苎麻根际土壤浸提物的气相色谱—质谱（GC

苎麻根际土壤浸提物的气相色谱—质谱（GC－MS）检测分析

2016-12-24白玉超杨瑞芳刘楠楠李雪玲李林林佘玮崔国贤

中国麻业科学 2016年6期

关键词：化感苎麻正己烷

白玉超，杨瑞芳，刘楠楠，李雪玲，李林林，佘玮，崔国贤*

（1.湖南农业大学苎麻研究所长沙410128；2.中国农业科学院麻类研究所长沙410205）

苎麻根际土壤浸提物的气相色谱—质谱（GC－MS）检测分析

白玉超1，2，杨瑞芳1，刘楠楠1，李雪玲1，李林林1，佘玮1，崔国贤1，2*

（1.湖南农业大学苎麻研究所长沙410128；2.中国农业科学院麻类研究所长沙410205）

对苎麻根际土壤浸提液进行了检测分析，以对苎麻根系分泌物的组成进行初步探索。以乙酸乙酯和正己烷为浸提剂浸提“湘苎3号”、“多倍体1号”、“中苎1号”、“湘苎7号”和“R057”根际土壤，浸提液通过过滤、浓缩，用气相色谱—质谱联用仪（GC－MS）进行了组分分析。“湘苎3号”、“多倍体1号”、“中苎1号”、“湘苎7号”和“R057”根际土壤乙酸乙酯浸提液中物质相对含量分别为4.77%、3.94%、3.48%、3.86%和4.19%，正己烷浸提液中物质相对含量分别为6.93%、5.58%、5.54%、7.11%和6.29%。苎麻根际土壤乙酸乙酯和正己烷浸提液中分别检测并鉴定了20、12种物质，主要包括烷烃类、酯类、酸类等，含量相对较高的有棕榈酸、油酸酰胺、2－甲基二十烷、正二十七烷等。其中棕榈酸是典型的化感物质，其对苎麻生长产生的影响及作用机制有待进一步研究。

苎麻；根际土；气相色谱—质谱

苎麻（Boehmeria nivea L.）属荨麻科（Urticaceae）苎麻属（Boehmeria），是一种多年生宿根性草本纤维植物［1］。苎麻地下部分俗称“麻蔸”，包括根系和地下茎。通常情况下，麻蔸能够自我更新，可宿根种植10～20年，甚至可达100年之久［2］。然而，在生产上常出现苎麻种植3～5年后，发生烂蔸或者缺蔸的现象，表现为地上部植株矮小，叶色发黄，生长参差不齐，地下茎和根系腐烂，严重的甚至引起整株死亡而缺蔸，麻农称这种现象为“败蔸”。败蔸是苎麻老化或对逆境环境不适应而产生的一种衰老反应，不但影响苎麻的纤维产量，对纤维质量也有很大的影响［3］。一些研究者对苎麻败蔸发生的原因进行了初步分析，主要集中于栽培管理粗放、病虫为害严重、化肥和除草剂施用不当等方面，但研究尚未深入［4］。

苎麻在多年的生长过程中，必定会向周围土壤释放分泌物，这些物质同样也会在苎麻根际营养过程中起到重要的作用。加之苎麻的自身分泌物，茎、叶的淋溶物以及残体分解产物所产生的有毒物质经过长时间的积累，对自身生长也会产生一定的影响。植物种内的自毒作用存在较为广泛，如大豆、草莓、黄瓜等作物连作均会造成减产［5－7］。因此，分析苎麻根系分泌物的物质组成，对于探究苎麻败蔸机理具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用苎麻种植在湖南省浏阳市澄潭江镇苎麻高产创建与高效施肥研究与示范基地（北纬27°59′，东经113°46′），2015年为5龄麻。试验品种为“湘苎3号”、“多倍体1号”、“中苎1号”、“湘苎7号”和“R057”。于2015年8月取样，根际土壤的采集采用剥落法收集。首先选取生长正常的植株，整蔸取出，用手抖落较容易抖动下来的土壤，然后收集附着在根上0～4 mm内的土壤作为根际土［8］。将土壤样品在阴凉处风干，研磨过40目筛，备用。

1.2 根际土壤样品浸提液制备

分别称取20.00 g土壤样品各2份，置于具塞玻璃瓶中，分别加入乙酸乙酯和正己烷500 mL，30℃下振荡1 h，静止24 h，然后放入超声清洗器中超声提取60 min，抽滤，用真空旋转蒸发仪35℃下浓缩至10 mL。取2 mL浸提液，过0.45 m滤膜后，进行GC－MS分析［9］。

1.3 GC－MS分析条件［10－11］

气相色谱仪：岛津GC－MSQP2010型气相色谱质谱联用仪。色谱柱：Rtx－5ms（30 m×0.25 mm，0.25 m）；载气：氦气；流速：1.0 mL／min；进样口温度：250℃；程序升温：60℃保持3 min，以5℃／min升温到150℃，3℃／min升温到240℃，保持10 min；进样量：1 L，不分流。离子源温度：230℃；轰击电压：70 eV；溶剂延迟时间：2.5 min；质量扫描范围：40～500 amu；采集方式：SCAN扫描。质谱数据库：NIST质谱检索数据库。

对乙酸乙酯和正己烷浸提取物的总离子流图用面积归一化法计算各组分的相对含量（%），再对各成分的质谱图进行质谱谱库检索、人工图谱解析。

2 结果与分析

2.1 苎麻根际土壤乙酸乙酯浸提液的GC－MS分析

从GC－MS图谱（图1～图5）可见，不同苎麻品种根际土壤乙酸乙酯浸提液中所含物质有所差异。苎麻根际土壤乙酸乙酯浸提液中共分离鉴定了20种物质，它们是庚酸、正十一烷、2，6，11－三甲基十二烷、正十五烷、正十六烷、正十七烷、2－甲基二十烷、正十八烷、十八醛、植酮、3，5，5－三甲基环己烷水杨酸酯、棕榈酸、十六酸乙酯、二十一烷、十八酸乙酯、乙酸十八酯、油酸酰胺、正二十七烷、N－癸酰基吗啡啉和正三十一烷，主要包括烷烃类、酯类、酸类、酮类等（表1）。“湘苎3号”、“多倍体1号”、“中苎1号”、“湘苎7号”和“R057”根际土壤乙酸乙酯浸提液中物质相对含量分别为4.77%、3.94%、3.48%、3.86%和4.19%，共有的物质包括正十一烷、2，6，11－三甲基十二烷、正十七烷、2－甲基二十烷、棕榈酸、油酸酰胺和正三十一烷。不同时间出现相同物质系同种物质的同分异构体。

表1 苎麻根际土壤乙酸乙酯浸提液的GC－MS分析结果Tab.1 GC－MS analysis of the organic ingredients in ethyl acetate extracts of ramie rhizosphere soil

图1 湘苎3号根际土壤乙酸乙酯浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.1 GC－MS spectrum of the organic ingredients in ethyl acetate extracts of Xiangzhu－3 rhizosphere soil

图2 多倍体1号根际土壤乙酸乙酯浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.2 GC－MS spectrum of the organic ingredients in ethyl acetate extracts of Tri－1 rhizosphere soil

图3 中苎1号根际土壤乙酸乙酯浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.3 GC－MS spectrum of the organic ingredients in ethyl acetate extracts of Zhongzhu－1 rhizosphere soil

图4 湘苎7号根际土壤乙酸乙酯浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.4 GC－MS spectrum of the organic ingredients in ethyl acetate extracts of Xiangzhu－7 rhizosphere soil

图5 R057根际土壤乙酸乙酯浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.5 GC－MS spectrum of the organic ingredients in ethyl acetate extracts of R057 rhizosphere soil

2.2 苎麻根际土壤正己烷浸提液的GC－MS分析

不同苎麻品种根际土壤正己烷浸提液中所含物质如图6～图10所示。苎麻根际土壤正己烷浸提液中共分离鉴定了12种物质，它们是正十一烷、2，6，11－三甲基十二烷、2，6，10，14－四甲基十五烷、2，4－二酮十五烷、2－甲基二十烷、棕榈酸、正二十一烷、乙酸十八酯、1－二十二烯、正二十八烷、正二十七烷和正三十一烷，主要分为烷烃类、酯类、酸类、烯烃类等。“湘苎3号”、“多倍体1号”、“中苎1号”、“湘苎7号”和“R057”根际土壤正己烷浸提液中物质相对含量分别为6.93%、5.58%、5.54%、7.11%和6.29%，共有的物质主要有2，6，11－三甲基十二烷、2－甲基二十烷、正二十一烷、正二十七烷和正三十一烷。不同时间出现相同物质系同种物质的同分异构体。

表2 苎麻根际土壤正己烷浸提液的GC－MS分析结果Tab.2 GC－MS analysis of the organic ingredients in n－hexane extracts of ramie rhizosphere soil

湘苎3号多倍体1号中苎1号湘苎7号化合物名称化学式R057H保留时间相对含量（%）保留时间相对含量（%）保留时间相对含量（%）保留时间相对含量（%）保留时间相对含量（%）2，6，10，14－四甲基十五烷C19H4030.64＋33.40＋34.02 1.1430.63＋33.400.7733.410.5033.410.69－－2，4－二酮十五烷C15H28O236.250.3136.250.2836.260.3336.260.42－－2－甲基二十烷C21H4436.88＋41.24＋43.21＋43.57 1.67 36.88＋41.24＋43.21 1.09 36.89＋41.26＋43.59 1.0336.89＋41.261.0043.600.43棕榈酸C16H32O238.140.30－－38.170.30－－－－正二十一烷C21H4434.70＋38.58＋40.68＋42.06 1.36 40.68＋42.06＋44.27 1.11 40.70＋42.08＋44.29 1.23 42.08＋44.29＋44.77 1.55 42.09＋44.31＋44.79 1.47乙酸十八酯C20H40O2－－－－－－42.230.4442.250.44 1－二十二烯C22H46O－－－－－－－－44.140.45正二十八烷C28H58－－45.820.40－－45.840.5645.870.76正二十七烷C27H5647.04＋51.530.9345.54＋47.051.3145.56＋47.071.1647.071.02 46.51＋47.10＋47.17 1.58正三十一烷CH3（CH2）2948.500.4348.500.3448.530.3748.550.3748.570.37

图6 湘苎3号根际土壤正己烷浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.6 GC－MS spectrum of the organic ingredients in n－hexane extracts of Xiangzhu－3 rhizosphere soil

图7 多倍体1号根际土壤正己烷浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.7 GC－MS spectrum of the organic ingredients in n－hexane extracts of Tri－1 rhizosphere soil

图8 中苎1号根际土壤正己烷浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.8 GC－MS spectrum of the organic ingredients in n－hexane extracts of Zhongzhu－1 rhizosphere soil

图9 湘苎7号根际土壤正己烷浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.9 GC－MS spectrum of the organic ingredients in n－hexane extracts of Xiangzhu－7 rhizosphere soil

图10 R057根际土壤正己烷浸提液中有机成分GC－MS图谱Fig.10 GC－MS spectrum of the organic ingredients in n－hexane extracts of R057 rhizosphere soil

3 结论与讨论

植物根分泌的化学物质种类很多，常见的可以分为3大类：一类为大分子有机物，包括糖、蛋白质、酶和凝胶；第二类为小分子酸、酚和酮等；第三类为生长激素、黄酮和甾类等［12］，但其中具有化感作用或其他功能的物质种类是有限的［13］。若植物释放出来的化感物质对同茬或下茬同种或同科植物的生长产生抑制作用，则这种作用被称为自毒作用［14］。自毒作用已成为作物生产连作障碍的主要因子之一［15－18］。目前对苎麻化感自毒作用的研究相对较少，这将是苎麻败蔸机理研究中的一个重要方向。

在本试验中，从苎麻根际土壤乙酸乙酯和正己烷浸提液中所含物质主要包括烷烃类、酯类、酸类等，含量相对较高的有棕榈酸、油酸酰胺、2－甲基二十烷、正二十七烷等。其中，棕榈酸是典型的化感物质［19－20］。张文明等［21］研究指出，棕榈酸是引起马铃薯连作障碍的主要化感物质之一，其对马铃薯的生长具有显著的抑制作用。张海燕等［22］也研究表明，棕榈酸甲酯、棕榈酸乙酯是入侵植物小飞蓬的主要化感物质之一，其对剪股颖、莴苣种子萌发和幼苗生长具有显著的抑制作用。苎麻作为多年生作物，其根系分泌物对苎麻的自毒作用尚不清楚。因此，研究苎麻的化感自毒作用对探究苎麻败蔸机理具有一定的指导意义。

本试验采用乙酸乙酯和正己烷为浸提剂对苎麻根际土壤进行浸提，通过GC－MS对苎麻根际化合物种类进行了分析，初步获得了一些化合物。然而，受提取方法和分析方法的影响，获得的化合物种类有很大的差异。比较乙酸乙酯和正己烷作为浸提剂的提取效果，乙酸乙酯获得的物质种类较多，而正己烷作为浸提剂获得的物质的量较大。因此，在下一步研究中，将着重于提取方法和分析方法，旨在获得更多的、有研究意义的化感物质。

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GC－MS Analysis of Rhizosphere－Soil Extract of Ramie

BAI Yuchao1，2，YANG Ruifang1，LIU Nannan1，LI Xueling1，LI Lingling1，SHE Wei1，CUI Guoxian1，2*
（1.Ramie Research Institute of Hunan Agricultural University，Changsha，410128，China；2.Institute of Bast Fiber Crops，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Changsha，410205，China）

Rhizosphere soil extract was analyzed to acquire primary information about ramie root exudates in this paper.Ethyl acetate and n－hexane were used to extract rhizoshpere soil of Xiangzhu－3，Tri－1，Zhongzhu－1，Xiangzhu－7 and R057.The extract was filtrated and concentrated，then analyzed by GC－MS.The relative content of the organic ingredients in ethyl acetate extracts of Xiangzhu－3，Tri－1，Zhongzhu－1，Xiangzhu－7 and R057 was 4.77%，3.94%，3.48%，3.86%and 4.19%，and in n－hexane extracts was 6.93%，5.58%，5.54%，7.11%and 6.29%，respectively.About 20 peaks were observed and identified from ethyl acetate and 12 from n－hexane extracts，which consisted of hydrocarbon，ester，organic acid，and so on.The comparatively higher proportions with relative components were palmitic acid，oleamide，2－methyleicosane，heptacosane，and so on.The palmitic acid wasa kind of allelochemical，and its impact on ramie growth and action mechanism needs to be further studied.

ramie；rhizosphere soil；GC－MS