纹党连作土壤浸提液对其种子萌发及幼苗生长的自毒效应研究

doi:10.11686/cyxb2024048

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (12): 122-133.DOI: 10.11686/cyxb2024048

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纹党连作土壤浸提液对其种子萌发及幼苗生长的自毒效应研究

陈莺宇¹(), 邱亚娟¹, 邵晓龄¹, 黄钰芳¹^,²^,³(), 杨扶德¹, 陈林杰¹, 陈红刚¹^,², 谢田朋¹^,²

^1.甘肃中医药大学药学院，甘肃兰州 730000
^2.西北中藏药省部共建协同创新中心，甘肃兰州 730000
^3.甘肃中医药大学，敦煌医学与转化教育部重点实验室，甘肃兰州 730000

收稿日期:2024-02-02 修回日期:2024-03-07 出版日期:2024-12-20 发布日期:2024-10-09
通讯作者: 黄钰芳
作者简介:. E-mail： 1049395950@qq.com
陈莺宇（2000-），女，甘肃兰州人，在读硕士。E-mail： 191221558@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(82160714);甘肃省自然科学基金(21JR1RA271);国家重点研发计划(2018YFC1706305);甘肃省高等学校产业支撑引导项目(2021CYZC-40);研究生“创新之星”项目(2023CXZX-764);敦煌医学与转化教育部重点实验室项目(DHYX20-13)

A study of autotoxic effects of soil extract from continuously cropped Codonopsis pilosula var. modesta on seed germination and seedling growth

Ying-yu CHEN¹(), Ya-juan QIU¹, Xiao-ling SHAO¹, Yu-fang HUANG¹^,²^,³(), Fu-de YANG¹, Lin-jie CHEN¹, Hong-gang CHEN¹^,², Tian-peng XIE¹^,²

^1.College of Pharmacy，Gansu University of Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China
^2.Northwest Collaborative Innovation Center for Traditional Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China
^3.Key Laboratory of Dunhuang Medicine，Ministry of Education，Gansu University of Chinese Medicine，Lanzhou 730000，China

Received:2024-02-02 Revised:2024-03-07 Online:2024-12-20 Published:2024-10-09
Contact: Yu-fang HUANG

摘要/Abstract

摘要：

为探究纹党连作土壤浸提液对其种子萌发及幼苗生长的自毒效应，并筛选出其中潜在的化感自毒物质，选取连作1、2和3年的纹党根际土壤，利用种子发芽试验及幼苗生长试验研究其浸提液对纹党种子萌发和幼苗生长的影响，并利用气质联用技术（GC-MS）对根际土壤中的自毒物质进行鉴定。结果表明，各连作年限土壤浸提液对纹党种子的萌发及幼苗的生长均表现出“低促高抑”的影响趋势；在同等抑制浓度条件下，连作3年的抑制作用最强，连作1年的最弱。纹党幼苗叶片叶绿素的含量以及过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶的活性随土壤浸提液浓度的增大先升高后降低，丙二醛、脯氨酸的含量随土壤浸提液浓度的增大而上升，且连作3年的影响效应最强。GC-MS结果显示，连作1、2和3年土壤浸提液中分别检测出12、18和8种化学物质，包括烃类、醇类、酮类及脂肪酸类等多种化合物。纹党连作土壤浸提液对其种子萌发和幼苗生长具有自毒效应；自毒作用是纹党连作障碍发生的原因之一。

关键词: 纹党, 连作障碍, 自毒作用, 气质联用技术, 自毒物质

Abstract:

Autotoxicity is one of the serious problems in Codonopsis pilosula var. modesta cultivation. The purpose of this study was to investigate the autotoxicity effects of soil extract from continuously cropped C. pilosula var. modesta on seed germination and seedling growth， and to screen out potential autotoxic compounds of C. pilosula var. modesta. Rhizosphere soil of C. pilosula var. modesta continuously cropped for 1， 2 and 3 years was collected； extracts from the collected soil were prepared， and germination and seedling growth tests for C. pilosula var. modesta were conducted. Potentially autotoxic compounds in the rhizosphere soil extracts were identified by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. It was found that the soil extract for all three continuous cropping durations had an effect of “low promotion and high inhibition” on the seed germination and seedling growth of C. pilosula var. modesta. However， the inhibition effect of continuous cropping for 3 years was the strongest， and that of continuous cropping for 1 year was the weakest. The chlorophyll content and the catalase， peroxidase and superoxide dismutase in leaves initially increased and then decreased with increase in soil extract concentration， and the contents of malondialdehyde and proline increased with increase in soil extract concentration. Again， these effects were strongest for extracts from soils after three years of continuous cropping. The GC-MS analysis detected， respectively， 12， 18 and 8 different potentially autotoxic compounds （including hydrocarbons， alcohols， ketones and fatty acids）， in extracts from soils continuously cropped for 1， 2 and 3 years. In summary， extracts from soils continuously cropped with C. pilosula var. modesta had autotoxic effects on seed germination and seedling growth. Autotoxicity is one of the causes of continuous cropping vigor loss in C. pilosula var. modesta.

Key words: Codonopsis pilosula var. modesta, continuous cropping obstacles, autotoxicity, GC-MS, autotoxic substance

陈莺宇, 邱亚娟, 邵晓龄, 黄钰芳, 杨扶德, 陈林杰, 陈红刚, 谢田朋. 纹党连作土壤浸提液对其种子萌发及幼苗生长的自毒效应研究[J]. 草业学报, 2024, 33(12): 122-133.

Ying-yu CHEN, Ya-juan QIU, Xiao-ling SHAO, Yu-fang HUANG, Fu-de YANG, Lin-jie CHEN, Hong-gang CHEN, Tian-peng XIE. A study of autotoxic effects of soil extract from continuously cropped Codonopsis pilosula var. modesta on seed germination and seedling growth[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(12): 122-133.

图/表 8

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年限 Years	浓度Content （g·L^-1）	测定指标Determination index				化感效应指数Allelopathic response index
年限 Years	浓度Content （g·L^-1）	GR （%）	GP （%）	GI	RL （cm）	GR	GP	GI	RL	SE
1	CK	0.77±0.00bc	0.37±0.02bcde	13.32±0.04bc	7.47±0.18c
	15	0.85±0.04a	0.44±0.01ab	14.82±0.52a	7.55±0.06c	0.09	0.10	0.15	0.01	0.0875
	25	0.86±0.01a	0.50±0.03a	15.10±0.47a	10.48±0.22a	0.10	0.12	0.26	0.29	0.1925
	50	0.84±0.01a	0.40±0.05bc	14.41±0.09ab	10.31±0.43a	0.08	0.08	0.06	0.28	0.1250
	100	0.81±0.06ab	0.38±0.03bcd	14.15±0.98ab	9.50±0.52b	0.05	0.06	0.03	0.21	0.0875
	150	0.76±0.01bcd	0.36±0.04bcde	13.23±0.18bc	6.79±0.30d	-0.02	-0.01	-0.04	-0.08	-0.0375
	200	0.75±0.05bcd	0.34±0.01cde	12.53±0.93cd	5.29±0.15e	-0.03	-0.06	-0.08	-0.29	-0.1150
	300	0.73±0.01cd	0.31±0.02de	12.22±0.06cd	4.82±0.30ef	-0.06	-0.08	-0.18	-0.35	-0.1675
	500	0.70±0.01d	0.29±0.07e	11.82±0.21d	4.42±0.37f	-0.10	-0.11	-0.22	-0.40	-0.2075
2	CK	0.77±0.00abc	0.37±0.02bc	13.32±0.04abc	7.47±0.18c
	15	0.83±0.09ab	0.41±0.02b	14.30±1.53ab	7.50±0.39c	0.07	0.07	0.09	0.00	0.0575
	25	0.85±0.00a	0.47±0.01a	14.82±0.01a	10.15±0.22a	0.09	0.10	0.21	0.26	0.1650
	50	0.81±0.07abc	0.37±0.05bc	13.58±1.41abc	9.20±0.38b	0.05	0.02	-0.01	0.19	0.0625
	100	0.77±0.02abc	0.32±0.03cd	13.02±0.25bc	6.73±0.21d	-0.01	-0.02	-0.14	-0.09	-0.0650
	150	0.73±0.04bcd	0.31±0.02cd	12.58±0.50bcd	4.59±0.06e	-0.06	-0.06	-0.18	-0.38	-0.1700
	200	0.72±0.01cd	0.28±0.02de	12.31±0.06cd	4.50±0.29e	-0.06	-0.08	-0.26	-0.39	-0.1975
	300	0.71±0.01cd	0.26±0.01de	11.92±0.08cd	3.92±0.43f	-0.08	-0.11	-0.30	-0.47	-0.2400
	500	0.64±0.01d	0.22±0.03e	10.90±0.08d	3.42±0.08g	-0.17	-0.18	-0.41	-0.54	-0.3250
3	CK	0.77±0.00a	0.37±0.02ab	13.32±0.04abc	7.47±0.18b
	15	0.79±0.02a	0.40±0.02a	13.39±0.62ab	7.48±0.18b	0.02	0.01	0.06	0.00	0.0225
	25	0.82±0.05a	0.43±0.08a	14.14±0.94a	10.12±0.10a	0.06	0.06	0.13	0.26	0.1275
	50	0.74±0.00ab	0.36±0.01ab	12.74±0.08bcd	6.82±0.25c	-0.04	-0.04	-0.04	-0.08	-0.0500
	100	0.69±0.03bc	0.34±0.01abc	12.12±0.44cde	6.03±0.11d	-0.10	-0.09	-0.09	-0.19	-0.1175
	150	0.66±0.04c	0.30±0.03bc	11.56±0.80de	4.32±0.54e	-0.15	-0.13	-0.19	-0.42	-0.2225
	200	0.65±0.00c	0.27±0.20cd	11.47±0.05e	3.75±0.10f	-0.16	-0.14	-0.28	-0.49	-0.2675
	300	0.64±0.04c	0.20±0.06de	10.22±0.08f	3.22±0.21g	-0.17	-0.23	-0.47	-0.57	-0.3600
	500	0.54±0.06d	0.13±0.10e	8.07±0.59g	3.08±0.08g	-0.30	-0.39	-0.66	-0.58	-0.4825

年限 Years	浓度Content （g·L^-1）	测定指标Determination index				化感效应指数Allelopathic response index
年限 Years	浓度Content （g·L^-1）	GR （%）	GP （%）	GI	RL （cm）	GR	GP	GI	RL	SE
1	CK	0.77±0.00bc	0.37±0.02bcde	13.32±0.04bc	7.47±0.18c
	15	0.85±0.04a	0.44±0.01ab	14.82±0.52a	7.55±0.06c	0.09	0.10	0.15	0.01	0.0875
	25	0.86±0.01a	0.50±0.03a	15.10±0.47a	10.48±0.22a	0.10	0.12	0.26	0.29	0.1925
	50	0.84±0.01a	0.40±0.05bc	14.41±0.09ab	10.31±0.43a	0.08	0.08	0.06	0.28	0.1250
	100	0.81±0.06ab	0.38±0.03bcd	14.15±0.98ab	9.50±0.52b	0.05	0.06	0.03	0.21	0.0875
	150	0.76±0.01bcd	0.36±0.04bcde	13.23±0.18bc	6.79±0.30d	-0.02	-0.01	-0.04	-0.08	-0.0375
	200	0.75±0.05bcd	0.34±0.01cde	12.53±0.93cd	5.29±0.15e	-0.03	-0.06	-0.08	-0.29	-0.1150
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	15	0.83±0.09ab	0.41±0.02b	14.30±1.53ab	7.50±0.39c	0.07	0.07	0.09	0.00	0.0575
	25	0.85±0.00a	0.47±0.01a	14.82±0.01a	10.15±0.22a	0.09	0.10	0.21	0.26	0.1650
	50	0.81±0.07abc	0.37±0.05bc	13.58±1.41abc	9.20±0.38b	0.05	0.02	-0.01	0.19	0.0625
	100	0.77±0.02abc	0.32±0.03cd	13.02±0.25bc	6.73±0.21d	-0.01	-0.02	-0.14	-0.09	-0.0650
	150	0.73±0.04bcd	0.31±0.02cd	12.58±0.50bcd	4.59±0.06e	-0.06	-0.06	-0.18	-0.38	-0.1700
	200	0.72±0.01cd	0.28±0.02de	12.31±0.06cd	4.50±0.29e	-0.06	-0.08	-0.26	-0.39	-0.1975
	300	0.71±0.01cd	0.26±0.01de	11.92±0.08cd	3.92±0.43f	-0.08	-0.11	-0.30	-0.47	-0.2400
	500	0.64±0.01d	0.22±0.03e	10.90±0.08d	3.42±0.08g	-0.17	-0.18	-0.41	-0.54	-0.3250
3	CK	0.77±0.00a	0.37±0.02ab	13.32±0.04abc	7.47±0.18b
	15	0.79±0.02a	0.40±0.02a	13.39±0.62ab	7.48±0.18b	0.02	0.01	0.06	0.00	0.0225
	25	0.82±0.05a	0.43±0.08a	14.14±0.94a	10.12±0.10a	0.06	0.06	0.13	0.26	0.1275
	50	0.74±0.00ab	0.36±0.01ab	12.74±0.08bcd	6.82±0.25c	-0.04	-0.04	-0.04	-0.08	-0.0500
	100	0.69±0.03bc	0.34±0.01abc	12.12±0.44cde	6.03±0.11d	-0.10	-0.09	-0.09	-0.19	-0.1175
	150	0.66±0.04c	0.30±0.03bc	11.56±0.80de	4.32±0.54e	-0.15	-0.13	-0.19	-0.42	-0.2225
	200	0.65±0.00c	0.27±0.20cd	11.47±0.05e	3.75±0.10f	-0.16	-0.14	-0.28	-0.49	-0.2675
	300	0.64±0.04c	0.20±0.06de	10.22±0.08f	3.22±0.21g	-0.17	-0.23	-0.47	-0.57	-0.3600
	500	0.54±0.06d	0.13±0.10e	8.07±0.59g	3.08±0.08g	-0.30	-0.39	-0.66	-0.58	-0.4825

年限 Year	浓度Content （g·L^-1）	测定指标Determination index			化感效应指数Allelopathic response index
年限 Year	浓度Content （g·L^-1）	RL （cm）	SL （cm）	FW （g·10 plants^-1）	RL	SL	FW	SE
1	CK	6.24±0.05c	4.16±0.10c	0.1918±0.02b
	100	7.54±0.23ab	5.39±0.17a	0.2259±0.01a	0.17	0.23	0.15	0.1839
	150	8.02±0.19a	5.48±0.31a	0.2361±0.01a	0.22	0.24	0.19	0.2170
	250	7.08±0.05b	4.74±0.23b	0.2048±0.03ab	0.12	0.12	0.06	0.1014
	350	6.48±0.27c	4.31±0.17bc	0.1759±0.01b	0.04	0.03	-0.08	-0.0039
	550	5.27±0.59d	3.97±0.38cd	0.1371±0.01c	-0.14	-0.04	-0.29	-0.1573
	750	4.49±0.43e	3.68±0.34d	0.1293±0.00c	-0.27	-0.12	-0.33	-0.2367
2	CK	6.24±0.05b	4.16±0.10cd	0.1918±0.02ab
	100	7.26±0.12a	4.81±0.15b	0.2069±0.07a	0.14	0.13	0.07	0.1161
	150	6.55±0.32b	5.24±0.27a	0.2093±0.03a	0.05	0.21	0.08	0.1124
	250	5.79±0.48c	4.46±0.24c	0.1427±0.02bc	-0.06	0.07	-0.26	-0.0817
	350	5.20±0.09d	3.91±0.04de	0.1319±0.00c	-0.15	-0.06	-0.31	-0.1755
	550	4.61±0.22e	3.76±0.25e	0.1295±0.02c	-0.25	-0.10	-0.32	-0.2232
	750	4.31±0.20e	2.47 ±0.07f	0.1089±0.00c	-0.30	-0.41	-0.43	-0.3792
3	CK	6.24±0.05b	4.16±0.10a	0.1918±0.02a
	100	7.17±0.33a	4.50±0.11a	0.2067±0.01a	0.13	0.08	0.07	0.0926
	150	5.24±0.87c	4.35±0.29a	0.1931±0.01a	-0.15	0.04	0.01	-0.0319
	250	5.08±0.19cd	4.10±0.66b	0.1375±0.03b	-0.17	-0.02	-0.28	-0.1570
	350	4.50±0.28d	3.53±0.09c	0.1125±0.01bc	-0.27	-0.15	-0.41	-0.2773
	550	3.63±0.20e	2.42±0.31c	0.1085±0.00c	-0.41	-0.42	-0.43	-0.4209
	750	3.21±0.10e	2.25±0.10c	0.0848±0.00c	-0.48	-0.46	-0.56	-0.4984

年限 Year	浓度Content （g·L^-1）	测定指标Determination index			化感效应指数Allelopathic response index
年限 Year	浓度Content （g·L^-1）	RL （cm）	SL （cm）	FW （g·10 plants^-1）	RL	SL	FW	SE
1	CK	6.24±0.05c	4.16±0.10c	0.1918±0.02b
	100	7.54±0.23ab	5.39±0.17a	0.2259±0.01a	0.17	0.23	0.15	0.1839
	150	8.02±0.19a	5.48±0.31a	0.2361±0.01a	0.22	0.24	0.19	0.2170
	250	7.08±0.05b	4.74±0.23b	0.2048±0.03ab	0.12	0.12	0.06	0.1014
	350	6.48±0.27c	4.31±0.17bc	0.1759±0.01b	0.04	0.03	-0.08	-0.0039
	550	5.27±0.59d	3.97±0.38cd	0.1371±0.01c	-0.14	-0.04	-0.29	-0.1573
	750	4.49±0.43e	3.68±0.34d	0.1293±0.00c	-0.27	-0.12	-0.33	-0.2367
2	CK	6.24±0.05b	4.16±0.10cd	0.1918±0.02ab
	100	7.26±0.12a	4.81±0.15b	0.2069±0.07a	0.14	0.13	0.07	0.1161
	150	6.55±0.32b	5.24±0.27a	0.2093±0.03a	0.05	0.21	0.08	0.1124
	250	5.79±0.48c	4.46±0.24c	0.1427±0.02bc	-0.06	0.07	-0.26	-0.0817
	350	5.20±0.09d	3.91±0.04de	0.1319±0.00c	-0.15	-0.06	-0.31	-0.1755
	550	4.61±0.22e	3.76±0.25e	0.1295±0.02c	-0.25	-0.10	-0.32	-0.2232
	750	4.31±0.20e	2.47 ±0.07f	0.1089±0.00c	-0.30	-0.41	-0.43	-0.3792
3	CK	6.24±0.05b	4.16±0.10a	0.1918±0.02a
	100	7.17±0.33a	4.50±0.11a	0.2067±0.01a	0.13	0.08	0.07	0.0926
	150	5.24±0.87c	4.35±0.29a	0.1931±0.01a	-0.15	0.04	0.01	-0.0319
	250	5.08±0.19cd	4.10±0.66b	0.1375±0.03b	-0.17	-0.02	-0.28	-0.1570
	350	4.50±0.28d	3.53±0.09c	0.1125±0.01bc	-0.27	-0.15	-0.41	-0.2773
	550	3.63±0.20e	2.42±0.31c	0.1085±0.00c	-0.41	-0.42	-0.43	-0.4209
	750	3.21±0.10e	2.25±0.10c	0.0848±0.00c	-0.48	-0.46	-0.56	-0.4984

保留时间 Retention time （min）	化合物 Compound	分子式 Molecular formula	连作年限 Continuous cropping years
保留时间 Retention time （min）	化合物 Compound	分子式 Molecular formula	1	2	3
4.678	对二甲苯Paraxylene	C₈H₁₀	3.07	5.02	3.33
4.981	2-苯乙基异烟酸酯Isonicotinic acid， 2-phenylethyl ester	C₁₄H₁₃NO₂	4.01	7.01	4.52
6.286	五氯乙烷Ethane， pentachloro-	C₂HCl₅	0.39	0.65	-
7.814	六氯乙烷Ethane， hexachloro-	C₂Cl₆	-	0.52	-
8.987	3-丁基吡啶Pyridine， 3-butyl-	C₉H₁₃N	-	0.45	-
14.840	邻苯二甲酸二甲酯Dimethyl phthalate	C₁₀H₁₀O₄	1.31	1.17	0.68
18.491	正十六烷Hexadecane	C₁₆H₃₄	0.51	-	-
20.190	1-十六烷醇1-Hexadecanol	C₁₆H₃₄O	0.43	-	-
21.981	4， 8a-二甲基-6-异丙烯基-3， 5， 6， 7， 8， 8a-六氢萘-2-酮2（1H）Naphthalenone， 3，5，6，7，8，8a-hexahydro-4，8a-dimethyl-6-（1-methylethenyl）-	C₁₅H₂₂O	-	1.00	-
22.725	3-吲哚乙醇Tryptophol	C₁₀H₁₁NO	-	1.26	-
25.535	3， 6-二甲基-7-异丙烯基-6-乙烯基八氢环己并［1， 2-b］呋喃-2-酮2（3H）-Benzofuranone， 6-ethenylhexahydro-3，6-dimethyl-7-（1-methylethenyl）-，［3S-（3.alpha.，3a.alpha.，6.alpha.，7.beta.，7a.beta.）］-	C₁₅H₂₂O₂	-	0.85	-
27.606	（-）-异长叶醇Isolongifolol	C₁₅H₂₆O	-	0.50	-
29.237	（4S，4αR，6R，8αR）-4α-羟基-4，8α-二甲基-6-（2-丙烯基）-3，4，5，6，7，8-六氢-2H-萘-1-酮（4S，4αR，6R，8αR）-4α-hydroxy-4，8α-dimethyl-6-prop-1-en-2-yl-3，4，5，6，7，8-hexahydro-2H-naphthalen-1-one	C₁₅H₂₄O₂	-	1.30	-
29.649	邻苯二甲酸二丁酯Dibutyl phthalate	C₁₆H₂₂O₄	14.72	1.94	6.79
30.038	棕榈酸n-Hexadecanoic acid	C₁₆H₃₂O₂	-	4.23	-
31.320	喘诺木烯内酯Reynosin	C₁₅H₂₀O₃	-	7.33	-
37.236	十六碳酰胺Hexadecanamide	C₁₆H₃₃NO	13.29	13.55	-
41.745	E， E， Z-1， 3， 12-十九碳三烯-5， 14-二醇E，E，Z-1，3，12-Nonadecatriene-5，14-diolE，E，Z-1，3，12-Nonadecatriene-5，14-diol	C₁₉H₃₄O₂	-	-	2.17
41.751	2-油烯基-外消旋甘油E，E，Z-1，3，12-Nonadecatriene-5，14-diol	C₁₉H₃₄O₂	3.47	-	-
41.957	油酸酰胺9-Octadecenamide，（Z）-	C₁₈H₃₅NO	37.29	40.03	20.33
42.913	2，2'-亚甲基双-（4-甲基-6-叔丁基苯酚）Phenol， 2， 2'-methylenebis-6-（1， 1-dimethylethyl）-4-methyl-	C₂₃H₃₂O₂	13.38	5.47	6.79
45.402	邻苯二甲酸二辛酯Bis（2-ethylhexyl） phthalate	C₂₄H₃₈O₄	8.13	7.71	55.40

纹党连作土壤浸提液对其种子萌发及幼苗生长的自毒效应研究

A study of autotoxic effects of soil extract from continuously cropped Codonopsis pilosula var. modesta on seed germination and seedling growth

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[3]	尹国丽, 蔡卓山, 陶茸, 吴芳, 陈建纲, 师尚礼. 不同草田轮作方式对土壤肥力、微生物数量及自毒物质含量的影响[J]. 草业学报, 2019, 28(3): 42-50.
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