辣椒根系分泌物的化感作用及其化感物质分析.pdf

园 艺 学 报 2009,36(6):873-878Acta Horticulturae Sinica收稿日期:2008-12-01;修回日期:2009-05-11基金项目:国家 十五 科技攻关重大专项课题(2004BA516A09)3 通讯作者Author for correspondence(E2mail:chengzhnwsuaf1edu1cn)辣椒根系分泌物的化感作用及其化感物质分析耿广东1,2,张素勤1,2,程智慧23(1贵州大学农学院,贵阳550025;2西北农林科技大学园艺学院,陕西杨凌712100)摘 要:利用生物测定和GC-MS分析的方法,研究了辣椒根系分泌物各组分的化感作用及其优势组分的化感物质。结果表明:辣椒根系分泌物各组分对莴苣的化感作用不同,以乙醚洗脱组分的化感作用最强;对乙醚洗脱组分进行再分离,最后得出80%乙醚+20%乙酸乙酯洗脱组分的化感作用最强;对80%乙醚+20%乙酸乙酯洗脱组分进行GC-MS分析鉴定,确定辣椒根系分泌的主要化感物质为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸-丁基-环己烷基酯、邻苯二甲酸-丁基-异丁酯、邻苯二甲酸二叔丁酯、二苯胺、4,4-叔丁基二苯酚、苯萘胺、邻苯二甲酸,其中,邻苯二甲酸二丁酯的含量最高。关键词:辣椒;根系分泌物;化感作用;化感物质;莴苣中图分类号:S 64113 文献标识码:A 文章编号:05132353X(2009)0620873206Allelopathy and Allelochem icals of Root Exudates in Hot PepperGENG Guang2dong1,2,ZHANG Su2qin1,2,and CHENG Zhi2hui23(1Agricultural College,Guizhou University,Guiyang550025,China;2College of Horticulture,Northwest A&F University,Yangling,Shaanxi712100,China)Abstract:The allelopathy and major allelochemicals in root exudates of hot pepperwere studied by bio2assay and GC-MS methods.The results showed that different components of root exudates of hot pepper haddifferent allelopathy on lettuce.The allelopathy of aether soluble component was the highest,which was fur2ther separated and analyzed,and we found that 80%aether+20%ethyl acetate component held the highest al2lelopathy.Finally,the component of 80%aether+20%ethyl acetate was analyzed by GC-MS,and the mainallelochemicalswere identified as dibutyl phthalate,1,22benzenedicarboxylic acid,butyl cyclohexyl ester,1,22benzenedicarboxylic acid,butyl 22methylpropyl ester,1,22benzenedicarboxylic acid,bis(22methyl2propyl)ester,diphenylamine,4,4 2(12methylethylidene)bis2phenol,12naphthalenamine,n2phenyl2,1,22benzenedicarboxylic acid,among which dibutyl phthalate held the highest level of chemical content.Key words:hot pepper;root exudate;allelopathy;allelochemical;lettuce化感作用是指一种植物或微生物(供体)向环境释放某些化学物质而影响其他有机体(受体)的生长和发育的化学生态学现象,化感作用包括促进和抑制两方面作用(Rice,1984),其产生的化学物质称为化感物质(W ittacker&Feeny,1971)。化感物质的释放途径有以下4条:从植物表面溢出,被雨水冲洗到下层植物上或渗入到土壤后表现出化感效应(李绍文,1989);从植物根部溢出直接产生化感效应(喻景权和松井佳久,1999;Hao et al.,2007);一些挥发性化感物质通过植物体表挥发到环境中发生作用(孔垂华 等,2001);植物残株或凋落物分解产生化感物质(高丹 等,2008)。自然界很多植物根系能够分泌化感物质,如水稻、小麦、大豆、豌豆、豚草、牛鞭草、三叶鬼针园 艺 学 报36卷草、胜红蓟、杨树、苹果、黄瓜、辣椒、大蒜、茄子等,这些植物根系分泌的化感物质能够对周围其它植物产生化感作用,有些情况下对自身也产生毒害,抑制其生长(Yu et al.,2003;何海斌 等,2007;杨广君 等,2008)。对辣椒的化感作用研究的较多(程智慧 等,2005;Morgan&Overholt,2005;Siddiqui,2007),但都是通过生物鉴定的方法研究其化感作用,而对辣椒的化感物质进行分离及成分分析的报道较少本试验中从辣椒根系分泌的途径研究了辣椒的化感作用,并对化感物质进行逐级分离,寻找主要的化感物质,以便为辣椒化感作用的进一步研究和应用奠定理论基础。1 材料与方法111 材料供体材料为辣椒 8819;受体材料为莴苣(意大利耐抽薹莴苣)。试验于2004年36月在西北农林科技大学进行。112 根系分泌物的收集和分离方法用塑料桶、泡沫板和通气泵自制辣椒水培系统,用蒸馏水配制成1/2剂量的Hoagland营养液,每桶盛4 L营养液。在泡沫板上小孔中定植辣椒幼苗,每桶定植第一片真叶展平的辣椒幼苗34株,室内人工光照下培养,1530 d更换一次营养液,共培养60 d。收集更换的营养液,通过XAD24树脂吸附柱,随后分别用乙醚、50%乙醚+50%乙酸乙酯、乙酸乙酯、50%乙酸乙酯+50%甲醇、甲醇各200 mL洗脱,各洗脱液依次简称为B1、B2、B3、B4、B5组分,收集洗脱液,减压浓缩至干,溶于10 mL甲醇中,放入-20 冰箱中备用。113 根系分泌物各组分化感作用的生物鉴定准确吸取浓缩后甲醇溶解液1 mL,放入底部铺有滤纸的培养皿中,在50 烘箱中烘至甲醇完全挥发,然后加7 mL蒸馏水,在滤纸上均匀摆放30粒莴苣种子,置25、4 000 lx下,每天调查发芽情况,4 d后测量地上部和根部的长度,3次重复。对照中先加入1 mL甲醇,蒸发后再加蒸馏水。根据生物检测结果,并结合隶属函数值确定水培营养液中化感优势组分。发芽率(%)=发芽终期全部正常发芽的种子数/供试种子数 100。发芽指数(GI)=Gt/Dt。式中Gt代表浸种后t日的发芽数,Dt代表相应的发芽日数。化感隶属函数值X(u)=(X-Xm in)/(Xm ax-Xm in)。114 化感优势组分的分离鉴定取生物测定确定的化感优势组分(B1)甲醇溶液5 mL,转移到长40 cm、直径210 cm的XAD24吸附树脂柱上,使甲醇自然挥发,然后分别用80%乙醚+20%乙酸乙酯、60%乙醚+40%乙酸乙酯、40%乙醚+60%乙酸乙酯各200 mL洗脱,洗脱液简称为B1-1、B1-2、B1-3,收集洗脱液,减压浓缩至干,溶于5 mL甲醇中,放入-20 冰箱中备用。对其组分进行生物检测,方法同113。然后通过GC-MS(气相色谱 质谱联用仪,GC为Agilent 6890,MS为HP5973)分析鉴定生物活性较强组分物质。2 结果与分析211 辣椒根系分泌物各组分对莴苣的化感作用由表1可知,B1组分处理的发芽率比对照降低了10%,其它处理影响均不显著。各组分处理均降低了莴苣的发芽指数,以B1影响最大,其次依次为B2、B4、B3、B5。B3和B5均促进莴苣根的生4786期耿广东等:辣椒根系分泌物的化感作用及其化感物质分析 长,根长分别比对照增加了12162%和2166%,但其根却比对照细,并且没有根毛,其余各组分均降低了根的长度,其中以B1的抑制效应最为明显,B2次之,B4再次之。除B5外,其余各组分均显著抑制了莴苣地上部生长,B1、B3、B2和B4处理后的地上部长分别比对照降低了37181%、28157%、26105%和23152%。表1 辣椒根系分泌物各组分对莴苣的化感作用Table 1Allelopathy of the various fractions of hot pepper root exudates on lettuce洗脱液Eluant发芽率/%Germination rate发芽指数Ger mination index根长/cmRoot length地上部长/cmTop length对照Control100 aA14142 aA3101 abAB1119 aAB190 bB8133 eD1112 dD0174 bBB295 abAB9171 dC1193 cC0188 bBB3100 aA12158 bcB3139 aA0185 bBB498 aA12133 cB2171 bB0191 bBB5100 aA13133 bAB3109 abAB1121 aA 注:B1:乙醚;B2:50%乙醚+50%乙酸乙酯;B3:乙酸乙酯;B4:50%乙酸乙酯+50%甲醇;B5:甲醇。Note:B1:Aether;B2:50%aether+50%ethyl acetate;B3:Ethyl acetate;B4:50%ethyl acetate+50%methanol;B5:Methanol.由表2中各指标的隶属函数值的大小可得出,B1的平均隶属函数值最小,即对莴苣的化感抑制作用最大,B2次之,其余依次为B4、B3、B5。因此,可得出B1(乙醚洗脱组分)中含有较多的化感物质,为优势组分,研究辣椒根系分泌的化感物质,应从B1组分中寻找起主要作用的化感物质。表2 辣椒根系分泌物各组分化感作用的隶属函数值Table 2Allelopathy subjection value of the various fractions of hot pepper root exudates on lettuce洗脱液Eluant各指标的隶属函数值Subjection value of each index发芽率Germination rate发芽指数Germination index地上部长Top length根长Root length平均Average对照Control1100011000018330195701948B10190001000010000100001225B20195001226013570129801458B31100001699110000123401733B40198301657017000136201676B51100001822018681100001923 注:B1:乙醚;B2:50%乙醚+50%乙酸乙酯;B3:乙酸乙酯;B4:50%乙酸乙酯+50%甲醇;B5:甲醇。Note:B1:Aether;B2:50%aether+50%ethyl acetate;B3:Ethyl acetate;B4:50%ethyl acetate+50%methanol;B5:Methanol.由表3可知,B1-1组分处理的莴苣种子的发芽率比对照降低了50个百分点,B1-2、B1-3虽然也降低莴苣种子发芽率,但与对照的差异未达到显著性水平。各组分对莴苣种子发芽指数也有不同程度的抑制作用,B1-1抑制作用最大,B1-2次之,B1-3最小。B1-1显著抑制了莴苣幼苗根和地上部的生长,与对照相比,根长和地上部长分别降低了78157%和43172%;B1-2也抑制了莴苣的根和地上部生长;B1-3抑制莴苣的地上部生长,但对根长却产生了促进作用,这可能是由于莴苣不同器官对化感物质的反应敏感程度不同的缘故。由以上分析可知,B1-1组分对莴苣的影响最大,化感作用最强。由此推出,辣椒根系分泌物中起主要作用的化感物质在这个组分中。578园 艺 学 报36卷表3B1各组分对莴苣的化感作用Table 3Allelopathy of various fractions in B1on lettuce洗脱液Eluant发芽率/%Germination rate发芽指数Ger mination index根长/cmRoot length地上部长/cmTop length对照Control100 a A14171 a A4162 b B2115 a AB1-150 b B4151 c C0199 d D1121 d CB1-278 a AB8151 b BC3166 c C1169 b BB1-397 a A13154 a AB5179 a A1146 c BC 注:B1-1:80%乙醚+20%乙酸乙酯;B1-2:60%乙醚+40%乙酸乙酯;B1-3:40%乙醚+60%乙酸乙酯。Note:B1-1:80%aether+20%ethyl acetate;B1-2:60%aether40%ethyl acetate;B1-3:40%aether+60%ethyl acetate.212 辣椒根系分泌的化感物质成分分析将B1-1组分通过微膜过滤,然后进行GC-MS分析,结果见图1。由图1和标准图谱比较可知,辣椒根系分泌物中的化感物质如表4所示。图1 辣椒根系分泌物中B1-1组分的GC-M S鉴定图谱Fig.1GC-M S spectrum of B1-1components of root exudates in hot pepper表4 辣椒根系分泌物中B121组分的化感物质Table 4Allelochem icals of B121components of root exudation in hot pepper化感物质Allelochemicals百分含量/%Percentage相似度/%Similar degree保留时间/minTime of apex邻苯二甲酸二丁酯Dibutyl phthalate4114991241994邻苯二甲酸-丁基-环己烷基酯1516086221991,22benzenedicarboxylic acid,butyl cyclohexyl ester邻苯二甲酸-丁基-异丁酯1310878251541,22benzenedicarboxylic acid,butyl 22methylpropyl ester邻苯二甲酸二叔丁酯1010994231771,22benzenedicarboxylic acid,bis(22methylpropyl)ester二苯胺Diphenylamine910387181664,4-叔丁基二苯酚4,42(12methylethylidene)bis2phenol41428833108苯萘胺12naphthalenamine,n2phenyl231769328188邻苯二甲酸1,22benzenedicarboxylic acid215390171646786期耿广东等:辣椒根系分泌物的化感作用及其化感物质分析 由表4可知,辣椒营养液栽培,根系分泌物B1-1组分中含量较高的物质有8种,其中邻苯二甲酸二丁酯含量最高,为41149%;邻苯二甲酸-丁基-环己烷基酯次之;再次之为二苯胺。3 讨论根系分泌物中含有化感物质已在牛鞭草(Tang et al.,1995)、杉木(陈龙池和汪思龙,2003)、大豆(张顺捷 等,2008)、水稻(何海斌 等,2007)、花生(胡飞和孔垂华,2003)、茄子(刘娜等,2008)等作物上得以证实。豌豆根系分泌苯甲酸、对羟基苯甲酸、香草酸、肉桂酸、香豆酸、3,4-二羟基苯甲酸、3,5-二甲羟基香豆酸等化感物质(喻景权和松井佳久,1999)。茄子根系分泌的主要化感物质为邻苯二甲酸的多种衍生物、2,6-二甲基乙基苯酚、十六烷酸甲酯、十七烷酸甲酯(王芳2003)。侯永侠等(2007)对辣椒的根系分泌物进行了测定,其化感物质为烷烃、芳香烃、醇、酮、烯酸酯、芳香酸酯和含N的化合物,其中大量是芳香族和烷烃。本试验得出,辣椒根系分泌的主要化感物质为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二叔丁酯、邻苯二甲酸-丁基-环己烷基酯、邻苯二甲酸-丁基-异丁酯、二苯胺、4,4-叔丁基二苯酚、苯萘胺、邻苯二甲酸,其中,邻苯二甲酸二丁酯的含量最高。这与茄子(王芳,2003)分泌的化感物质有些相似,但与豌豆(喻景权和松井佳久,1999)和辣椒(侯永侠 等,2007)的不尽相同。可能是因为茄子与辣椒统属茄科,所含物质基本相同,与豌豆亲缘关系相差很远,其所含物质不同所致;与侯永侠等(2007)研究的结果不尽相同,可能是因为处理方法不同。侯永侠等是通过水培的方法收集辣椒根系分泌物后,直接用GC-MS分析;本试验是首先从辣椒根系分泌物中分离出化感作用最强的化感组分,然后用GC-MS分析测定辣椒根系分泌的主要化感物质。辣椒根系分泌物不一定都是化感物质,本试验对辣椒化感作用优势组分进行分析,获得的结果将更为准确可靠。ReferencesChenLong2chi,Wang Si2long.2003.Preliminary study of allelopathyof root exudatesofChinese fir.Acta Ecologica Sinica,23(2):394-398.(in Chinese)陈龙池,汪思龙.2003.杉木根系分泌物化感作用研究.生态学报,23(2):394-398.Cheng Zhi2hui,Geng Guang2dong,Zhang Su2qin,MengHuan2wen.2005.Allelopathy to lettuce and related chemicalsof hotpepper.Acta Horti2culturae Sinica,32(1):100.(in 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800条。每种植物名称有拉、汉、英三种文字对照,按拉丁文字母顺序排列。书后附有英文俗名和汉名索引。本书可供农、林、医药、环境保护等学科的管理机构、科研单位、大学中的科技人员以及生物工程、植物检疫、花卉园艺、新闻出版、旅游、外贸等专业的技术人员使用,也是各类图书馆典藏的重要工具书。定价:185元(含邮费)。购书者请通过邮局汇款至北京中关村南大街12号中国农科院蔬菜花卉所 园艺学报 编辑部,邮编100081。878