结球甘蓝根区土壤有机物GC-MS分析

张 伟，赵瑞芬，姜春霞，翟广谦，刘恩科

（1.山西省农业科学院旱地农业研究中心，山西 太原 030031；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西 太原 030031）

结球甘蓝（Brassica oleracea L.）具有耐寒、抗病、适应性强、易贮耐运、产量高、品质好等特点，是我国主要种植的蔬菜之一，其种植面积和产量在所有蔬菜中位居第3，是近年来栽培面积发展最快的长途运输蔬菜。因其种植效益极高，是粮菜轮作系统中增加农民收入的重要环节。作物在其生长发育过程中，通过从土壤中吸收水分、养分，同时也不断分泌自身的代谢产物，即根系分泌物，主要包括有机酸类、糖类、氨基酸类和酚类物质，释放到土壤中，起到改善植物的生长环境、影响土壤的理化及生物学性状的作用[1-3]。

结球甘蓝不仅忌连作，而且对后茬作物苗期也存在限制生长作用，土壤作为前后两茬作物联系的载体，前茬作物对后茬作物的影响主要通过对土壤的改变来实现，即通过对土壤养分、物理性质、微生物、酶活性等的改变，进而影响后茬作物的生长[4-6]。当前根系分泌物研究多采用人工环境即营养液培养，再通过营养液提取根系分泌物[7]，但也有人认为，溶液收集的方法不能反映植物根系的分泌状况，应研究经过土壤环境后的植物根系分泌物更具有实际意义[8]。

本试验对结球甘蓝连作和轮作条件下利用土壤溶液取样器[9]进行土壤溶液采集，并进行GC-MS分析[10-11]，测定根区土壤有机物主要成分，为探明甘蓝对后茬作物的作用机制以及区域轮作模式的选择提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

选择轮作（前茬作物为玉米）和结球甘蓝种植1 a的耕层土为试验用土；供试结球甘蓝品种为世农703。

1.2 试验设计

采用盆栽的方式，设2个处理，分别为：A.轮作（前茬作物为玉米）耕层土上移栽甘蓝；B.连作2 a的耕层土上移栽甘蓝。对照为空白土壤，即轮作（前茬作物为玉米）耕层土，但不移栽甘蓝苗。各处理重复3次，每盆装土5 kg和复合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15）10 g，放置于室外。A，B处理于 2016年5月25日移栽甘蓝苗。

1.3 样品采集与处理

在结球甘蓝收获期（2016年8月25日），在结球甘蓝根部插入土壤溶液取样器（Rhizon SMS），抽液前一天浇水3 L，使用10 mL医用注射器连接土壤溶液取样器负压抽取土壤溶液，每处理抽取20mL。将收集的土壤溶液用MG-2200氮气吹扫仪吹干，并使用FDU-100真空冷冻干燥系统排去空气和水汽，然后加入40 μL20 mg/mL的甲氧胺盐酸盐吡啶溶液，37℃反应90 min，并伴随振荡，最后加入70 μLMSTFA，70℃反应60 min并伴随振荡。反应完成后，0.45 μm滤膜过滤至GC进样小瓶，待进行GC-MS分析。

1.4 根系分泌物的GC-MS分析

结球甘蓝根系分泌物采用TRACE GC Ultra-PolarisQ气相色谱-质谱联用仪进行分析，GC-MS分析条件如下。气相条件：色谱柱Thermo DB-5毛细管柱（30m×0.32 mm×0.25 μm）；色谱柱升温程序：初始温度80℃恒温2 min，10℃/min升至140℃恒温2 min，4℃/min升至280℃恒温10 min。分流比为10∶1。进样口温度为230℃；载气为氦气，纯度为99.999%，载气流速为1 mL/min（恒流）；进样量为1μL。

质谱条件：EI离子源，电离电压70 eV；离子源温度为250℃；传输线温度为250℃；质谱扫描方式为全扫描，扫描范围为m/z 50～650；溶剂延迟时间为3 min。

2 结果与分析

2.1 不同处理结球甘蓝根区土壤有机物鉴定结果

不同处理条件下土壤有机物鉴定结果如图1，2所示。轮作与连作处理均检测出5类21种有机物，其中，糖类9种，分别为葡萄糖、山梨醇、木糖、来苏糖、肌醇、松二糖、à-D-呋喃果糖苷、D-吡喃葡萄糖、D-呋喃核糖；酸类6种，分别为棕榈酸、丙烯酸、2-羟基丙酸、2-羟基丙烯酸、丁二酸、硬脂酸；胺类4种，分别为N-乙基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N-乙基异丙胺、N，N-二乙基乙酰胺；醇类1种，为甘油；酯类1种，为亚油酸甲酯。2个处理含量最高的有机物均为木糖（8.28%），含量最低的有机物均为2-羟基丙烯酸（0.10%）。

图3为对照土壤有机物GC-MS图谱，由此可知，在对照土壤中检测出5类18种有机物，其中，糖类9种，分别为葡萄糖、山梨醇、木糖、来苏糖、肌醇、松二糖、à-D-呋喃果糖苷、D-吡喃葡萄糖、D-呋喃核糖；酸类6种，分别为棕榈酸、丙烯酸、2-羟基丙酸、2-羟基丙烯酸、丁二酸、硬脂酸；胺类1种，为N，N-二乙基乙酰胺；醇类1种，为甘油；酯类1种，为亚油酸甲酯。对照土壤中含量最高的有机物均为木糖（8.28%），含量最低的有机物均为2-羟基丙烯酸（0.10%）。

2.2 不同土壤有机物种类及相对含量比较

种植结球甘蓝对土壤溶液有机物的影响列于表1。本试验中，不同处理条件下土壤有机物中均检测出9种糖类、6种酸类、1种醇类、1种酯类有机物，且其中的葡萄糖、山梨醇、木糖、来苏糖、肌醇、松二糖、棕榈酸、丙烯酸、2-羟基丙酸、2-羟基丙烯酸、丁二酸、N，N-二乙基乙酰胺、甘油、亚油酸甲酯等14中有机物相对含量相同。

不同处理条件下共有的有机物中，à-D-呋喃果糖苷、D-吡喃葡萄糖、D-呋喃核糖和硬脂酸的含量不完全相同。种植结球甘蓝的A，B处理与对照相比，土壤有机物种类增加了3种胺类，分别为N-乙基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺和N-乙基异丙胺。连作处理中土壤溶液硬脂酸相对含量为4.24%，明显高于轮作处理中硬脂酸相对含量（0.41%）和对照处理（0.57%）。

表1 不同处理结球甘蓝根区土壤有机物种类及相对含量比较

3 结论

本研究表明，试验土壤有机物分析中检测出的物质含有糖、酸、胺、醇和酯类。种植结球甘蓝使土壤溶液中增加了3种有机物，N-乙基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺和N-乙基异丙胺，可能和结球甘蓝的种植有密切关系，但和种植年限无关。

连作处理中土壤溶液硬脂酸相对含量为4.24%，是轮作处理中硬脂酸相对含量（0.41%）的10.3倍，可能与结球甘蓝连作有关。以上结果均需进一步的试验验证。

结球甘蓝为忌连作作物，除土传病虫害和土壤物理性状的变差等原因，根系分泌物的自毒作用也是重要因素[12-13]，且根系分泌物与养分的直接络合、螯溶作用对根际养分有效性起着重要的影响[14-15]。下一步应对根系分泌物中一些成分进行生物学检测，明确结球甘蓝根系分泌物中的作用成分。