沟垄覆膜对连作马铃薯根系分泌物的影响

赵章平，要凯，秦舒浩*，许丽婷，张俊莲，刘玉汇

（甘肃农业大学园艺学院，甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室，甘肃 兰州 730070）

摘要：为探明沟垄覆膜栽培对连作马铃薯根系分泌物的影响，本试验以“新大坪”为供试品种，在大田定位连作(5年)条件下，利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术，研究平畦不覆膜(CK)、平畦覆膜(T1)、全膜垄播(T2)、全膜沟播(T3)、半膜垄播(T4)、半膜沟播(T5)6种模式下连作马铃薯根系分泌物种类及含量的变化规律。结果表明，连作马铃薯根系分泌物中主要包含酯类、烷烃类、醇类、酸类、酮类、肼类、酚类和酰胺类化合物。CK处理组中根系分泌物种类最多，沟垄覆膜栽培可明显减少根系分泌物种类，尤其以酸类和烷烃类物质最为明显，且以T2处理最佳；6种栽培模式下根系分泌物中均检测出化感物质棕榈酸甲酯、邻苯二甲酸二丁酯和棕榈酸，但不同处理组中化感物质的相对含量不同，表现为CK处理组相对含量最高，T2处理组最低。

关键词：沟垄覆膜；连作；根系分泌物；化感物质

中图分类号:S532     文献标志码:A

Effect of Ridge-furrow Mulching Managements on Root Exudates in Potato Field under Continuous Cropping

    Zhao Zhang-ping, Yao Kai, Qin Shu-hao*, Xu Li-ting, Zhang Jun-lian, Liu Yu-hui

( College of Horticulture, Gansu Agricultural University, Gansu Key Laboratory of Crop Genetic & Germplasm Enhancement, Lanzhou,Gansu 730070)

Abstract: In order to investigate the effect of different ridge-furrow mulching managements on root exudates in potato field under  continuous cropping, "Xindaping" was used as the test material. Under the fifth continuous cropping year. Six treatments including: flat plot without mulch (CK), flat plot with mulch (T1), on-ridge planting with full mulch (T2), on-furrow planting with full mulch (T3), on-ridge planting with half mulch (T4) and on-furrow planting with half mulch (T5), were conducted to detect the variety and content of root secretions of continuous cropping potato using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The results showed that the compounds of root exudates of ridge film mulching of continuous cropping potato included esters, alkanes, alcohols, acids, ketones, hydrazines, phenols and amides compounds. The root exudates under CK treatment were the most. The ridge-furrow film planting could significantly reduce root exudates, especially acid and alkanes, and T2 treatment was the best. The methyl palmitate, dibutyl phthalate and palmitic acid were detected in root exudates of the six cultivation modes. However, the relative content of allelochemicals extracted from six treatments were different, which showed that the content in CK was the highest, and that in T2 was the lowest.

Key words: ridge-furrow and film mulching; continuous cropping; root exudates; allelochemicals

引言

马铃薯（Solanum tuberosum L.）作为陇中半干旱区特色优势作物，以其个大、质优、口感好而深受市场欢迎。2015年被农业部确定为第四大粮食作物^[1]，其产业已成为带动农民致富、农业经济稳固发展的主导产业，在保障农民收益和粮食安全方面发挥着十分重要的作用^[2]。然而陇中半干旱地区属于雨养农业，降水少且分布不均匀，种植技术和水肥等利用效率不高，导致马铃薯产量较低^[3-5]；其次，由于机械化种植逐渐应用，使得马铃薯种植面积大幅度增加，导致马铃薯连作普遍发生^[6,7]。研究表明，连作造成植株生长发育受阻、口感品质和经济产量下降、大中薯率降低和病害频发^[8-9]。连作障碍产生的原因是彼此关联和相互促进的，是植物本身和外界环境共同作用的结果，包括根系分泌物的产生和前茬作物的分解以及土传病害、土壤理化性质下降等^[10]引起的化感作用。现有研究发现化感作用是造成作物连作障碍的关键因素之一^[10-13]。而根系分泌物是产生化感作用的重要影响因子，是作物根系和土壤间信息传递的介质，根系分泌物通过影响作物土壤养分状况^[14-15]和微生物群落结构, 从而影响作物养分吸收^[16]。目前，对连作马铃薯根系分泌物的收集、分离鉴定研究较少，且主要集中在不覆膜的常规种植条件下，而对沟垄及覆膜栽培的研究尚未见报道。因此，本试验以连作5年的大田为依托，采用GC-MS技术研究不同种植模式下连作马铃薯根系分泌物种类及含量的变化规律，探明沟垄覆膜栽培对根系分泌物的影响，为探索马铃薯连作障碍机理提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

本试验于2016年3月在甘肃省定西市农科院试验田进行(104°35' E， 35°33'N)，该区为陇中半干旱雨养农业区，年均气温6.4℃，海拔高度1950m，年均降雨量为415.2mm，周年降雨量分布不均匀，≥10℃积温为2239.1℃。土壤类型是黄绵土，土体疏松，肥力均匀。试验田概况见表1-1。

表1-1试验田概况

Tab.1-1 General situation of experiment soil

1.2试验设计

本试验为大田定位连作试验，共设6个处理，分别为CK（平畦不覆膜）、T1（平畦覆膜）、T2(全膜垄播)、T3(全膜沟播)、T4(半膜垄播)、T5(半膜沟播)。2011年为第1年种植不同处理马铃薯(前茬作物是菊芋)，连续种植6年，2016年为第5年连作。以当地主栽品种‘新大坪’为供试材料，每个处理设3次重复，随机区组排列；小区面积为88.5m²，小区间距0.4m，区组间距0.5m，株距35cm，平均行距55cm，各处理示意图如图1所示。 

图1试验设计示意图

Fig.1 Experimental design sketch

1.3 测定项目与方法

1.3.1根系分泌物提取

于马铃薯盛花期(7月11日)取各处理根际土壤(马铃薯根部抖落)自然风干，去除杂物，过65目筛备用。每个处理设3次重复，各处理分别准备三只500 ml的锥形瓶，分别加入甲醇、乙酸乙酯和正己烷各250 ml，各取100 g过筛后的根际土壤三份分别放入。将锥形瓶口用封口膜封好后，按不同有机试剂依次放入恒温水浴振荡器中，将温度设定为25℃，震荡频率设定为110次/min震荡提取6 h。将锥形瓶取出，于常温下静置6 h之后，分别用滤纸将锥形瓶中的根际土壤浸提液过滤，收集过滤后的澄清溶液即为根系分泌物提取液。

将6个处理甲醇、乙酸乙酯、正己烷三种根系分泌物浸提液依次放入旋转蒸发仪中进行浓缩，旋转蒸发的温度均设定为35℃，浓缩至1ml左右，将各处理浓缩后的根系分泌物浸提液过0.22μm滤膜后装入专用棕色试样瓶中，保存在-20℃冰箱，以备进行GC-MS分析鉴定。

1.3.2根系分泌物鉴定

采用气相色谱-质谱联用仪鉴定根系分泌物，色谱和质谱型号分别是6890N GC system和5973Mass selective，色谱柱:ov1701 60m×0.25μm×0.5μm。色谱条件：40℃保持1min，2℃·min^-1 升温至220℃后保持40 min，运行时间为116 min。进样口温度260℃，不分流进样，进样量1μL，流速1mL·min^-1，载气类型为高纯氦气。质谱条件：四级杆150度，离子源230度扫描m/z 15-550，70eV。应用NIST质谱数据库，通过计算机检索系统进行未知物色谱的鉴定，按面积百分比法计算测试样品中各组成成分的相对含量。

1.4 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010及Origin Pro 2018软件进行数据处理并作图。

2 结果与分析

2.1 沟垄覆膜连作马铃薯根系分泌物甲醇组分GC-MS分析结果

图2沟垄覆膜连作马铃薯根系分泌物甲醇组分GC-MS总离子图谱

Fig.2 GC-MS total ion mass chromatogram extracted with CH₄O of root exudates

of potato under different ridge-furrow film continuous planting patterns

表2-1沟垄覆膜连作马铃薯根系分泌物甲醇组分GC-MS分析结果

Tab.2-1 GC-MS analysis result of compounds extracted with CH₄O root exudates

of potato under different ridge-furrow film continuous planting patterns

将6个处理的根际土甲醇提取液进行GC-MS分析得到的图谱如图2所示，为了更明确显示各处理根系分泌物种类及相对含量的差异，本试验引入聚类热图分析如图5（A）所示，各处理具体成分见表2-1（相似度大于80%，峰面积大于500 000）。结果表明，CK处理根系分泌物共有10种，其中酯类化合物3种，烷烃类2种，醇1种，酚2种，酰胺1种，酸1种，所占比例分别为57.5%、6.33%、0.24%、6.90%、1.18%、2.10%。T1处理共有12种，其中酯类化合物3种，酚3种，烷烃类2种，醇1种，酮1种，酰胺1种，酸1种，所占比例分别为31.79%、4.63%、3.32%、1.93%、0.72%、2.80%、2.10%。T2处理共有8种，其中酯类化合物3种，烷烃类1种，醇1种，酰胺1种，酚1种，酸1种，所占比例分别为31.65%、3.47%、0.56%、6.03%、2.60%、1.02%。T3处理共有10种，其中酯类化合物3种，酚2种，酰胺2种，烷烃类1种，醇类1种，酸1种，所占比例分别为18.48%、5.45%、4.73%、1.26%、3.34%、1.38%。T4处理共有7种，其中酯类化合物3种，酚1种，酰胺1种，酮1种，酸1种，所占比例分别为38.48%、1.10%、2.99%、1.60%、1.90%。T5处理共有10种，其中酯类化合物3种，酸2种，醇1种，酰胺1种，酮1种，酚2种，所占比例分别为21.85%、2.24%、3.50%、4.25%、3.64%、6.46%。

与CK相比，T2和T4处理根系分泌物种类分别减少了20.00%和30.00%，酸类物质的相对含量分别减少了51.42%和9.52%，其中T4处理未检测出烷烃类物质，T2处理烷烃类的相对含量减少了45.00%。根系分泌物中鉴定出邻苯二甲酸二丁酯、棕榈酸、棕榈酸甲酯和N,N-二甲基甲酰胺的平均相对含量分别为5.74%、1.71%、8.38%和 3.31%。与CK相比，T2处理的棕榈酸相对含量减少了51.42%，棕榈酸甲酯相对含量减少了73.17%，邻苯二甲酸二丁酯相对含量减少了51.44%。

2.2 沟垄覆膜连作马铃薯根际土壤乙酸乙酯组分GC-MS分析结果

图3沟垄覆膜连作马铃薯根系分泌物乙酸乙酯组分的GC-MS总离子图谱

Fig.3 GC-MS total ion mass chromatogram extracted with C₄H₈O₂ of root exudates

 of potatounder different ridge-furrow film continuous planting patterns

同样方法得到马铃薯根系分泌物乙酸乙酯GC-MS分析结果如图3和图5（B）及表2-2所示。结果表明，CK共有26种，其中酯类化合物9种，烷烃类6种，醇4种，酸2种，酮2种，酰胺2种，肼1种，所占比例分别为64.74%、16.74%、1.15%、3.34%、5.59%、1.21%、0.46%。T1处理共有21种，其中酯类化合物8种，烷烃类5种，酸4种，醇2种，酰胺1种，酚1种，所占比例分别为38.21%、10.33%、0.55%、1.46%、12.82%、0.01%。T2处理共有15种，其中酯类化合物5种，烷烃类4种，醇2种，酚2种，酸1种，酰胺1种，所占比例分别为31.42%、28.31%、14.08%、8.54%、1.44%、22.57%。T3处理共有20种，其中酯类化合物7种，烷烃类6种，酸4种，醇2种，酚1种，所占比例分别为41.52%、4.66%、3.20%、0.21%、3.71%。T4处理共有27种，其中烷烃类化合物13种，酯类化合物6种，酸3种，醇2种，酚1种，酮1种，肼1种，所占比例分别为19.99%、52.79%、6.24%、0.12%、0.10%、0.61%、0.30%。T5处理共有17种，其中酯类化合物5种，烷烃类化合物3种，酸3种，醇2种，醛1种，酚1种，肼1种，肟1种，所占比例分别为27.43%、4.96%、1.26%、0.24%、0.13%、0.25%、0.06%、0.47%。

与CK相比，T2和T5处理根系分泌物种类分别减少了42.30%和34.61%，酸类物质的相对含量分别减少了56.88%和62.27%，T5处理烷烃类的相对含量减少了70.37%。根系分泌物中鉴定出邻苯二甲酸二丁酯、棕榈酸、棕榈酸甲酯和N,N-二甲基甲酰胺的平均相对含量分别为0.96%、1.65%、0.25%和1.94%，其中T2处理未检测出邻苯二甲酸二丁酯、棕榈酸甲酯和N,N-二甲基甲酰胺。与CK相比，T2和T5处理的棕榈酸相对含量分别减少了55.46%、68.21%，T5处理邻苯二甲酸二丁酯相对含量减少了45.07%。

表2-2沟垄覆膜连作马铃薯根系分泌物乙酸乙酯GC-MS分析结果

Tab.2-2 GC-MS analysis result of compounds extracted with C₄H₈O₂ root exudates

of potato under different ridge-furrow film continuous planting patterns

保留时间	物质名称	相对丰度 Relative amounta(%)
Retention time	Material name	CK	T1	T2	T3	T4	T5
4.76	N,N-二甲基甲酰胺1,1'-Dioctadecyl-3,3,3',3'-Tetramethylindocarbocyanine Perchlorate	1.71	2.82	备案信息 举报中心 举报中心 行业协会 网络110 互联网协会 举报热线 首都协会 本站持《出版物经营许可证》 仅从事《中山大学学报》杂志的网上订阅工作,非任何杂志官网,并不涉及杂志社的出版等事务,特此声明！ 工信部备案：湘ICP备2025122662号-1，营业执照统一社会信用代码：91430721MAEHMRR7OE， 出版物经营许可证号：新安新出发证字第2025002号 特别声明:本站资料均源于网上的共享期刊资源，请特别注意，勿做其他非法用途。 如有侵犯您的版权或其他有损您利益的行为，请联系指出，期刊咨询服务平台会立即进行改正或删除相关内容! 扫码添加微信咨询 QQ客服：1663286777 电话：137-1883-9017 收到信息将及时回复