金钟藤叶挥发油化学成分分析及其化感潜力研究

李晓霞等

摘 要 采用水蒸气蒸馏法提取金钟藤叶中的挥发油，利用GC-MS联用技术对金钟藤叶挥发油进行分析，并以萝卜（Raphanus sativus）、莴苣（Lactuca sativa）、水稻（Oryza sativa）和红尾翎（Digitaria radicosa）为供试植物，采用培养皿滤纸法对金钟藤叶挥发油饱和水溶液的化感效应进行生物测定。经GC-MS分析，从金钟藤叶挥发油中鉴定出41种化合物，占总油量的95.32%。其中含量较高的为β-榄香烯（24.64%）、β-丁香烯（21.61%）、（Z）-β-香柠檬烯（6.11%）、α-葎草烯（6.00%）、双环大牻牛儿烯（5.36%）、植醇（3.24%）、蓝桉醇（2.43%）等萜类、醇类等化合物，占挥发油总量的95.32%。生测结果显示，金钟藤叶挥发油饱和水溶液对莴苣、萝卜、水稻和红尾翎4种受试植物的种子萌发均产生抑制作用，对莴苣、萝卜和红尾翎幼苗生长表现为抑制作用，而对水稻幼苗生长具有显著促进作用。

关键词 金钟藤；叶挥发油；GC-MS；化感作用

中图分类号 O657；S451 文献标识码 A

Chemical Compositions and Allelopathic Potential of

Volatile Oil from Merremia boisiana

LI Xiaoxia， HUANG Qiaoqiao， FAN Zhiwei *， SHEN Yide *， CHENG Hanting， LIU Lizhen

Environment and Plant Protection Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Key Laboratory of Integrated Pest Management on Tropical Crops， Ministry of Agriculture， China/Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture， China/Hainan Key Laboratory for Monitoring and Control of Tropical Agricultural Pests， Haikou， Hainan 571101， China

Αbstract Volatile oil was obtained from the leaves of Merremia boisiana by steam distillation method， and main chemical components in the essential oil were identified by gaschromatography-mass. Allelopathy of volatile oil with saturated aqueous solution from M. boisiana on seed germination and seedling growth of 4 accompanying plant， Raphanus sativus， Digitaria radicosa， Oryza sativa and Lactuca sativa was bioassayed by culture dish method.Forty-one compounds were identified from the volatile oils of the inflorescence， accounting for 95.32% of the total volatile oil. The major constituents were identified as β-Elemene（24.64%）， β-Caryophyllene（21.61%）， （Z）-β-Bergamotene（6.11%）， α-Humulene（6.00%）， Bicyclogermacrene（5.36%）， Phytol（3.24%）and Globulol（2.43%）. The biological test results demonstrated that volatile oil of M. boisiana could inhibit the seed germination of all tested plants， and could inhibit the seedling growth of R. sativus， L. sativa and D. radicosa， but promoted the seedling growth of O. sativa.

Key words Merremia boisiana； Leaves of volatile oil； GS-MS； Allelopathy

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.08.033

金钟藤[Merremia boisiana（Gagn.） v. Ooststr.]是旋花科（Convolvulaceae）鱼黄草属（Merremia Dennst.）植物，目前已在广东、海南等地迅速蔓延扩散成灾，是我国热带地区新近暴发的恶性杂草之一[1-2]。金钟藤主要通过种子和藤茎进行繁殖，一旦成功侵入草地、林地和荒地便可连片生长，可“独株成片”而形成单优势群落[3]，给生态环境造成极大威胁[4-5]。因此，关于金钟藤如何入侵及如何迅速占据强大生态位的研究成为当下重要的课题。研究发现，金钟藤水提物对菜薹种子萌发有抑制作用[6]，说明这与其含有丰富的次生代谢物质有关；其次，高广春等[7]对金钟藤的酚类化合物进行研究，发现东莨菪内酯和槲皮素具有抑制植物生长和抗菌的作用；最近，2013年黄乔乔等[8]关于金钟藤的研究中也认为其化感作用能抑制蔬菜种子的萌发及伴生植物的生长。综合上述研究，初步预测化感作用可能促进了金钟藤的竞争能力。之前，笔者对金钟藤叶脂溶性成分分析中发现烯类、醇类、萜类、酚类和酯类等多种具有化感作用的化合物[9]，然而关于金钟藤叶挥发油化学成分及其化感作用的研究尚未展开，因此笔者采用气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术，对其挥发油主要化学成分进行分析，并采用培养皿滤纸法测定了金钟藤叶挥发油饱和水溶液对萝卜（Raphanus sativus Linnaeus）、莴苣（Lactuca sativa Linnaeus）、水稻（Oryza sativa Linnaeus）和红尾翎[Digitaria radicosa（J. Presl）Miquel]4种供试植物种子萌发和幼苗生长的影响，以明确金钟藤叶中次生物质的化学成分，为揭示它与其他生物之间的化学关系及阐明它所具有的强大生存竞争能力提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 金钟藤叶于2012年7月采自海南省白沙县。

1.1.2 仪器与试剂 毛细管气相色谱-质谱联用仪（HP6890/HP5973 GC/MS联用仪）（美国安捷伦公司）；旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂生产）。所用试剂均为分析纯。

1.2 方法

1.2.1 挥发油的提取 取新鲜的金钟藤叶325.0 mg，按《中华人民共和国药典》2005年版第一部附录[10]中的水蒸汽蒸馏方法，对金钟藤叶的挥发油进行提取，得到淡黄色油状物，经无水硫酸钠干燥后，得金钟藤叶挥发油0.42 g，得油率为0.13%。

1.2.2 挥发油GC-MS分析方法 提取所得的挥发油经氯仿溶解后进行气相色谱和质谱测定。

检测仪器：仪器为美国惠普公司的毛细管气相色谱G质谱联用仪（HP6890/HP5973GC/MS联用仪）。

气相色谱条件：色谱柱为ZB-5MSI 5% Phenyl-95% DiMethylpolysiloxane（30 m×0.25 mm×0.25 μm）弹性石英毛细管柱，柱温45 ℃（保留2 min），以5 ℃/min升温至320 ℃，保持5 min；汽化室温度250 ℃；载气为高纯He（99.999%）；柱前压52.54 kPa，载气流量1.0 mL/min；分流比50 ∶ 1，溶剂延迟时间为4.0 min。

质谱测定条件：离子源为EI源；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；电子能量70 eV；发射电流34.6 μA；倍增器电压1 236 V；接口温度280 ℃；质量范围20～500 u。

数据处理及质谱检索：通过HPMSD化学工作站，结合NIST2005标准质谱图库和WILEY275质谱图库进行鉴定，采用色谱峰面积归一化法计算相对含量。

1.2.3 挥发油化感作用的生物测定 挥发油化感作用的生物测定方法参照王朋等[11]的方法。取适量金钟藤挥发油加入500 mL分液漏斗中，充分震荡，保持液面有油滴后静置过夜。取下层清液，即金钟藤挥发油饱和水溶液[30 ℃时饱和溶解度为（16.1±3.0）mg/L]用于生物活性测定。

将直径为9 cm的培养皿洗净、烘干，铺2层灭菌定性滤纸，分别加金钟藤挥发油饱和水溶液5 mL，以蒸馏水为对照，设3个重复。待滤纸浸湿后将饱满、大小均匀的萝卜、莴苣、水稻和红尾翎种子各20粒放入培养皿中，置于人工气候箱（湿度70%，温度为25 ℃，光照时间14 h/d，光照强度20 000 lx）恒温培养。实验期间，保持滤纸湿润。每天观察并记录发芽种子的数量，连续统计7 d，计算最终发芽率（以胚根或胚轴突破种皮达1～2 mm为种子萌发标准）；7 d之后测定受体植物的根长（胚轴末端至根末端的长度）和苗高（胚轴顶端至幼苗顶端的长度）。

1.3 数据分析及统计方法

对照抑制百分率=（1-处理/对照）×100%；实验数据采用DPS7.55软件进行处理，并进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 金钟藤挥发油的主要化学成分及其相对含量

金钟藤叶挥发油化学成分的总离子流如图1，共分离出58个峰，采用计算机检索各相应的质图谱，并参考标准图谱鉴定了41种化合物，占色谱总馏分出峰面积的95.32%，用峰面积归一化法测定其质量分数，具体结果见表1。

分析结果显示，金钟藤叶挥发油化学成分以萜类为主，占总量的85.92%，含量较高的成分依次为β-榄香烯（24.64%）、β-丁香烯（21.61%）、（Z）-β-香柠檬烯（6.11%）、α-葎草烯（6.00%）、双环大牻牛儿烯（5.36%）、雅榄蓝烯（2.39%）、σ-榄香烯（2.10%）、氧化石竹烯（2.09%）等。其次是醇类，主要有植醇（3.24%）、蓝桉醇（2.43%）等，占总量的9.96%。再次是烃类占总量的3.87%。此外，还含有一些酯类（占总量的0.15%）和酮类（占总量的0.081%）。

2.2 金钟藤叶挥发油饱和水溶液的化感作用

2.2.1 金钟藤叶挥发油饱和水溶液对4种供试植物种子萌发的影响 金钟藤叶挥发油饱和水溶液对莴苣、萝卜、水稻和红尾翎4种供试植物种子萌发抑制率的影响见图2。从图2可以看出，金钟藤叶挥发油饱和水溶液对不同受体植物种子萌发具有不同的化感作用，其中，红尾翎种子对挥发油最为敏感，抑制率达45.00%，显著高于其他处理组；水稻种子萌发抑制程度仅次于红尾翎，而挥发油饱和水溶液对莴苣和萝卜种子萌发抑制作用不明显。

2.2.2 金钟藤叶挥发油饱和水溶液对4种供试植物幼苗生长的影响 金钟藤叶挥发油饱和水溶液对莴苣、萝卜、水稻和红尾翎4种供试植物幼苗生长的影响见图3。从供试植物来看，金钟藤挥发油饱和水溶液对莴苣、萝卜和红尾翎根长、茎长都低于对照，说明金钟藤叶挥发油饱和水溶液对莴苣、萝卜和红尾翎的生长均有抑制作用，其中红尾翎幼苗的生长受到的抑制作用显著高于莴苣和萝卜幼苗的生长，且根长的抑制作用（抑制率为79.99%）强于对茎长的抑制作用（抑制率为66.55%）；而对水稻幼苗生长的影响则表现为促进作用。

3 讨论与结论

本研究对金钟藤叶挥发油化学成分分析中发现β-榄香烯（24.64%）、β-丁香烯（21.61%）、（Z）-β-香柠檬烯（6.11%）、氧化石竹烯（2.09%）等萜类物质相对含量占总挥发油的85.92%是金钟藤叶挥发油的主要成分，此外还有植醇（3.24%）、蓝桉醇（2.43%）、乙酸金合欢酯（0.15%）等醇、酯类。研究结果表明，萜类[12-18]、酯类[18-19]、醇类[20-21]和酮类[21]等多种次生代谢物具有化感作用的功能。Nesrine Zahed[12]等对柔毛肖乳香（Schinus molle L.）果和叶挥发油化学成分及化感作用进行研究，发现柔毛肖乳香挥发油化学成分主要为β-phellendrene（35.9-65.4%）、α-phellendrene（24.3-20.1%）、月桂烯（12.8-7.7%）和α-蒎烯（5.9-1.7%）等萜类化合物，其挥发油对小麦的化感作用呈现浓度效应，且对小麦种子萌发和根长的抑制效果较强；Bradow&Connick等[13]报道，植物精油中柠檬烯、蒎烯等萜类化合物能强烈抑制种子发芽和幼苗生长；马瑞君等[14]对黄帚橐吾[Ligularia virgaurea（Mαxim.）Mattf. ex Rehd. & Kobuski]挥发物开展了化感作用研究，发现该植物中含有大量的萜类物质，并证实了该物质是引起其发生化感作用的基础性物质；于凤兰等[15]对油蒿（Αrtemisiα jαponicα Thunb.）挥发油化感作用研究中发现导致影响受体植物种子萌发和幼芽生长的关键物质是萜类物质；Muller等[16-17]认为α-蒎烯、氧化石竹烯等萜类不仅能通过呼吸作用影响其它植物生长，还能通过淋溶带入土壤，从而影响植物种子萌发和幼苗生长。张晓芳等[18]的研究结果表明，白三叶草（Trifolium repens L.）挥发物对稗草和苘麻均有化感作用，其挥发物的化学成分以烯和酯类化合物为主；Rice等[20]等证实三十烷醇是苜蓿（Medicago sativa L.）对作物起刺激作用的关键物质；Αlan等[21]的研究结果表明，根系分泌的醇类、酮类能抑制和迫害其他植物生长。Weidenhamer等[22]认为挥发性化感物质在水中具有一定的溶解度，且其水溶液有一定的化感作用。本研究中，金钟藤叶挥发油饱和水溶液对供试植物表现出较强的生物活性，笔者认为金钟藤叶挥发油具有一定的水溶性，且其挥发油饱和水溶液化学成分中含有多种具潜在化感功能的物质，但要明确其具体挥发性化感成分，还需进一步研究。

本研究发现经金钟藤叶挥发油饱和水溶液处理后莴苣、萝卜、水稻和红尾翎种植物种子发芽率都受到抑制，且对红尾翎的种子发芽率抑制作用最强；金钟藤叶挥发油饱和水溶液对莴苣、萝卜和红尾翎幼苗的生长均有抑制作用，而对水稻幼苗的生长表现为促进作用。结合上述结果初步证实金钟藤叶挥发油具化感作用，然而其叶片挥发油中何种化合物是致感因子将需进一步深入研究。

参考文献

[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会. 中国植物志： 第64（1）卷[M]. 北京： 科学出版社， 1979： 78-79.

[2] 练琚蕍， 曹洪麟， 王志高， 等. 金钟藤入侵危害的群落学特征初探[J]. 广西植物， 2007， 27（3）： 482-486.

[3] 朱细俭， 黄少峰. 金钟藤的初步调查情况[J]. 广东林勘设计， 2003（3）： 33-34.

[4] 童国建， 陈沐荣， 余海滨. 金钟藤的危害性初报[J]. 中国盛林病虫， 2005， 24（3）： 17-18.

[5] 李鸣光， 成秀媛， 刘 斌. 金钟藤的快速生长和强光合能力[J]. 中山大学学报， 2006， 45（3）： 70-72.

[6] 曾宋君， 曾 倞， 郑雪萍， 等. 外来入侵物种金钟藤的水抽取物对菜薹种子萌发的影响[J]. 种子， 2005， 24（11）： 22-24.

[7] 高广春， 吴 萍， 曹洪麟， 等. 金钟藤中酚类化合物的研究[J]. 热带亚热带植物学报， 2006， 14（3）： 233-237.

[8] Huang Q Q， Shen YD， Li X X， et al. Native Expanding Merremia boisiana is not more Allelopathic than Its Non～Expanding Congener M. vitifolia in the Expanded Range in Hainan[J]. American Journal of Plant Sciences， 2013（4）： 774-779.

[9] 李晓霞， 范志伟， 沈奕德， 等. 金钟藤叶石油醚萃取部分脂溶性成分[J]. 热带农业科学， 2012， 32（9）： 67-71.

[10] 《中华人民共和国药典》国家药典委员会. 中华人民共和国药典（一部）[M]. 北京： 化学工业出版社， 2005： 182.

[11] 王 朋， 王 莹， 孔垂华. 植物挥发性单萜经土壤载体的化感作用——以三裂叶豚草为例[J]. 生态学报. 2008， 28（1）： 62-68.

[12] Nesrine Zahed， Karim Hosni， Nadia Ben Brahim， et al. Allelopathic effect of Schinus molle essential oils on wheat germination[J]. Acta Physiologiae Plantarum， 2010， 32（6）： 1 221-1 227.

[13] Bradow J M， Connick W J. Volatile seed germination inhibitors from plant residues[J]. Journal of Chemical Ecology， 1990， 16（3）： 645-666.

[14] 马瑞君， 王明理， 朱学泰， 等. 黄帚橐吾挥发物的化感作用及其主要成分分析[J]. 应用生态学报， 2005， 16（10）： 1 826-1 829.

[15] 于凤兰， 马茂华， 孔令韶. 油蒿挥发油的化感作用研究[J]. 植物生态学报， 1999， 23（4）： 345-350.

[16] Muller C H， Haines B L. Volatile growth inhibitors produced by aromatic shrubs[J]. Science， 1964， 143： 471-473.

[17] 王大力， 祝心如. 三裂叶豚草的化感作用研究[J]. 植物生态学报， 1996： 20（4）： 330-337.

[18] 张晓芳， 王金信， 谢 娜， 等. 白三叶草挥发物的化感作用及其化学成分分析[J]. 植物保护学报， 2011， 38（4）： 374-378.

[19] Rice E L. Allelopathy[M]. New York： Academic Press， 1974.

[20] Rice S K， Sweeley C C， Leavitt R A. Triacontanol： A new naturally occurring plant grouth regulator[J]. Science， 1977， 165： 1 339-1 341.

[21] Alan R P， Chung S J. The science of allelopathy[M]. The United States of America， 1986： 9-12.

[22] Weidenhamer J D， Macias F Α， Nikolans H， et al. Just how insoluble are monoterpenes？[J]. Journal of Chemical Ecology， 1993， 19（8）： 1 799-1 807.

责任编辑：沈德发