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是指一種植物通過向環境釋放化學物質而對其它植物(包括微生物) 產生直接或間接有利或不利的影響。
化感作用在中藥材栽培中的特點
和農作物比起來,藥用植物更容易產生化感作用, 而且產生的化感物質對中藥材產量和質量的影響更為強烈,具體表現在以下兩個方面:
1. 藥用植物化感作用較為強烈的原因
目前,在栽培的中藥材中70%以上是根與根莖類藥材,許多藥用植物的根、根莖、塊根、鱗莖等地下部分既是植物營養吸收和積累的部位又是藥用部位,而且大多數中藥材是多年生,生長週期多為幾年甚至幾十年。這與生長週期短的作物不同, 不僅由於重茬導致連作障礙,而且隨著栽培年限的增加,植物不斷的向環境釋放化感(自毒) 物質,當土壤中有毒物質積累超出一定濃度時,就會嚴重影響藥材的產量和質量,導致減產,甚至絕收。
研究發現,西洋參莖葉、鬚根和根系分泌物中存在活性較高的自毒物質,當自毒物質在土壤中含量為 1g / ㎏時,四年生西洋參則不能生長,含量為 0.2 g / ㎏時,存苗率降低25%。地黃根系分泌物中的主要成分水蘇糖和梓醇,通過影響土壤微生態環境, 導致地黃栽培病蟲害嚴重,藥材質量下降,經過測定, 連作地黃水蘇糖和梓醇含量分別為 21-32%和 1.2-3.3%,折幹率為 15.6-23.7%; 而正茬地黃分別為 43-51%和 3.0-4.9%,折幹率為 25.8-27.6%。因此,加強中藥材化感作用研究,探討 如何合理利用和克服化感作用在中藥材栽培中顯得更加重要。
2. 追求中藥材質量的同時可能會加劇植物化感作用
中藥材發揮臨床療效的化學基礎是其體內某些活性成分的種類和數量,多為植物次生代謝產物。中藥材長期栽培及品種選育追求的目標就是提高這些次生代謝產物的含量,而這些產物不僅是藥效成分,有些也是植物的化感物質。這些小分子物質在栽培過程中很容易釋放到環境中去,對自身的生長具有較大的毒害作用,因此在提高栽培藥材質量的同時會加劇植物的化感作用。
有研究發現,即使前茬種植的不是丹參,其它根與根莖類藥材也會對當茬丹參的生長產生不良影響,由此推測不同種類根與根莖類藥材之間可能存在 著交叉影響。 近年來,隨著栽培面積的不斷擴大及中藥材規範化種植的推行, 中藥材栽培中“忌”連作現象日益突出,因此加強藥用植物化感作用研究,克服連作障礙已迫在眉睫。
中藥材栽培中化感作用的利用與克服
中藥材栽培過程中,一方面可以利用植物之間有利的化感作用( 相生) ,合理的間作套種,安排茬口; 另一方面要採取有效措施,克服不利的化感作用(尤其是自毒) ,趨利避害,解決中藥材連作障礙。目前常見的措施如下:
栽培措施
採取間作套種措施,合理安排茬口和設計複合群體是克服自毒作用,促進植物生長的重要手段。牡丹和棉花間作,人參與紫蘇間作,既可以充分利用地力、空間、光能,達到高產高效,也可以利用植物之間的相生作用減少病蟲害的發生。茅蒼朮、京大戟、黃姜( 盾葉薯蕷) 、半夏和闊葉麥冬5種藥用植物與花生套種, 可有效調節花生根系微生物區系,明顯改善花生和藥用植物連作障礙。
柴胡秋季播種時可以和冬油籽或冬小麥套種,春季播種時可以和春小麥、春油籽、胡麻等作物套種,還可以和一些豆類等套種,可以延長生育期,增加光合積累。百合與黃瓜輪作可以克服連作障 礙。6月中下旬對百合種球進行低溫處理, 8月份定 植, l 2月份開始產花( 同時黃瓜育苗) , l 2月下旬黃瓜播種育苗, 1月底 2月初定植, 3月份第一茬黃瓜採收, 5-6月份採收完畢。整地為下一茬百合定植作準備。
化感育種
化感作用與植物品種顯著相關。通過品種選育, 可以培育出對化感作用有著較強抵抗能力的優良品種。研究表明,茅山蒼朮和英山蒼朮是蒼朮的兩個不同的化學型,它們對茅山蒼朮種子具有不同程度的化感作用, 蒼朮的自毒現象在種內不同品種間存在著差異,化感物質一般是植物的次生代謝產物,而且是受多基因控制的。
在藥用植物品種選育的過程中,除了採用傳統的選育方法,還可以結合化感作用機理的研究, 找出控制植物化感作用的某個或某些基因,然後對其基因序列進行修飾等基因技術處理,再轉入該植物或其他植物,對其化感作用表達進行調控。將植物化感作用與基因工程技術相結合,具有廣闊的研究前景。
改善土壤微生態環境
適當控制土壤水分和肥力是降低化感作用的重要途徑。在土壤水分失調、肥力下降情況下,植物化感物質的分泌量均會增加。研究表明,雜草在耕地和荒地中表現出不同的化感能力。在缺 P 的土壤中, 許多植物能釋放酚類化感物質,但在低 N 土壤中生長的植物釋放的酚類化感物質則減少;N 、P 、 S的缺乏使得向日葵產生大量的咖啡奎寧酸,從而加劇化感作用; 在高營養水平的土壤中生長, 黑麥產生的羥基肟酸少,而在低營養水平中羥基肟酸的濃度卻較高。
藥用植物在栽培的過程中,適當的環境脅迫 可以提高其次生代謝產物的含量,但有可能會加劇植物的化感作用,從而導致自毒。因此,在生產中要兼顧這兩方面的因素,調節水肥平衡,確保提高產量、保證質量。 植物自毒物質為天然植物有機成分,自然條件下可以利用微生物實現降解。
如 Ceratiolaericoides首先產生無活性的二氫查爾酮和 cerationlin,這兩個無活性的化感物質在光、熱和酸性土壤中很快轉換成活性的化感物質氫化肉桂酸,而活性的氫化肉桂酸,很快又被 土壤中的微生物降解成無活性的苯乙酮。
另外,直接接種AM真菌能夠促進藥用植物生長,是克服連作障礙的重要措施。同時,利用無土栽培,在營養液中加入活性炭及時吸附和清除化感物質也是避免自毒作用的又一有效措施,尤其對藥用植物的遺傳育種具有重要意義。
安根團隊節選自周潔等《藥用植物化感作用及其在中藥材栽培中的應用》
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