甜椒根系分泌物化学成分鉴定

韩　旭，牛　玉，杜公福，曹振木

(中国热带农业科学院 热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737)



甜椒根系分泌物化学成分鉴定

韩旭，牛玉，杜公福，曹振木

(中国热带农业科学院 热带作物品种资源研究所，海南 儋州 571737)

【目的】 鉴定甜椒根系分泌物的化学成分，为研究其化感作用及连作障碍机理提供理论依据。【方法】 采用砂培法收集甜椒根系分泌物，柱层析法分离，依次选用石油醚、乙酸乙酯、氯仿和甲醇洗脱并收集各洗脱组分，采用气相质谱联用仪(GC-MS)鉴定各组分的化学成分。【结果】 甜椒根系分泌物石油醚组分GC-MS鉴定图谱共出现50个物质峰，相似度≥85%的化学物质共19个；乙酸乙酯组分GC-MS鉴定图谱共出现56个物质峰，相似度≥85%的化学物质共26个；氯仿组分GC-MS鉴定图谱共出现59个物质峰，相似度≥85%的化学物质共25个；甲醇组分GC-MS鉴定图谱共出现59个物质峰，相似度≥85%的化学物质共33个。【结论】 甜椒根系分泌物中主要含有烷烃类、酯类、醇类、酚类、醛类、肟类、菲类、酰胺类和萘胺类化合物。

甜椒；根系分泌物；化学成分；砂培法

在特定环境下，植物通过根系的不同部位向根际土壤中释放不同的有机化合物，这些化合物被称为根系分泌物，该体系具有复杂性和非均一性[1]。根系分泌物通常包括3类有机化合物，分别为大分子化合物(糖、蛋白质、酶和凝胶等)、小分子化合物(酸、酚、酮等)和其他化合物(生长激素、黄酮、甾类等)，种类高达200种以上[2]。植物根系分泌物对植物、土壤、环境等均起着重要的作用，例如可以改变土壤结构及组成、活化土壤养分、参与植物养分的吸收、缓解环境胁迫等[3-5]，因此根系分泌物的相关研究越来越引起科学研究者的关注。植物根系分泌物的常规收集方法之一是砂培法，利用石英砂惰性强的特性，选其为砂培法中的栽培基质，既不会影响植物的正常生长，又具有机械阻力，在消除土壤微生物干扰的同时又使植物根系的生长更接近土壤环境[6]。气相质谱联用的鉴定方法具有需样量小、灵敏度高、数据库健全等特点，因此通常被用来鉴定植物根系分泌物的化学成分组成。

甜椒(CapsicumfructescensL.)是茄科辣椒属辣椒的一个变种，又称柿子椒、灯笼椒，广泛种植于我国南北各地，营养丰富，特别是Vc含量位居各类蔬菜之首，深受广大消费者喜爱[7-8]。但栽培管理制度不健全和生产环境局限性等因素导致甜椒连作障碍日益加剧，严重影响甜椒的品质和产量，根系分泌物自毒物质的逐年累积是导致连作障碍的重要因素。植物根系分泌物的化学成分与连作障碍关系密切[9]，已有研究表明，大豆[10]、花生[11]、黄瓜[12]、人参[13]等植物根系分泌物中的化学成分是导致其连作障碍的主要原因。因此，本研究通过砂培法收集甜椒的根系分泌物，采用硅胶柱层析法分离后用GC-MS鉴定根系分泌物的化学成分，为深入研究甜椒根系分泌物的自毒物质和自毒作用提供理论基础，为制定削减甜椒连作障碍的有效措施提供技术支持。

1　材料与方法

1.1试验材料

供试甜椒品种为热甜5号，由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所瓜菜研究室提供。

1.2试验方法

1.2.1甜椒根系分泌物的收集砂培法收集根系分泌物：石英砂高温高压灭菌，70 ℃烘干备用。将催芽后的热甜5号种子播于含有石英砂的培养箱中，每7 d浇1次Holand营养液，其余时间补足蒸馏水，按苗期正常管理。生长40 d后向培养箱中注入过量蒸馏水，拔掉甜椒苗，拭干并称根质量，浸泡石英砂后通过双层定性滤纸过滤，并用0.45 μm的水系微孔滤膜抽滤，即得到根系分泌物的粗提物，将其减压浓缩到 30.0 g/L即得到甜椒根系分泌物粗提物原液。

1.2.2甜椒根系分泌物化学成分的分离将50 mL甜椒根系分泌物粗提物原液与5 g 硅胶(BDH 0.048～0.075 mm)混匀，40 ℃水浴蒸干，作为提取物。用石油醚(60～90 ℃)和100 g 硅胶(BDH 0.048～0.075 mm)填充色谱柱(200 mm×30 mm)，静置过夜。将提取物置于色谱柱顶端，根据有机溶剂极性从小到大的顺序，分别用500 mL石油醚、乙酸乙酯、氯仿和甲醇逐级洗脱，过硅胶柱时收集洗脱液的流速控制在1～2 s 1滴。分别收集各洗脱液，40 ℃减压浓缩至干，并溶于10 mL甲醇(色谱纯)，-20 ℃冰箱保存备测。

1.2.3甜椒根系分泌物化学成分的鉴定采用气相质谱联用仪(ThermoFisher GC-MS，Trace GC ultra-DSQ-AI3000,USA)鉴定甜椒根系分泌物的化学成分。GC-MS 分析色谱条件：毛细管柱 DB5-MS (30 m×0.25 mm, 膜厚度0.25 μm)；载气 He(流速1.0 mL/min)；进样口温度 250 ℃；程序升温：柱温 50 ℃ (保持 2 min)，以 6 ℃/min 程序升温至 250 ℃(保持 15 min)。GC-MS分析质谱条件：离子源温度 200 ℃；EI 源(电子轰击源)；轰击电压 70 eV；扫描范围 m/z 30～600 amu；1 μL进样，不分流。

化学成分的筛选：根据数据库筛选的结果，选择相似度≥85%的化合物作为热甜5号根系分泌物的有效化学成分。

2　结果与分析

2.1甜椒根系分泌物石油醚组分的GC-MS鉴定

热甜5号根系分泌物的石油醚组分GC-MS鉴定结果如图1所示。图1显示，共出现50个物质峰，第一个出峰时间为6.589 min，最后一个出峰时间为40.583 min，主要出峰时间集中在27～40 min，最大峰面积出现在30.272 min。

如表1所示，热甜5号根系分泌物石油醚组分中相似度≥85%的化合物共有19个，其中烷烃类化合物2个，酯类化合物11个，醇类化合物3个，酚类化合物1个，萘胺类化合物1个，肟类化合物1个。

图 1　热甜5号根系分泌物石油醚组分的GC-MS鉴定图谱

表 1　热甜5号根系分泌物石油醚组分化学成分分析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组分的GC-MS鉴定

热甜5号根系分泌物的乙酸乙酯组分GC-MS鉴定结果如图2所示。图2显示，共出现56个物质峰，第一个出峰时间为6.045 min，最后一个出峰时间为49.055 min，主要出峰时间集中在28～39 min，最大峰面积出现在30.291 min。

如表2所示，热甜5号根系分泌物乙酸乙酯组分中相似度≥85%的化合物共有26个，其中烷烃类化合物9个，酯类化合物10个，肟类化合物1个，酚类化合物1个，醇类化合物4个，酰胺类化合物1个。

2.3甜椒根系分泌物氯仿组分的GC-MS鉴定

图3为热甜5号根系分泌物氯仿组分的GC-MS鉴定结果。图3显示，共出现59个物质峰，第一个出峰时间为6.045 min，最后一个出峰时间为48.356 min，主要出峰时间集中在30～40 min，最大峰面积出现在40.378 min。

热甜5号根系分泌物氯仿组分相似度≥85%的化合物共有25个，其中酯类化合物14个，醛类化合物1个，酚类化合物1个，菲类化合物1个，烷烃类化合物4个，醇类化合物2个，萘胺类化合物1个，肟类化合物1个(表3)。

图 2　热甜5号根系分泌物乙酸乙酯组分的GC-MS鉴定图谱Fig.2　GC-MS chromatograms of ethyl acetate extraction from root exudates of Retian No.5 表 2　热甜5号根系分泌物乙酸乙酯组分化学成分分析Table 2　Chemical components of ethyl acetate extraction from root exudates of Retian No.5

图 3　热甜5号根系分泌物氯仿组分的GC-MS鉴定图谱

表 3　热甜5号根系分泌物氯仿组分化学成分分析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组分的GC-MS鉴定

热甜5号根系分泌物甲醇组分GC-MS鉴定结果如图4所示。图4显示，共出现59个物质峰，第一个出峰时间为6.050 min，最后一个出峰时间为44.532 min，主要出峰时间集中在30～42 min，最大峰面积出现在40.394 min。

图 4　热甜5号根系分泌物甲醇组分的GC-MS鉴定图谱

热甜5号根系分泌物甲醇组分相似度≥85%的化合物共有33个，其中酯类化合物20个，肟类化合物1个，酚类化合物1个，醛类化合物1个，烷烃类化合物8个，醇类化合物2个(表4)。

表 4　热甜5号根系分泌物甲醇组分化学成分分析Table 4　Chemical components of methanol extraction from root exudates of Retian No.5

表 4(续)　Continued table 4

3　讨论与结论

有关辣椒根系分泌物收集的研究多采用水培法[14-15]，该方法操作简单、排除了土壤微生物的干扰，并在一定程度上能够真实反映特定根系分泌物的变化，但水培植物在缺少机械阻力的条件下根毛发育较少，与其在土壤中生长分泌的化合物有所不同。因此，本研究采用灭菌的石英砂为栽培基质，连续收集甜椒的根系分泌物，既能保证甜椒的正常生长，又能很好地消除其他植物或土壤微生物对根系生长的干扰。

本研究结果表明，甜椒根系分泌物中主要含有烷烃类、醇类、酯类、醛类、肟类、酚类、菲类、酰胺类和萘胺类化合物。前人研究结果表明，线椒根系分泌物中主要含有酸类、酮类、胺类、酯类、醇类、酚类、烃类、苯及其他杂环类物质[14]；大豆根系分泌物中含有烷烃类、酚类、醇类、醛类、酸类、酯类化合物[16-17]；花生根系分泌物中含有有机酸、醇类、醛类、酮类、烃类、酯类物质[18]；油菜和大白菜的根系分泌物中主要含有烷烃类、脂类、酸类物质[19-20]；低效刺槐根系分泌物中主要含酸类、醇类、脂类物质[21]；丹参和人参根系分泌物中主要含烷烃类、脂类、酸类、醇类、醛类物质[22-23]。本研究结果与其基本一致，说明不同植物根系分泌物含有不同类的化学成分。

大量研究表明，植物通过根系分泌、淋溶、挥发、腐解等方式释放14类化感物质到环境中，主要包括有机酸、肉桂酸及其衍生物、脂肪族醛和酮、直链醇、简单不饱和内酯、萘醌、蒽醌和复合醌、简单酚、香豆素类、类萜和甾类化合物、氨基酸和多肽、类黄酮、单宁、长链脂肪酸和多炔、生物碱和氰醇、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，甜椒根系分泌物鉴定出的化合物中也可能含有化感物质，逐年累积亦会产生化感自毒作用，导致连作障碍。前人研究结果表明，邻苯二甲酸二丁酯是辣椒根系分泌物中含量最高的化感物质[28]，邻苯二甲酸二异丁酯是线辣椒根系分泌物中的化感物质[29]，邻苯二甲酸二丁酯和2,4-二叔丁基苯酚是百合根系分泌物中的主要化感物质[30]，本研究鉴定的化学成分中同样含有这几种物质，但这些物质如何发挥化感作用仍有待进一步研究。

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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

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

2015-09-11

海南省自然科学基金项目(20153119)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(1630032014020)

韩旭(1983-)，女，吉林长春人，助理研究员，博士，主要从事蔬菜栽培生理生态研究。

E-mail：hanxu_0216@126.com

曹振木(1972-)，男，广西桂平人，研究员，硕士生导师，主要从事蔬菜作物遗传育种研究。

E-mail：caozhenmu2007@163.com

S641.3

A

1671-9387(2016)09-0158-08

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