不同作物土壤水浸提液对远志的化感效应

吴昌娟 王静 张强 郭淑红 裴帅帅 王秋宝 左宪强 田洪岭

摘要 ［目的］建立远志合理的耕作制度，筛选远志最佳的轮作作物。［方法］选取8种远志产地常种作物，研究不同作物土壤水浸提液对远志种子萌发及幼苗生长的影响。［结果］不同作物土壤水浸提液对远志种子萌发均有抑制作用，浸提液浓度越大，抑制作用越强，平均总抑制率从小到大依次是大豆、谷子、玉米、小麦、高粱、蓖麻、油葵、芝麻。不同作物土壤水浸提液对远志幼苗的生长大部分出现了促进作用，各处理浓度间相比表现为随着浓度的增大幼苗及根生长逐渐受到抑制。各处理远志幼苗和根的生长整体呈负相关；蓖麻、芝麻处理，远志苗高、根短；大豆、玉米和谷子处理，远志根长、苗低、生长差。大豆、玉米、小麦、高粱和谷子处理的根长和根重高于CK。远志幼苗POD活性除芝麻和蓖麻外均随着浓度的增大而增强，MDA含量整体呈现随着浓度的增大而增加的趋势，SOD活性则随着浸提液浓度的增大先增加后降低。［结论］综合生长指标和生理指标，大豆、玉米、小麦和谷子是比较适合远志的轮作作物。

关键词 远志；化感作用；连作障碍；土壤水浸提液

中图分类号 S 567.23+9  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）12-0164-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.12.035

Allelopathic Effects of Soil Water Extracts from Different Crops on Polygala tenuifolia

WU Chang-juan1，WANG Jing2，ZHANG Qiang1 et al

（1.Industrial Crop Institute，Shanxi Agricultural University，Fenyang，Shanxi 032200;2.Liaoning Agricultural Economics School，Jinzhou，Liaoning 121000）

Abstract ［Objective］To establish a reasonable farming system and find suitable rotation crops for Polygala tenuifolia.［Method］This study selected eight common crops to study the effects of soil water extracts of different crops on seed germination and seedling growth of Polygala tenuifolia.［Result］The soil water extracts of different crops had inhibitory effects on the germination of Polygala tenuifolia seeds.The higher the concentration of the extract，the stronger the inhibitory effect.The average total inhibition rate from small to large was soybean，millet，corn，wheat，sorghum，castor，oil sunflower and sesame.The soil water extracts of different crops had a promoting effect on the growth of Polygala tenuifolia seedlings.The growth of seedlings and roots was gradually inhibited as the concentration increased compared to other treatments.The overall growth of seedlings and roots of Polygala tenuifolia in each treatment showed a negative correlation;castor，sesame treatment，Polygala tenuifolia had tall seedlings and short roots;soybeans，corn and millet treatment，Polygala tenuifolia had long roots，low seedlings and poor growth.The root length and root weight of soybean，corn，wheat，sorghum and millet treatments were higher than those of CK.The POD activity of Polygala tenuifolia seedlings，except for sesame and castor，increased with the increase of concentration.The overall MDA content showed an increasing trend with the increase of concentration，while the SOD activity first increased and then decreased with the increase of extract concentration.［Conclusion］Based on the comprehensive growth index and physiological index，soybean，corn，wheat and millet are more suitable rotation crops for Polygala tenuifolia.

Key words Polygala tenuifolia;Allelopathy;Continuous cropping obstacle;Soil water extract

基金项目 吕梁市重点研发项目（2022NYGG24）；山西农业大学生物育种工程项目（YZGC056）。

作者简介 吴昌娟（1986—），女，山西太谷人，助理研究员，硕士，从事中药材栽培育种研究。*通信作者，研究员，硕士生导师，从事中药材栽培育种研究。

收稿日期 2023-08-27

远志（Polygala tenuifolia Willd.）是常见的大宗药材，具有安神益智、祛痰、消肿的作用，是我国重要的传统出口药材，也是国家重点保护的三级野生品种。山西是远志的道地产区，远志产量占全国的70%，远志加工量占全国的90%。1997年，远志在山西晋南地区开始人工栽培，并实现了规模化生产。但近年来由于连续种植，远志出现了减产、发芽率降低、木芯变粗、根皮变薄、根腐病增加等连作障碍现象。药农多以轮作方式解决此问题，对轮作作物的选择以经验为主，较为盲目。

近年来国内外对中药材轮作作物的选择有很多报道。尹国丽等［1］研究发现苜蓿轮作玉米、小麦后的土壤浸提液显著促进了苜蓿种子的萌发、幼苗胚根和胚芽的生长，且轮作玉米、小麦的土壤浸提液浓度越大，促进作用越强。金彦博等［2］研究表明小麦根际土壤水浸液对当归种子萌发和幼苗生长具有潜在的促进效应，抗氧化酶和细胞膜稳态均表现出较强的抗逆水平，一定程度上提高了当归幼苗的抗逆性和适应性。雷瑞祥等［3］探究地黄、半夏和菘蓝3 种药用植物根际土壤水浸液对于远志种子萌发和幼苗生长的化感作用，筛选出地黄适合与远志进行轮作。关于运志的研究集中在资源、生长动态、养分吸收、成分检测等方面［4-10］，适合与远志轮作的作物还鲜见报道。

药用植物连作障碍与其产生的化感物质密切相关，药用植物化感作用是其发生连作障碍的重要因素之一［11］。化感物质可通过根系分泌、根茬腐解、茎叶淋洗等途径向环境中释放［12］。该试验从远志连作障碍的根源出发，选取远志产区常种的作物，研究其根际土壤水浸提液对远志种子萌发及幼苗生长的影响，旨在了解不同种植模式下其土壤对远志的化感效应，为远志倒茬种植挑选合适的作物、解决远志连作障碍提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 样品的采集与处理

于2021年各作物收获期在山西农业大学经济作物研究所试验田分别采集大豆、玉米、小麦、高粱、谷子、芝麻、油葵、蓖麻8种作物连作根际土壤。土壤样品采集时，将作物拔起去除大块土壤留下根际少量土壤，然后抖落收集根际土，按“ S“ 型选取5点。每个作物选10个采样区。采集后混合，将土壤置阴凉处自然风干保存备用。

1.2 浸提液制备

土水比按1∶10混合，于20 ℃条件下振荡48 h后过滤得浸提原液，将原液稀释2、5、10倍，共4个浓度，放入4 ℃冰箱备用。

1.3 试验方法

将培养皿高温杀菌后铺2层滤纸，加入8 mL制备好的浸提液，均匀放置50粒饱满的远志种子，放于25 ℃的光照培养箱中，每12 h记录一次发芽情况，10 d后测量根长、根粗、根鲜重、幼苗鲜重、幼苗长、幼苗粗。

过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚比色法测定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑光化还原抑制法测定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）显色法测定［13］。

1.4 数据处理与分析 各项指标的计算方法如下：

发芽率＝发芽种子总数／供试种子总数×100%

发芽势＝前5 d发芽种子总数／供试种子总数×100%

发芽指数＝（Gt/Dt）

式中：Gt为第t天的种子发芽数;Dt为相应的发芽天数［14］。

采用发芽速率指数（I）来定量评价自毒物质，计算公式为I=2（5X1+4X2+3X3+2X4+1X5），式中，X是指每隔24 h 发芽的种子数，X1是24 h记录的发芽数，X2是48 h记录的发芽数，以此类推。

用抑制率（inhibitory rate，IR）来表示各作物土壤浸提液对远志的化感效应，公式为IR＝（对照值－处理值）/对照值×100%。当IR>0表示对远志生长具有抑制作用，当IR<0表示对远志生长具有促进作用。

综合化感效应（comprehensive allelopathic effects，CE）表示各作物土壤浸提液对远志各个测试指标IR的算术平均值，公式为

CE＝（IR发芽势＋IR发芽率＋IR发芽指数＋IR发芽速率指数+IR苗高＋IR根长＋IR苗重+IR根重+IR根粗+IR茎粗）/10。

采用Excel 2013对试验数据进行汇总整理，利用DPS V 9.5和SPSS 23进行方差分析，多重比较采用SSR法。

2 结果与分析

2.1 不同作物土壤水浸提液对远志种子萌发的影响

由表1可知，不同作物土壤水浸提液对远志种子萌发均有不同程度的抑制作用，且浓度越大，抑制作用越强。大豆根际土壤水浸提液处理远志种子发芽率和发芽指数CK与0.10、0.05 g/mL浓度处理差异显著，与0.01、0.02 g/mL浓度处理差异不显著；发芽势CK与各浓度处理均达到显著水平；发芽速率指数与低浓度0.01 g/mL差异不显著，与其余浓度差异显著。玉米根际土壤水浸提液处理远志种子发芽率、发芽势、发芽指数和发芽速率指数CK与0.10、0.05 g/mL浓度处理差异显著，与0.01、0.02 g/mL浓度处理差异不显著。小麦根际土壤水浸提液处理远志种子发芽率、发芽势和发芽指数CK与各浓度处理差异均不显著，发芽速率指数CK仅与高浓度0.10 g/mL 处理差异显著。高粱根际土壤水浸提液处理远志种子发芽率、发芽势、发芽指数和发芽速率指数CK仅与高浓度0.10 g/mL处理差异显著。谷子根际土壤水浸提液处理远志种子发芽势CK与0.10、0.05 g/mL浓度处理差异显著，其他指标CK与各浓度处理间差异均不显著。芝麻根际土壤水浸提液处理远志种子发芽势CK与各浓度处理差异均显著，发芽率CK与高浓度（0.10和0.05 g/mL）处理差异显著；发芽指数和发芽速率指数CK与低浓度0.01 g/mL处理差异不显著，与其余浓度差异显著。油葵根际土壤水浸提液处理远志种子发芽率和发芽势CK仅与高浓度0.10 g/mL处理差异显著；发芽指数和发芽速率指数CK与各浓度处理间差异显著。蓖麻根际土壤水浸提液处理远志种子发芽率、发芽势、发芽指数和发芽速率指数CK与各浓度处理差异均达到显著水平。

2.2 不同作物土壤水浸提液对远志幼苗生长的影响

由表2可知，不同作物土壤水浸提液对远志幼苗的生长起到了促进作用。远志幼苗各生长指标总体上均表现为低浓度值大于高浓度值，表明各作物土壤浸提液中存在抑制远志幼苗生长的成分。远志苗和根的生长呈负相关，蓖麻、芝麻根际土壤水浸提液处理远志幼苗苗高，但根短；大豆、玉米、谷子和小麦根际土壤水浸提液处理远志幼苗根长，苗低，生长不好。蓖麻处理苗高和苗重平均值均居首位，根长和根重平均值则最低。大豆、谷子和玉米处理下远志根长较长。所有作物根粗CK与各浓度处理间差异均不显著。茎粗除CK与大豆土壤浸提液0.02、0.01 g/mL处理差异显著外，其他作物CK与各浓度处理间均差异不显著。

大豆根际土壤水浸提液处理远志幼苗苗重和根重CK与各浓度处理之间均差异显著，苗高CK与0.01、0.02  g/mL浓度处理差异显著，根长CK与高浓度0.10  g/mL处理差异不显著，与其他浓度处理差异均显著。玉米根际土壤水浸提液处理远志幼苗根长和根重CK与各浓度处理差异均显著；苗高CK与低浓度0.01  g/mL处理差异显著；苗重CK与高浓度0.10 g/mL处理差异不显著，与其他浓度处理差异均显著。小麦根际土壤水浸提液处理远志幼苗根长和苗重CK与高浓度0.10 g/mL处理差异不显著，与其他浓度处理差异均显著；苗高和根重CK分别与0.02、0.05 g/mL处理差异显著，与其他浓度之间差异不显著。高粱根际土壤水浸提液处理远志幼苗苗高和苗重CK与各浓度处理差异均不显著，根长和根重CK与0.01、0.02 g/mL处理差异显著。谷子根际土壤水浸提液处理远志幼苗根长和根重CK与各浓度处理均达到显著水平，各浓度之间差异不显著；苗重CK与各浓度间差异均不显著，苗高CK仅与低浓度0.01  g/mL处理差异显著。芝麻根际土壤水浸提液处理远志幼苗苗高、苗重CK与低浓度0.01 g/mL处理差异显著，与其他浓度差异均不显著；根长CK与0.01、0.02 g/mL 处理差异显著。油葵、蓖麻根际土壤水浸提液处理远志幼苗苗高、根长CK仅与低浓度0.01 g/mL处理差异显著，根重与0.01、0.02 g/mL处理差异显著。蓖麻根际土壤水浸提液处理远志幼苗苗重CK与各浓度差异均显著，油葵根际土壤水浸提液处理远志幼苗苗重CK与各浓度差异均不显著。

2.3 不同作物土壤水浸提液对远志生长的综合效应

由表3可知，各作物土壤水浸提液对远志生长的抑制作用从小到大依次为大豆、谷子、玉米、小麦、高粱、蓖麻、油葵、芝麻。

不同作物土壤水浸提液对远志生长的综合效应随着浓度的增加而增大。大豆、玉米、小麦和谷子平均抑制率明显小于高粱、芝麻、油葵和蓖麻处理。可见，大豆、玉米、小麦和谷子可作为远志轮作作物。

2.4 不同作物土壤水浸提液对远志幼苗抗氧化系统的影响

由图1可知，不同浓度8种作物根际土壤水浸提液对远志幼苗POD、SOD活性和MDA含量的影响存在差异。芝麻和蓖麻处理POD活性较高，大豆、玉米处理POD活性较低；随着浸提液浓度的增高，POD活性整体呈上升趋势；其中，芝麻和蓖麻处理POD活性先增加后降低，在最高浓度时，处理值与CK差异不显著；CK的POD活性普遍低于处理值，除芝麻、蓖麻外，与其他作物0.10 g/mL浓度处理差异均达到了0.05显著水平。SOD活性随着浸提液浓度的增加呈现先增加后降低的趋势；芝麻、蓖麻处理SOD活性整体较高；CK的SOD活性普遍低于处理值，且与各处理0.05 g/mL浓度处理差异均达到了0.05显著水平;CK与大多数高浓度处理下SOD活性差异不显著。MDA含量随着浸提液浓度的提高整体呈现增加的趋势；大豆、玉米、小麦和谷子MDA含量低于高粱、油葵、蓖麻和芝麻处理；CK的MDA含量普遍低于处理的MDA含量，且与高浓度处理差异达到了0.05显著水平。

3 讨论与结论

大部分植物都存在化感效应。植物产生的化感物质具有自毒、相生、相克3种作用。目前，植物化感作用已应用于中药材栽培领域。我国栽培的中药材中根类药占70%左右，且绝大多数根类药材忌连作，但生产实践上绝大部分根及根茎类药材都存在重茬连作的问题［15］。远志在生产中存在严重的重茬连作问题，造成了远志根系生长不良，降低了远志的质量、产量。目前，对远志化感作用研究较少，研究发现地黄根际土壤水浸液低浓度时对远志幼苗细胞受到的胁迫程度较低，细胞膜受损程度较小。与半夏和菘蓝相比，地黄更适合与远志进行轮作。但是，目前生产中地黄在同一块土地种植的间隔年限为10年左右。可见找到合适作物与远志进行搭配，减少、避免中药材本身的自毒作用和生物间的相克作用，实现中药材优质高效发展具有重要意义。

梁宵等［16］研究林地土壤对药用植物生长及生理的化感作用，结果表明，远志、白芷、南星、柴胡、板蓝根、射干、甘草、桔梗在油松林、侧柏林和落叶松林下均受到显著抑制。该研究中，土壤水浸提液对远志种子的萌发均有不同程度的抑制作用，浸提液浓度越大，抑制作用越强。供体不同，化感效应也不同。菌糠不同体积浓度的水提取液均对灵芝菌丝体有抑制作用，不同体积百分比浓度的菌糠醇提取液则对菌丝的生长均起促进作用［17］。半夏块茎浸提液对白菜种子萌发具有低浓度促进、高浓度抑制作用；地上部与根际土壤浸提液抑制白菜种子萌发［18］。该研究中8种作物对远志生长的化感效应大小不一，抑制作用从小到大依次是大豆、谷子、玉米、小麦、高粱、蓖麻、油葵、芝麻。

受体不同化感效应也不同。小麦秸秆水浸液对黄芩幼苗的影响大于对桔梗幼苗的影响；随着小麦秸秆水浸液浓度的提升，其对药材的种子萌发和幼苗生长的促进作用逐渐变为抑制作用，且不同的小麦品种对黄芩、桔梗的化感效应大小不一［19］。该研究中8种作物土壤水浸提液对远志种子萌发和幼苗生长的化感作用不同，对远志种子萌发都有不同程度的抑制作用，对远志幼苗的生长大部分出现了促进作用。同一作物不同浓度之间相比，低浓度处理值大于高浓度值，表明浸提液中存在抑制远志幼苗生长的成分。该研究中，远志苗和根的生长呈负相关；蓖麻、芝麻处理，苗高，但根短；大豆、玉米和谷子处理根长，但苗低。远志幼苗期生长主要以根长长为主，第二年根才会逐渐加粗。该研究中，根粗差异并不显著。大豆、玉米和谷子处理根长较长，可以认为大豆、玉米和谷子土壤水浸提液对远志生长有潜在的促进作用，一定程度上提高了远志的抗逆性和适应性。

化感物质会造成植物的氧化性损伤［20］。Zhang 等［21］研究发现黄瓜幼苗被烟粉虱侵染后，SOD活性在24 h时最高，而POD活性在6 h时最高，表明抗氧化酶活性增强有助于黄瓜植物对烟粉虱感染的生物保护。刘济明等［22］研究表明随着米槁根际土与林间土水浸提液质量浓度增加，枫香幼苗体内MDA含量呈现出逐步上升趋势，说明植物间化感作用会促进植物体内过氧化物的积累；SOD呈现出先升后降的趋势，说明当化感作用达到一定阈值，活性氧积累过多，SOD活性受到了抑制。该研究中，芝麻和蓖麻处理对远志生长的抑制作用较大，POD、SOD活性和MDA含量也较高。此外，化感作用还存在明显的浓度效应，总体呈低浓度促进、高浓度抑制的趋势。除谷子、小麦外各作物高浓度处理下SOD活性与CK差异不显著，芝麻、蓖麻高浓度处理下POD活性与CK差异不显著。说明浸提液高浓度处理下细胞的自我保护机制已经遭到严重破坏。

综合生长指标和生理指标，大豆、玉米、小麦和谷子是比较合适的倒茬作物。该试验仅对远志种子萌发及幼苗期进行了研究，远志第二年和第三年各生长时期有待进一步跟踪调查。

参考文献

［1］ 尹国丽，吴芳，陶茸，等.苜蓿轮作玉米＼小麦土壤浸提液对苜蓿种子萌发和幼苗生理及生长的影响［J］.草业学报，2018，27（5）：153-161.

［2］ 金彦博，郭凤霞，陈垣，等.三种作物根际土壤水浸液对当归的化感效应［J］.核农学报，2018，32（11）：2248-2257.

［3］ 雷瑞祥，杨冰月，魏艳妮，等.3种药用植物根际土壤水浸液对远志种子及其幼苗的化感作用［J］.中国实验方剂学杂志，2020，26（23）：161-170.

［4］ 房敏峰.远志资源生态化学评价及道地性分析［D］.西安：西北大学，2015.

［5］ 姜雨彤，高照，乐智勇，等.不同等级制远志饮片的质量分析［J］.药学学报，2019，54（6）：1082-1087.

［6］ 张洁，张莹，贾小云，等.远志养分吸收规律及其与药效成分积累的关系［J］.植物营养与肥料学报，2019，25（7）：1230-1238.

［7］ 黄涛，安衍茹，彭亮，等.外源激素处理对远志种子萌发及幼苗生长的影响［J］.中国实验方剂学杂志，2018，24（20）：50-55.

［8］ 王丹丹，闫艳，张福生，等.远志药材UPLC指纹图谱及多指标性成分测定方法的建立［J］.中草药，2018，49（5）：1150-1159.

［9］ 田洪岭，许陶瑜，郭淑红，等.山西产区远志药材资源现状与分析［J］.中国实验方剂学杂志，2018，24（24）：26-30.

［10］ 吴昌娟，高金虎，郭淑红，等.施肥深度和施肥量对远志产量和土壤理化性质的影响［J］.北方园艺，2020（12）：129-134.

［11］ 张爱华，郜玉钢，许永华，等.我国药用植物化感作用研究进展［J］.中草药，2011，42（10）：1885-1890.

［12］ 王飞，李世贵，徐凤花，等.连作障碍发生机制研究进展［J］.中国土壤与肥料，2013（5）：6-13.

［13］ 裴帅帅，尹美强，温银元，等.不同品种谷子种子萌发期对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性评价［J］.核农学报，2014，28（10）：1897-1904.

［14］ 陈军，罗影，王立光，等.不同种植模式土壤水浸提液对胡麻的化感效应［J］.中国土壤与肥料，2017（3）：125-130.

［15］ 黄依南，李晓青.植物化感作用在中药材栽培中的实践与应用［J］.江西医药，2015，50（1）：90-93.

［16］ 梁宵，刘增文，刘晓博，等.油松、侧柏和落叶松林腐殖层土壤对药用植物的化感效应［J］.草地学报，2016，24（3）：568-576.

［17］ 马红梅，樊荣.灵芝菌糠提取液对灵芝菌丝体生长的化感效应［J］.北方园艺，2015（15）：136-139.

［18］ 罗敏，徐广，谭秋生，等.连作半夏化感作用初步研究［J］.亚太传统医药，2020，16（4）：67-69.

［19］ 华智锐，李小玲.3种小麦秸秆水浸液对黄芩和桔梗的化感作用研究［J］.江西农业学报，2019，31（6）：32-39.

［20］ 薛启，王康才，梁永富，等.藿香不同部位浸提液对其种子萌发及幼苗生长的化感作用［J］.南京农业大学学报，2017，40（4）：611-617.

［21］ ZHANG S Z，HUA B Z，ZHANG F.Induction of the activities of antioxidative enzymes and the levels of malondialdehyde in cucumber seedlings as a consequence of Bemisia tabaci（Hemiptera：Aleyrodidae） infestation［J］.Arthropod-plant interactions，2008，2（4）：209-213.

［22］ 刘济明，武梦瑶，熊雪，等.药用植物米槁土壤水浸提液对枫香幼苗的化感作用［J］.河北师范大学学报（自然科学版），2020，40（2）：176-183.