藥用植物連作障礙的危害、成因以及防治研究,藥學論文

藥用植物連作障礙的危害、成因以及防治研究,藥學論文內(nèi)容摘要：連作障礙是一種常見的植物生長異常現(xiàn)象，普遍存在于藥用植物栽培中，筆者就藥用植物連作障礙的危害、成因以及防治的最新研究進展進行總結，以期為土地可持續(xù)利用和藥用植物栽培管理提供科學根據(jù)。本文關鍵詞語：藥用植物；連作障礙；防治措施；近年來隨著藥材需求的日益增長，人工栽培藥材的種類和面積逐年提高，由于耕地、種植條件限制等因素，實行連作或者復種連作的面積越來越大[1],藥用植物的連作障礙普遍發(fā)生。藥用植物多為根莖類植物，生長周期少則1~2年，多則幾年甚至幾十年，隨栽培年限增加會出現(xiàn)一系列土壤環(huán)境問題。筆者現(xiàn)將藥用植物連作障礙的危害、成因以及防治的最新研究進展概述如下，以期為進一步深切進入研究奠定基礎。1藥用植物連作障礙的危害藥用植物的連作障礙多發(fā)于根莖類藥材中，如人參、西洋參、玄參、三七、當歸、百合等中藥材的連作障礙現(xiàn)象就特別嚴重。馬小奇[2]試驗表示清楚，連作后的半夏浸出物含量低于9.0%,有機酸含量缺乏0.25%,結果均低于國家藥典規(guī)定，屬于不合格產(chǎn)品。張辰露等[3]研究發(fā)現(xiàn)，丹參有效成分丹參酮ⅡA在頭茬最高可達0.465%,二茬逐步降低，到第四茬含量僅為0.09%;丹參素含量頭茬可達3.65%,之后逐步降低，到第四茬含量僅為1.42%.玄參連作一年減產(chǎn)10%~20%,連作兩年減產(chǎn)30%~40%,同一土壤上需要間隔3~4年才能再種；人參和西洋參老參地需要間隔30年以上才能再次種植，若繼續(xù)連作，一般到第2年存苗率就會急劇下降至30%下面[4].連作障礙已成為一個廣泛存在的現(xiàn)象，嚴重危害藥用植物正常生長，影響藥材質量，十分是道地藥材的生產(chǎn)問題，亟待解決。2藥用植物連作障礙產(chǎn)生的原因2.1土壤理化性狀改變研究發(fā)現(xiàn)，藥用植物的長期連作會導致土壤構造和孔隙性被毀壞，出現(xiàn)土壤板結，透氣性差，機械物理性質惡化等情況[5].人參為多年生宿根草本，種植年限較長，簡在友等[6]發(fā)現(xiàn)，隨種植年限的增加，參地土壤中的物理性黏?！擦?.01mm〕逐年增加，導致土壤的團粒構造被毀壞，土壤板結，土壤的非活性孔隙比例相對降低，通氣、透水性能變差，進而影響人參藥材的品質。藥用植物對土壤中礦質營養(yǎng)元素及某些微量元素的需求種類及吸收的比例有特定的規(guī)律，并且同類植物或者近緣植物根系分布情況類似，連作及復種連作必然會使土壤養(yǎng)分比例失調，同時引起土壤轉化酶、脲酶等活性下降[7],影響藥用植物的正常生長。夏品華等[8]研究發(fā)現(xiàn)，太子參連作經(jīng)過中，土壤中的總磷、總氮含量增加，速效氮、鉀、磷含量降低，微量元素鉬含量很少甚至缺失。與土壤養(yǎng)分缺乏一樣，太多的養(yǎng)分同樣也會影響植物生長。連作栽培中，持續(xù)大量的、單一的施肥，多余的鹽分不能被吸收，在土壤中不斷累積，造成土壤次生鹽漬化、土壤PH值降低[9],影響藥用植物正常生長。2.2土壤生物環(huán)境惡化微生物群落是土壤的重要組成部分，對植物生長發(fā)育具有重要影響，藥用植物連作栽培會使土壤酶活性和土壤微生物數(shù)量、區(qū)系、群落構造發(fā)生變化，出現(xiàn)土壤微生物群落多樣性降低、細菌數(shù)量減少、真菌數(shù)量增加的趨勢，土壤肥力開場衰竭，有益微生物種類減少，病原微生物數(shù)量增加，土壤生物環(huán)境嚴重惡化[10].三七連作經(jīng)過中的主要病害為根腐病，研究發(fā)現(xiàn)假單孢屬PseudomonasW.Migula為三七根腐病的主要病原細菌，Wu等[11]基于16SrRNA基因的高通量測序分析，發(fā)現(xiàn)根腐病三七根際與根內(nèi)的假單胞屬細菌的多樣性顯著高于健康植株。母茂君等[12]發(fā)現(xiàn)，隨著太白貝母種植年限增加，其根際土壤中的細菌、解無機磷細菌、解有機磷細菌、放線菌數(shù)量及微生物總數(shù)量整體上表現(xiàn)為先增后減的趨勢，而解鉀細菌整體上呈現(xiàn)遞減趨勢，相反真菌則整體上呈現(xiàn)遞增趨勢，嚴重毀壞了太白貝母根際微生物種群的平衡。2.3植物化感自毒作用早在公元300多年前，人類就有關于鷹嘴豆抑制雜草生長的記載[13],直到19世紀末才開場真正意義上的科學研究，1937年奧地利植物學家Molish初次提出化感作用一詞，并將其定義為包括微生物在內(nèi)的所有植物間的生化關系，包括促進和抑制[14,15].化感物質都是次生物質，這類物質構造簡單，Rice將其歸納為14種，包括萜類、酚類、生物堿、炔類和其他構造等，華而不實酚類和萜類是植物體內(nèi)含量較多的兩類[16],這些化感物質以地上部分揮發(fā)，根系分泌，以及植物殘體分解釋放等途徑進入環(huán)境?；形镔|通過抑制種子細胞分裂或者伸長，降低種子過氧化物酶活性，使種子活力降低，抑制種子萌發(fā)；既能直接抑制植物對養(yǎng)分的吸收，也能通過對土壤中的營養(yǎng)物質含量和微生物酶活性產(chǎn)生影響，來間接抑制植物對營養(yǎng)元素的吸收[17].朱慧等[18]通過實驗發(fā)現(xiàn)，當歸根際土壤水浸液能顯著抑制當歸幼苗中超氧化物歧化酶〔SOD〕、過氧化物酶〔POD〕以及過氧化氫酶〔CAT〕等保衛(wèi)酶的活性，降低幼苗去除體內(nèi)活性氧自由基的能力，進而抑制當歸幼苗的正常生長發(fā)育。林燕華等[19]以萵苣作為土壤化感潛力測定的受體植物，發(fā)現(xiàn)太子參根際土壤水提物對萵苣種子發(fā)芽率、萵苣根長、苗高、鮮重、苗體內(nèi)葉綠素含量、氧化物歧化酶〔SOD〕活性、可溶性糖含量呈現(xiàn)低濃度促進高濃度抑制的化感效應，并且抑制作用隨濃度的增加而加強。3藥用植物連作障礙的防治措施和對策3.1建立合理的耕作制度因地制宜，合理施肥，嚴格控制化肥用量，施用生態(tài)有機肥，可改善土壤微生物群落構造，優(yōu)化土壤理化性質；科學灌溉，采用滴灌溝灌技術，知足植物正常生長的同時還可節(jié)約用水；合理輪作、間作、套作能有效改善植物根際土壤微生態(tài)環(huán)境，降低病原微生物數(shù)量[20];采用伴生、填閑技術等多樣化栽培新形式[21];秸稈還田，杜絕了秸稈燃燒所造成的大氣污染的同時還有效的增肥增產(chǎn)；開展藥用植物水培、固形基質栽培、噴霧栽培等無土栽培方式，避免與土壤有關的連作障礙，對于藥用植物的育苗栽培非常重要[5].3.2土壤滅菌土壤消毒滅菌包括化學滅菌和物理滅菌兩個大類，華而不實化學滅菌通常采用甲醛、氯化苦或硫磺粉進行熏蒸、福爾馬林拌土、多菌靈、1,3-二氯丙烯、石灰等來防止土傳病害的發(fā)生，化學滅菌固然快速有效，但污染環(huán)境，毀壞土壤根際微生物環(huán)境，存在殘留問題，危害人體健康；物理滅菌通常采用日曬、高溫處理，以及土壤連作障礙電處理技術、施用生物質炭[22]等，此法相比化學滅菌不會污染環(huán)境，愈加綠色環(huán)保。3.3接種微生物肥〔拮抗菌〕微生態(tài)系統(tǒng)失衡是發(fā)生連作障礙的重要原因，以菌治菌,通過有目的引進有益微生物，施用微生物菌劑，如叢枝菌根真菌〔AMF〕、植物根際促生菌〔PGPR〕、EM菌、放線菌、芽孢桿菌、木霉菌等生防拮抗菌劑、BGB生物有機肥、復合微生物菌肥等，能緩解自毒作用，改善土壤質量，提高作物產(chǎn)量，抑制連作障礙發(fā)生[21].3.4選育抗逆境藥用植物品種和嫁接技術藥用植物對不良環(huán)境的忍受程度不同，同一品種內(nèi)，單株之間抗性也有差異[4],并且這些抗性具有遺傳性，通過選種、選配、品系繁育和定向培育等技術措施，將抗旱、抗酸、抗鹽、抗病蟲害、抗連作等有利性狀被保存下來，并不斷加強，能有效緩解自毒作用，抵抗連作障礙。張鳳麗等[23]研究發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)中通過嫁接技術可有效緩解由自毒作用引起的連作障礙，但這一手段并不能從根本上解決問題。3.5其他林衛(wèi)東等[20]研究顯示生物質材料能有效控制三七土傳病害，顯著提高三七出苗率和中后期存苗率。畢艷孟[24]發(fā)現(xiàn)蚯蚓直接或者以調控微生物群落的方式間接降解土壤中多種難以降解的有機物質，并加速土壤中的自毒物質酚酸的降解。當前，在藥用植物栽培種植中，還可選用能夠移動使用的3DT系列土壤連作障礙處理機、空間電場-CO2同補技術系統(tǒng)[4],澆灌適當濃度脫落酸〔ABA〕可以有效緩解連作障礙[25].4小結當前連作障礙研究多集中在農(nóng)作物中，藥用植物方面的研究也是近幾十年才開場的，且偏向于大宗藥材，但連作障礙在藥用植物栽培中非常普遍，急需加強多品種藥用植物連作障礙研究。輪作、間作已經(jīng)被證實能夠經(jīng)濟有效地緩解農(nóng)作物的連作障礙，應深切進入研究緩解機理，并將其推廣至藥用植物栽培中，加強藥用植物輪作、間作和套種的理論指導，以生態(tài)控制為主，建立合理的耕作制度，減少了化學農(nóng)藥的使用，通過藥用植物多樣化栽培，接種微生物肥，選育抗逆境藥用植物品種以及綜合防控，克制化感作用，有效減輕病蟲害發(fā)生，提高藥材產(chǎn)量和質量的同時，還保衛(wèi)了人們賴以生存的生態(tài)環(huán)境。以下為參考文獻[1]張重義，林文雄。藥用植物的化感自毒作用與連作障礙[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2018,〔1〕：189-196.[2]馬小奇。半夏的連作障礙效應研究及其緩解措施初探[D].西北農(nóng)林科技大學，2021.[3]張辰露，孫群，葉青。連作對丹參生長的障礙效應[J].西北植物學報，2005,25〔5〕：1029-1034.[4]張子龍，王文全。藥用植物連作障礙的構成機理及其防治[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報，2018,11〔6〕：19-23.[5]郭蘭萍，黃璐琦，蔣有緒，等。藥用植物栽培種植中的土壤環(huán)境惡化及防治策略[J].中國中藥雜志，2006,31〔9〕：714-717.[6]簡在友，王文全，孟麗，等。人參屬藥用植物連作障礙研究進展[J].中國當代中藥，2008,10〔6〕：3-5.[7]謝洪剛，李坤。果樹連作障礙機理及控制途徑[J].遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術學院學報，2008,10〔4〕：6-8.[8]夏品華，劉燕。太子參連作障礙效應研究[J].西北植物學報，2018,30〔11〕：2240-2246.[9]劉素慧。大蒜連作障礙構成機理及EM緩解效應的研究[D].山東：山東農(nóng)業(yè)大學，2018.[10]張子龍，王文全。植物連作障礙的構成機制及其調控技術研究進展[J].生物學雜志，2018,27〔5〕：69-72.[11]WuZ,HaoZ,ZengY,etal.MolecularcharacterizationofmicrobialcommunitiesintherhizospheresoilsandrootsofdiseasedandhealthyPanaxnotoginseng[J].AntonieLeeuwenhoek,2021,108〔5〕：1059-1074.[12]母茂君，張弟桂，張華，等。太白貝母根際微生物分布與生物堿含量的相關性[J].中國中藥雜志，2022,44〔11〕：2231-2235.[13]林開敏，郭玉碩。生態(tài)位理論及其應用研究進展[J].福建林學院學報，2001,21〔3〕：283-287.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