辣椒根腐病的傅里葉變換紅外光譜

楊春艷+劉飛+胡瓊+梁云峰

摘要：用傅里葉變換紅外光譜儀測定了成株期辣椒（Capsicum annuum）正常植株和根腐病植株的葉片、主根和須根3個部位的光譜。結果表明，兩種植株葉片中的主要成分是蛋白質和多糖，主根和須根的主要成分是纖維素和木質素;與正常植株相比，根腐病植株葉片中蛋白質和多糖的組成發生了變化，主根中顯示纖維素相對含量減少，且出現了新的蛋白質組分，須根中則顯示纖維素的相對含量增加。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）可以區分根腐病對辣椒植株不同部位的影響，為辣椒根腐病的研究提供參考。

關鍵詞：辣椒（Capsicum annuum）;根腐病;傅里葉變換紅外光譜

中圖分類號：O657.3 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）12-2906-03

Fourier Transform Infrared Spectroscopic Study of Pepper Root Rot

YANG Chun-yan1，LIU Fei1，HU Qiong2，LIANG Yun-feng3

（1.Department of Physics， Yuxi Normal University，Yuxi 653100，Yunnan， China;

2.Department of Bioengineering， Yunnan Vocational and Technical College of Agriculture， Kunming 650212， China;

3.Agricultural Economics Management Service Centre of Yuanjiang， Yuanjiang 653300， Yunnan， China）

Abstract： Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR） was used to obtain the spectra of leaf， taproot and fibrous roots of normal and root rot pepper plants in the adult stage. The results showed that for normal and root rot pepper plants， the main components of leaves were protein and polysaccharide， and for taproots and fibrous roots they were cellulose and lignin; for root rot plants， relative to normal plants， the structure of protein and polysaccharide in leaves has been changed， the relative content for cellulose of taproots has increased while fibrous roots decreased. The above results demonstrated that FTIR may be used to distinguish the effects of the toot rot on different parts of the pepper， which provided reference for the study of pepper root rot.

Key words： pepper（Capsicum annuum）; root rot; fourier transform infrared spectroscopy

辣椒（Capsicum annuum）根腐病是由茄腐鐮孢菌（Fusarium solani）引起的典型土壤傳播病害。一般病田中辣椒根腐病病株率20%～40%，嚴重地塊高達50%～80%，更有甚者造成絕產，已成為辣椒可持續生產中的一大障礙[1]。該病多發于定植后至坐果初期，發病初期植株頂部葉片稍見萎蔫，傍晚至次日早晨恢復，數日后整株枯死。病株莖部及根部皮層呈淡褐色或深褐色并腐爛，極易剝離，露出深色木質部。橫切莖可見維束管變褐色，濕度大或生育后期時莖基部或根莖部腐爛[2]。對辣椒根腐病的發生、鑒定、防治及根腐菌的生物學特性已經進行過研究報道[1-4]，但這些研究都沒有反映病菌對染病植株化學組成的影響。

傅里葉變換紅外光譜（FTIR）是一種能提供分子化學結構信息的技術，利用此技術可對樣品進行定性和定量地無損分析，根據光譜的譜峰位置可以鑒定有機化合物及官能團的存在，而利用光譜的吸收強度可以定量地計算各種化學組分在樣品中的相對含量[5]。目前，FTIR技術已應用于農作物病害的研究，如任先培等[6]用FTIR研究病害煙葉，劉飛等[7]利用FTIR研究油菜根腫病，歐全宏等[8]用FTIR研究稻瘟病、玉米銹病和蠶豆銹病葉片。紅外光譜法研究辣椒根腐病還未見報道，本研究利用FTIR研究了成株期正常辣椒和根腐病辣椒3個不同部位的紅外光譜，比較了正常辣椒和根腐病辣椒同一部位所含化學信息的差異，以期為辣椒根腐病的研究提供參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?儀器設備

紅外光譜儀為PE公司生產的Frontier型傅里葉變換紅外光譜儀，裝備DTGS檢測器，累加掃描次數為16次，掃描范圍為4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，光譜數據使用Omnic 8.0軟件處理。endprint

1.2 ?樣品制備及光譜預處理

正常辣椒植株和根腐病辣椒植株均為辣椒成株期樣品，采自云南省玉溪市紅塔區北城鎮，并經農業技術人員鑒定，樣品經自然晾干，除去根部泥土，保存待測。取樣時葉片、主根和須根均取相同或相近部位，將樣品放入瑪瑙研缽磨為細粉，再加入溴化鉀并攪磨均勻，然后壓片測定光譜。所有光譜均已扣除背景光，并使用Omnic 8.0軟件進行自動基線校正、平滑和歸一化處理。

2 ?結果與分析

2.1 ?正常植株與根腐病植株葉片的紅外光譜圖分析

圖1為正常植株和根腐病植株葉片的紅外光譜圖，其中a是正常植株葉片的紅外光譜，b是根腐病植株葉片的紅外光譜，譜圖都以1 445 cm-1附近峰為參考進行了歸一化處理。3 343～3 340 cm-1附近為O-H伸縮振動峰和N-H伸縮振動峰;2 930～2 926 cm-1主要為多糖、蛋白質等的亞甲基C-H反對稱伸縮振動峰;1 648～1 628 cm-1強吸收峰主要是酰胺Ⅰ帶C=O酰胺鍵的伸縮振動吸收峰[9]及部分N-H彎曲振動吸收峰;1 264～1 261 cm-1為酰胺Ш帶C-N伸縮振動、N-H變形振動峰[10]。由于沒有1 580～1 540 cm-1附近吸收峰存在，說明辣椒葉片中蛋白質類物質中的酰胺大多為叔酰胺[11];1 445～1 404 cm-1為甲基C-H剪式振動吸收;1 319 cm-1為芳香胺中C-N伸縮振動;1 139/1 146 cm-1、1 121/1 104 cm-1、1 069/1 075 cm-1和1 054 cm-1的階梯增強吸收峰主要是糖類物質C-O和C-O-C的伸縮振動峰[12]。葉片光譜的上述特征表明，葉片中的主要物質成分為蛋白質和多糖類物質。

根腐病植株葉片的光譜中，反映蛋白質酰胺Ⅰ帶和Ш帶吸收的1 628 cm-1和1 264 cm-1附近峰均強于正常植株葉片相應吸收帶范圍內吸收峰，峰位分別向波數減小和增大方向移動了20 cm-1和3 cm-1，且前者成為光譜最強峰;與正常植株相比，根腐病植株葉片光譜中糖類物質的吸收峰峰強均有增加，峰位由正常植株葉片中1 139、1 121和1 069 cm-1變為1 146、1 104、1 075和1 054 cm-1。說明根腐病影響了辣椒葉片中營養物質的含量和結構。

2.2 ?正常植株與根腐病植株主根的紅外光譜圖分析

圖2為正常植株和根腐病植株主根的紅外光譜圖，其中a是正常植株的主根光譜，b是根腐病植株的主根光譜，譜圖都以1 630 cm-1附近的吸收峰為參考進行了歸一化處理。

從圖2可以看出，二者紅外光譜存在許多典型的共有峰。在3 352（3 330）cm-1附近有一個極強且寬的吸收峰，主要為O-H伸縮振動吸收峰，2 929（2 931）cm-1為CH2中C-H反對稱伸縮振動的特征吸收峰，1 742（1 735）cm-1附近的弱吸收峰為纖維素、木質素和脂類羰基C=O伸縮振動吸收峰，1 628（1 630）cm-1附近極強的吸收峰，主要為芳環骨架振動吸收以及蛋白質酰胺I帶C=O伸縮振動和N-H彎曲振動吸收，1 383（1 374）cm-1是纖維素中C-H彎曲振動，1 300～950 cm-1區域主要為各類C-O伸縮振動吸收峰。光譜特征表明，主根的主要物質成分為纖維素和木質素。

根腐病植株主根光譜中，反映纖維素和脂類羰基伸縮振動的吸收峰相對強度與正常植株相比明顯下降，且峰位由正常植株主根中1 742 cm-1向波數短的方向移至1 734 cm-1，說明根腐病植株主根中木質素和纖維素的相對含量比正常植株的高[13]，反映芳環骨架振動和蛋白質酰胺I帶吸收的1 628 cm-1峰，由正常植株主根中的最強峰成為根腐病植株中第二強峰，且增加了1 650 cm-1附近峰和反映芳環骨架振動及蛋白質酰胺Ⅱ帶吸收的1 543 cm-1和1 520 cm-1峰，說明根腐病植株主根中增加了新的蛋白質類物質;在1 500～1 300 cm-1區域，根腐病植株主根光譜比正常植株增加了可能包含C-H彎曲振動以及C-O伸縮振動的1 430 cm-1吸收峰，反映纖維素中甲基C-H伸縮振動的吸收峰峰位由1 383 cm-1向波長變短方向移至1 374 cm-1，且峰強下降明顯，說明纖維素的相對含量顯著下降[7]，這與1 742（1 735） cm-1峰相吻合。在1 200～1 000 cm-1區域，正常植株主根光譜中顯示了1 149、1 106、1 058和1 030 cm-1 4個階梯增強的纖維素中C-O-C的伸縮振動以及C-C伸縮振動的吸收峰，而根腐病植株主根光譜中則只顯示了1 149和1 052 cm-1兩個吸收峰，且相對吸收強度均明顯低于正常植株。在1 000～700 cm-1區域，正常植株顯示了體現纖維素、木質素中糖環振動的918、830和781 cm-1 3個吸收峰[14]，而根腐病植株則只顯示了896和781 cm-1 2個吸收峰，減少了體現木質素中C-H平面彎曲振動的829 cm-1[15]。

兩種主根光譜的差異表明，正常植株主根中纖維素的相對含量比根腐病的高，木質素相對含量基本相同，根腐病植株主根中增加了蛋白質類物質。

2.3 ?正常植株與根腐病植株須根的紅外光譜圖分析

圖3為正常植株和根腐病植株須根的紅外光譜圖，其中a是正常植株的須根光譜，b是根腐病植株的須根光譜，譜圖都以1 034 cm-1附近的吸收峰為參考進行了歸一化處理。

由圖3可以看出，須根的主要物質成分是纖維素和木質素。它們的光譜差異主要表現為：①在1 800～1 500 cm-1區域，正常植株光譜顯示了1 735 cm-1單峰、1 642和1 628 cm-1雙峰、以及1 543和1 516 ?cm-1弱雙峰，而根腐病植株在相應位置則分別顯示了1 738、1 653和1 513 cm-1單峰，且對應于正常植株須根光譜兩雙峰附近區域，根腐病須根光譜在前一雙峰處峰強顯著下降，后一雙峰處則顯著增強，同時由于反應纖維素中羰基伸縮振動吸收的吸收峰峰位由1 735 cm-1向高波數方向移至1 738 cm-1，說明根腐病植株須根中纖維素與木質素的相對含量比正常植株高。②在1 500～1 200 cm-1范圍，正常植株須根光譜中顯示的譜峰有最強峰為1 383、1 322及1 258 cm-1峰，而根腐病植株在此范圍顯示了5個依次增強的階梯峰1 460、1 425、1 373、1 321及1 251 cm-1單峰，其中1 383 cm-1峰已由最強峰變為弱峰，1 322 cm-1附近峰相對強度變化也較顯著。③在1 200～900 cm-1區域，兩種光譜的峰位、峰形和峰強均相似。endprint

3 ?小結

通過對成株期正常辣椒和根腐病辣椒植株葉片、主根和須根的光譜測試和分析，結果反映了根腐病對辣椒植株不同部位的影響。病菌的侵染改變了病害植株主根和須根的物質成分和相對含量，使其不能較好地將營養物質輸送到植株其他部位，從而影響了辣椒植株的正常生長和產量。研究結果表明，傅里葉變換紅外光譜可以判斷正常辣椒和根腐病辣椒植株同一部位所含化學信息的差異，為辣椒根腐病的研究提供了參考，具有方便、易行的優點。

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3 ?小結

通過對成株期正常辣椒和根腐病辣椒植株葉片、主根和須根的光譜測試和分析，結果反映了根腐病對辣椒植株不同部位的影響。病菌的侵染改變了病害植株主根和須根的物質成分和相對含量，使其不能較好地將營養物質輸送到植株其他部位，從而影響了辣椒植株的正常生長和產量。研究結果表明，傅里葉變換紅外光譜可以判斷正常辣椒和根腐病辣椒植株同一部位所含化學信息的差異，為辣椒根腐病的研究提供了參考，具有方便、易行的優點。

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