砂培黄灯笼辣椒根系分泌物化学成分鉴定

韩旭+杨衍+孙继华+刘昭华+牛玉+曹振木

摘 要 鉴定黄灯笼辣椒根系分泌物的化学成分，为研究其化感作用及连作障碍的机理提供理论依据。采用砂培法收集黄灯笼辣椒的根系分泌物，柱层析法分离根系分泌物，依次选用石油醚、乙酸乙酯、氯仿和甲醇洗脱根系分泌物并收集各洗脱组分，采用气质联用仪（GC-MS）鉴定各组分的化学成分。研究结果表明，黄灯笼辣椒根系分泌物石油醚组分GC-MS鉴定图谱共出现57个物质峰，相似度大于85%的化学物质共28个；乙酸乙酯组分GC-MS鉴定图谱共出现73个物质峰，相似度大于85%的化学物质共28个；氯仿组分GC-MS鉴定图谱共出现67个物质峰，相似度大于85%的化学物质共27个；甲醇组分GC-MS鉴定图谱共出现55个物质峰，相似度大于85%的化学物质共28个。黄灯笼辣椒根系分泌物中含有烷烃类、脂类、酸类、醇类、酚类、醛类、肟类、吡咯烷酮类、酰胺类和萘胺类化合物。

关键词 黄灯笼辣椒 ；根系分泌物 ；化学成分 ；鉴定 ；砂培法

分类号 S641.3

Identification of Chemical Components of Root Exudates

of Sand-cultured Capsicum chinense Jacquin

HAN Xu1） YANG Yan1） SUN Jihua2） LIU Zhaohua1） NIU Yu1） CAO Zhenmu1）

（1 Tropical Crops Genetic Resources Institute， CATAS， Danzhou， Hainan 571737；

2 Institute of Scientific and Technical Information， CATAS， Haikou， Hainan 571737）

Abstract The chemical component of Capsicum chinense Jacquin root exudates were identified in this study in order to provide scientific basis for investigation of allelopathy and the mechanism of cropping obstacles. The root exudates of Capsicum chinense Jacquin were collected by sand culture. The extracts were fractionated by petroleum ether， ethyl acetate， chloroform and methanol respectively， through the column chromatography for root exudates isolation. And the chemical component of root exudates were identified by Gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The results are as follows： there were 57 peaks of chemical component in the GC-MS chromatograms of petroleum ether extraction from Capsicum chinense Jacquin root exudates， and there were 28 chemical component of SI more than 85%； there were 73 peaks of chemical component in the GC？MS chromatograms of ethyl acetate extraction， and there were 28 chemical component of SI more than 85%； there were 67 peaks of chemical component in the GC？MS chromatograms of chloroform extraction， and there were 27 chemical component of SI more than 85%； there were 55 peaks of chemical component in the GC-MS chromatograms of methanol extraction， and there were 28 chemical component of SI more than 85%. The root exudates of Capsicum chinense Jacquin are composed of alkane， lipids， acids， alcohols， phenols， aldehydes， oxime， pyrrolidone， amide， amine and naphthalene compounds.

Keywords Capsicum chinense Jacquin ； root exudates ； chemical component ； identification ； sand culture

根系分泌物是复杂的非均一的体系，通常指在特定的环境下，活体植物根系的不同部位释放到根际环境中有机化合物的总称[1]。根系分泌物所含的有机化合物一般在200种以上，分为3类，一类是大分子化合物，主要包括糖、蛋白质、酶和凝胶等；一类是小分子化合物，主要包括酸、酚、酮等；一类是生长激素、黄酮、甾类等[2]。植物根系分泌物在土壤结构组成、养分活化、植物养分吸收和缓解环境胁迫等方面具有重要作用[3-5]，所以对根系分泌物的研究越来越引起重视。砂培法是收集植物根系分泌物的常规方法，通常选用石英砂为栽培基质，石英砂的惰性较强，因此不会影响植物的正常生长，并且具有一定的机械阻力，使得植物根系的生长更接近土壤培养，并消除了土壤微生物的干扰[6]。气相质谱联用仪是鉴定植物根系分泌物化学成分的常用方法，具有需样量小、灵敏度高、健全数据库比对等特点。因此，采用砂培法和气质联用法分离鉴定植物根系分泌物的化学成分是切实可行的，对于解决连作障碍问题具有重要意义。

黄灯笼辣椒（Capsicum chinense Jacquin），又称黄帝椒、黄辣椒，是茄科茄亚族辣椒属植物，是1983年国际植物遗传资源委员会（IBPGR）确定的5个辣椒栽培种之一，是海南省特有的辣椒品种。其成熟果实形状似灯笼，色泽呈金黄色，肉质较厚，味极辣，有特殊香味，营养丰富，富含辣椒素、Vc、胡萝卜素和多种矿物质[7]，在饮食和医药产品上广泛应用，是加工辣椒酱和提取辣椒素最好的原料，是海南省最具开发潜力的特色农产品之一[8-10]。但栽培管理制度的不合理及生产环境的局限性等因素导致黄灯笼辣椒连作障碍日益加剧，严重影响辣椒生长发育、果实品质和产量形成，根系分泌物的逐年累积是导致连作障碍的重要因素。因此，本研究通过砂培法收集黄灯笼辣椒的根系分泌物，采用硅胶柱层析法分离和GC-MS鉴定根系分泌物的化学成分，为黄灯笼辣椒根系分泌物的深入研究提供理论基础，这对减缓黄灯笼辣椒的连作障碍具有重要指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料

热辣2号黄灯笼辣椒，由中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所瓜菜研究室提供。

1.2 方法

1.2.1 黄灯笼辣椒根系分泌物的收集

采用砂培法收集黄灯笼辣椒的根系分泌物：将石英砂高温高压灭菌，70℃烘干备用。将催芽后的热辣2号种子播于含有石英砂的培养箱中，每7 d浇一次营养液，其余时间补足蒸馏水，按正常苗期管理。生长40 d后向培养箱中注入过量蒸馏水，拔掉辣椒苗，拭干并称根重，浸泡石英砂后通过双层定性滤纸过滤，并通过0.45 μm的水系微孔滤膜抽滤，即得到根系分泌物的粗提物，减压浓缩到 30.0 g/L即得到黄灯笼辣椒根系分泌物粗提物原液。

1.2.2 黄灯笼辣椒根系分泌物化学成分的分离

将50 mL黄灯笼辣椒根系分泌物粗提物原液与5 g 硅胶（BDH 200～300 目）混匀，40℃水浴蒸干，作为提取物。用石油醚（60～90℃）和 100 g 硅胶（BDH 200～300 目）填充色谱柱（200 mm×30 mm），静止过夜。将提取物置于色谱柱顶端，根据有机溶剂极性从小到大的顺序，分别用 500 mL 石油醚，乙酸乙酯、氯仿和甲醇逐级洗脱，流速控制在1 滴/1～2 秒。分别收集各洗脱液，40℃减压浓缩至干，并溶于 10 mL 甲醇（色谱纯），-20℃冰箱保存，进一步鉴定化学成分。

1.2.3 黄灯笼辣椒根系分泌物化学成分的鉴定

采用气相质谱联用仪（ThermoFisher GC-MS，Trace GC ultra-DSQ-AI3000， USA）鉴定黄灯笼辣椒根系分泌物的化学成分。GC-MS分析条件：

色谱条件：毛细管柱 DB5-MS （30 m × 0.25 mm， 膜厚度 0.25 μm）；载气 He（流速1.0 mL/min）；进样口温度 250℃；程序升温：柱温 50℃（保持 2 min），以 6℃/min 程序升温至 250℃（保持15 min）。

质谱条件：离子源温度 200℃；EI 源（电子轰击源）；轰击电压 70 eV；扫描范围 m/z 30～600 amu；1 μL 进样，不分流。

化学成分的筛选：根据数据库筛选的结果，选择相似度≥85的化合物为黄灯笼辣椒根系分泌物的有效化学成分。

2 结果与分析

2.1 黄灯笼辣椒根系分泌物石油醚组分GC-MS鉴定结果

热辣2号根系分泌物的石油醚组分GC-MS鉴定结果如图1所示。共出现57个物质峰，第一个出峰时间为6.051 min，最后一个出峰时间为48.345 min，主要出峰时间集中在28～42 min，最高峰出现在10.088 min。

热辣2号根系分泌物石油醚组分中相似度大于85%的化合物共有28个，其中烷烃类化合物10个，脂类化合物11个，醇类化合物3个，酚类化合物1个，醛类化合物1个，肟类化合物1个，吡咯烷酮类化合物1个。见表1。

2.2 黄灯笼辣椒根系分泌物乙酸乙酯组分GC-MS鉴定结果

热辣2号根系分泌物的乙酸乙酯组分GC-MS鉴定结果如图2所示。共出现73个物质峰，第一个出峰时间为6.051 min，最后一个出峰时间为47.571 min，主要出峰时间集中在27～42 min，最大峰面积出现在40.384 min。

热辣2号根系分泌物乙酸乙酯组分中相似度大于85%的化合物共有28个，其中烷烃类化合物10个，脂类化合物10个，肟类化合物1个，吡咯烷酮类化合物1个，酚类化合物1个，醇类化合物4个，酰胺类化合物1个。见表2。

2.3 黄灯笼辣椒根系分泌物氯仿组分GC-MS鉴定结果

热辣2号根系分泌物的氯仿组分GC-MS鉴定结果如图3。共出现67个物质峰，第一个出峰时间为6.053 min，最后一个出峰时间为48.349 min，主要出峰时间集中在20～26 min及29～42 min，最大峰面积出现在40.376 min。

热辣2号根系分泌物氯仿组分相似度大于85%的化合物共有27个（表3），其中脂类化合物16个，醛类化合物1个，酚类化合物1个，烷烃类化合物5个，醇类化合物2个，萘胺类化合物2个。

2.4 黄灯笼辣椒根系分泌物甲醇组分GC-MS鉴定结果

热辣2号根系分泌物甲醇组分GC-MS鉴定结果如图4所示。共出现55个物质峰，第一个出峰时间为6.055 min，最后一个出峰时间为47.578 min，主要出峰时间集中在30～40 min，最大峰面积出现在30.282 min。

热辣2号根系分泌物甲醇组分相似度大于85%的化合物共有28个，其中有机酸类化合物2个，脂类化合物14个，肟类化合物1个，吡咯烷酮类化合物1个，酚类化合物1个，烷烃类化合物4个，醇类化合物3个，酰胺类化合物2个。见表4。

3 讨论与结论

对辣椒根系分泌物的收集通常采用水培的方法[11-12]，该方法虽然操作简单，在一定程度上反映某些特定根系分泌物的变化，并排除了土壤微生物的干扰，但水培植物根毛发育较少，没有土壤的机械阻力，与植物在土壤中生长分泌的物质略有不同。因此，本研究采用灭菌的石英砂为栽培基质，对黄灯笼辣椒的根系分泌物进行收集，既保证了辣椒的正常生长，又很好的消除了其他植物或土壤微生物对根系生长的干扰。

本试验研究结果表明，黄灯笼辣椒根系分泌物中主要含有烷烃类、脂类、酸类、醇类、酚类、醛类、肟类、吡咯烷酮类、酰胺类和萘胺类化合物。前人研究结果表明，大豆根系分泌物中含有烷烃类、醇类、酸类、酚类、醛类、脂类化合物[13-14]；油菜根系分泌物中主要含有烷烃类、醇类、脂类、酸类物质[15]；大白菜根系分泌物中主要含有烷烃类、酸类、脂类物质[16]；低效刺槐根系分泌物中主要含有酸类、脂类、醇类物质[17]；人参根系分泌物中主要含有烷烃类、脂类、酸类物质[18]；丹参根系分泌物中主要含有烷烃类、醇类、酸类、脂类、醛类物质[19]。本研究结果与其基本一致，不同作物根系分泌物含有不同类的化学成分。

已有研究表明，植物释放到环境中的化感物质可分为14大类，包括有机酸、脂肪族醛和酮、直链醇、长链脂肪酸和多炔、简单不饱和内酯、苯甲酸及其衍生物、萘醌、蒽醌和复合醌、肉桂酸及其衍生物、简单酚、香豆素类、类萜和甾类化合物、类黄酮、单宁、生物碱和氰醇、硫化物和芥子油苷、氨基酸和多肽、嘌呤和核苷[20-23]。本研究中黄灯笼辣椒根系分泌物中也可能含有化感物质，逐年累积产生化感自毒作用，导致连作障碍的发生，但哪些化学成分是化感物质，起到化感自毒作用，还有待进一步研究。GC-MS鉴定植物根系分泌物的化学成分不够全面和充分，有待进一步选用其他的方法（如LC-MS）鉴定黄灯笼辣椒根系分泌物的有效化学成分。

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