对锈病有不同抗性的杨树无性系中化学物质的差异性分析

朱敬芳 周永斌

(沈阳农业大学，沈阳，110866)

杨树是杨柳科(Salicaceae)杨属(Populus)植物的统称［1］。长期以来，杨树在解决我国日益短缺的木材问题方面起了重要作用。随着科技的发展，人们发现杨树不仅树干有利用价值，其叶子、花、树皮也有重要价值，杨树树皮中的有机酸有消炎止痛的作用可用于疾病的治疗，杨树花序的营养丰富是很好的畜牧饲料等［2］。但目前杨树病害问题日趋严重，不仅影响树木的生长发育，严重时还会引起树木的死亡。杨树常见的病害有叶锈病(Melampsora Larici-populina Kleb.)、杨灰斑病(Coryneum populinum Breasad)和黑斑病(M.castagnei Magn)等［3］，其中杨树叶锈病是杨树主要的病害之一，影响发病的主要因素是温度和湿度，因此在每年5—6月和9—10月下旬有2个发病高峰［4］。为了保护幼苗、幼树，减免材积的损失，确保杨树用材林以及防护林的功能正常发挥［5］。曹涤环等从锈病的发病时间着手采取早春用药控制，防止锈病孢子的扩散来降低发病基数［4］、杨海波等选用优良的抗病品种来避免锈病的发生［6］、余仲东等用PCR扩增技术检测感病杨树体内的病原物来检疫杨树锈病［7］。但目前从杨树体内的所有小分子代谢物方面着手判断抗性不同的杨树无性系自身因素差异的研究还比较少。笔者从整个代谢组学方面入手［8］，对抗锈病能力不同的6个杨树无性系芽中的脂溶性成分进行分析，旨在缩短选育年限，为预防杨树叶锈病提供科学依据。

1 材料与方法

脂溶性物质的提取［9］:杨树无性系于2011年3月份采自大连市甘井子区辛寨子街道的西沟苗木试验中心，杨树无性系按其染病严重程度由重到轻排列依次为 I108、03－04－170、03－04－141、03－04－111、N177和N195。大田扦插培养6个月，于9月份采集杨树芽。杨树芽晾干后加石英砂研磨，加入100 mL石油醚超声(KQ－100E宜用超声波清洗器)提取20 min，到出提取液，再加50 mL石油醚超声20 min，收集2次的提取液，用旋转蒸发器(RE－52AA型旋转蒸发器)减压除去石油醚至干，加3 mL乙醚溶解提取物，过膜。将乙醚溶解样用Agilent 5973 Network气质联用仪检测。GC分析条件:HP－5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，载气为高纯氦气，流速为0.8 mL/min，分流比为100∶1，进样量0.2 μL。进样口温度为230℃。柱温升温程序:初始温度100℃，保持2 min，以10℃/min升至200℃，保持5 min。MS条件:EI离子源，电子能量70 eV，离子源温度230℃，扫描范围50～550 u。

数据分析:依据分离所得的杨树芽脂溶性物质总离子流图，查询NIST谱库，进行成分鉴定。

2 结果与分析

2.1 杨树无性系芽中脂溶性代谢物的提取率

从表1可以看出，6种杨树芽的提取率由高到低为03－04－111、I108、03－04－170、N177、03－04－141、N195，但脂溶性物质质量分数的高低似乎与无性系的抗性强弱无关。

表1 不同杨树无性系芽中脂溶性代谢物提取率

2.2 杨树无性系芽中脂溶性化合物

在6种杨树芽中共检测到120多种化合物，主要有烯烃类、烷烃类、萜类、酮类、醛类、醇类、酯类、羧酸类等。其中烯烃类有27种约占总数的1/4，主要有 1，19－Eicosadiene、1－二十二烯、α－蒎烯、α－柏木烯、d－Cadinene、1－十九烯和 1－十八烯。其次是酯类(15种)，主要有邻苯二甲酸二丁酯、亚油酸乙酯、邻苯二甲酸二异辛酯等。在6种杨树无性系的芽中共有的种化合物有1，19－Eicosadiene、邻苯二甲酸二丁酯、1－二十二烯。在3个品种以上中含有的化合物除一些常见的烷烃类外，还有亚油酸乙酯、硬脂酸甲酯、邻苯二甲酸二异辛酯、α－蒎烯、β－桉叶醇、α－柏木烯、1－十八烯、1－十九烯、d－Cadinene、(－)－g－Cadinene、g－Sitosterol、a－Eudesmol、3－甲氧基－4－羟基肉桂酸、Cyclotetracosane、Techtochrysine等化合物。抗锈病效果较好的N195和N177的芽中含有α－石竹烯、红没药醇、花生酸甲酯等其它无性系所不具有的成分，其中还有一些如肉桂酸、丙基苯甲酸对氰基苯酚酯、9－菲酚、二苯氯甲烷、视黄醛、对羟基肉桂酸等只存在于N195中，而Α－毕橙茄醇、辛酸－2－苯乙酯、9－氨基吖啶、山嵛醇等却只在N177的芽中。

表2 不同杨树无性系芽中主要的脂溶性代谢物化学成分

表2 (续)

表2 (续)

3 结论与讨论

检测的结果与薄采颖等［9］杨树芽石油醚化学成分分析的结果中检测的十几种化合物是吻合的，比如柏木烯、金合欢烯、桉叶醇、1，19－二十烷二烯、棕榈酸、亚油酸、维生素E等。孙丽艳等［10］对杨云斑天牛有不同抗性的杨树品种中化学物质的分析中检测到了4－羟基环己酮，但本试验并未检测到该物质。据观察6种树种出现锈病时间顺序由早到晚、染病严重程度由重到轻，分别为:I108、03－04－170、03－04－141、03－04－111，在同样生存条件下 N177和N195未出现锈病，这种观察结果与潘姝慧等［11］对23个欧美杨无性系苗期叶锈病抗性测定结果相吻合。

杨树叶锈病是一种常见的由真菌类引起的病害，因杨树的品种不同对锈病的抵抗能力也有所不同。从表1可以看出，6种芽的提取率由高到低为03－04－111、I108、03－04－170、N177、03－04－141、N195，但脂溶性物质质量的高低似乎与无性系的抗性强弱无关。

从6种杨树芽中所含的化合物种类的多少来看，杨树品种的抗性强弱与脂溶性物质种类的丰富度没有太大关系，但是可能与一些具体的小分子化合物的种类和含量有关。因此，认为可能会提高杨树抗性的代谢物有灭蚜灵、山嵛醇、β－桉叶醇、α－蒎烯、(+)－α－长叶烯、对羟基肉桂酸、红没药醇、花生酸甲酯、9－氨基吖啶、桉叶醇烯、金合欢烯、石竹烯、丁香酚和蒎烯等。在03－04－170中检测出了灭蚜灵，03－04－170相对于其他5个无性系对蚜虫的抵御能力要强一些。在N177中检测出的山嵛醇是2000年世界首次上市的化学结构及作用机制全新的广谱抗病毒药物，对脂包体病毒的专一性可作为广谱抗病毒剂，也可用于治疗艾滋病相关的Kaposi肉瘤(AIDS－KS)。β－桉叶醇、α－蒎烯和(+)－α－长叶蒎烯都属于萜类化合物。萜类化合物具有很强的抗病杀菌作用，能增强植物的抗病能力;还能帮助植物抵御天敌，通过直接或间接的方式抵御天敌的侵害，而植物释放的萜类化合物作为阻食剂和毒性物质对敌害产生阻食和毒害作用［12］。每个杨树无性系中萜类化合物的种类和相对含量多少也决定着，该无性系对病虫害的防御能力。在N195中β－桉叶醇含量明显高于其它无性系。对羟基肉桂酸可作为植物生长促进剂、长效杀菌剂和果蔬保鲜防腐剂。之所以N195对杨树锈病有一定的抗性可能与体内含有大量的β－桉叶醇和羟基肉桂酸有关。在N195和N177芽中检测到的红没药醇和花生酸甲酯也对其抗病性有一定的贡献，因为红没药醇可以减少紫外线对植物造成的伤害;关于花生酸甲酯在植物体内的生理生化作用目前还没有相关的研究。9－氨基吖啶常作为杀菌、杀寄生虫的药物，广泛用于抗菌、驱虫等方面的研究。有驱虫作用的成分还有桉叶醇烯、金合欢醇等。在检测出的成分中抗微生物活性成分有石竹烯、丁香酚、蒎烯等。何水林等［13］在研究植物与病原菌之间的作用时发现，多酚等低分子量的组成型代谢物可在病原菌的侵入后起抗病作用。植物在病原菌的诱导作用下合成的萜类化合物、生物碱等小分子量的一些次生代谢物也就是植保素，具有重要的抗病作用。

［1］徐纬英.杨树［M］.哈尔滨:黑龙江人民出版社，1988.

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［12］付佳，王洋，阎秀峰.萜类化合物的生理生态功能及经济价值［J］.东北林业大学学报，2003，31(6):59－62.

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