兰州百合(Lilium davidii var.unicolor salisb)被誉为“蔬菜人参”,近年来,因需求量的猛增导致其连作普遍,但连作产生的自毒作用对百合产量及品质有很大的影响。因此,立足自毒作用研究兰州百合连作障碍效应及机制具有重要的现实意义。本文通过隔膜分室试验,研究了不同连作年限土壤中存在的化感物质对兰州百合生长、产量及品质的自毒效应。同时,利用生物活性试验研究了兰州百合各器官及不同连作年限土壤水浸液对百合幼苗生长的影响,并对其中存在的化感物质进行了分离鉴定,在此基础上,筛选出典型自毒物质。最后,结合水培试验,利用外源对照品研究典型自毒物质对百合生长的直接作用效应,以明确兰州百合连作障碍的自毒作用机制。本论文由国家自然科学基金项目(31560380)资助。主要研究结果如下:1.隔膜分室试验结果显示:连作土壤中的自毒物质通过降低百合植株抗氧化酶活性,破坏自由基代谢平衡,造成细胞膜结构和功能损伤,最终导致产量和品质下降,且这种效应随连作年限的延长而增强。苗期、鳞茎膨大期和收获期,正茬、连作2年及连作4年百合叶片生理生化特性的变化趋势基本一致,随连作年限的增加,过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)含量均逐渐下降,过氧化物酶(POD)含量均先升高后降低,可溶性糖、脯氨酸和丙二醛(MDA)含量以及相对电导率均持续升高。鳞茎膨大期,随连作年限的延长,百合叶片叶绿素总量(Chl)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)及蒸腾速率(Tr)逐渐下降,而胞间CO_2浓度(Ci)不断升高。3种处理中影响Pn的主要生理因子为蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)。与正茬相比,连作2年及连作4年鳞茎产量分别下降了5.02%和16.96%,总糖含量分别下降了5.38%和11.42%,还原糖含量分别下降了13.10%和40.48%,粗脂肪含量分别上升了35.90%和61.54%,连作4年与正茬间差异达显著水平(P0.05)。2.兰州百合各器官及不同连作年限土壤水浸液自毒作用试验结果显示:兰州百合茎叶、根及鳞茎水浸液对百合幼苗的生长均表现出抑制作用,且存在浓度效应,当浓度≥100mg·mL~(-1)时,各处理中百合幼苗苗长、苗鲜重、根长及根鲜重较相应对照均显著下降(P0.05)。随水浸液浓度的升高,CAT、POD及SOD含量先上升后下降,MDA含量和相对电导率变化趋势相反。浓度高于100 mg·mL~(-1)时,百合茎叶和根浸液处理中脯氨酸和可溶性糖含量较对照显著增加(P0.05)。相同浓度条件下,茎叶水提液的化感作用最强,根系次之,而鳞茎水浸液的作用最弱。正茬、连作2年及连作4年根际土壤水浸液对兰州百合幼苗的生长均表现出“低促高抑”现象,并存在浓度效应,浓度越高抑制作用越强,当浓度提高至300 mg·mL~(-1)时,各处理中百合幼苗苗长、苗鲜重、根长及根鲜重较对照均显著降低(P0.05)。随水浸液浓度的升高,各处理CAT、POD及SOD酶活性的变化趋势基本一致,其中,POD先升高后降低,CAT和SOD均呈现持续上升趋势。3处理中脯氨酸、可溶性糖及MDA含量随溶液浓度的增加而升高,浓度为200~300 mg·mL~(-1)时,各处理与对照差异均达显著水平(P0.05)。同一浓度条件下,3种处理自毒作用的大小顺序依次为:连作4年连作2年正茬。3.兰州百合各器官及不同连作年限土壤中自毒物质的鉴定结果显示:不同器官中含有的自毒物质种类和数量存在差别,这是导致兰州百合茎叶、根及鳞茎水浸液自毒效应差异性的原因所在。兰州百合茎叶、根及鳞茎中分别存在32种、23种、14种化合物,相似系数为23.08%。鉴定出的化合物主要包括:2,3-丁二醇、甲苯、3-甲基环戊烷-1,2-二酮、十二烯基丁二酸酐、丁香醛、香草醛、邻苯二甲酸二(异)丁酯、抗氧剂2246、对苯二甲酸二辛酯、苯甲酸、氢化肉桂酸、肉桂酸、异丁香酚、对乙烯基愈创木酚、月桂酸、肉豆蔻酸等,其中多数被报道为化感自毒物质。抗氧剂2246和对苯二甲酸二辛酯在各器官中均存在且相对含量均较高。随连作年限的延长,百合根际土壤中化感物质种类和数量的增加是导致连作4年土壤水浸液自毒作用强,连作2年次之,而正茬土壤水浸液作用较弱的重要原因。生长旺盛期,从连作4年、2年及正茬根际土壤中分别鉴定出19种、15种及11种化合物;收获期分别鉴定出17种、15种及9种化合物,相似系数分别为14.29%和6.67%。鉴定出的化合物主要包括:2,3-丁二醇、1,4-二甲苯、2,6-二叔丁基对甲苯酚、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、抗氧剂2246和对苯二甲酸二辛酯等,其中大部分被报道为化感自毒物质。4.典型自毒物质自毒效应及机制的研究结果显示:自毒物质的作用特点是首先作用于细胞膜,诱导细胞膜膜脂过氧化程度的升高,促使百合植株细胞膜结构和功能的损伤,但对于不同结构的自毒物质,其作用趋势和作用效应存在差异。在0.02~5 mg·mL~(-1)浓度范围内,2,3-丁二醇对百合幼苗的生长表现出促进作用,促进效应随浓度的升高先增强后降低,对苯二甲酸二辛酯和抗氧剂2246则表现出“低促高抑”现象,但前者的抑制作用强于后者。随溶液浓度的升高,2,3-丁二醇处理中CAT、POD和SOD变化较小;抗氧剂2246处理中仅POD在5 mg·mL~(-1)时下降显著;而此浓度条件下,对苯二甲酸二辛酯处理中其幼苗CAT、POD和SOD活性较对照分别显著下降了58.34%、39.09%和44.25%(P0.05)。3种处理MDA含量先降低后上升,可溶性蛋白含量的变化与之相反,当浓度为5 mg·mL~(-1)时,对苯二甲酸二辛酯和抗氧剂2246处理中MDA含量分别提高了69.09%和37.95%,可溶性蛋白含量分别下降了36.60%和15.84%,与对照差异均达显著水平(P0.05)。自毒效应存在差异的对苯二甲酸二辛酯(D)和抗氧剂2246(A)在进行0.2和5mg·mL~(-1)浓度交叉试验时,与对照相比,各处理百合幼苗的生理生化特性均未发生显著变化,在外决定了D_(0.2)A_5、D_5A_(0.2)、D_5A_5各溶液对兰州百合幼苗的生长虽具有一定的抑制作用,但抑制程度并不显著。对于不同的生长指标及综合化感效应,当两成分单施作用方向相同时,共施条件下未表现出叠加效应;而若单施条件下两者作用方向相反,共施时表现出一定的拮抗效应。5.综合以上研究结果,认为自毒作用是导致兰州百合连作障碍发生的重要原因。百合植株各器官的代谢产物以及连作土壤中累积的自毒成分是引起自毒作用的物质基础。自毒物质通过诱导百合幼苗的过氧化反应,抑制抗氧化酶活性,破坏细胞膜的完整性,并且能够降低百合叶片的光合能力,从而抑制了百合幼苗的生长,最终造成兰州百合产量及品质的下降。
【学位单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S567.239
【部分图文】：
aaabbbccc75 d 125 d 170 dCKT T bacCKT T 对不同生育时期兰州百合叶片中 CAT 活性 Effect of continuous cropping on CAT activn leaves of Lanzhou lily at the different growt示播种天数，不同小写字母表示差异显著ean sowing days. The different small letters , the same below.
速率日变化物相比较[182-184]，兰州百合叶片净光合速率（Pn）较低。CKμmol·m-2·s-1，T1中 Pn 为 0.49~2.10 μmol·m-2·s-1，T2中 P3 处理 Pn 的变化趋势一致，均呈现双峰曲线，表现出较为0:45 之间，随 PAR 及 Ta 的升高，3 处理 Pn 逐渐上升，均于0 时，3 处理 Pn 均处于“午休”状态。午后 13:45，达到第二73 和 1.19 μmol·m-2·s-1。15:00~17:30 之间，随 PAR 的降低， 17:30 降至最低，但 CK 中 Pn 下降速度最快。各处理中百上午，这可能是由于上午植株体内累积了较多的光合产物，一定的反馈抑制，最终导致了下午 Pn 较低。图 2-10 空气相对湿度和大气 CO2浓度的日变化ig. 2-10 Diurnal changes of air relative humidity and air CO2concentra
孔导度日变化在光下进行光合作用，经由气孔进行 CO2和水分的交换，气孔可根据度调节开度的大小，从而控制 CO2的摄入与水分的耗散。因此，Gs 的 均产生很大影响。由图 2-12 可见，3 处理中百合植株的 Gs 均呈“WCK、T1及 T2中百合植株的 Gs 均处于最大值，分别为 67.25、60.23 和s-1。9:30~10:45，随 PAR 的增加，CK 和 T1中 Gs 逐渐上升，T2中 Gs 延长 1h。午后，大气温度继续升高，为防止水分过度流失，各处理气之下降，16:15 达到最低值，之后略有回升。
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本文编号：
2862298
