1.植物产生的“自毒物质”

 与动物不同，植物通过根系固定在土壤中生长，不能通过移动的方式躲避有害生物的攻击和威胁，但植物却能利用自己制造的化学武器保卫自己，守护自己的领地不被侵犯。

 植物之间的“相生相克”就是通过化学武器完成的。

 如果一种植物制造的化学物质对相邻的另一种植物有益，或相互有益，相互促进对方生存及生长，这种关系就称作“相生”；如果一种植物制造的化学物质对相邻的另一种植物有害，抑制或阻止另一种植物生长，或相互有害，相互抑制对方生存及生长，甚至通过分泌的化学物质杀死对方，这种关系就称作“相克”。

 植物的化学武器就是植物自身合成的代谢产物。

 这些化学物质，可以通过植物根系分泌到根系周围的土壤中，或通过茎叶分泌出来，在降水时被淋洗至土壤中，或在植物死亡后通过植物残体腐解，以小分子腐解产物进入土壤中。

 植物之间的“相生相克”，用专业术语表示时，就称之为植物之间的“化感作用”。

 植物之间通过自身合成的化学物质相互影响：或相互促进，或相互抑制，或单向促进，或单向抑制，对外则表现为共同繁荣，或你死我活，或“毫不利己，专门利人”。

 植物制造的化学武器不仅会杀伤竞争对手，令人匪夷所思的是，有些植物制造的化学武器常常会危害自身的生存，甚至导致自己的后代“一代不如一代”，出现所谓的“连作障碍”，直至“断子绝孙”。这种现象，被称作植物的“自毒作用”，即“自己产生的化学物质毒害自己”。能产生自毒作用的化学成分，被称为“自毒物质。”

“连作障碍”，也称“再植病害”指在同一田块，连续多年种植同一种作物，所出现的生长愈来愈差，病虫害加重，产量降低，品质变差，施肥、灌溉及农药施用无明显效果的现象。“连作障碍”是目前中国设施农业、集约化与商品化及高附加值种植业面临的瓶颈问题。

 “连作障碍”相当于植物的“慢性自杀”。

 科学家已经基本搞清楚植物“自毒物质”的化学成分：大多数为酚酸类物质。

 土壤中的自毒物质含量极微，但危害极大，是导致植物连作障碍的主要原因之一。至今尚无有效清除方法。

 虽然科学家已经知道土壤中植物自毒物质的存在及其化学结构，并眼巴巴看着这些化学毒物危害植物，降低农产品产量和品质，甚至造成绝收，但却无法将其从土壤中消除。

 目前，人们面对植物的自毒作用，除了轮作倒茬，别无良法。

 中国的土地面积有限，且高度专业化商品基地的形成，导致人们无法轮作倒茬。

 如新疆，是出口番茄酱的生产基地，如果放弃加工番茄种植，改种其他作物，番茄酱加工厂就要关闭，工人就要失业，整个产业就会崩溃。

 日光温室造价很高，种植几年后就会出现连作障碍，土壤中的有害自毒物质不断累积，有害微生物不断增加，无法消除。日光温室不能拆迁，整个耕层换土成本高昂。我国北方的设施土壤连作障碍日趋严重，设施农业面临重大的瓶颈难题。

 土壤中的植物根泌自毒物质如不消除，土壤连作障碍就不能修复。

 设施农业及集约化农业的出路在哪里？

 根泌自毒物质已成为未来中国集约化农业的拦路虎和绊脚石。

 自毒物质的危害还在继续！

 无可奈何花落去！

2.放线菌“解毒功能”的发现

 我们多年来一直苦苦思考着这个问题的解决方案。

 多年的放线菌资源利用研究给了我们有益的启示：放线菌可能有解毒作用！

 原因：我们的已有研究发现，放线菌活菌对草莓连作障碍有良好的修复功能，而草莓的自毒作用是连作障碍的主要原因之一。

 由此，我们推测，在放线菌对草莓的促生防病效果中，可能就有自毒物质减少的功劳，即放线菌可能对草莓根泌自毒物质有降解作用。

 根据从事化感作用研究的科学家的研究结果，在草莓根系分泌的自毒物质中，有对羟基苯甲酸、苯甲酸等；西瓜根系分泌的自毒物质中，有阿魏酸等。

 根据我们的推理及已有研究成果，我们决定从放线菌对已知自毒物质的降解入手，研究放线菌有无“解毒”能力。

 2008年，我们设计了放线菌对几种草莓及西瓜自毒物质的降解试验。

 所用的放线菌，有的是在田间试验中对草莓连作障碍有显著减轻作用的放线菌；也有我们从中国西北极端生境中分离筛选出的具有显著抗病促生作用的放线菌。

 我们采用实验室液体培养的方法，检测放线菌对纯自毒物质的降解效果；同时，采用将放线菌活菌接入连续多次种植草莓、且人为加入定量酚酸类物质的盆栽土壤，模拟放线菌在田间土壤中对自毒物质的降解过程，在不同时间检测盆栽土壤中酚酸类物质的残留量；并对施用放线菌活菌后，防病促生效果显著的温室草莓根区土壤中的酚酸类物质的残留量也进行了检测。

 密旋链霉菌的“解毒作用”：密旋链霉菌是我们从青藏高原极端生境分离筛选到的1株具有防病促生多种功能的放线菌，用该菌生产的多功能放线菌制剂已在生产中广泛应用，在多种作物上已表现出良好的抗病促生及提高产量，改进品质的效果。

 这株菌在修复草莓连作障碍中所表现出的良好效果是否与自毒物质的降解有关？

 为了探明密旋链霉菌有无降解草莓根泌自毒物质的功能，我们把多次种植草莓的盆栽土壤风干粉碎过筛，然后，按3g/kg的用量将放线菌活菌粉均匀混入土壤，再按2g/kg的用量通过溶液的形式加入苯甲酸和对羟基苯甲酸，保持草莓生长所需的适宜温度和水分，经过不同培养时间后采样，测定盆栽土壤中残留苯甲酸和对羟基苯甲酸含量，计算降解率。

 试验表明，经过30天，密旋链霉菌对盆栽土壤中苯甲酸和对羟基苯甲酸的降解率分别为60.3%和20.4%；经过150天，对二者的降解率分别为77.4%和45.9%，与对照的差异均达到显著水平。

 从降解速度看，最初30天降解最快：苯甲酸和对羟基苯甲酸的平均降解速度分别为31.8和17.6mg/kg .d，即每天在每1kg土壤中，分别有31.8mg和17.6mg苯甲酸和对羟基苯甲酸被密旋链霉菌降解，显示出密旋链霉菌的“解毒”能力是很强的。

 植物根泌自毒物质的含量极微，在土壤中根本达不到2g/kg的人为添加量。

 因此，密旋链霉菌所表现出来的“解毒”能力，对草莓根区土壤中来自根系分泌的微量自毒物质而言，简直可称之为“超级”分解者。

 密旋链霉菌活菌制剂在辣椒、草莓、西甜瓜、魔芋、丹参、人参、番茄等多种作物连作障碍修复上效果良好，这个功劳一定与密旋链霉菌对这些作物根泌自毒物质的降解有关。

 上述试验证明，对草莓连作障碍修复有显著效果的放线菌，确实有降解草莓根泌自毒物质的能力；施用放线菌活菌后，草莓种植土壤中的残留自毒物质确实显著下降。

 但密旋链霉菌解毒作用的单独贡献到底有多大，我们目前还无法准确评价。

 就让该菌暂时先当无名英雄吧！

 其他放线菌的“解毒”作用：在我们从中国西北极端生境筛选出的大量抗病促生放线菌中，有些放线菌对草莓根泌的几种自毒物质有显著的降解作用。

 我们从本研究室分离筛选自中国西北极端生境的万余株具有重要应用价值的放线菌中，按照特定的标准与原则，选出127株具有良好抗病促生功能的放线菌，再以阿魏酸为唯一碳源，从中筛选出3株阿魏酸降解菌，其中两株放线菌为淡紫褐链霉菌和球孢链霉菌球孢亚种。

 西瓜、甜瓜不能连茬种植，第2年产量下降，病虫害增加，第3、4年几乎全军覆没。凡在农村生活过的人，一般都知道此事，但对其发生的原因未必清楚。

 西瓜、甜瓜连作障碍的原因之一就是根泌自毒物质所致。

 阿魏酸是西甜瓜的根泌自毒物质之一。

 在液体培养7天时，以阿魏酸为碳源，两株放线菌对阿魏酸的降解率分别为94.3%和92.6%；以阿魏酸和淀粉为混合碳源时，当阿魏酸浓度为50mg/L时，两株放线菌的降解率均达到100%。当阿魏酸浓度达到100mg/L时，两株放线菌对阿魏酸的降解率为92.0%-96.6%。

 在液体培养条件下，经过3天，淡紫褐链霉菌对对羟基苯甲酸的降解率达到60.6%,7天时的最高降解率达到98.7%。

 将该菌制成活菌剂，通过蘸根方式接种到草莓根系上，使放线菌活菌进入草莓根区土壤，待草莓收获后测定温室草莓根区土壤中残留的对羟基苯甲酸含量，显示已有81.5%-90.1%的对羟基苯甲酸被放线菌降解消失。

 伴随着自毒物质的大幅度减少，草莓根系重量增加了28.5%-36.4%，死亡率降低52.3%，发病率降低60.0%。

 进一步的试验还表明，我们筛选到的淡紫褐链霉菌和球孢链霉菌球孢亚种不光有“解毒”能力，而且还对多种作物根系土传病害病原菌有较强的抗性。在这两株放线菌所抗的病原菌中，就有臭名昭著的西瓜枯萎病菌、尖孢镰刀菌及木贼镰刀菌。

 这就意味着，在修复农作物连作障碍的战役中，放线菌兼有“抗病解毒促生”多重任务。

 由放线菌能显著减轻草莓连作障碍现象，推测放线菌可能有降解草莓根泌自毒物质的能力；通过实验室的液体降解试验证实放线菌确实具有降解酚酸的能力，再通过测定已施用放线菌剂，草莓连作障碍显著减轻的温室草莓根区土壤中的酚酸残留量大幅度减少，验证了放线菌的实际降解效果。

 上述结果表明，放线菌对草莓根泌自毒物质、西瓜根泌自毒物质确实有显著的降解作用，有较强的“解毒”功能。

 至此，我们发现了放线菌的另一有益功能：对植物根系分泌的自毒物质具有良好的“解毒”能力，能降解植物根泌酚酸类自毒物质，能减轻植物的自毒作用，延缓或制止植物的“慢性自杀”行为，将植物从自毒物质的“水深火热”中解救出来。

 关于植物根泌自毒物质微生物降解研究，有5位硕士研究生参与。其中，3位研究生的毕业论文涉及草莓根泌自毒物质降解，2位分别涉及西瓜与黄瓜的根泌自毒物质降解。

 尽管我们发现了放线菌对植物根泌自毒物质的解毒功能，抗病功能，但这仅仅是放线菌神奇功能的冰山一角。要发现放线菌功能的全部奥秘，需要更多对放线菌有兴趣的研究者参与进来，与我们共同探索放线菌的神秘世界！

新功能的发掘，增强放线菌“解毒”新功能的技术优化，任重而道远！

    论文相关信息：

       http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=35551066

       http://www.cqvip.com/qk/94420a/201002/33797087.html

       http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-XBNY201112026.htm