同比例的3种组分,在培养48h后,与对照(不加根系分泌物的处理)相比,添加根系分泌物的处理均降低了烟草根系的NO-3吸收速率,其降低幅度为7.09~47.21μg/(g·h)(表2)。总趋势是加入根系分泌物的比例越高,NO-3吸收速率降的越多。相关分析表明,根系分泌物的3种组分浓度与NO-3吸收速率存在显著的负相关关系,其中中性组分作用最强(r=-0.656**)。在酸溶性组分的不同处理中,除3%的处理之外,均显著低于对照,其它处理之间差异不显著;碱溶性组分、中性组分的各浓度处理之间差异均不显著。由于不同组分的根系分泌物中均具有抑制硝酸根离子吸收的作用,表明这类抑制物质存在于相当宽的pH范围,推测它们可能不止一种物质,并且可以排除蛋白质类的大分子化合物。2.2.2不同组分对烟草根系物磷是核酸、核蛋白、和磷脂的主要成分,还参与蛋白质合成、光合作用、碳水化合物的代谢和运输等过程,促进氮代谢和提高烟株对外界环境的适应性(提高抗旱、抗寒、抗病等能力)。磷对烟苗前期的生长具有重要作用,在培养液中,分别加入不同比例的3种组分培养48h后,添加根系分泌物的处理均降低了烟草根系的H2PO-4吸收速率,呈现出随添加根系分泌物的比例越高,H2PO-4吸收速率越小的趋势,其降低比率为45.3%~88.8%。分析表明,根系分泌物的3种组分与H2PO-4吸收速率均存在极显著的负相关关系(表3)。2.2.3添加根系混合物对烟草根系k+吸收的影响钾是烟草吸收最多的一种营养元素,不仅有效地提高烟叶的香气质和香气量以及可燃率和阴燃持火力,还降低烟叶燃烧时的温度,减少烟气中有害物质和焦油的释放量,提高烟叶制品的吸食安全性。根部吸收是K+进入植物体内的主要形式。在培养液中,分别加入不同比例的3种组分,培养48h后,与对照相比,添加根系分泌物的处理均降低了烟草根系K+的吸收速率,其降低幅度为26.48~76.88μg/(g·h)(表4)。随根系分泌物浓度的增加,对根系K+吸收的抑制作用越强。相关分析表明,三种组分与K+吸收速率存在负相关关系。但组分不同,抑制作用也有一定的差异。其中酸溶性组分作用最强(r=-0.837**),中性组分次之(r=-0.802**)。在中性组分的不同处理中,除添加浓度为1%外,均显著低于对照,在添加浓度为11%的处理时,K+吸收速率低于对照达86.0%;酸溶性组分的1%与11%处理间差异显著,其它均不显著;碱溶性组分的各处理K+吸收速率均显著低于对照,但它们之间的差异均不显著。推测这可能是根系分泌物中的某些物质或某类物质改变了细胞膜透性,使K+的吸收受到抑制。2.3地上部生长状况植物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。植物根系脱氢酶活性的强弱直接影响根系的吸收功能,是判断根系活性强弱的一个重要生理指标。2.3.1根系活力测定图2看出,根系分泌物对烟苗根系活力有显著的抑制作用,即添加了根系分泌物的每一个处理,其根系活力均明显低于对照(13.6%~82.1%),且随根系分泌物加入量的增加,抑制作用明显增加。这说明根系分泌物严重降低了烤烟幼苗的根系活力,推测可能是根系分泌物中存在某些物质抑制植物根系的分生组织,影响了根系的生长发育。2.3.2植物根系活力图3看出,加入三种不同浓度组分的根系分泌物对烤烟幼苗根系活力均产生明显的抑制作用,但各组分的抑制强度不同。中性组分作用最强,其平均根系活力比对照低85.5%;酸溶性组分次之,平均根系活力比对照低50.9%;碱溶性组分最弱,平均根系活力比对照低45.5%。烟苗根系活力不仅受到不同组分根系分泌物的抑制,而且与添加的数量有关。总趋势为酸溶性组分和中性组分加入量越多,抑制作用越强;而碱溶性组分作用不明显,其原因有待于今后扩大试验的浓度范围进一步研究。3不同组分的根系氧化物对烟液培养的抑制作用1)根系分泌物对烤烟幼苗生长有极显著的抑制作用,推测可能是根系分泌物中的某些成分影响了幼苗的生长发育,同时也一定程度上说明烤烟根系分泌物具有自毒作用。2)三种组分的根系分泌物对幼苗根系养分吸收、根系活力均有抑制作用有关。但是,不同组分的根系分泌物对烤烟根系养分吸收、根系活力的抑制作用各不相同。其中,酸溶性组分对K+,中性组分对NO-3的吸收和根系活力的抑制作用强。说明不同组分的根系分泌物中产生抑制作用的物质可作用在相当宽的pH范围,推测在烤烟根系分泌物中,可能存在多种抑制烤烟生长和养分吸收的化学物质。3)在溶液培养试验中,随烤