水培法收集甜椒根系分泌物化學成分鑒定

韓旭，杜公福，牛玉，曹振木（中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所，海南儋州，571737)

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水培法收集甜椒根系分泌物化學成分鑒定

韓旭，杜公福，牛玉，曹振木
（中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所，海南儋州，571737)

摘要：采用水培法收集甜椒的根系分泌物，硅膠柱層析法分離根系分泌物，用氣質聯用儀（GC-MS）鑒定各組分的化學成分。研究結果表明，甜椒根系分泌物石油醚組分GC-MS鑒定圖譜共出現49個物質峰，相似度大于85%的化學物質共35個；乙酸乙酯組分GC-MS鑒定圖譜共出現62個物質峰，相似度大于85%的化學物質共35個；氯仿組分GC-MS鑒定圖譜共出現68個物質峰，相似度大于85%的化學物質共28個；甲醇組分GC-MS鑒定圖譜共出現51個物質峰，相似度大于85%的化學物質共35個。甜椒根系分泌物中含有烷烴類、酯類、醇類、酚類、醛類、噻唑類、喹啉類、脲類、醋酸鹽類、胺類化合物。

關鍵詞：甜椒；根系分泌物；化學成分；鑒定；水培法

科研院所基本科研業務費專項資金（1630032014020）韓旭（1983-），女，博士，助理研究員，主要從事蔬菜栽培生理生態研究，電話：0898-23301285，

E-mail：hanxu_0216@126.com

曹振木（1972-），男，通信作者，研究員，本科，碩士生導師，主要從事蔬菜作物遺傳育種研究，

電話：0898-23300308，E-mail：caozhenmu2007@163.com

根系分泌物是復雜的非均一體系，通常指在特定的環境下，活體植物根系的不同部位釋放到根際環境中有機化合物的總稱[1]。根系分泌物所含的有機化合物一般在200種以上，分為3類，一類是大分子化合物，主要包括糖、蛋白質、酶和凝膠等；一類是小分子化合物，主要包括酸、酚、酮等；一類是生長激素、黃酮、甾類等[2]。植物根系分泌物在土壤結構組成、養分活化、植物養分吸收和緩解環境脅迫等方面具有重要作用[3～5]，所以對根系分泌物的研究越來越引起重視。水培收集法應用廣泛，操作簡單，在一定程度上反映某些特定根系分泌物的變化，并排除土壤微生物的干擾[6]。氣相質譜聯用儀是鑒定植物根系分泌物化學成分的常用方法，具有需樣量小、靈敏度高、健全數據庫比對等特點。因此，采用水培法和氣質聯用法分離鑒定植物根系分泌物的化學成分是切實可行的，對于解決連作障礙問題具有重要意義。

甜椒（Capsicum fructescens L.)，俗稱燈籠椒、柿子椒，是茄科辣椒屬辣椒的一個變種，廣泛種植于我國南北各地，營養豐富，特別是VC含量位居各類蔬菜之首，深受廣大消費者喜愛[7，8]。但栽培管理制度的不合理及生產環境的局限性等因素導致甜椒連作障礙日益加劇，嚴重影響辣椒生長發育、果實品質和產量形成，根系分泌物的逐年累積是導致連作障礙的重要因素。因此，本研究通過水培法收集甜椒的根系分泌物，采用硅膠柱層析法分離和GCMS鑒定根系分泌物的化學成分，為甜椒根系分泌物的深入研究提供理論基礎，對減緩甜椒的連作障礙具有重要指導意義。

1　材料與方法

1.1試驗材料

供試甜椒品種為熱甜5號，由中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所瓜菜研究室提供。

1.2試驗方法

①甜椒根系分泌物的收集采用水培法收集甜椒的根系分泌物。將石英砂高溫高壓滅菌，70℃烘干備用，然后將催芽后的熱甜5號種子播于含有石英砂的培養箱中，待第1片真葉展開，向培養箱中注入過量蒸餾水，慢慢拔出辣椒幼苗，盡量不傷根系，留待種植于水培裝置的培養箱中。用培養箱、泡沫板和通氣泵自制辣椒水培裝置，將Hoagland營養液置于培養箱中，用量是培養箱容積的2/3。在泡沫板上均勻打小孔，然后將辣椒幼苗定植于小孔中，懸浮于培養箱中。室內人工光照培養，適時通氣。每5 d收集1次含根系分泌物的營養液并補充新的營養液，共收集7次，混合各收集液并通過雙層定性濾紙過濾和0.45 μm的水系微孔濾膜抽濾，即得到根系分泌物粗提物。用濾紙拭干甜椒根系并稱質量，減壓濃縮到30.0 g/L，即得到辣椒根系分泌物粗提物的原液。

圖1　甜椒根系分泌物石油醚組分GC-MS鑒定結果

表1　甜椒根系分泌物石油醚組分化學成分分析

②甜椒根系分泌物化學成分的分離將50 mL甜椒根系分泌物粗提物原液與5 g硅膠（BDH 200～300目)混勻，40℃水浴蒸干，作為提取物。用石油醚（60～90℃)和100 g硅膠（BDH 200～300目)填充色譜柱（200 mm×30 mm)，靜置過夜。將提取物置于色譜柱頂端，根據有機溶劑極性按照從小到大的順序，分別用500 mL石油醚、乙酸乙酯、氯仿和甲醇逐級洗脫，流速控制在1～2 s/滴。分別收集各洗脫液，40℃減壓濃縮至干，并溶于10 mL甲醇（色譜純)，-20℃冰箱保存，進一步鑒定化學成分。

③甜椒根系分泌物化學成分的鑒定采用氣相質譜聯用儀（ThermoFisher GC-MS，Trace GC ultra-DSQ-AI3000，USA)鑒定甜椒根系分泌物的化學成分。GC-MS分析條件如下。

a.色譜條件。毛細管柱DB5-MS（30m×0.25mm，膜厚度0.25μm)；載氣He（流速1.0mL/min)；進樣口溫度250℃；程序升溫：柱溫50℃（保持2 min)，以6℃/ min程序升溫至250℃（保持15 min)。

b.質譜條件，離子源溫度200℃；EI源（電子轟擊源)；轟擊電壓70 eV；掃描范圍m/z 30～600 amu；1 μL進樣，不分流。

c.化學成分的篩選。根據數據庫篩選的結果，選擇相似度≥85%的化合物為中椒105根系分泌物的有效化學成分。

圖2　甜椒根系分泌物乙酸乙酯組分GC-MS鑒定結果

表2　甜椒根系分泌物乙酸乙酯組分化學成分分析

2　結果與分析

2.1石油醚組分GC-MS鑒定結果

由圖1可見，共出現49個物質峰，第一個出峰時間為6.589 min，最后一個出峰時間為49.074 min，主要出峰時間集中在27～36 min，最大峰面積出現在30.272 min。

如表1所示，熱甜5號根系分泌物石油醚組分中相似度大于85%的化合物共有35個，其中烷烴類化合物6個、酯類化合物18個、醇類化合物4個，酚類化合物3個、噻唑類化合物1個、酰胺類化合物3個。

2.2乙酸乙酯組分GC-MS鑒定結果

由圖2可見。共出現62個物質峰，第一個出峰時間為7.244 min，最后一個出峰時間為47.553 min，主要出峰時間集中在28～39 min，最大峰面積出現在30.291 min。

如表2所示，熱甜5號根系分泌物乙酸乙酯組分中相似度大于85%的化合物共有35個，其中烷烴類化合物13個、酯類化合物11個、酚類化合物1個、醇類化合物3個、胺類化合物5個、醋酸鹽類化合物2個。

圖3　甜椒根系分泌物氯仿組分GC-MS鑒定結果

2.3氯仿組分GC-MS鑒定結果

由圖3可知，共出現68個物質峰，第一個出峰時間為7.305 min，最后一個出峰時間為46.784 min，主要出峰時間集中在30～41 min，最大峰面積出現在40.659 min。

熱甜5號根系分泌物氯仿組分相似度大于85%的化合物共有28個（表3)，其中酯類化合物10個、醛類化合物1個、酚類化合物3個、喹啉類化合物1個、烷烴類化合物7個、醇類化合物2個、胺類化合物2個、脲類化合物1個、醋酸鹽類化合物1個。

2.4甲醇組分GC-MS鑒定結果

由圖4可知，共出現51個物質峰，第一個出峰時間為6.050 min，最后一個出峰時間為46.767 min，主要出峰時間集中在27～41 min，最大峰面積出現在40.485 min。

熱甜5號根系分泌物甲醇組分相似度大于85%的化合物共有35個（表4)，其中酯類化合物18個、噻唑類化合物1個、酚類化合物3個、烷烴類化合物6個、醇類化合物4個、酰胺類化合物3個。

3　討論與結論

表3　甜椒根系分泌物氯仿組分化學成分分析

對辣椒根系分泌物的收集通常采用水培的方法[9，10]，雖然水培植物的根毛發育較少，缺乏土壤的機械阻力，與植物在土壤中生長分泌的物質略有不同，但也能反映根系分泌物中的化學成分，能夠排除土壤微生物對其的干擾。因此，本研究采用水培法對甜椒的根系分泌物進行收集，既保證了甜椒的正常生長，又很好地消除了其他植物或土壤微生物對根系生長的干擾。

本試驗結果表明，水培法收集的甜椒根系分泌物中主要含有烷烴類、酯類、醇類、酚類、醛類、噻唑類、喹啉類、脲類、醋酸鹽類、胺類化合物。前人研究結果表明，線椒根系分泌物中主要含有酸類、酮類、胺類、酯類、醇類、酚類、烴類、苯及其他雜環類物質[9]；大白菜根系分泌物中主要含有烷烴類、酸類、酯類物質[11]；油菜根系分泌物中主要含有烷烴類、醇類、酯類、酸類物質[12]；大豆根系分泌物中含有烷烴類、醇類、酸類、酚類、醛類、酯類化合物[13，14]；花生根系分泌物中含有有機酸、醇類、醛類、酮類、烴類、酯類物質[15]；人參根系分泌物中主要含有烷烴類、酯類、酸類物質[16]；丹參根系分泌物中主要含有烷烴類、醇類、酸類、酯類、醛類物質[17]；低效刺槐根系分泌物中主要含有酸類、酯類、醇類物質[18]。本研究結果與其基本一致，不同作物根系分泌物含有不同種類的化學成分。

圖4　甜椒根系分泌物甲醇組分GC-MS鑒定結果

表4　甜椒根系分泌物甲醇組分化學成分分析

已有研究表明，植物釋放到環境中的化感物質可分為14大類，包括有機酸、脂肪族醛和酮、直鏈醇、長鏈脂肪酸和多炔、簡單不飽和內酯、苯甲酸及其衍生物、萘醌、蒽醌和復合醌、肉桂酸及其衍生物、簡單酚、香豆素類、類萜和甾類化合物、類黃酮、單寧、生物堿和氰醇、硫化物和芥子油苷、氨基酸和多肽、嘌呤和核苷[19～22]。本研究中水培甜椒根系分泌物中也可能含有化感物質，逐年累積產生化感自毒作用，導致連作障礙的發生，但哪些化學成分是化感物質，起到化感自毒作用，還有待進一步研究。

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Chemical Components Identification on Root Exudates of Capsicum fructescens L.by Nutrient Solution Culture

HAN Xu,DU Gongfu,NIU Yu,CAO Zhenmu
(Tropical Crops Genetic Resources Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Danzhou,Hainan 571737)

Abstract:In the paper,we collected root exudates of Capsicum fruclescens L.by nutrient solution culture,and isolated root exudates by column chromatography,then identified the chemical components of root exudates by GC-MS.The results showed that,there were 49,62,68 and 51 peaks in GC-MS chromatograms of petroleum ether,ethyl acetate,chloroform and methanol extractions of root exudates of C.fructescens L.separately,and there were 35,35,28 and 35 chemical substances with similarity over 85% correspondingly.The root exudates ofC.fructescens L.were composed of alkane,esters,alcohols,phenols,aldehydes,thiazoles,chinolines,ureas,acetate and amine compounds.

Key words:Capsicum fructescens L.;Root exudates;Chemical component;Identification;Nutrient solution culture

收稿日期：2015-10-20

基金項目：海南省自然科學基金（20153119）；中央級公益性

DOI:10.3865/j.issn.1001-3547.2016.04.020

中圖分類號：Q945

文獻標識碼：A

文章編號：1001-3547（2016)04-0047-06