Review on Autotoxicity of Watermelon

As a special form of allelopathy, autotoxicity is common in cucurbits, and it is one of main factors inducing： continuous cropping obstacles. Therefore, the autotoxicity research has both theoretical and practical significance on overcoming continuous cropping obstacles. In this review, commencing on the concept of autotoxicity, research results of autotoxicity in watermelon in recent years were summarized. The significance of researches on autotoxicity in watermelon, watermelon root exudate and its autotoxicity, and the autotoxicity of watermelon stubble and the mechanisms were explained. Meanwhile, some questions needed to be further studied.

Advances of Allelopathic Autotoxicity in Rehmannia glutinosa L.

Allelopathic autotoxicity occurs when a plant releases toxic chemical substances into the environment which inhibits development and growth of the same plant species.Rehmannia glutinosa L.( R.glutinosa ) is one of the most common traditional Chinese medicines,whose productivity and quality,however,are seriously impacted by consecutive monoculture obstacle.Allelopathic autotoxicity is one reason for consecutive monoculture obstacle.In this paper,we reviewed the categories of allelochemicals,the methods of allelochemicals identification,and the mechanisms of allelopathic autotoxicity,which provides clues for further study of the molecular mechanisms of allelopathic autotoxicity and consecutive monoculture obstacle.

紫花苜蓿幼苗氧化应激防御系统对自毒作用的响应

【目的】通过研究自毒作用对紫花苜蓿品种种子萌发、幼苗生长及叶片细胞膜氧化防御系统的影响,明确紫花苜蓿幼苗响应自毒作用的活性氧代谢机理,为进一步阐明自毒物质对紫花苜蓿的抑制机理和自毒效应防控提供理论基础。【方法】选用紫花苜蓿品种德宝和WL298HQ为试验材料,取开花期叶片制备成T1(0.0025 g/mL)、T2(0.0125 g/mL)、T3(0.0225 g/mL)浸提液模拟自毒作用,研究自毒作用对种子生物活性和化感指数的影响,以及对幼苗生长、活性氧(H_(2)O_(2)、OH.和O_(2)^(.-))、氧化防御系统中的抗氧化酶和抗氧化剂、渗透调节物质的影响。【结果】不同浓度的叶浸提液抑制德宝和WL298HQ苜蓿种子萌发,T3抑制幼苗生长。与WL298HQ相比,德宝响应自毒作用具有明显的生理差异:(1)自毒物质作用于细胞膜上,诱发了氧化应激,加速活性氧ROS代谢,导致了MDA、H_(2)O_(2)和OH·过量积累;(2)德宝在T1下可通过提高叶片保护酶(SOD、POD、CAT、APX、GR)活性和抗氧化剂(AsA、DHA)含量来响应自毒作用。但在T3下,可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸升高,自毒作用影响氧化防御系统的稳定性,导致叶片出现严重的氧化损伤。【结论】WL298HQ通过激活保护机制增加抗氧化剂的活性,以及渗透物质的积累,进而保持细胞膜的相对完整性和氧化清除能力。德宝苜蓿在自毒作用下,ROS的产生大于抗氧化防御系统的能力,导致氧化损伤。

闽楠凋落物浸提液对其种子萌发和幼苗生长及生理指标的影响

采用不同浓度凋落枝、凋落叶浸提液处理闽楠(Phoebe bournei(Hemsl.)Yang)种子和幼苗,测定其萌发、生长及生理指标。结果显示:(1)整体上,闽楠凋落枝和凋落叶浸提液对自身种子萌发表现为抑制作用,且抑制作用均随两种浸提液浓度升高而增强,且凋落枝抑制作用大于凋落叶。在发芽指标上,抑制强度表现为枝>叶;在根芽长度上,抑制强度表现为叶>枝;综合化感效应表现为枝>叶。(2)凋落枝浸提液对一年生闽楠幼苗生长指标表现为抑制作用,凋落叶浸提液表现为“低促高抑”的效应。高浓度浸提液可严重抑制幼苗生长,并造成大量叶片出现斑点、萎缩和枯黄;(3)闽楠凋落物浸提液对闽楠幼苗生理的影响较为复杂,高浓度浸提液可造成幼苗生理紊乱,导致其抗氧化系统异常,引起丙二醛含量显著增加,叶片细胞膜通透性增大,导致植株处于非正常生长状态,而长期浇灌低浓度浸提液也会使植物处于胁迫状态而引起相关生理指标变化。

生物质炭调控药用植物连作障碍的研究进展

我国是中药材种植大国,但不合理的栽培方式和管理措施导致中药材连作障碍在种植区普遍存在,造成药材减产变质、道地产区转移、资源保护与利用不协调等,严重影响药用植物生长发育。因此对中药材连作土壤进行修复是解决中药材连作障碍的一个关键措施。生物质炭一般呈碱性,是一种良好的土壤改良剂,能够增加土壤养分、改良酸化土壤、提升植物品质,近年来得到广泛关注与应用,因此利用生物质炭作为调理剂来缓解中药材连作障碍具有一定潜力。本文针对我国中药材连作障碍的可能成因及潜在危害,分析生物质炭在解决药用植物连作造成的土壤理化性质改变、土壤微生物区系改变、化感自毒危害等问题上的作用,并对生物质炭在药用植物生产上的应用潜力进行展望。

地黄连作障碍研究进展

总结了连作障碍的危害、形成机制及消减策略,明确连作障碍形成的主要原因为土壤理化性质劣化、土传病虫害加剧和化感自毒作用,是由地黄-土壤-微生物3者共同作用的结果。针对连作障碍,综述了选用抗连作优质品种、强还原土壤灭菌、土壤淹水处理、添加食用菌菌渣、施加修复微生物菌剂等方法进行防控与缓解,以期为解决连作障碍问题提供理论指导。

食用菌栽培连作障碍及防控技术分析

近年来食用菌需求不断增加,食用菌栽培种类及栽培面积大幅上升,但因耕地、栽培条件等因素限制,食用菌栽培存在连作障碍问题.目前食用菌连作障碍已成为制约覆土栽培品种产量及品质的关键因素,严重阻碍食用菌产业规模化发展.对食用菌连作障碍制约因素进行了总结.从食用菌栽培连作障碍危害、引起危害的主要因素以及防控措施研究,分析了当前食用菌连作障碍形成原因.主要包括土壤微生物种群特性的变化、食用菌自毒化感物质的胁迫及致病菌土传病害等.目前连作障碍防控措施,主要包括栽培方式及管理优化、栽培土壤消毒、生物调控防治技术使用,并对食用菌连作障碍研究方向进行了展望,以期为食用菌栽培管理提供参考.

豌豆土壤中潜在自毒物质的鉴定及自毒效应研究

自毒作用是引发连作障碍的重要原因之一。为明确大田种植豌豆土壤中潜在自毒物质并探究其自毒效应,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)鉴定大田种植的2种基因型豌豆(定豌10号、云豌8号)根际土壤中潜在的自毒物质。并通过水培的方式,研究了不同浓度的潜在自毒物质对豌豆(定豌10号、云豌8号)种子萌发、幼苗生长及生理指标的影响,以期为豌豆连作障碍的发生提供参考依据。结果表明,芥酸酰胺是2种基因型豌豆中共有的潜在自毒物质。0.1 mmol·L^(-1)的芥酸酰胺可促进定豌10号种子的萌发,0.10、0.25、0.50 mmol·L^(-1)的芥酸酰胺均可促进云豌8号种子的萌发。不同浓度芥酸酰胺显著降低了定豌10号植株体内超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,增加了丙二醛(MDA)含量。高浓度的芥酸酰胺显著增加了云豌8号MDA含量,降低了脯氨酸(Pro)含量及根系POD活性。生长指标的综合化感效应结果表明,2种基因型豌豆植株的生长均受到抑制,且定豌10号的抑制程度大于云豌8号。说明,芥酸酰胺作为豌豆根际土壤中潜在化感物质,对豌豆种子的萌发具有低促高抑的浓度效应,对豌豆植株的生长产生抑制效应,且促进与抑制程度因豌豆基因型而异。

药用植物化感自毒作用及消减措施

化感自毒作用是药用植物连作障碍的主要成因,已造成严重经济损失。对药用植物化感自毒作用的研究进展进行系统综述,阐述了化感物质对药用植物生长发育的主要影响机制,如影响药用植物光合作用、水和矿质元素吸收、细胞结构、土壤酶活性及土壤微生物区系等;提出选育优良栽培品种、合理施用有机类肥料及建立合理的耕作制度等药用植物化感自毒作用的防治措施,为消减化感自毒作用、提高作物产量、促进我国中药材种植业可持续发展提供参考。

油菜水浸提液自毒作用的研究

【目的】探讨油菜水浸提液对自身幼苗生长的影响。【方法】室内提取油菜水浸提液,以蒸馏水为对照,设置3个浓度(0.025、0.050、0.100 g/mL)分析其对油菜种子发芽、幼苗生长﹑主要营养物质和防御酶活性的影响。【结果】与对照相比,油菜水浸提液0.050 g/mL和0.100 g/mL可显著降低油菜种子发芽率(P<0.05);0.025 g/mL浓度时油菜茎长表现为促进作用,0.050、0.100 g/mL浓度时油菜茎长表现为抑制作用;3个浓度均对油菜幼苗根长产生抑制作用。随着油菜水浸提液浓度升高,油菜化感综合效应表现为“低促高抑”。与对照相比,0.100 g/mL浓度可显著降低油菜蛋白质含量(P<0.05);0.050 g/mL浓度时油菜的脯氨酸含量较对照高115.39%;经不同浓度水浸提液处理后油菜的SOD活性均显著低于对照(P<0.05);在水浸提液浓度为0.025 g/mL时油菜幼苗POD活性显著高于对照(P<0.05);不同浓度水浸提液处理后的油菜丙二醛含量变化不同。【结论】油菜具有较强的自毒作用。

三七皂苷类自毒物质降解细菌分离及其降解特性

三七是我国的名贵药材,但由于连作障碍发生严重,因此土壤中自毒物质的积累成为导致三七连作障碍发生的主要原因之一。生物降解土壤中的自毒物质是缓解连作障碍的有效措施,为筛选并利用降解菌使土壤中皂苷类自毒物质快速消减,该研究以皂苷类自毒物质为筛选靶标,采用富集和驯化策略,从连作三七根际土壤中分离、筛选三七皂苷类自毒物质降解细菌,结合16S rRNA基因测序对高活性菌株进行分类鉴定,并对筛选得到的高活性菌株SC3的降解特性进行了研究。结果表明:(1)从三七根际土壤中成功分离出8株潜在自毒物质降解细菌,初筛评价结果显示SC3菌株对三七总皂苷的降解率最高,达87.42%。(2)通过16S rRNA基因序列分析,编号SC3的高活性菌株被鉴定为寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)细菌。(3)在相同培养条件下,菌株SC3对单体皂苷Rb_(1)的降解效果强于对Rg_(1)的降解。(4)在液体培养条件下,底物浓度、接种量和培养温度均会显著影响SC3菌株对单体皂苷Rb_(1)的降解效果。综上表明,采用富集和驯化策略可以有效筛选自毒物质降解细菌,SC3菌株具有消除连作土壤中皂苷类自毒物质的潜力。该研究结果为连作土壤修复提供了生物资源,并为今后深入研究皂苷降解机制提供了理论依据。

自毒物质降解菌缓解药用植物连作障碍的作用及机制研究进展

自毒作用作为连作障碍产生的原因之一,严重影响着药用植物的生长发育。自毒物质降解菌在缓解连作障碍、促进药用植物生长发育和提高土壤肥力等方面都具有十分重要的意义。在查阅大量相关文献的基础上,从连作障碍防治措施、降解菌种类及降解途径、降解菌对连作条件下植物及土壤环境的影响等方面进行充分的归纳总结,并从对自毒物质的降解作用、对植物的促生作用、对病原微生物的抑制作用、对药用植物有效成分合成和积累的促进作用和对土壤环境的优化作用等方面梳理自毒物质降解菌对药用植物连作障碍的缓解机制,这可为道地产区药用植物连作障碍防治措施及从生理和分子层面深入揭示自毒物质降解菌的作用机制奠定基础。

自毒物质对龙牙百合枯萎病菌与其拮抗菌互作的影响

以龙牙百合主要自毒物质-2,4-二叔丁基苯酚(2,4-DTBP)和抗氧化剂2246(AO 2246)为供试介质,使用含不同浓度自毒物质培养基,采用平板对峙法,探究龙牙百合枯萎病病原菌-尖孢镰刀菌LD12和茄腐镰刀菌LD21与拮抗细菌-贝莱斯芽孢杆菌株TP54和TP58的互作关系。结果表明,高浓度自毒物质2,4-DTBP介导下,拮抗菌TP54对病原菌LD12抑菌率显著降低,LD12产孢量增加;对拮抗菌TP58对病原菌LD12抑菌率影响表现为低浓度促进,高浓度抑制;拮抗菌TP54对病原菌LD21抑菌率影响不显著,但促进了LD21产孢;高浓度2,4-DTBP显著降低拮抗菌TP58对病原菌LD21抑菌率。高浓度自毒物质AO 2246介导下,拮抗菌TP54对病原菌LD12抑菌率显著降低,产孢量增加;拮抗菌TP58对病原菌LD12抑菌率影响不显著,但促进了LD12产孢;拮抗菌TP54和TP58对病原菌LD21抑菌率显著降低,但前者LD21产孢量减少,后者产孢量无明显变化规律。在龙牙百合自毒物质的介导下,拮抗菌对枯萎病病原菌的抑菌率有可能降低也可能增加,变化因不同自毒物质浓度、拮抗菌和病原菌而异,相关研究可为进一步探究自毒物质-病原菌-拮抗菌三者互作机理提供参考。

花生植株和土壤水浸液自毒作用研究及土壤中自毒物质检测

通过盆栽试验及生物测试研究花生植株、土壤水浸液对其种子萌发和幼苗生长的自毒作用,利用单因子方差分析结合多重比较分析各处理组生物活性差异;采用液相色谱法(HPLC)对正茬、连作2、4 a和6 a的花生根际土壤中酚酸类物质进行定性和定量分析。结果表明:花生植株不同部位及根际土壤水浸液对花生种子萌发和幼苗生长均具有不同程度的抑制作用,且抑制作用具有浓度梯度效应,浓度越高抑制作用越强,16 g/10 mL水浸液的抑制作用最大。花生生长受自毒物质的影响,此影响作用强度因自毒物质的来源部位不同而存在差异。种子萌发以茎水浸液的自毒作用最为明显。但针对幼苗生长的不同测定指标其部位差异不一致,其中以茎水浸液对幼苗株高和叶面积的自毒作用最为明显,根际土壤水浸液对幼苗主根长、单株鲜重和单株干重的自毒作用最为明显。在根际土壤水浸液中鉴定到4种酚酸物质,分别为对羟基苯甲酸、香草酸、香豆酸和香豆素,其中香草酸和香豆素含量较高且变化规律性明显,在土壤中的含量随连作年限的增加而上升,连作6 a后土壤中的含量达到0.289μg/g和0.025μg/g干土。

苍术根茎及根际土水提物生物活性研究及化感物质的鉴定

设置水(CK)、苍术根茎水提液10、50、200mgml及根际土水提液50、200、500mgml共7个处理,每处理3个重复,用作苍术自毒作用的生物学实验。在第5、7天和第14天分别测量苍术种子发芽率、胚根长及胚芽长后,利用单因子方差分析结合多重比较分析各处理组生物活性的差异;采用GCMS鉴定苍术根茎及根际土水提液中所含的有机化合物,并对根茎中含量较大的倍半萜类成分β桉叶醇进行了生物活性研究。结果表明:①500mgml根际土水提液对苍术种子发芽率无影响,虽然能稍稍抑制苍术胚根和胚芽的伸长,但未达到显著水平;②随根茎提取液浓度的增大,其对苍术种子发芽率、胚根和胚芽伸长的抑制作用增大,200mgml根茎提取液显著抑制了苍术种子发芽率及胚根和胚芽的伸长(p<0.05);③在根茎和根际土水提液中分别鉴定到20和27个化合物;④β桉叶醇对苍术种子发芽率、胚根伸长没有明显影响,但100mgl和250mgl的β桉叶醇能强烈抑制苍术胚芽伸长。提示栽培苍术连作障碍可能主要与自毒作用有关。

植物自毒作用及针叶林自毒研究进展

自毒作用是同种植物个体之间的一种化学作用,是植物经过长期适应环境和进化选择而获得的一种避免种内竞争的机制。针叶树是我国重要的用材树种,在对其长期的经营管理过程中发现:天然针叶林经常会出现生产力下降和天然更新障碍等问题。除轮伐期、采伐利用方式不当等原因外,针叶树凋落物和根分泌物长期向环境中释放大量次生代谢物质,而自然生态系统的排毒解毒机制受到人为干扰的影响,导致植物次生代谢物质的过量积累,进而产生了自毒作用,这也是许多作物连作障碍产生的原因。就自毒物质的种类、释放途径、作用特点、作用机理、检测方法、对生态系统的影响及针叶林自毒作用的研究现状等问题进行综述。认为对自毒作用研究的最终目的是要为解决困扰我们的各种生态环境问题提供切实可行的方案,尤其是在实现农林业可持续发展和自然资源与环境保护方面发挥作用。

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2 9. 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 .0 4g·ml-1时发芽率最高,比对照增加5 0 % ,当浓度增加到0 . 2 4 g·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.

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。

药用植物栽培种植中的土壤环境恶化及防治策略

针对药用植物长期栽培或连作中土壤环境恶化的特点,综述了土壤养分缺乏、土壤酸碱度变化、有害盐类含量增加、土壤有害微生物增加、土壤化感物质增加、土壤理化性质改变等种种土壤环境恶化的表现,指出药用植物土壤环境恶化的综合防治手段,包括:选育抗逆境中药品种、实施轮作等科学的栽培管理、科学补充土壤营养元素、选用合适的物理处理技术、开展营养液培养、接种VAM真菌栽培等。

连作烤烟根际土壤自毒物质成分分析

本研究以连作烤烟12年的土壤为材料,分析烤烟连作条件下烤烟根际土壤自毒潜力及土壤物质成分差异,为深入揭示烟草连作障碍提供依据。结果表明,连作条件下,烤烟根际土壤对受体植物莴苣(Lactuca sativa)、烟草(Nicotiana tabacum)具有较强的化感自毒潜力。物质成分分析结果显示,未种植烤烟的对照土壤中存在7种糖类物质、14种酸类物质、16种酯类物质、1种其他类物质;而连作烤烟根际土壤中存在2种糖类物质、3种酸类物质、8种酯类物质、12种其他类物质。与对照相比,连作烤烟根际土壤中存在特有的8种与自毒作用相关的物质,如香草醛、洋地黄毒素、雪松醇、植酮、诱虫烯、β-谷甾醇、胆甾烷醇、胆甾烷-3-酮。