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是指一种植物通过向环境释放化学物质而对其它植物(包括微生物) 产生直接或间接有利或不利的影响。
化感作用在中药材栽培中的特点
和农作物比起来,药用植物更容易产生化感作用, 而且产生的化感物质对中药材产量和质量的影响更为强烈,具体表现在以下两个方面:
1. 药用植物化感作用较为强烈的原因
目前,在栽培的中药材中70%以上是根与根茎类药材,许多药用植物的根、根茎、块根、鳞茎等地下部分既是植物营养吸收和积累的部位又是药用部位,而且大多数中药材是多年生,生长周期多为几年甚至几十年。这与生长周期短的作物不同, 不仅由于重茬导致连作障碍,而且随着栽培年限的增加,植物不断的向环境释放化感(自毒) 物质,当土壤中有毒物质积累超出一定浓度时,就会严重影响药材的产量和质量,导致减产,甚至绝收。
研究发现,西洋参茎叶、须根和根系分泌物中存在活性较高的自毒物质,当自毒物质在土壤中含量为 1g / ㎏时,四年生西洋参则不能生长,含量为 0.2 g / ㎏时,存苗率降低25%。地黄根系分泌物中的主要成分水苏糖和梓醇,通过影响土壤微生态环境, 导致地黄栽培病虫害严重,药材质量下降,经过测定, 连作地黄水苏糖和梓醇含量分别为 21-32%和 1.2-3.3%,折干率为 15.6-23.7%; 而正茬地黄分别为 43-51%和 3.0-4.9%,折干率为 25.8-27.6%。因此,加强中药材化感作用研究,探讨 如何合理利用和克服化感作用在中药材栽培中显得更加重要。
2. 追求中药材质量的同时可能会加剧植物化感作用
中药材发挥临床疗效的化学基础是其体内某些活性成分的种类和数量,多为植物次生代谢产物。中药材长期栽培及品种选育追求的目标就是提高这些次生代谢产物的含量,而这些产物不仅是药效成分,有些也是植物的化感物质。这些小分子物质在栽培过程中很容易释放到环境中去,对自身的生长具有较大的毒害作用,因此在提高栽培药材质量的同时会加剧植物的化感作用。
有研究发现,即使前茬种植的不是丹参,其它根与根茎类药材也会对当茬丹参的生长产生不良影响,由此推测不同种类根与根茎类药材之间可能存在 着交叉影响。 近年来,随着栽培面积的不断扩大及中药材规范化种植的推行, 中药材栽培中“忌”连作现象日益突出,因此加强药用植物化感作用研究,克服连作障碍已迫在眉睫。
中药材栽培中化感作用的利用与克服
中药材栽培过程中,一方面可以利用植物之间有利的化感作用( 相生) ,合理的间作套种,安排茬口; 另一方面要采取有效措施,克服不利的化感作用(尤其是自毒) ,趋利避害,解决中药材连作障碍。目前常见的措施如下:
栽培措施
采取间作套种措施,合理安排茬口和设计复合群体是克服自毒作用,促进植物生长的重要手段。牡丹和棉花间作,人参与紫苏间作,既可以充分利用地力、空间、光能,达到高产高效,也可以利用植物之间的相生作用减少病虫害的发生。茅苍术、京大戟、黄姜( 盾叶薯蓣) 、半夏和阔叶麦冬5种药用植物与花生套种, 可有效调节花生根系微生物区系,明显改善花生和药用植物连作障碍。
柴胡秋季播种时可以和冬油籽或冬小麦套种,春季播种时可以和春小麦、春油籽、胡麻等作物套种,还可以和一些豆类等套种,可以延长生育期,增加光合积累。百合与黄瓜轮作可以克服连作障 碍。6月中下旬对百合种球进行低温处理, 8月份定 植, l 2月份开始产花( 同时黄瓜育苗) , l 2月下旬黄瓜播种育苗, 1月底 2月初定植, 3月份第一茬黄瓜采收, 5-6月份采收完毕。整地为下一茬百合定植作准备。
化感育种
化感作用与植物品种显著相关。通过品种选育, 可以培育出对化感作用有着较强抵抗能力的优良品种。研究表明,茅山苍术和英山苍术是苍术的两个不同的化学型,它们对茅山苍术种子具有不同程度的化感作用, 苍术的自毒现象在种内不同品种间存在着差异,化感物质一般是植物的次生代谢产物,而且是受多基因控制的。
在药用植物品种选育的过程中,除了采用传统的选育方法,还可以结合化感作用机理的研究, 找出控制植物化感作用的某个或某些基因,然后对其基因序列进行修饰等基因技术处理,再转入该植物或其他植物,对其化感作用表达进行调控。将植物化感作用与基因工程技术相结合,具有广阔的研究前景。
改善土壤微生态环境
适当控制土壤水分和肥力是降低化感作用的重要途径。在土壤水分失调、肥力下降情况下,植物化感物质的分泌量均会增加。研究表明,杂草在耕地和荒地中表现出不同的化感能力。在缺 P 的土壤中, 许多植物能释放酚类化感物质,但在低 N 土壤中生长的植物释放的酚类化感物质则减少;N 、P 、 S的缺乏使得向日葵产生大量的咖啡奎宁酸,从而加剧化感作用; 在高营养水平的土壤中生长, 黑麦产生的羟基肟酸少,而在低营养水平中羟基肟酸的浓度却较高。
药用植物在栽培的过程中,适当的环境胁迫 可以提高其次生代谢产物的含量,但有可能会加剧植物的化感作用,从而导致自毒。因此,在生产中要兼顾这两方面的因素,调节水肥平衡,确保提高产量、保证质量。 植物自毒物质为天然植物有机成分,自然条件下可以利用微生物实现降解。
如 Ceratiolaericoides首先产生无活性的二氢查尔酮和 cerationlin,这两个无活性的化感物质在光、热和酸性土壤中很快转换成活性的化感物质氢化肉桂酸,而活性的氢化肉桂酸,很快又被 土壤中的微生物降解成无活性的苯乙酮。
另外,直接接种AM真菌能够促进药用植物生长,是克服连作障碍的重要措施。同时,利用无土栽培,在营养液中加入活性炭及时吸附和清除化感物质也是避免自毒作用的又一有效措施,尤其对药用植物的遗传育种具有重要意义。
安根团队节选自周洁等《药用植物化感作用及其在中药材栽培中的应用》
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