結球甘藍根區土壤有機物GC-MS分析

張 偉，趙瑞芬，姜春霞，翟廣謙，劉恩科

（1.山西省農業科學院旱地農業研究中心，山西 太原 030031；2.山西省農業科學院農業環境與資源研究所，山西 太原 030031）

結球甘藍（Brassica oleracea L.）具有耐寒、抗病、適應性強、易貯耐運、產量高、品質好等特點，是我國主要種植的蔬菜之一，其種植面積和產量在所有蔬菜中位居第3，是近年來栽培面積發展最快的長途運輸蔬菜。因其種植效益極高，是糧菜輪作系統中增加農民收入的重要環節。作物在其生長發育過程中，通過從土壤中吸收水分、養分，同時也不斷分泌自身的代謝產物，即根系分泌物，主要包括有機酸類、糖類、氨基酸類和酚類物質，釋放到土壤中，起到改善植物的生長環境、影響土壤的理化及生物學性狀的作用[1-3]。

結球甘藍不僅忌連作，而且對后茬作物苗期也存在限制生長作用，土壤作為前后兩茬作物聯系的載體，前茬作物對后茬作物的影響主要通過對土壤的改變來實現，即通過對土壤養分、物理性質、微生物、酶活性等的改變，進而影響后茬作物的生長[4-6]。當前根系分泌物研究多采用人工環境即營養液培養，再通過營養液提取根系分泌物[7]，但也有人認為，溶液收集的方法不能反映植物根系的分泌狀況，應研究經過土壤環境后的植物根系分泌物更具有實際意義[8]。

本試驗對結球甘藍連作和輪作條件下利用土壤溶液取樣器[9]進行土壤溶液采集，并進行GC-MS分析[10-11]，測定根區土壤有機物主要成分，為探明甘藍對后茬作物的作用機制以及區域輪作模式的選擇提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

選擇輪作（前茬作物為玉米）和結球甘藍種植1 a的耕層土為試驗用土；供試結球甘藍品種為世農703。

1.2 試驗設計

采用盆栽的方式，設2個處理，分別為：A.輪作（前茬作物為玉米）耕層土上移栽甘藍；B.連作2 a的耕層土上移栽甘藍。對照為空白土壤，即輪作（前茬作物為玉米）耕層土，但不移栽甘藍苗。各處理重復3次，每盆裝土5 kg和復合肥（N∶P2O5∶K2O＝15∶15∶15）10 g，放置于室外。A，B處理于 2016年5月25日移栽甘藍苗。

1.3 樣品采集與處理

在結球甘藍收獲期（2016年8月25日），在結球甘藍根部插入土壤溶液取樣器（Rhizon SMS），抽液前一天澆水3 L，使用10 mL醫用注射器連接土壤溶液取樣器負壓抽取土壤溶液，每處理抽取20mL。將收集的土壤溶液用MG-2200氮氣吹掃儀吹干，并使用FDU-100真空冷凍干燥系統排去空氣和水汽，然后加入40 μL20 mg/mL的甲氧胺鹽酸鹽吡啶溶液，37℃反應90 min，并伴隨振蕩，最后加入70 μLMSTFA，70℃反應60 min并伴隨振蕩。反應完成后，0.45 μm濾膜過濾至GC進樣小瓶，待進行GC-MS分析。

1.4 根系分泌物的GC-MS分析

結球甘藍根系分泌物采用TRACE GC Ultra-PolarisQ氣相色譜-質譜聯用儀進行分析，GC-MS分析條件如下。氣相條件：色譜柱Thermo DB-5毛細管柱（30m×0.32 mm×0.25 μm）；色譜柱升溫程序：初始溫度80℃恒溫2 min，10℃/min升至140℃恒溫2 min，4℃/min升至280℃恒溫10 min。分流比為10∶1。進樣口溫度為230℃；載氣為氦氣，純度為99.999%，載氣流速為1 mL/min（恒流）；進樣量為1μL。

質譜條件：EI離子源，電離電壓70 eV；離子源溫度為250℃；傳輸線溫度為250℃；質譜掃描方式為全掃描，掃描范圍為m/z 50～650；溶劑延遲時間為3 min。

2 結果與分析

2.1 不同處理結球甘藍根區土壤有機物鑒定結果

不同處理條件下土壤有機物鑒定結果如圖1，2所示。輪作與連作處理均檢測出5類21種有機物，其中，糖類9種，分別為葡萄糖、山梨醇、木糖、來蘇糖、肌醇、松二糖、à-D-呋喃果糖苷、D-吡喃葡萄糖、D-呋喃核糖；酸類6種，分別為棕櫚酸、丙烯酸、2-羥基丙酸、2-羥基丙烯酸、丁二酸、硬脂酸；胺類4種，分別為N-乙基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、N-乙基異丙胺、N，N-二乙基乙酰胺；醇類1種，為甘油；酯類1種，為亞油酸甲酯。2個處理含量最高的有機物均為木糖（8.28%），含量最低的有機物均為2-羥基丙烯酸（0.10%）。

圖3為對照土壤有機物GC-MS圖譜，由此可知，在對照土壤中檢測出5類18種有機物，其中，糖類9種，分別為葡萄糖、山梨醇、木糖、來蘇糖、肌醇、松二糖、à-D-呋喃果糖苷、D-吡喃葡萄糖、D-呋喃核糖；酸類6種，分別為棕櫚酸、丙烯酸、2-羥基丙酸、2-羥基丙烯酸、丁二酸、硬脂酸；胺類1種，為N，N-二乙基乙酰胺；醇類1種，為甘油；酯類1種，為亞油酸甲酯。對照土壤中含量最高的有機物均為木糖（8.28%），含量最低的有機物均為2-羥基丙烯酸（0.10%）。

2.2 不同土壤有機物種類及相對含量比較

種植結球甘藍對土壤溶液有機物的影響列于表1。本試驗中，不同處理條件下土壤有機物中均檢測出9種糖類、6種酸類、1種醇類、1種酯類有機物，且其中的葡萄糖、山梨醇、木糖、來蘇糖、肌醇、松二糖、棕櫚酸、丙烯酸、2-羥基丙酸、2-羥基丙烯酸、丁二酸、N，N-二乙基乙酰胺、甘油、亞油酸甲酯等14中有機物相對含量相同。

不同處理條件下共有的有機物中，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。種植結球甘藍的A，B處理與對照相比，土壤有機物種類增加了3種胺類，分別為N-乙基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺和N-乙基異丙胺。連作處理中土壤溶液硬脂酸相對含量為4.24%，明顯高于輪作處理中硬脂酸相對含量（0.41%）和對照處理（0.57%）。

表1 不同處理結球甘藍根區土壤有機物種類及相對含量比較

3 結論

本研究表明，試驗土壤有機物分析中檢測出的物質含有糖、酸、胺、醇和酯類。種植結球甘藍使土壤溶液中增加了3種有機物，N-乙基乙酰胺、N，N-二乙基甲酰胺和N-乙基異丙胺，可能和結球甘藍的種植有密切關系，但和種植年限無關。

連作處理中土壤溶液硬脂酸相對含量為4.24%，是輪作處理中硬脂酸相對含量（0.41%）的10.3倍，可能與結球甘藍連作有關。以上結果均需進一步的試驗驗證。

結球甘藍為忌連作作物，除土傳病蟲害和土壤物理性狀的變差等原因，根系分泌物的自毒作用也是重要因素[12-13]，且根系分泌物與養分的直接絡合、螯溶作用對根際養分有效性起著重要的影響[14-15]。下一步應對根系分泌物中一些成分進行生物學檢測，明確結球甘藍根系分泌物中的作用成分。