巨桉根系和根系土壤化感物质的研究.doc

巨桉根系和根系土壤化感物质的研究2006年5月第29卷第3期四川师范大学(自然科学版)JournalofSiehuanNormalUniversity(NaturalScience)May,2006V01.29.No.3巨桉根系和根系土壤化感物质的研究王晗光,张健,杨婉身,黄乾明,邹平(1.四川农业大学生命理学院,四川雅安625014;2.四川农业大学林园院,四川雅安625014)摘要:研究了以正己烷作溶剂,用超声浸提巨桉根系及其根系土壤,并用GCMS检测其成分.用该法鉴定出根系含有烷烃,烯烃,芳香烃,醇,醛,酮,蒽醌,芳香酸酯,含N的萘杂环等9类29种有机成分;根系土壤含有烷烃,烯烃,芳香烃,醇,芳香酸酯,烯酸酯,内酯,氰等8类22种有机成分.证明了根系及其土壤中存在化感物质,表明了化感作用研究有一定的价值;根系和根系土壤中有17个相同化学成分,可推测土壤的这些化感成分可能来自巨桉的根系分泌物,但其作用机理有待进一步研究.关键词:巨桉;根系;根系土壤;化感物质;GCMS中图分类号:O621.4;Q946;$792.39文献标识码:A文章编号:1001.8395(2006)03-0368-040引言巨桉是桃金娘科桉树属常绿大乔木,原产澳大利亚东部沿海,在世界热带和亚热带地区,巨桉广泛用于人工造林,是当今世界栽培面积最大的一种桉树,全世界巨桉人工林面积现有200多万hm,其中巴西100多万hm,南非30多万hm.南非早在1885年前就引种巨桉,19世纪90年代和20世纪20年代,安哥拉,津巴布韦,东非,印度的喀拉拉邦,巴西,阿根廷和乌拉圭等国已栽培大面积的巨桉人工林.我国引种巨桉始于最近十几年,主要栽种于浙江,福建,广东,广西,海南,云南等省.近几年来,已建有一定规模工业用材林基地.四川省于1986年开始将巨桉引种到丰都,富顺国营林场,表现了良好的适应性和经济性状,1992年开始在盆地推广,现已营建巨桉示范推广林2900hm,成为四川桉树的主要栽培种,目前主要分布在川中,川南,川东南,川西南边缘一带.巨桉适应性强,生长迅速,树干通直,萌生力强,木材富含纤维,是优良的速生用材树种,防护林树种,绿化观赏树种和蜜源植物,是商品林和退耕还林中推荐树种,其木材可用于矿柱,建筑,纸浆等.桉树的大量种植,带来显着经济效益的同时,也带来了一系列的土壤退化,生物多样性减弱等生态环境问题.越来越多研究结果证明,桉树除具有较强的水,肥竞争力外,更重要的因素是桉树具有较强的化感作用.桉树会释放某些化学物质以抑制林内其它植物的生长,从而导致林内群落结构简单,林下灌木和草本植物稀少,引起较为严重的水土流失J.近些年,国内外对若干桉树品种的化感作用已经做过一些初步研究,但作用机理研究几乎没有,桉树化感物质的研究更是凤毛麟角,而化感物质成分分析是桉树化感作用机理研究的前提.据报道四川某些巨桉林下物种较为丰富,草本层物种多样性增高,但乔木层物种多样性减低.本文试图以四川巨桉根系及其土壤化感物质分析为基础,为巨桉化感作用的研究提供有机化学依据,为解决巨桉人工林的生态问题提供化学思路.1材料与方法1.1供试材料仪器:微型植物试样粉碎机铭牌(型号FZ102),旋转浓缩仪(BuchiR一200),超声波清洗机(SB一5200),0.45I,xm微孔滤膜,GCMs(Agilent6890N),具塞锥形瓶,具塞试管.试剂:双蒸水,正己烷(AR).材料:巨桉树根,树根周围土壤,均来自四川省成都市蒲江石象湖村标准地的巨桉林.1.2提取方法将巨桉树根,土壤自然风干,树根粉碎至40目,土壤研磨至30目.40目树根,30目的根系土壤各l0g于具塞锥形瓶,加正己烷淹没样品,超声浸提20min,过0.45I.Lm微孔滤膜,30旋转浓缩至2mL,作GCMS检测.收稿日j朝:200507一O1基金项目:国家十五科技攻关项目四川盆地低山丘陵水土流失综合治理技术与示范(2001BA606A-06)基金资助项目作者简介:王晗光(1970.),女,讲师第3期王晗光等:巨桉根系和根系土壤化感物质的研究3691.3GCMS分析系统气相色谱仪:Agilent6890N;质量选择检测器:AgilentTechnologies5973;分析软件:AgilentChemstation;色谱柱:30mx0.251Tl/nx0.25uJnHP一5MS;进样口:不分流;进样体积:1;箱温度程序:9oooC(1min),以100(1rain)升温至240;载气流速:1.0mL?min(He);离子源:EI;温度:接口250,离子源230;电极电压:1000V;四极杆温度:150c【=.2结果与分析2.1根系及其根系土壤的有机物类别和成分将检测结果按照有机物基本类别归纳如表1,表1中相对含量/%指各组分在GCMS分析中出峰面积占总峰面积的比例/%.表1巨桉根系及其根系土壤浸提液GC/MS分析结果Table1GC/MSanalysisresultofextractinrootsystemandrootsystemsoilofeucalyptusgrandis370四川师范大学(自然科学版)29卷从表1可知,巨桉根系鉴定出29种有机分子,属于烷烃,烯烃,芳香烃,醇,醛,酮,蒽醌,芳香酸酯,含N的萘杂环等9类,其中有19种含苯环的化合物.29种成分中相对含量最高的成分是邻苯二甲酸丁基(一2一乙基)己基酯(27.40%),较高的成分是9一辛基二十碳烷,三十六碳烷,1一甲基.7一异丙基菲,脱氢松香酸甲酯,最低的成分是芴(0.17%).根系土壤鉴定出22种有机分子,属于烷烃,烯烃,芳香烃,醇,芳香酸酯,烯酸酯,内酯(二氢吡喃异香豆素),氰等8类,其中有14种含苯环的化合物.22种成分中相对含量最高的成分是邻苯二甲酸丁基(一2一乙基)己基酯(21.17%),较高的成分是9一辛基二十碳烷,1一甲基一7一异丙基菲,2一甲基十六醇,脱氢松香酸甲酯,含量最低是芴(O.21%).用柱状图(图1)表示它们的化感类别相对总量.从图1可知,巨桉根系和土壤化学成分的有机类别,其相对总量较高的都是芳香酸酯,烷烃,芳香烃,而且根系的前两类相对总量大于土壤,芳香烃相对总量基本相等.3530缸25韶20151OOI根系口根系Iln一1感种类壤化感种类1一烷烃,2一烯烃,3一芳香烃,4一醇,5一醛,6一酮,7一醌,8一芳香酸酯,9一丙烯酸酯,】0一内酯(二氢异香豆素),11一氰类,一含N的萘杂环图1根系与根系土壤化感类群比较Fig.1thecomparesofailelopathiccategoriesofrootsystemandrootsystemsoil从表1中还可知,根系及根系土壤有17种有机分子是相同的,即二十四碳烷,二十七碳烷,9一辛基二十碳烷,1,1一二苯基一Z一1,3一戊二烯,芴,菲,3,6一二甲基菲,4b,8一二甲基一2一异丙基4b,5,6,7,8,9,10一八氢菲,1一甲基.7一异丙基菲,8一异丙基一1,3二甲基菲,荧蒽,芘,2一苯基萘,2一甲基十六醇,邻苯二甲酸二丁基酯,邻苯二甲酸丁基(一2一乙基己基)酯,脱氢松香酸甲酯.巨桉根系有非常大的表面积,可以通过根系吸收水分和营养,同时大量物质也从土壤中通过根进人植物体内,植物体内也可以将大量的物质从根部分泌到土壤中,可见土壤中的这17种成分可能是根系分泌出来的,表明根系和土壤环境是化学物质传递信息和发生有机反应的运输通道.陈秋波等已有研究报道,海南的刚果12号桉树的根际含有烷,烯,醇,酚,醛,酮,酸,酯,芳香族,胺和含氧杂环等ll类有机物,共61种组分;林下土壤含有烷,烯,醇,酚,酮,酸,酯和芳香族化合物等8类有机物,共75个组分,它们被认为是化感物质的化合物,揭示了刚果12号桉的存在化感作用的物质基础.从两种桉树的分析结果可知,刚果12号和巨桉树根及土壤有机类别差不多,其中两种桉树的树根都有3种相同的化学成分,即二十七烷,2一甲基十六醇和芴,两种桉树土壤都有二十四烷,二十七烷这两种成分,主要不同之处是取样范围内巨桉树根含有29种组分,土壤含有22种组分;巨桉树根及土壤含有芳香族的多种菲和芳香酸酯,刚果12号桉树根及土壤没有菲,酯主要是脂肪酸酯;刚果12号桉树根及土壤检测到桉叶油醇,巨桉可能含量低,没检测到;刚果12号桉树根及根际土壤中化感物质有16种是相同的,即十八酸酯,1(1,1一二甲基乙基)一2一甲基一1,3一丙二酰基.2一甲基丙酸酯,2一辛基苯酸酯,2一甲基十六醇,桉叶油醇,3一甲基二十一烷,十二烷,十九烷,二十一烷,二十七烷,甲基萘,联苯,蒽,芴,氧芴和杜松烯,可能是根系分泌出来的.可见不同桉树的化感物质的有机类别虽然差不多,但具体组分差异较大,说明不同桉树树种的化感作用表现形式不一样,巨桉的化感值得去研究.2.2巨桉根系及其土壤存在化感作用的研究基础根据E.L.Rice化感物质分类标准分析表1中的化学成分,可知它们都是常见的化感物质.化感物质由于化学结构不一样,释放形式又取决其化学性质,在光,温度,土壤等化学因子的影响下,存在复杂的化学反应关系,对植物表示出相生或相克的化感作用.文16中提到烷烃是生物体分泌的传递信息的化学物质;有苯环的化合物具有一定毒性的刺激性气味的致癌性物质.在文17中提到:李绍文研究了植物毒性很强的胡桃醌(萘醌)能抑制其它植物对钾,钙等营养物质的吸收,杀死树下植物的化感作用,研究了对羟基苯甲酸类物质刺激吲哚乙酸氧化酶的活性能阻止吲哚乙酸,赤霉素等诱导的幼苗生长;袁光林等研究了不同浓度化感物质4一叔丁基苯甲酸对小麦幼苗对氮吸收的影响;F.A.Macias研究了吡喃香豆素抑制莴苣种子的萌发.文13中提到许多含氧原子特定结构的化感分子,尤其是环状分子,最普遍的是,fl_不饱和酸,酮和酯以及环氧结构的分子,抑制幼苗的生长;氰苷对植物生长和真菌的抑制作用,同时可以水解释放剧毒的氢氰酸对植食性动物有毒性;含氨物质一般第3期王晗光等:巨桉根系和根系土壤化感物质的研究37l和许多化感物质共同选择性抑制杂草生长.可推知巨桉的根系或土壤中烷烃,蒽醌,虎尔草素,苯甲酸酯类,芳香烃,氰,含N的萘杂环等存在一定程度的化感作用;表明巨桉的化感作用存在化学物质研究基础.3结语通过以上分析,证明巨桉根系和根系土壤存在化感物质,主要是芳香族和烷烃,这些化感物质可能具有抑制种子萌发,幼苗生长,杂草生长和对草食性动物危害等化感作用.分析可知巨桉根系和根系土壤中有17种成分是相同的,土壤中的化感物质可能是根系分泌出来的,对进一步量化研究巨桉根系分泌物的化感成分及其化感作用提供了依据.以上研究为进一步营造合理的巨桉混交林,维护其林业的化学生态平衡提供了可靠的理论依据.参考文献1陈小红,胡庭兴,李贤伟,等.四川省巨桉生长状况调查与发展前景分析J.四川林业科技,2000,21(4):23-26.2祁述雄.中国桉树M.2版.北京:中国林业出版社,2002.3陈秋波.桉树人工林物种多样性研究进展J.热带作物,2001,22(4):82-90.4刘小香,谢龙莲,陈秋波,等.桉树化感作用研究进展J.热带农业科学,2004,24(2):5461.5陈秋波,彭黎旭,贺利民,等.刚果12号桉树根及根际土壤中化感物质的成分分析J.热带农业科学,2002,22(4):28-34.6曹潘荣,骆世明.柠檬桉的他感作用研究J.华南农业大学,1996,17(2):7-11.7赵绍文,王凌晖,蒋欢军,等.巨尾桉枝叶水浸提液对3种作物种子萌发的影nJIJ.广西科学院,2OO0,16(1):117.8廖建良,宋冠华,曾令达,等.巨尾桉叶片水提液对小麦幼苗生长的影响J.惠州大学:自然科学版,2OO0,20(4):50-52.9曾任森,李蓬为.窿缘桉和尾叶桉的化感作用研究J.华南农业大学,1997,18(1):6-9.10陈礼清,张健.巨桉人工林物种多样性研究(I)一物种多样性特征J.四川农业大学,2003,21(4):308312.11戴子浠.有机物国际命名M.北京:中国石化出版社,2004.12科学出版社名词室.英汉化学化工词汇M.4版.北京:科学出版社,2004.13孔垂化,胡飞.植物化感(相生相克)作用及其应用M.北京:中国农业出版社,2001.14RiceEL.AllelopathyM.2nd.Orlando:AcademicPress,1984.15MandaveNB.TheChemistryofAllelopathyM.WashingtonDC:AmerChemSoc,1985.16夏百根,黄乾明.有机化学M.北京:中国农业出版社,2002.17谭仁祥.植物成分功能M.北京:科学出版社,2003.AResearchontheAllelopathicSubstancesinRootSystemandRootSystemSoilofEucalyptusGrandisWANGHan.guang,ZHANGJian,YANGWan.shen,HUANGQian.ming,ZOUPing(1.ScienceandScienceCollege,SichuanAgriculturalUniversity,Yaan625014,Slehuan;2.andHorticultureCollege,SichuanAgriculturalUnivers,Yaan625014,Sichuan)Abstract:RootsystemandrootsystemsoilofEucalyptusgrandishavebeenultrasonicallyextractedwithhexane,andidentifiedwithgaschromatographmassspectrometer.Theanalysisresultsareasfollows:rootsystemcontains29organiccompoundsof9differentcategories,includingalkanes,alkene