豌豆不同器官浸提液中化感物質鑒定及差異性分析

摘要：豌豆生產中面臨連作障礙，嚴重影響其產量和品質，但其發生機理未被完全揭示。化感物質引發的自毒效應是連作障礙發生的重要原因之一，為了給進一步研究豌豆化感物質在豌豆連作障礙的作用提供參考。以不同基因型豌豆定豌10號、云豌8號為指示品種，對其苗期的根莖葉浸提液進行了氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）分析，以明確豌豆不同器官中化感物質的差異。結果表明，云豌8號不同器官中化合物種類均高于定豌10號。2種豌豆的地上部器官中化合物種類多于根系。不同器官中相對含量較高的化感物質種類存在差異。其中，抗氧化劑2246除定豌10號的葉片浸提液外，在2種豌豆的不同器官浸提液中均存在。此外，棕櫚酸和芥酸酰胺在云豌8號的不同器官浸提液中均存在，肉桂酸僅在定豌10號莖浸提液中存在。綜上，豌豆不同器官浸提液中均存在化感物質，但其種類因器官類型和豌豆基因型而異。

關鍵詞：豌豆；不同器官浸提液；化感物質；GC-MS

中圖分類號：S643.3? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2097-2172（2023）11-1056-07

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.11.015

Identification and Differential Analysis of Allelopathic Substances in

Different Organ Extracts of Peas

ZHENG Lilong

（Institute of Agricultural Economics and Information，Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Pea production is confronted with continuous cropping obstacle that seriously affects pea yield and quality， while the mechanism of? its occurrence is not fully understood. The autotoxic effect induced by chemosensory substances is one of the most important reasons for the occurrence of continuous cropping obstacle. Therefore， the study of chemosensory substances in pea plants is of great importance to further understand the occurrence of continuous cropping obstacle in pea. In this study， root， stem and leaf extracts of different genotypes of field-grown peas at the seedling stage（Dingwan 10 and Yunwan 8） were aualyzed using GC-MS to clarify the differences of chemical susceptibility substances in different organs of peas. The results showed that the compound composition in different organs of Yunwan 8 were higher than those of Dingwan 10. Two pea cultivars had more compounds in above-ground organs than in the roots. There were differences in the types of chemosensory substances with a high relative content in different organs. Among them， antioxidant 2246 was present in different organ extracts of both genotypes except for leaf extracts of Dingwan 10. In addition， palmitic acid and erucic acid amide were present in different organ extracts of Yunwan 8. Cinnamic acid was present only in the stem extract of? Dingwan 10. In conclusion， all different organ extracts of pea exist chemosensory substances， but their chemical compositions are varied with organ type and pea genotype.

Key words： Pea; Extract from different organ; Allelopathic substance; GC-MS

收稿日期：2023 - 09 - 15

作者簡介：鄭立龍（1972 — ），男，山西萬榮人，副研究員，主要從事農業科技信息及作物抗旱及生理生化研究工作。Email： 369973058@qq.com。

豌豆（Pisum sativum L.）作為我國重要的農作物之一［1 ］，其產量的穩定性及優良品質是我國農業關注的重要問題之一。近年來由于經濟利益的驅動使豌豆種植呈產業化、規模化生產。另外，隨著我國經濟快速發展，人口基數增加，耕地面積逐年減少，耕地復種指數顯著上漲，且不同作物對光照、溫度等環境因子的需求不同導致連作現象普遍發生，嚴重影響豌豆的生長發育和產量形成［2 - 3 ］。因此加強對作物連作障礙機理的研究，有利于對后期緩解甚至解決豌豆連作障礙提供新思路和理論依據。連作障礙成因復雜，其中植物體分泌的化感物質引發的自毒效應是造成連作障礙的主要原因之一［4 ］。化感物質幾乎存在于植物的根、莖、葉、花、果實、種子等所有器官中［5 - 6 ］，主要通過雨霧淋溶、自然揮發、植物殘體與凋落物分解以及根系分泌等途徑向周圍環境釋放化學物質，從而影響自身及其周圍其他植物的生長［7 - 10 ］。植物化感物質的種類和成分與植物自身基因型、生長期以及外界環境條件等密切相關［11 - 13 ］。不同類型植物的化感物質的種類與數量有明顯差異，且同一植物在不同生育期化感物質的種類與濃度也有較大的差別［14? ］。因此，探究作物不同器官存在的化感物質對于揭示作物連作障礙的發生機理具有重要意義。

化感物質主要是植物的次級代謝物，根據結構和成分的不同，一般將常見的自毒物質分為14類［15 - 16 ］，涉及酚類、萜類、糖和糖苷類、生物堿和非蛋白氨基酸等［8 ］。如李琴琴［17 ］采用氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）在小豆根、莖、葉和根際土壤浸提液中檢測到鄰苯二甲酸氫鉀、肉桂酸和對羥基苯甲酸等化感物質。陳君良［7 ］通過GC-MS在百合根系分泌物中分離出了棕櫚酸、抗氧劑2246等化感物質，說明通過GC-MS可鑒定植物體中的化感物質［7 ］。豌豆種植中面臨連作危害，喻景權等［18 ］發現豌豆根系分泌物中存在化感物質，這些物質的積累可能是引發連作障礙的原因之一。但化感物質是否僅存于根系分泌物中，還是在豌豆植株不同器官中均存在，且化感物質種類是否有組織特異性等問題目前均未深入研究。因此，筆者采用GC-MS對苗期不同基因型豌豆的根、莖、葉浸提液成分及其相對含量進行了鑒定及分析，以期為進一步研究豌豆化感物質在連作障礙中的作用提供理論基礎和科學依據。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

指示豌豆品種為定豌10號、云豌8號，均由定西市農業科學院提供。

1.2? ?試驗方法

1.2.1? ? 豌豆不同器官的獲取? ? 不同基因型豌豆于2022年4月播種于甘肅省定西市安定區榆河村豌豆試驗基地，待豌豆生長至苗期時，采集不同基因型豌豆植株置于4 ℃冰盒中，并帶回實驗室進行后續試驗。

1.2.2? ? 豌豆根、莖、葉水浸提液的制備? ? 參照宋慧［19 ］的方法（稍作調整）將采集的豌豆植株根、莖、葉分離，并自然風干后粉碎過60目篩。取10 g的樣品，加入100 mL無菌水，振蕩、浸提、過濾得濾液，取50 mL備用。

1.2.3? ? 各器官浸提液中化感物質的分離、純化? ? 參照宋慧［19 ］的方法進行豌豆各器官浸提液中化感物質的分離與純化。用分析純二氯甲烷萃取50 mL浸提液溶液2次，每次添加二氯甲烷125 mL，旋轉蒸發儀 45 ℃ 減壓濃縮至干，加入2 mL色譜純二氯甲烷溶解，過0.45 μm濾膜，0.5 mL用于GC-MS上樣分析［19 ］。

1.2.4? ? 各器官浸提液的GC-MS分析? ? 參照宋慧［19 ］的方法進行各器官浸提液的GC-MS分析。采用電子轟擊源，轟擊電壓70 eV，離子源溫度230 ℃，進樣口溫度260 ℃，柱溫50 ℃（保持5 min），以 5 ℃/min程序升溫至 250 ℃（保持10 min）。掃描范圍M/Z 35～550 amu，毛細管柱規格30 m×0.32 μm×0.25 mm，載氣為He，流量 1 mL/min，不分流進樣，進樣量為1 μL［19 ］。

1.3? ?數據處理

與標準圖譜庫 NIST08 對比并進行人工分析，確定各組分物質結構及名稱。相對含量指各組分在 GC-MS 分析中出峰面積占總峰面積的比例（/%）［20 - 21 ］。

2? ?結果與分析

2.1? ?定豌10號不同器官浸提液的化感物質鑒定

2.1.1? ? 根系浸提液化感物質? ? 從表1可以看出，定豌10號根系浸提液成分共有20種，烴類、醇類化合物各6種，酮類和酰胺類化合物各2種，酯類、醛類、酚類、其他化合物各1種，其中相對含量最高的是抗氧劑2246（20.77%），其次是芥酸酰胺（16.97%）、4-（3- 羥基丁基）-3，5，5-三甲基環己烷 -2- 烯 -1- 酮（11.31%）、1-十九碳烯（7.41%）。

2.1.2? ? 莖稈浸提液化感物質? ? 定豌10號莖稈浸提液二氯甲烷提取液的GC-MS鑒定成分結果（表2）表明，定豌10號莖稈浸提液中存在29種化合物，其中酯類化合物10種、酸類化合物7種、烴類化合物5種、醛類化合物4種、酚類化合物2種、醇類化合物1種，其中相對含量排名前四的化合物分別是棕櫚酸（13.91%）、肉桂酸（11.96%）、肉豆蔻酸（8.17%）、抗氧劑2246（8.04%）。

2.1.3? ? 葉片浸提液化感物質? ? 定豌10號葉片浸提液鑒定成分結果（表3）表明，定豌10號葉片浸提液共檢測出33種化合物，其中烴類化合物18種，酯類化合物12種，醛類化合物、醇類化合物、苯類化合物各1種。其中烴類和酯類在所有化合物中占有的比重較大，相對含量較高的前四種物質分別是正十九酸甲酯（42.47%）、棕櫚酸甲酯（14.73%）、硬脂酸甲酯（8.57%）、4-N-丙基苯甲醛（5.41%）。 2.2? ?云豌8號不同器官浸提液的化感物質鑒定

2.2.1? ? 根系浸提液化感物質? ? 從表4可以看出，云豌8號根系浸提液中共檢測7類36種化合物，包括烴類化合物16種、酯類化合物6種、醇類化合物5種、酮類化合物4種、酚類化合物和酸類化合物各2種、酰胺類化合物1種，其中烴類和酯類化合物占大多數，根系水浸提液相對含量較高的化合物分別是抗氧劑2246、芥酸酰胺、棕櫚酸、正-二十二醇，相對含量分別為23.40%、20.28%、13.85%、7.80%。

2.2.2? ? 莖稈浸提液化感物質? ? 由表5可知，云豌8號莖稈浸提液中的化合物主要有9類40種，包括烴類化合物12種、醇類化合物8種、酮類化合物5種、酸類化合物5種、酯類化合物和酚類化合物各3種、醛類化合物2種，酰胺類化合物和其他化合物各1種，其中烴類、醇類、酮類和酸類物質占大多數，相對含量較高的物質分別是棕櫚酸（15.67%）、芥酸酰胺（14.37%）、4-乙基苯酚（8.72%），抗氧劑2246（7.39%）。

2.2.3? ? 葉片浸提液化感物質? ? 由云豌8號葉片浸提液分析結果（表6）可以看出，云豌8號葉片浸提液中存在8類37種化合物，其中包括烴類化合物10種，醇類化合物6種，酯類化合物、酮類化合物和酸類化合物各5種，醛類化合物4種，酚類類化合物和酰胺類化合物各1種。相對含量最高的是棕櫚酸，達35.57%；其次是蓖麻油酸，為9.76%；芥酸酰胺（8.73%）、抗氧劑2246（5.22%）含量較高。

2.3? ?定豌10號和云豌8號不同器官浸提液的化感物質鑒定結果分析

對豌豆植株不同器官浸提液的化感物質鑒定結果可知，在定豌10號、云豌8號的根系浸提液中分別檢測到20種、36種化合物，莖稈浸提液中分別檢測到29、40種化合物，葉片浸提液中分別有33、37種化合物。云豌8號不同器官浸提液中檢測到的化合物種類多于定豌10號。2種豌豆的地上部器官中化合物種類多于根系。不同器官中相對含量較高的化感物質種類存在差異。其中，抗氧化劑2246除定豌10號的葉片浸提液外，在2種豌豆不同器官浸提液中均存在。此外，棕櫚酸和芥酸酰胺在云豌8號的不同器官浸提液中均存在。肉桂酸僅在定豌10號莖浸提液中存在。

3? ?討論與結論

豌豆作為典型的忌連作作物，連作時不僅會導致病蟲害加劇，還會導致產量降低、品質下 降［20 - 21 ］。喻景權等［18 ］研究發現，豌豆根系分泌物中存在的化感物質可引起連作障礙。另有研究表明，不同品種、不同器官之間化感物質的含量和種類存在較大的區別［22 - 23 ］。然而目前有關豌豆不同器官中是否存在化感物質，及其化感物質的種類尚不清楚。本研究通過采用GC-MS技術分析了2種不同豌豆的不同器官浸提液中的化感物質種類及相對含量。結果表明，在定豌10號和云豌8號的根系浸提液中分別檢測到20種、36種化合物，莖稈浸提液中分別檢測到29、40種化合物，葉片浸提液中分別有33、37種化合物。云豌8號不同器官浸提液中檢測到的化合物種類多于定豌10號。這可能是由于豌豆是一種遺傳多樣性較高的植物，長期的選育導致每個豌豆都具有自己獨特的遺傳背景。其中可能包括基因變異和多態性，并影響豌豆中的代謝途徑、酶活性以及其他相關的生物化學反應，從而出現不同豌豆中化合物的差異。此外，我們發現，2種豌豆地上部器官中化合物種類均多于根系，這可能是由于葉片進行光合作用，利用光能將二氧化碳和水轉化成有機物質。此外，地上部且易受到外界環境因素的影響，如干旱，蟲害等，需要合成更多防御性化合物來應對外界侵害，從而導致地上部器官化合物種類多于根系。

目前普遍認為低分子有機酸、酚類及萜類為最常見的化感物質［24 - 26 ］。喻景權等［18 ］從豌豆的根系分泌物中鑒定出以肉桂酸、苯甲酸、對羥基苯甲酸為代表的多種酚酸類化感物質。宋慧［19 ］從小豆不同器官及根際土壤浸提液中分離出了鄰苯二甲酸、對羥基苯甲酸、肉桂酸等有機酸類物質，并發現三者均會對小豆的生長產生抑制作用。本研究對豌豆不同品種的不同器官浸提液成分進行鑒定，在定豌10號的莖稈同樣也發現肉桂酸、肉豆蔻酸等有機酸的存在，且相對含量都較高，但其化感活性的大小及對不同豌豆的影響程度還有待進一步驗證。陳君良［7 ］利用GC-MS技術從百合根系分泌物中分離出抗氧劑2246、棕櫚酸、鄰苯二甲酸異辛酯等物質，并證實了抗氧劑2246和棕櫚酸會對百合的生長產生化感抑制效應，本研究中從定豌10號的根系和莖稈中，云豌8號根系、莖稈、葉片均檢測到抗氧劑2246，從定豌10號的莖稈中及云豌8號根系和莖稈中均檢測到棕櫚酸。但這兩種物質是否會對豌豆產生化感作用目前尚不清楚。與以往研究結果不同的是，本研究中從云豌8號的根、莖、葉中均檢測前人未發現的化感物質芥酸酰胺，且相對含量在不同的組分中均較高。基于上述研究表明，豌豆不同器官中，肉桂酸、棕櫚酸、肉豆蔻酸、抗氧劑2246及芥酸酰胺中具有化感作用潛力的成分，后續可進一步進行生物學驗證來探究其化感作用的強弱。

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