蘭州百合(Lilium davidii var.unicolor salisb)被譽為“蔬菜人參”,近年來,因需求量的猛增導(dǎo)致其連作普遍,但連作產(chǎn)生的自毒作用對百合產(chǎn)量及品質(zhì)有很大的影響。因此,立足自毒作用研究蘭州百合連作障礙效應(yīng)及機制具有重要的現(xiàn)實意義。本文通過隔膜分室試驗,研究了不同連作年限土壤中存在的化感物質(zhì)對蘭州百合生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的自毒效應(yīng)。同時,利用生物活性試驗研究了蘭州百合各器官及不同連作年限土壤水浸液對百合幼苗生長的影響,并對其中存在的化感物質(zhì)進(jìn)行了分離鑒定,在此基礎(chǔ)上,篩選出典型自毒物質(zhì)。最后,結(jié)合水培試驗,利用外源對照品研究典型自毒物質(zhì)對百合生長的直接作用效應(yīng),以明確蘭州百合連作障礙的自毒作用機制。本論文由國家自然科學(xué)基金項目(31560380)資助。主要研究結(jié)果如下:1.隔膜分室試驗結(jié)果顯示:連作土壤中的自毒物質(zhì)通過降低百合植株抗氧化酶活性,破壞自由基代謝平衡,造成細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能損傷,最終導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降,且這種效應(yīng)隨連作年限的延長而增強。苗期、鱗莖膨大期和收獲期,正茬、連作2年及連作4年百合葉片生理生化特性的變化趨勢基本一致,隨連作年限的增加,過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)含量均逐漸下降,過氧化物酶(POD)含量均先升高后降低,可溶性糖、脯氨酸和丙二醛(MDA)含量以及相對電導(dǎo)率均持續(xù)升高。鱗莖膨大期,隨連作年限的延長,百合葉片葉綠素總量(Chl)、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)及蒸騰速率(Tr)逐漸下降,而胞間CO_2濃度(Ci)不斷升高。3種處理中影響Pn的主要生理因子為蒸騰速率(Tr)和水分利用效率(WUE)。與正茬相比,連作2年及連作4年鱗莖產(chǎn)量分別下降了5.02%和16.96%,總糖含量分別下降了5.38%和11.42%,還原糖含量分別下降了13.10%和40.48%,粗脂肪含量分別上升了35.90%和61.54%,連作4年與正茬間差異達(dá)顯著水平(P0.05)。2.蘭州百合各器官及不同連作年限土壤水浸液自毒作用試驗結(jié)果顯示:蘭州百合莖葉、根及鱗莖水浸液對百合幼苗的生長均表現(xiàn)出抑制作用,且存在濃度效應(yīng),當(dāng)濃度≥100mg·mL~(-1)時,各處理中百合幼苗苗長、苗鮮重、根長及根鮮重較相應(yīng)對照均顯著下降(P0.05)。隨水浸液濃度的升高,CAT、POD及SOD含量先上升后下降,MDA含量和相對電導(dǎo)率變化趨勢相反。濃度高于100 mg·mL~(-1)時,百合莖葉和根浸液處理中脯氨酸和可溶性糖含量較對照顯著增加(P0.05)。相同濃度條件下,莖葉水提液的化感作用最強,根系次之,而鱗莖水浸液的作用最弱。正茬、連作2年及連作4年根際土壤水浸液對蘭州百合幼苗的生長均表現(xiàn)出“低促高抑”現(xiàn)象,并存在濃度效應(yīng),濃度越高抑制作用越強,當(dāng)濃度提高至300 mg·mL~(-1)時,各處理中百合幼苗苗長、苗鮮重、根長及根鮮重較對照均顯著降低(P0.05)。隨水浸液濃度的升高,各處理CAT、POD及SOD酶活性的變化趨勢基本一致,其中,POD先升高后降低,CAT和SOD均呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢。3處理中脯氨酸、可溶性糖及MDA含量隨溶液濃度的增加而升高,濃度為200~300 mg·mL~(-1)時,各處理與對照差異均達(dá)顯著水平(P0.05)。同一濃度條件下,3種處理自毒作用的大小順序依次為:連作4年連作2年正茬。3.蘭州百合各器官及不同連作年限土壤中自毒物質(zhì)的鑒定結(jié)果顯示:不同器官中含有的自毒物質(zhì)種類和數(shù)量存在差別,這是導(dǎo)致蘭州百合莖葉、根及鱗莖水浸液自毒效應(yīng)差異性的原因所在。蘭州百合莖葉、根及鱗莖中分別存在32種、23種、14種化合物,相似系數(shù)為23.08%。鑒定出的化合物主要包括:2,3-丁二醇、甲苯、3-甲基環(huán)戊烷-1,2-二酮、十二烯基丁二酸酐、丁香醛、香草醛、鄰苯二甲酸二(異)丁酯、抗氧劑2246、對苯二甲酸二辛酯、苯甲酸、氫化肉桂酸、肉桂酸、異丁香酚、對乙烯基愈創(chuàng)木酚、月桂酸、肉豆蔻酸等,其中多數(shù)被報道為化感自毒物質(zhì)�？寡鮿�2246和對苯二甲酸二辛酯在各器官中均存在且相對含量均較高。隨連作年限的延長,百合根際土壤中化感物質(zhì)種類和數(shù)量的增加是導(dǎo)致連作4年土壤水浸液自毒作用強,連作2年次之,而正茬土壤水浸液作用較弱的重要原因。生長旺盛期,從連作4年、2年及正茬根際土壤中分別鑒定出19種、15種及11種化合物;收獲期分別鑒定出17種、15種及9種化合物,相似系數(shù)分別為14.29%和6.67%。鑒定出的化合物主要包括:2,3-丁二醇、1,4-二甲苯、2,6-二叔丁基對甲苯酚、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、抗氧劑2246和對苯二甲酸二辛酯等,其中大部分被報道為化感自毒物質(zhì)。4.典型自毒物質(zhì)自毒效應(yīng)及機制的研究結(jié)果顯示:自毒物質(zhì)的作用特點是首先作用于細(xì)胞膜,誘導(dǎo)細(xì)胞膜膜脂過氧化程度的升高,促使百合植株細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的損傷,但對于不同結(jié)構(gòu)的自毒物質(zhì),其作用趨勢和作用效應(yīng)存在差異。在0.02~5 mg·mL~(-1)濃度范圍內(nèi),2,3-丁二醇對百合幼苗的生長表現(xiàn)出促進(jìn)作用,促進(jìn)效應(yīng)隨濃度的升高先增強后降低,對苯二甲酸二辛酯和抗氧劑2246則表現(xiàn)出“低促高抑”現(xiàn)象,但前者的抑制作用強于后者。隨溶液濃度的升高,2,3-丁二醇處理中CAT、POD和SOD變化較小;抗氧劑2246處理中僅POD在5 mg·mL~(-1)時下降顯著;而此濃度條件下,對苯二甲酸二辛酯處理中其幼苗CAT、POD和SOD活性較對照分別顯著下降了58.34%、39.09%和44.25%(P0.05)。3種處理MDA含量先降低后上升,可溶性蛋白含量的變化與之相反,當(dāng)濃度為5 mg·mL~(-1)時,對苯二甲酸二辛酯和抗氧劑2246處理中MDA含量分別提高了69.09%和37.95%,可溶性蛋白含量分別下降了36.60%和15.84%,與對照差異均達(dá)顯著水平(P0.05)。自毒效應(yīng)存在差異的對苯二甲酸二辛酯(D)和抗氧劑2246(A)在進(jìn)行0.2和5mg·mL~(-1)濃度交叉試驗時,與對照相比,各處理百合幼苗的生理生化特性均未發(fā)生顯著變化,在外決定了D_(0.2)A_5、D_5A_(0.2)、D_5A_5各溶液對蘭州百合幼苗的生長雖具有一定的抑制作用,但抑制程度并不顯著。對于不同的生長指標(biāo)及綜合化感效應(yīng),當(dāng)兩成分單施作用方向相同時,共施條件下未表現(xiàn)出疊加效應(yīng);而若單施條件下兩者作用方向相反,共施時表現(xiàn)出一定的拮抗效應(yīng)。5.綜合以上研究結(jié)果,認(rèn)為自毒作用是導(dǎo)致蘭州百合連作障礙發(fā)生的重要原因。百合植株各器官的代謝產(chǎn)物以及連作土壤中累積的自毒成分是引起自毒作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。自毒物質(zhì)通過誘導(dǎo)百合幼苗的過氧化反應(yīng),抑制抗氧化酶活性,破壞細(xì)胞膜的完整性,并且能夠降低百合葉片的光合能力,從而抑制了百合幼苗的生長,最終造成蘭州百合產(chǎn)量及品質(zhì)的下降。
【學(xué)位單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S567.239
【部分圖文】：

aaabbbccc75 d 125 d 170 dCKT T bacCKT T 對不同生育時期蘭州百合葉片中 CAT 活性 Effect of continuous cropping on CAT activn leaves of Lanzhou lily at the different growt示播種天數(shù)，不同小寫字母表示差異顯著ean sowing days. The different small letters , the same below.

速率日變化物相比較[182-184]，蘭州百合葉片凈光合速率（Pn）較低。CKμmol·m-2·s-1，T1中 Pn 為 0.49~2.10 μmol·m-2·s-1，T2中 P3 處理 Pn 的變化趨勢一致，均呈現(xiàn)雙峰曲線，表現(xiàn)出較為0:45 之間，隨 PAR 及 Ta 的升高，3 處理 Pn 逐漸上升，均于0 時，3 處理 Pn 均處于“午休”狀態(tài)。午后 13:45，達(dá)到第二73 和 1.19 μmol·m-2·s-1。15:00~17:30 之間，隨 PAR 的降低， 17:30 降至最低，但 CK 中 Pn 下降速度最快。各處理中百上午，這可能是由于上午植株體內(nèi)累積了較多的光合產(chǎn)物，一定的反饋抑制，最終導(dǎo)致了下午 Pn 較低。圖 2-10 空氣相對濕度和大氣 CO2濃度的日變化ig. 2-10 Diurnal changes of air relative humidity and air CO2concentra

孔導(dǎo)度日變化在光下進(jìn)行光合作用，經(jīng)由氣孔進(jìn)行 CO2和水分的交換，氣孔可根據(jù)度調(diào)節(jié)開度的大小，從而控制 CO2的攝入與水分的耗散。因此，Gs 的 均產(chǎn)生很大影響。由圖 2-12 可見，3 處理中百合植株的 Gs 均呈“WCK、T1及 T2中百合植株的 Gs 均處于最大值，分別為 67.25、60.23 和s-1。9:30~10:45，隨 PAR 的增加，CK 和 T1中 Gs 逐漸上升，T2中 Gs 延長 1h。午后，大氣溫度繼續(xù)升高，為防止水分過度流失，各處理氣之下降，16:15 達(dá)到最低值，之后略有回升。
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本文編號：2862298