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、

4,4π-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:S113　　文献标识码:A　　文章编号:05132353X(2009)0620873206

AllelopathyandAllelochemicalsofRootExudatesinHotPepper

GENGGuang2dong,ZHANGSu2qin

Yangling,Shaanxi712100,China)

1,2

1,2

,andCHENGZhi2hui

2

23

(1AgriculturalCollege,GuizhouUniversity,Guiyang550025,China;

CollegeofHorticulture,NorthwestA&FUniversity,

Abstract:Theallelopathyandmajorallelochemicalsinrootexudatesofhotpepperwerestudiedbybio2

assayandGC-MSmethods.Theresultsshowedthatdifferentcomponentsofrootexudatesofhotpepperhaddifferentallelopathyonlettuce.Theallelopathyofaethersolublecomponentwasthehighest,whichwasfur2therseparatedandanalyzed,andwefoundthat80%aether+20%ethylacetatecomponentheldthehighestal2lelopathy.Finally,thecomponentof80%aether+20%ethylacetatewasanalyzedbyGC-MS,andthemainallelochemicalswereidentifiedasdibutylphthalate,1,22benzenedicarboxylicacid,butylcyclohexylester,1,22benzenedicarboxylicacid,butyl22methylpropylester,1,22benzenedicarboxylicacid,bis(22methyl2propyl)ester,diphenylamine,4,4π2(12methylethylidene)bis2phenol,12naphthalenamine,n2phenyl2,1,22benzenedicarboxylicacid,amongwhichdibutylphthalateheldthehighestlevelofchemicalcontent.

Keywords:hotpepper;rootexudate;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(Wittacker&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,19);从植物根部溢出直接产生化感效应(喻景权和松井佳久,1999;Haoetal.,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

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Authorforcorrespondence(E2mail:chengzh@nwsuaf1edu1cn)

874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(Yuetal.,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3—6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4L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,15～30d更换一次营养液,共培养60d。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200mL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10mL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1mL,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7mL蒸馏水,在滤纸上均匀摆放30粒莴苣种子,置25℃、4000lx下,每天调查发芽情况,4d后测量地上部和根部的长度,3次重复。对照中先加入1mL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(%)发芽指数(GI)

=发芽终期全部正常发芽的种子数/供试种子数×100。=∑Gt/Dt。

=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)。

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)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5mL,转移到长40cm、直径210cm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200mL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5mL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Agilent60,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

　6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　875

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

Table1　Allelopathyofthevariousfractionsofhotpepperrootexudatesonlettuce

洗脱液

Eluant

发芽率/%

Germinationrate100aA90bB95abAB100aA98aA100aA

发芽指数

Germinationindex14142aA8133eD9171dC12158bcB12133cB13133bAB根长/cm

Rootlength3101abAB1112dD1193cC3139aA2171bB3109abAB

地上/cm

Toplength1119aA0174bB0188bB0185bB0191bB1121aA

对照Control

B1B2B3B4B5

　　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%ethylacetate;B3:Ethylacetate;B4:50%ethylacetate+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

Table2　Allelopathysubjectionvalueofthevariousfractionsofhotpepperrootexudatesonlettuce

洗脱液

Eluant

各指标的隶属函数值Subjectionvalueofeachindex发芽率

Germinationrate110000190001950110000198311000

发芽指数

Germinationindex110000100001226016990165701822

地上

Toplength018330100001357110000170001868

根长

Rootlength019570100001298012340136211000

平均

Average019480122501458017330167601923

对照Control

B1B2B3B4B5

　　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%ethylacetate;B3:Ethylacetate;B4:50%ethylacetate+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。

876园　　艺　　学　　报

表3　B1各组分对莴苣的化感作用

Table3　AllelopathyofvariousfractionsinB1onlettuce

36卷

洗脱液

Eluant

发芽率/%

Germinationrate100aA50bB78aAB97aA

发芽指数

Germinationindex14171aA4151cC8151bBC13154aAB

根长/cm

Rootlength4162bB0199dD3166cC5179aA

地上/cm

Toplength2115aA1121dC1169bB1146cBC

对照Control

B1-1B1-2B1-3

　　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%ethylacetate;B1-2:60%aether+40%ethylacetate;B1-3:40%aether+60%ethylacetate.

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-MS鉴定图谱

Fig.1　GC-MSspectrumofB1-1componentsofrootexudatesinhotpepper

表4　辣椒根系分泌物中B121组分的化感物质

Table4　AllelochemicalsofB121componentsofrootexudationinhotpepper

化感物质

Allelochemicals

百分含量/%

Percentage411491516013108101099103414231762153

相似度/%

Similardegree918674878390

保留时间/min

Timeofapex241994221992515423177181663310828188171

邻苯二甲酸二丁酯Dibutylphthalate

邻苯二甲酸-丁基-环己烷基酯

1,22benzenedicarboxylicacid,butylcyclohexylester邻苯二甲酸-丁基-异丁酯

1,22benzenedicarboxylicacid,butyl22methylpropylester邻苯二甲酸二叔丁酯

1,22benzenedicarboxylicacid,bis(22methylpropyl)ester二苯胺Diphenylamine

4,4π-叔丁基二苯酚4,42(12methylethylidene)bis2phenol苯萘胺12naphthalenamine,n2phenyl2邻苯二甲酸1,22benzenedicarboxylicacid

　6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　877

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(Tangetal.,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。References

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