韓　旭，?！∮?，杜公福，曹振木

(中國熱帶農業(yè)科學院 熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737)

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甜椒根系分泌物化學成分鑒定

韓旭，牛玉，杜公福，曹振木

(中國熱帶農業(yè)科學院 熱帶作物品種資源研究所，海南 儋州 571737)

【目的】 鑒定甜椒根系分泌物的化學成分，為研究其化感作用及連作障礙機理提供理論依據(jù)?！痉椒ā?采用砂培法收集甜椒根系分泌物，柱層析法分離，依次選用石油醚、乙酸乙酯、氯仿和甲醇洗脫并收集各洗脫組分，采用氣相質譜聯(lián)用儀(GC-MS)鑒定各組分的化學成分。【結果】 甜椒根系分泌物石油醚組分GC-MS鑒定圖譜共出現(xiàn)50個物質峰，相似度≥85%的化學物質共19個；乙酸乙酯組分GC-MS鑒定圖譜共出現(xiàn)56個物質峰，相似度≥85%的化學物質共26個；氯仿組分GC-MS鑒定圖譜共出現(xiàn)59個物質峰，相似度≥85%的化學物質共25個；甲醇組分GC-MS鑒定圖譜共出現(xiàn)59個物質峰，相似度≥85%的化學物質共33個?！窘Y論】 甜椒根系分泌物中主要含有烷烴類、酯類、醇類、酚類、醛類、肟類、菲類、酰胺類和萘胺類化合物。

甜椒；根系分泌物；化學成分；砂培法

在特定環(huán)境下，植物通過根系的不同部位向根際土壤中釋放不同的有機化合物，這些化合物被稱為根系分泌物，該體系具有復雜性和非均一性[1]。根系分泌物通常包括3類有機化合物，分別為大分子化合物(糖、蛋白質、酶和凝膠等)、小分子化合物(酸、酚、酮等)和其他化合物(生長激素、黃酮、甾類等)，種類高達200種以上[2]。植物根系分泌物對植物、土壤、環(huán)境等均起著重要的作用，例如可以改變土壤結構及組成、活化土壤養(yǎng)分、參與植物養(yǎng)分的吸收、緩解環(huán)境脅迫等[3-5]，因此根系分泌物的相關研究越來越引起科學研究者的關注。植物根系分泌物的常規(guī)收集方法之一是砂培法，利用石英砂惰性強的特性，選其為砂培法中的栽培基質，既不會影響植物的正常生長，又具有機械阻力，在消除土壤微生物干擾的同時又使植物根系的生長更接近土壤環(huán)境[6]。氣相質譜聯(lián)用的鑒定方法具有需樣量小、靈敏度高、數(shù)據(jù)庫健全等特點，因此通常被用來鑒定植物根系分泌物的化學成分組成。

甜椒(CapsicumfructescensL.)是茄科辣椒屬辣椒的一個變種，又稱柿子椒、燈籠椒，廣泛種植于我國南北各地，營養(yǎng)豐富，特別是Vc含量位居各類蔬菜之首，深受廣大消費者喜愛[7-8]。但栽培管理制度不健全和生產環(huán)境局限性等因素導致甜椒連作障礙日益加劇，嚴重影響甜椒的品質和產量，根系分泌物自毒物質的逐年累積是導致連作障礙的重要因素。植物根系分泌物的化學成分與連作障礙關系密切[9]，已有研究表明，大豆[10]、花生[11]、黃瓜[12]、人參[13]等植物根系分泌物中的化學成分是導致其連作障礙的主要原因。因此，本研究通過砂培法收集甜椒的根系分泌物，采用硅膠柱層析法分離后用GC-MS鑒定根系分泌物的化學成分，為深入研究甜椒根系分泌物的自毒物質和自毒作用提供理論基礎，為制定削減甜椒連作障礙的有效措施提供技術支持。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試甜椒品種為熱甜5號，由中國熱帶農業(yè)科學院熱帶作物品種資源研究所瓜菜研究室提供。

1.2試驗方法

1.2.1甜椒根系分泌物的收集砂培法收集根系分泌物：石英砂高溫高壓滅菌，70 ℃烘干備用。將催芽后的熱甜5號種子播于含有石英砂的培養(yǎng)箱中，每7 d澆1次Holand營養(yǎng)液，其余時間補足蒸餾水，按苗期正常管理。生長40 d后向培養(yǎng)箱中注入過量蒸餾水，拔掉甜椒苗，拭干并稱根質量，浸泡石英砂后通過雙層定性濾紙過濾，并用0.45 μm的水系微孔濾膜抽濾，即得到根系分泌物的粗提物，將其減壓濃縮到 30.0 g/L即得到甜椒根系分泌物粗提物原液。

1.2.2甜椒根系分泌物化學成分的分離將50 mL甜椒根系分泌物粗提物原液與5 g 硅膠(BDH 0.048～0.075 mm)混勻，40 ℃水浴蒸干，作為提取物。用石油醚(60～90 ℃)和100 g 硅膠(BDH 0.048～0.075 mm)填充色譜柱(200 mm×30 mm)，靜置過夜。將提取物置于色譜柱頂端，根據(jù)有機溶劑極性從小到大的順序，分別用500 mL石油醚、乙酸乙酯、氯仿和甲醇逐級洗脫，過硅膠柱時收集洗脫液的流速控制在1～2 s 1滴。分別收集各洗脫液，40 ℃減壓濃縮至干，并溶于10 mL甲醇(色譜純)，-20 ℃冰箱保存?zhèn)錅y。

1.2.3甜椒根系分泌物化學成分的鑒定采用氣相質譜聯(lián)用儀(ThermoFisher GC-MS，Trace GC ultra-DSQ-AI3000,USA)鑒定甜椒根系分泌物的化學成分。GC-MS 分析色譜條件：毛細管柱 DB5-MS (30 m×0.25 mm, 膜厚度0.25 μm)；載氣 He(流速1.0 mL/min)；進樣口溫度 250 ℃；程序升溫：柱溫 50 ℃ (保持 2 min)，以 6 ℃/min 程序升溫至 250 ℃(保持 15 min)。GC-MS分析質譜條件：離子源溫度 200 ℃；EI 源(電子轟擊源)；轟擊電壓 70 eV；掃描范圍 m/z 30～600 amu；1 μL進樣，不分流。

化學成分的篩選：根據(jù)數(shù)據(jù)庫篩選的結果，選擇相似度≥85%的化合物作為熱甜5號根系分泌物的有效化學成分。

2　結果與分析

2.1甜椒根系分泌物石油醚組分的GC-MS鑒定

熱甜5號根系分泌物的石油醚組分GC-MS鑒定結果如圖1所示。圖1顯示，共出現(xiàn)50個物質峰，第一個出峰時間為6.589 min，最后一個出峰時間為40.583 min，主要出峰時間集中在27～40 min，最大峰面積出現(xiàn)在30.272 min。

如表1所示，熱甜5號根系分泌物石油醚組分中相似度≥85%的化合物共有19個，其中烷烴類化合物2個，酯類化合物11個，醇類化合物3個，酚類化合物1個，萘胺類化合物1個，肟類化合物1個。

圖 1　熱甜5號根系分泌物石油醚組分的GC-MS鑒定圖譜

表 1　熱甜5號根系分泌物石油醚組分化學成分分析Table 1　Chemical components of petroleum ether extraction from root exudates of Retian No.5

2.2甜椒根系分泌物乙酸乙酯組分的GC-MS鑒定

熱甜5號根系分泌物的乙酸乙酯組分GC-MS鑒定結果如圖2所示。圖2顯示，共出現(xiàn)56個物質峰，第一個出峰時間為6.045 min，最后一個出峰時間為49.055 min，主要出峰時間集中在28～39 min，最大峰面積出現(xiàn)在30.291 min。

如表2所示，熱甜5號根系分泌物乙酸乙酯組分中相似度≥85%的化合物共有26個，其中烷烴類化合物9個，酯類化合物10個，肟類化合物1個，酚類化合物1個，醇類化合物4個，酰胺類化合物1個。

2.3甜椒根系分泌物氯仿組分的GC-MS鑒定

圖3為熱甜5號根系分泌物氯仿組分的GC-MS鑒定結果。圖3顯示，共出現(xiàn)59個物質峰，第一個出峰時間為6.045 min，最后一個出峰時間為48.356 min，主要出峰時間集中在30～40 min，最大峰面積出現(xiàn)在40.378 min。

熱甜5號根系分泌物氯仿組分相似度≥85%的化合物共有25個，其中酯類化合物14個，醛類化合物1個，酚類化合物1個，菲類化合物1個，烷烴類化合物4個，醇類化合物2個，萘胺類化合物1個，肟類化合物1個(表3)。

圖 2　熱甜5號根系分泌物乙酸乙酯組分的GC-MS鑒定圖譜Fig.2　GC-MS chromatograms of ethyl acetate extraction from root exudates of Retian No.5 表 2　熱甜5號根系分泌物乙酸乙酯組分化學成分分析Table 2　Chemical components of ethyl acetate extraction from root exudates of Retian No.5

圖 3　熱甜5號根系分泌物氯仿組分的GC-MS鑒定圖譜

表 3　熱甜5號根系分泌物氯仿組分化學成分分析Table 3　Chemical components of chloroform extraction from root exudates of Retian No.5

2.4甜椒根系分泌物甲醇組分的GC-MS鑒定

熱甜5號根系分泌物甲醇組分GC-MS鑒定結果如圖4所示。圖4顯示，共出現(xiàn)59個物質峰，第一個出峰時間為6.050 min，最后一個出峰時間為44.532 min，主要出峰時間集中在30～42 min，最大峰面積出現(xiàn)在40.394 min。

圖 4　熱甜5號根系分泌物甲醇組分的GC-MS鑒定圖譜

熱甜5號根系分泌物甲醇組分相似度≥85%的化合物共有33個，其中酯類化合物20個，肟類化合物1個，酚類化合物1個，醛類化合物1個，烷烴類化合物8個，醇類化合物2個(表4)。

表 4　熱甜5號根系分泌物甲醇組分化學成分分析Table 4　Chemical components of methanol extraction from root exudates of Retian No.5

表 4(續(xù))　Continued table 4

3　討論與結論

有關辣椒根系分泌物收集的研究多采用水培法[14-15]，該方法操作簡單、排除了土壤微生物的干擾，并在一定程度上能夠真實反映特定根系分泌物的變化，但水培植物在缺少機械阻力的條件下根毛發(fā)育較少，與其在土壤中生長分泌的化合物有所不同。因此，本研究采用滅菌的石英砂為栽培基質，連續(xù)收集甜椒的根系分泌物，既能保證甜椒的正常生長，又能很好地消除其他植物或土壤微生物對根系生長的干擾。

本研究結果表明，甜椒根系分泌物中主要含有烷烴類、醇類、酯類、醛類、肟類、酚類、菲類、酰胺類和萘胺類化合物。前人研究結果表明，線椒根系分泌物中主要含有酸類、酮類、胺類、酯類、醇類、酚類、烴類、苯及其他雜環(huán)類物質[14]；大豆根系分泌物中含有烷烴類、酚類、醇類、醛類、酸類、酯類化合物[16-17]；花生根系分泌物中含有有機酸、醇類、醛類、酮類、烴類、酯類物質[18]；油菜和大白菜的根系分泌物中主要含有烷烴類、脂類、酸類物質[19-20]；低效刺槐根系分泌物中主要含酸類、醇類、脂類物質[21]；丹參和人參根系分泌物中主要含烷烴類、脂類、酸類、醇類、醛類物質[22-23]。本研究結果與其基本一致，說明不同植物根系分泌物含有不同類的化學成分。

大量研究表明，植物通過根系分泌、淋溶、揮發(fā)、腐解等方式釋放14類化感物質到環(huán)境中，主要包括有機酸、肉桂酸及其衍生物、脂肪族醛和酮、直鏈醇、簡單不飽和內酯、萘醌、蒽醌和復合醌、簡單酚、香豆素類、類萜和甾類化合物、氨基酸和多肽、類黃酮、單寧、長鏈脂肪酸和多炔、生物堿和氰醇、苯甲酸及其衍生物、硫化物和芥子油苷、嘌呤和核苷[24-27]。本研究中，甜椒根系分泌物鑒定出的化合物中也可能含有化感物質，逐年累積亦會產生化感自毒作用，導致連作障礙。前人研究結果表明，鄰苯二甲酸二丁酯是辣椒根系分泌物中含量最高的化感物質[28]，鄰苯二甲酸二異丁酯是線辣椒根系分泌物中的化感物質[29]，鄰苯二甲酸二丁酯和2,4-二叔丁基苯酚是百合根系分泌物中的主要化感物質[30]，本研究鑒定的化學成分中同樣含有這幾種物質，但這些物質如何發(fā)揮化感作用仍有待進一步研究。

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Identification of chemical components ofCapsicumfructescensL.root exudates by sand culturing method

HAN Xu,NIU Yu,DU Gongfu,CAO Zhenmu

(TropicalCropsGeneticResourcesInstitute,ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Danzhou,Hainan571737,China)

【Objective】 The chemical components ofCapsicumfructescensL.root exudates were identified to provide scientific basis for investigation of allelopathy and mechanism of cropping obstacles.【Method】 The root exudates ofCapsicumfructescensL.were collected by sand culturing method.The extracts were fractionated by petroleum ether,ethyl acetate,chloroform and methanol after isolation by column chromatography.The chemical components were then identified by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).【Result】 There were 50 peaks of chemical components in GC-MS chromatograms of petroleum ether extraction fromCapsicumfructescensL.root exudates,and 19 of them had similarity of ≥85%.There were 56 peaks in GC-MS chromatograms of ethyl acetate extraction with 26 having similarity of ≥85%.There were 59 peaks in GC-MS chromatograms of chloroform extraction with 25 having similarity of ≥85%.There were 59 peaks in GC-MS chromatograms of methanol extraction,and 33 of them had similarity of ≥85%.【Conclusion】 The root exudates ofCapsicumfructescensL.contain alkane,esters,alcohols,phenols,aldehydes,oxime,phenanthrenes,amide and naphthalene compounds.

CapsicumfructescensL.;root exudates;chemical component;sand culturing method

時間:2016-08-0909:41DOI：10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.09.021

2015-09-11

海南省自然科學基金項目(20153119)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項(1630032014020)

韓旭(1983-)，女，吉林長春人，助理研究員，博士，主要從事蔬菜栽培生理生態(tài)研究。

E-mail：hanxu_0216@126.com

曹振木(1972-)，男，廣西桂平人，研究員，碩士生導師，主要從事蔬菜作物遺傳育種研究。

E-mail：caozhenmu2007@163.com

S641.3

A

1671-9387(2016)09-0158-08

網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160809.0941.042.html