不同生育期芝麻根系分泌物对连作障碍的响应及其自毒作用

doi:10.19802/j.issn.1007-9084.2020207

中国油料作物学报 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (6): 1087-1098.doi: 10.19802/j.issn.1007-9084.2020207

不同生育期芝麻根系分泌物对连作障碍的响应及其自毒作用

吕丰娟(), 张志华, 汪瑞清, 袁展汽, 林洪鑫, 魏林根(), 肖运萍()

江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所，农业农村部长江中下游作物生理生态与耕作重点实验室，国家红壤改良工程技术研究中心，江西南昌，330200

收稿日期:2020-07-13 出版日期:2021-12-22 发布日期:2021-12-23
通讯作者: 魏林根,肖运萍 E-mail:fengjuanlv@126.com;lgw0021@163.com;xyp-801@163.com;lgw0021@163.com
作者简介:吕丰娟（1984- ），女，山东泰安人，助理研究员，博士，主要从事花生芝麻高产栽培技术研究，E-mail: fengjuanlv@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(31560367);国家现代农业产业技术体系建设项目(CARS-14-2-15);江西省花生芝麻产业技术体系栽培岗位建设项目(JXARS-18)

Response of sesame root exudates at different growing stages to continuous cropping and its autotoxicity

Feng-juan LYU(), Zhi-hua ZHANG, Rui-qing WANG, Zhan-qi YUAN, Hong-xin LIN, Lin-gen WEI(), Yun-ping XIAO()

Soil and Fertilizer & Resources and Environment Institute, Jiangxi Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System for the Middle and Lower Reaches of the Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, National Engineering and Technology Research Center for Soil Improvement, Nanchang 330200, China

Received:2020-07-13 Online:2021-12-22 Published:2021-12-23
Contact: Lin-gen WEI,Yun-ping XIAO E-mail:fengjuanlv@126.com;lgw0021@163.com;xyp-801@163.com;lgw0021@163.com

摘要/Abstract

摘要：

为探讨芝麻根系分泌物中可能导致连作障碍的化感物质，以江西主栽品种金黄麻为材料，设置正茬与连作处理，研究芝麻现蕾期、盛花期和成熟期根系分泌物的组分变化与差异。结果表明：正茬芝麻根系分泌物对芝麻种子的发芽表现出“低促高抑”现象。正茬和连作芝麻在现蕾期、盛花期和成熟期的根系分泌物中鉴定出18～28种有机物。现蕾和盛花期芝麻根系分泌物均含有酯类、烃类、酸类、酚类、胺类、醇类和酮类物质，以反式-（2,3-二苯基环丙基）-苯亚砜甲酯相对丰度为最高；成熟期比现蕾和盛花期多醚类物质，以辛乙烯二醇单正十二烷基酯相对丰度为最高。酯类物质是芝麻根系分泌物的重要组分，尤其在现蕾期其总相对丰度达到75.12%（正茬）、52.96%（连作）。其中，邻苯二酸二异辛酯和辛乙烯二醇单正十二烷基酯的相对丰度在连作芝麻根系分泌物比正茬中高9.48和5.73个百分点。酸类物质在芝麻成熟期根系分泌物中含量最高，总相对丰度在正茬与连作芝麻根系分泌物中分别达17.53和42.71个百分点。其中，连作芝麻根系分泌物中棕榈酸、亚油酸和硬脂酸的相对丰度依次提高15.78、1.33和1.15个百分点；油酸、肉豆蔻酸仅在连作芝麻根系分泌物中检测到，相对丰度为10.66和1.62个百分点。与正茬相比，芥酸酰胺在现蕾期和盛花期的连作芝麻根系分泌物中相对丰度分别提高21.68和11.51个百分点；油酸酰胺相应提高2.16和7.44个百分点。综上，连作改变了芝麻根系分泌物组分。

关键词: 芝麻, 连作, 根系分泌物, 化感物质, 生育期

Abstract:

The objective of this study was to explore the potential allelochemicals in sesame root exudates that might cause sesame continuous cropping obstacles. Cultivar Jinhuangma was selected as material during budding, blooming and maturing stages under normal rotation (CK) and continuous cropping (CC). Sesame root exudates showed "low promotion and high inhibition" to seed germination. 18 to 28 organic compounds were identified in sesame root exudates at budding, blooming and maturing stages under CK and CC treatments. Sesame root exudates at budding and blooming stages contained esters, hydrocarbons, acids, phenols, amines, alcohols and ketones. Among them, the relative abundance of trans-(2,3-diphenylcyclopropyl)-methyl phenyl sulfoxide was the highest. Polyethers were found at maturing stage, but not at budding and blooming stages. The relative abundance of octaethyleneglycol monododecylether at maturing stage was the highest. Esters was important part in sesame root exudates, with the total relative abundance to 75.12% (CK) and 52.96% (CC) respectively at budding stage. Compared to CK, the relative abundance of diisooctyl phthalate and octaethyleneglycol monododecylether was 9.48 and 5.73 percentage points higher in root exudates of continuous cropping sesame. As the main source of allelochemicals, acidic substances had the highest content in root exudates at maturing stage. The total relative abundance of acids reached to 17.53% and 42.71% in exudates under CK and CC treatments respectively. Compared to CK, the relative abundances of palmitic acid, linoleic acid and stearic acid were higher by 15.78, 1.33 and 1.15 points respectively. Both oleic acid and myristic acid were detected in root exudates of continuous cropping sesame only, with the relative abundance of 10.66 and 1.62 points respectively. Compared with CK, the relative abundance of erucamide was 21.68 and 11.51 points higher at budding and blooming stages in the continuous cropping sesame root exudate, while the corresponding oleic acid amide was 2.16 and 7.44 points higher respectively. In summary, continuous cropping changed the compounds of sesame root exudates.

Key words: sesame, continuous cropping, root exudates, allelochemical, growing stage

中图分类号:

S565.3

吕丰娟, 张志华, 汪瑞清, 袁展汽, 林洪鑫, 魏林根, 肖运萍. 不同生育期芝麻根系分泌物对连作障碍的响应及其自毒作用[J]. 中国油料作物学报, 2021, 43(6): 1087-1098.

Feng-juan LYU, Zhi-hua ZHANG, Rui-qing WANG, Zhan-qi YUAN, Hong-xin LIN, Lin-gen WEI, Yun-ping XIAO. Response of sesame root exudates at different growing stages to continuous cropping and its autotoxicity[J]. CHINESE JOURNAL OF OIL CROP SCIENCES, 2021, 43(6): 1087-1098.

图/表 8

图1

图2

表1

连作时芝麻现蕾期根系分泌物主要组分的相对丰度

物质种类 Sort	化合物 Compound	正茬 /% Normal rotation （CK）	连作 /% Continuous cropping （CC）
酯类 Ester	反式-（2，3-二苯基环丙基）-苯亚砜甲酯 Trans-（2，3-diphenylcyclopropyl）-methyl phenyl sulfoxide	41.24	27.34
	间苯二甲酸二辛酯 Dioctylisophthalate	12.53	6.28
	邻苯二甲酸二异丁酯 Diisobutyl phthalate	9.98	8.99
	邻苯二酸二异辛酯 Diisooctvl phthalate	8.85	8.87
	磷酸三乙酯 Triethyl phosphate	2.23	1.35
	棕榈酸甲酯 Methyl hexadecanoate	0.02	0.10
	亚麻酸甲酯 9，12，15-Octadecatrienoic acid	/	0.03
	环戊二烯酸-2-甲基-4-（苯基甲基）-甲基酯 2-Methyl-4-（phenylmethylene）cyclopentanecarboxylic acid methyl ester	0.25	/
	3-（苄硫基）丙烯酸甲酯 3-（Benzylthio）Methyl acrylate	0.02	/
	合计 Total	75.12	52.96
烃类 Hydrocarbon	3-甲基-3-羟甲基氧杂环丁烷 3-Methyl-3-oxetanenethanol	2.96	3.38
	1，2，3，4-四氢化苯基萘 1，2，3，4-Tetrahydro-phenylnaphthalene	2.46	1.58
	1，3-二苯丙烷 1，3-Diphenylpropane	0.69	0.40
	对二甲苯 1，4-Dimethyl-benzene	0.06	0.07
	17-三十五碳烯17-Pentatriacontene	0.44	/
	1，1'，2，2'-四氢-1，1'-二甲氧基-胡萝卜素 Dimethoxylycopene	0.21	/
	乙苯 Ethylbenzene	0.02	/
	四十四烷 Tetratetracontane	0.18	0.14
	10-二十一（碳）烯 10-Heneicosene	/	0.11
	合计 Total	7.02	5.68
酸类 Acid	棕榈酸 Palmitic acid	0.82	0.21
	2-乙酸基肉桂酸 2-Acetoxycinnamic	0.13	/
	硬脂酸 Stearic acid	0.04	/
	13-二十二碳烯酸 Erucic acid	/	0.91
	甘氨脱氧胆酸一水合物 Glycodeoxycholic acid	/	0.01
	合计 Total	0.99	1.13
酚类 Phenol	2，2'-亚甲基双-（4-甲基-6-叔丁基苯酚） 2，2'-Methylenebis （6-tert-butyl-4-methylphenol）	3.88	4.55
	苯酚 phenol	3.86	3.11
	2，4-二叔丁基苯酚 2，4-Di-tert-butylphenol	4.07	2.47
	合计 Total	11.81	10.13
胺类 Amine	芥酸酰胺 Erucylamide	1.67	23.35
	油酸酰胺 Oleic acid amide	/	2.16
	四氢吩胺 CIS-1，2，3，6-Tetrahydrophthalimide	0.28	/
	十六碳酰胺 Hexadecanamide	/	0.85
	合计 Total	1.95	26.36
醇类 Acohol	24，25-二羟基维生素D3 24，25-Dihydroxyvitamin D3	0.40	0.19
	6-（甲氨基）-4，4-联苯-3-庚醇 Alpha-N-normethadol	0.09	/
	24，25-二羟胆钙化醇 Calcitriol	/	0.19
	合计 Total	0.49	0.38
酮类 Ketone	4-羟基-4-甲基-2-戊酮 4-Hydroxy-4-methyl-2-pentanone	2.45	3.36
酮类 Ketone	4-苯基-1（2H）-酞嗪酮 4-Phenyl-1-（2H）-phthalazinone	0.17	/
	合计 Total	2.61	3.36

表1

图3

表2

连作时芝麻盛花期根系分泌物主要组分的相对丰度

物质种类 Sort	化合物 Compound	正茬 /% Normal rotation （CK）	连作 /% Continuous cropping （CC）
酯类 Ester	反式-（2，3-二苯基环丙基）-苯亚砜甲酯 Trans-（2，3-diphenylcyclopropyl）-methyl phenyl sulfoxide	20.71	18.13
	邻苯二甲酸二异丁酯 Diisobutyl phthalate	1.38	0.83
	邻苯二酸二异辛酯 Diisooctvl phthalate	/	9.48
	1，6-己二异氰酸酯 1，6-Diisocyaate	1.46	/
	山嵛酸甘油酯 Glyceryl Behenate	3.06	2.28
	β-谷甾醇乙酸酯 β-Sitosterol Acetate	1.08	0.87
	惕各酸香茅酯 Citronellyltiglate	1.51	/
	亚油酸乙酯 Ethyl linoleate	0.73	/
	油酸二十烷醇酯 ArachidylOleate	/	0.83
	合计 Total	29.93	32.43
烃类 Hydrocarbon	二乙酰基二苯基甲烷 4，4'-Methylenebis（Acetophenone）	3.36	2.75
	1，3，5-三（3-甲基-3-丁烯基）苯 1，3，5-Tris（3-methyl-3-butenyl）benzene	3.44	1.12
	1-（1，2-双环丙基-2-苯乙基）苯 1-（1，2-Dicyclopropyl-2-phenylethyl）benzene	1.72	0.98
	2，6-二苯基-1，6-庚二烯 2，6-Diphenyl-1，6-heptadiene	2.71	1.38
	1，2，3，4-四氢化苯基萘 1，2，3，4-Tetrahydro-phenylnaphthalene	1.85	1.52
	二十六烷 Hexacosane	/	4.34
	二十七烷 Heptacosane	2.37	/
	二十八烷 Octacosane	5.04	/
	1，3-二苯丙烷 1，3-Diphenylpropane	0.77	/
	苄二十一烷 11-Benzylhenicosane	3.70	/
	17-三十五碳烯 17-Pentatriacontene	9.56	10.24
	四十四烷 Tetratetracontane	1.16	/
	合计 Total	35.68	22.33
酚类 Phenol	双酚A Bisphenol A	9.04	6.91
	2，2'-亚甲基双-（4-甲基-6-叔丁基苯酚） 2，2'-Methylenebis （6-tert-butyl-4-methylphenol）	4.69	/
	2，4-二叔丁基苯酚 2，4-Di-tert-butylphenol	0.99	0.72
	合计 Total	14.72	7.63
酸类 Acid	棕榈酸 Palmitic acid	/	1.09
	苯基环戊酸 Phenylcyclopentanecarboxylic acid	0.86	0.62
	硬脂酸 Stearic acid	0.95	0.51
	5-苄基-4-戊烯酸 5-Phenyl-4-Pentenoic acid	/	0.69
	合计 Total	1.81	2.91
胺类 Amine	芥酸酰胺 Erucylamide	/	11.51
胺类 Amine	油酸酰胺 Oleamide	9.90	17.34
	合计 Total	9.90	28.85
酮类 ketone	2，2’4，4’，6，6’-六甲基二苯甲酮 2，2'，4，4'，6，6'-Hexamethylbenzophenone	7.06	5.28
醇类Acohol	24，25-二羟基维生素D3 24，25-Dihydroxyvitamin D3	0.90	0.58

表2

图4

表3

表4

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物质种类 Sort of compounds	化合物 Compound	正茬 /% Normal rotation （CK）	连作 /% Continuous cropping （CC）
酯类 Ester	辛乙烯二醇单正十二烷基酯 Octaethyleneglycol monododecylether	13.57	19.30
	n-异丁二烯基-异烟酸-十一酯 n-Isobutadiene-isonicotinic acid-undecyl ester	14.65	/
	乙二醇月桂酸酯 Ethylene glycol monododecyl ether	1.93	/
	10，13-十八碳二炔酸甲酯 10，13-Octadecadiynoic acid methyl ester	/	1.88
	苯甲酸苄酯Benzyl benzoate	/	1.95
	合计 Total	30.15	23.13
酸类 Acid	棕榈酸Palmitic acid	6.01	21.79
	硬脂酸Stearic acid	3.17	4.32
	油酸 Oleic acid	/	10.66
	亚油酸Linoleic acid	2.99	4.32
	反式-13-十八碳烯酸Trans-13-octadecenoic acid	5.36	/
	肉豆蔻酸Myristic acid	/	1.62
	合计 Total	17.53	42.71
醇类 Acohol	二丙酮醇Diacetone alcohol	10.58	0.93
	七聚乙二醇Heptaethyleneglycol	0.43	0.41
	十二醇Lauryl alcohol	3.43	/
	十六醇Hexadecanol	1.26	/
	3-十二烷醇Triethylene glycol monododecyl ether	1.71	/
	喇叭茶醇Palustrol	/	0.69
	醋酸豆甾醇StigMasterol 3-Acetate	/	0.47
	合计 Total	17.41	2.50
醚类 Ether	18-冠醚-6 18-Crown-6	1.28	9.67
	十二烷基七聚乙二醇醚Dodecylheptaglycol	0.66	6.03
	12-冠醚-4 12-Crown-4	6.07	/
	十二烷基二乙二醇醚 2-［2-（dodecyloxy）ethoxy］- Ethanol	2.76	/
	乙二醇单丁醚Ethylene glycol monobutylethe	0.87	/
	合计 Total	11.64	15.70
胺类 Amine	N，N-二乙基乙酰胺 N，N-Diethyl-acetamide	19.69	1.87
	三癸胺Tri-N-Decylamine	2.72	/
	合计 Total	22.41	1.87
酮类 ketone	3-己烯-2-酮 3-Hexen-2-tone	0.86	/
	5-甲基吗啉-3-氨基-2-唑烷基酮（AMOZ） 3-Amino-5-morpholinomethyl-2-oxazolidinone	/	10.57
	合计 Total	0.86	10.57
烃类 Hydrocarbon	17-三十五碳烯17-Pentatriacontene	/	3.11
烃类 Hydrocarbon	合计 Total	/	3.11
酚类 Phenol	2-十二烷基酚 2-Dodecylphenol	/	0.41
酚类 Phenol	合计 Total	/	0.41

处理 Treat.	发芽率 Germination percentage		鲜重 Fresh weight		芽长 Shoot length		根长 Root length		根长/芽长 Root length/Shoot length		综合化感指数 SE /%
处理 Treat.	数值 Value /%	化感指数 RI /%	数值 Value /mg	化感指数 RI /%	数值 Value /cm	化感指数 RI /%	数值 Value /cm	化感指数 RI /%	数值 Value /cm	化感指数 RI /%	综合化感指数 SE /%
RE₀	65.2b	/	29.35a	/	2.83ab	/	2.73a	/	0.96a	/	/
RE_1/5	81.3a	19.80	29.92a	1.91	3.07a	7.82	2.74a	0.37	0.89b	-7.29	4.52
RE_1/4	50.2c	-23.01	26.17b	-10.84	2.68b	-5.30	2.27b	-16.85	0.85b	-11.46	-13.49
RE_1/3	48.7c	-25.31	25.98b	-11.48	2.57bc	-9.19	2.20b	-19.41	0.86b	-10.42	-15.16
RE_1/2	47.7c	-26.84	25.72b	-12.37	2.45c	-13.43	2.11bc	-22.71	0.86b	-10.42	-17.15
RE₁	31.3d	-51.99	25.58b	-12.85	2.51bc	-11.31	1.90c	-30.40	0.76c	-20.83	-25.48

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不同生育期芝麻根系分泌物对连作障碍的响应及其自毒作用

Response of sesame root exudates at different growing stages to continuous cropping and its autotoxicity

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