全 文 ：生态环境 2007, 16(3): 954-957 http://www.jeesci.com
Ecology and Environment E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：河南省教育厅科技攻关项目（200510466021）
作者简介：胡元森（1976－），男，讲师，博士，研究方向为土壤微生物。Tel: +86-371-67789926；E-mail: hys308@126.com
收稿日期：2006-12-08
黄瓜根分泌物中化感物质的鉴定及其化感效应
胡元森 1, 2，李翠香 1，杜国营 2，刘亚峰 2，贾新成 2
1. 河南工业大学生物工程学院, 河南 郑州 450052；2. 河南农业大学生命科学学院, 河南 郑州 450002

摘要：作物生长过程中能从根系分泌释放出化感物质，此类物质被认为是引起连作障碍的重要因子。为进一步明确黄瓜
（Cucumis sativus L.）根分泌物中化感物质与其连作障碍间的关系，采用 GC-MS分析法，鉴定了 XAD-4吸附树脂收集黄瓜
水培液所获得根分泌物化感物质的种类，并考察了根分泌物对黄瓜种子胚根伸长及鉴定出的酚酸类化感物质对黄瓜枯萎病菌
菌丝生长的影响。结果表明：黄瓜根分泌物中化感物质主要有苯甲酸、对羟基苯甲酸，香草酸，阿魏酸，苯丙酸等苯甲酸的
衍生物。根系分泌物酸性、中碱性组分对黄瓜胚根伸长都有抑制作用，其中酸性组分抑制作用更加明显。42 h内，质量浓度
低于 50 mg·L-1时，酚酸对枯萎病菌菌丝生长有刺激作用，而高于 50 mg·L-1时，对菌丝生长有抑制作用。随处理时间延长，
枯萎病菌对酚酸物质的耐受性增强，对高质量浓度酚酸的生长抑制作用表现不明显。本研究为从根际微生态角度揭示连作障
碍机理积累了重要数据。
关键词：黄瓜；根分泌物；GC-MS；胚根；黄瓜枯萎病菌
中图分类号：S625.5 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）03-0954-04
连作障碍已成为制约一些地区蔬菜生产可持
续发展的重要因素，它的发生不仅同土壤传染性病
害和土壤理化性状变劣有关，也同根系分泌物和残
茬分解物等引起的自毒作用有关[1-3]。黄瓜是温室种
植面积最大且不耐连作的蔬菜品种之一，其连作常
导致生长变差，品质下降，枯萎病、根结线虫病严
重发生等现象[4]。许多研究表明，根分泌物中酚酸
类化感物质能够通过多种途径对黄瓜植物产生不
利影响，并被认为是黄瓜根分泌物中的主要化感因
子[5-7]。但这一结论常常被质疑，原因是几乎所有的
作物都能从根系分泌这些酚酸[8-10]。此外，尽管病
害严重是许多作者在研究连作障碍时描述的一个
现象，但造成这一现象的原因、这一现象与根分泌
物化感物质间的关系却鲜见报道。本文分离鉴定了
水培42 d的黄瓜幼苗根分泌物中主要化感物质，并
对分泌物抑制黄瓜种子萌发与胚根伸长及鉴定出
的化感物质对枯萎病菌生长进行了测试，旨在为黄
瓜连作障碍成因研究提供证据。
1 材料与方法
1.1 黄瓜品种及病原菌菌株
供试黄瓜（Cucumis sativus L.）品种为津绿。
黄瓜枯萎病菌（Fusarium oxysporum）由南京农业
大学园艺学院曹清河博士惠赠，具有侵染能力。
1.2 实验方法
1.2.1 黄瓜培养条件
蛭石育苗及黄瓜水培采用营养液配方参照文
献[7]的方法。将消毒过的黄瓜种子放在铺有滤纸的
培养皿内，加水使滤纸浸透，于30 ℃温箱催芽。看
到芽尖后，将种子播于营养液浸透的蛭石中，室外
培养。待第二片真叶展平时，取出生长均一的幼苗，
用去离子水轻轻洗去蛭石，定植在两个盛上述营养
液的培养器中。每培养器定苗8株。每7 d换一次营
养液，黄瓜连续培养6周。采用自动通气泵通气，
培养温度夜25 ℃，昼35 ℃。用日光灯照明，光照
强度约4 000 Lex。黄瓜生长期，定时补充水分，调
整培养液pH值。
1.2.2 树脂预处理
购置树脂（XAD-4型，Sigma公司）先用去离
子水冲洗多次后，避光保存于甲醇中备用。树脂装
柱(16 mm×400 mm)高度约250 mm后，用去离子水
洗去残存的甲醇 (用水量不少于500 mL)，然后用
0.25% NaOH冲洗约3 h，再用5倍柱床体积的去离子
水冲洗，最后用0.25% HCl冲洗30 min。
1.2.3 根分泌物的提取及纯化
将黄瓜培养残液过XAD-4树脂柱 (流速约5
mL·min-1)，然后用10倍柱床体积的去离子水洗约2 h
以除去柱中的营养液成分。再用200 mL甲醇洗脱根
分泌物，收集甲醇洗脱液，用冷冻干燥机除去甲醇，
加超纯水30 mL溶解干燥后的根分泌物。用0.1
mol·L-1 HCl调pH至2.0，用乙醚萃取3次后弃水相(得
酸性组分)。将水相用NaOH调pH至8.0，同样用乙醚
萃取三次(得中、碱性组分)，弃水相。将酸性组分，
中碱性组分中乙醚蒸发掉，加少量甲醇溶解后，加
去离子水定容至5 mL，一部分用于生物检测，一部
胡元森等：黄瓜根分泌物中化感物质的鉴定及其化感效应 955
分用于GC-MS分析。
1.2.4 根系分泌物的硅烷化
将上述酸性、中碱性组分分别进行冷冻干燥，
在冻干的样品中加入0.25 mL硅烷化试剂(BSTFA:
吡啶=5:1)，加盖密封后于80 ℃水浴中衍生2 h。
1.2.5 根分泌物的GC-MS鉴定
硅烷化后的各组分根分泌物于河南省科学院分
析测试中心质谱室采用17A/QP-5000 GC/MS测定。
采用电子轰击源，轰击电压70 eV，扫描范围M/Z30
工协作-450AMU，扫描速度0.4 s扫全程，离子源温
度250 ℃。毛细管柱：SE54（30 m×0.25 mm×0.25
mm），进样口温度280 ℃，柱温120 ℃（3 min），
以15 ℃·min-1程序升温至250 ℃（保持3 min）。载气
为He，流量l mL·min-1，进样量为1 µL。人工分析并
与标准图谱核对，确定各组分物质结构及名称。
1.2.6 酸性、中碱性组分收集液对黄瓜种子胚根伸
长影响
分别取 0.1、0.2、0.4和 0.8 mL酸性、中碱性
组分根分泌物。事先将直径 9 cm 滤纸片用无菌水
浸透，并置于培养皿上，将上述根分泌物加入到培
养皿中，摇匀。每个培养皿放 10 粒黄瓜种子于滤
纸片上，25 ℃暗条件下培养，60 h后测定胚根长度。
实验重复进行 3次，以 3次测定胚根长度的平均值
作为指标，评估酸性、中碱性组分收集液对黄瓜种
子胚根伸长影响。
1.2.7 根分泌物中酚酸物质对枯萎病菌菌丝生长
影响
将三种酚酸分别添加到PDA培养基中，使之质
量浓度分别达到0.01、0.025、0.05、0.1和0.15 mg·L-1。
预先用PDA培养基培养黄瓜枯萎病菌，待菌落直径
约5 cm时，用打孔器(直径为0.5 cm)取菌落边缘取长
势一致的菌丝，接入到添加不同量酚酸的PDA培养
基中。26 ℃培养42 h和64 h后测定菌落直径大小。
每个处理三个重复，以不加酚酸的处理作为对照（5
个重复）。
2 结果
2.1 根分泌物中主要物质的GC-MS分析
根分泌物酸性组分、中碱性组分的气相色谱图
见图 1，图 2。从图中可知，在根分泌物酸性组分
中检测出苯甲酸、苯丙酸、对羟基苯甲酸、香草酸、
阿魏酸、丁二酸、2.4-已二烯二酸及三种烷酸等物
质，其中前五种都是已被发现存在于多数植物根分
泌物中的化感物质[10-11]。丁二酸是三羧酸循环中的
一种机酸，不是化感物质。2.4-已二烯二酸也未发
现具有化感效应。4-羟基-噻吩并[3.2.C]吡啶可能是
一种潜在的化感物质，但目前没有其标准品，其化
感活性有待于验证。在中碱性组分中检测出丙三
醇、脯氨酸、及二种甲基脂类物质，这也似乎并不
是根分泌物中的化感物质。在酸性组分中，未发现
与已报道的非酚酸类化感物质相似的成分。
2.2 酸性、中碱性组分收集液对黄瓜种子胚根
伸长影响
上述酸性、中碱性组分收集液对黄瓜种子胚根
伸长的影响见表1，从表中可以看出，从分泌物中











图 1 根分泌物酸性组分气相色谱图
Fig. 1 Gas-chromatograph pattern of acid componet of cucumber root exudates.
1. 磷酸；2. 苯甲酸；3. 2,4-已二烯二酸；4. 苯丙酸；5. 对羟基苯甲酸；7. 丁二酸；
8. 十四碳酸；10. 香草酸；16. 十六碳酸；17. 十八碳酸；18. 阿魏酸











图 2 根分泌物中碱性组分气相色谱图
Fig. 2 Gas-chromatograph pattern of alkaline mixtures
of cucumber root exudates.
1. 磷酸; 2. 丙三醇; 3. 苯甲酸苯甲酯; 4. 脯氨酸;
6. 十六烷酸甲基脂; 8. 4-羟基-噻吩并[3,2,C]吡啶

956 生态环境 第 16卷第 3期（2007年 5月）
萃取得到的酸性组分和中碱性组分对黄瓜胚根生
长均具抑制作用，其抑制效果随其收集液添加量的
增加而增强。与中碱性组分相比，酸性组分的抑制
活性更加明显。
2.3 根分泌物中酚酸物质对枯萎病菌菌丝生长的
影响
几种酚酸物质对黄瓜枯萎病菌菌丝生长影响
见表 2。从表中可见，培养 42 h后，苯甲酸、对羟
基苯甲酸、香草酸、苯丙酸质量浓度在 50 mg·L-1
及以下时，对枯萎病菌菌丝生长都具有促进作用，
其中，苯甲酸、对羟基苯甲酸在 25 mg·L-1时刺激作
用显著。而这几种酚酸在高于 50 mg·L-1时对病菌菌
丝生长表现出抑制作用，150 mg·L-1的苯甲酸及 100
mg·L-1和 150 mg·L-1的苯丙酸对菌丝生长抑制极显
著。值得注意的是，阿魏酸在 10 mg·L-1和 25 mg·L-1
时均表现出显著的菌丝生长刺激作用，在质量浓度
高达 100 mg·L-1时这种刺激作用仍然存在，但在 150
mg·L-1时又表现出显著的抑制作用。
64 h 后菌丝生长似乎对高浓度酚酸的抑制作用
具有耐受性。几种酚酸处理后，黄瓜枯萎病菌菌丝生
长更多地表现出刺激生长作用。如高浓度对羟基苯甲
酸处理 42 h后，菌丝生长受到抑制，但在 64 h后，
菌丝生长又表现出微弱的刺激作用。而在 42 h表现
出显著抑制作用的 150 mg·L-1 的苯甲酸、阿魏酸和
100 mg·L-1的苯丙酸，在 64 h后抑制作用也有减弱。
3 讨论
本文研究表明，酸性组分能显著抑制黄瓜胚根
伸长，而中碱性组分抑制能力随添加量增加而变化
不大，这说明起化感抑制作用的物质主要存在于酸
性组分中，化学鉴定进一步证实了这一观点。在酸
性组分中检测到苯甲酸，对羟基苯甲酸，香草酸，
苯丙酸，阿魏酸等苯甲酸的衍生物，这些化合物已
被证明在黄瓜根系分泌物中存在，并对黄瓜生长起
自毒作用[12]。虽然中碱性组分也表现出一定的抑制
作用，但在随后的化学鉴定中未检测到与已报道化
感作用物质相同的成分，这可能是实验中根系分泌
物收集量过少所致。在中碱性组分中，稠杂环化合
物4-羟基-噻吩并[3,2,C]吡啶有可能是潜在的化感
物质，但目前仍没有此标准品生产，其化感活性还
无法验证。在质谱检测时，峰值较大的都是一些脂
肪酸，脂类物质，峰值较低的才可能是要分析的根
分泌物中的化感物质。因此，上述报告的化感物质
只是根分泌物中的一部分，可能还有一些分泌量较
少，但毒性较强的化感物质没有被检测出来。
值得一提的是，除根系分泌物以外，黄瓜植株
淋溶物、残茬分解物乃至自身挥发物也有可能导致
产生自毒作用物质。但在大田复杂条件下，这些化
感作用物质在何种程度上影响黄瓜生长还有待于
研究。
本文研究表明，低质量浓度的酚酸对黄瓜根部
枯萎病菌菌丝生长有刺激作用，吴凤芝等用连作土
壤浸出液及土培黄瓜根系分泌物也得出相似结果
[12]。此外，研究表明酚酸物质对黄瓜幼苗根表皮细
胞细胞膜造成损伤[13]，影响根部对养分的吸收[5]，
抑制作物种子萌发及幼苗生长[9,14]等，可见，根分
泌物中酚酸物质对黄瓜连作病害发生有双重作用，
一方面它使植株本身受到伤害，使其生长势变弱，
抗逆性下降。另一方面，它直接刺激病原菌的生长，
使作物连作以最直观的表象——土传病害增加的
形式表现出来。
表 1 根分泌物收集液中酸性、中碱性组分
不同添加量对黄瓜种子胚根伸长影响
Table 1 Effect of acid, neutral and alkaline fraction of
cucumber exudates on the elongation of radicle
胚根长/mm 添加量/mL 对照 酸性组分 中碱性组分
0.1 48.3 51.9
0.2 47.8 57.0
0.4 45.0 42.2
0.8
50.5
35.6 45.6

表 2 酚酸物质对黄瓜枯萎病菌菌丝生长影响
Table 2 The effect of phenolic compounds on
hypha growth of cucumber wilt
枯萎病菌菌落平均直径/mm 酚酸种类 ρ(酚酸)/(mg·L-1)
42 h 64 h
对照 0 23.75 31.5
10 25.6* 36.5**
25 25.8* 35.5*
50 25.57* 34.03
100 23.33 32.5
对羟基苯甲酸

150 23.27 32.27
10 25.13 35.47*
25 25 35.27*
50 24.83 35.33*
100 23.33 33.47
香草酸

150 22.67 33.33
10 26** 34.57
25 26.1** 33.97
50 25.5 32.67
100 24.57 33.5
阿魏酸

150 21.33* 31.07
10 24.43 34
25 25.67* 34.2
50 24.33 32.03
100 23.77 30.1
苯甲酸

150 20.33** 29.17
10 25.97* 36.6**
25 25.43 36.17**
50 24.87 33.83
100 17.97** 29.33
苯丙酸

150 17.7** 27.67*
注：运用统计软件 SPSS(V10.0) Dunnett 法进行方差分析，*P＜
0.05，**P＜0.01
胡元森等：黄瓜根分泌物中化感物质的鉴定及其化感效应 957
4 结论
（1）GC-MS鉴定黄瓜根分泌物中主要化感物质
有苯甲酸、对羟基苯甲酸，香草酸，阿魏酸，苯丙
酸等苯甲酸的衍生物。
（2）收集得到的黄瓜根系分泌物中酸性、中碱
性组分对黄瓜种子胚根伸长有抑制作用，其中酸性
组分抑制作用更加明显。
（3）质量浓度低于 50 mg·L-1时，香草酸、苯甲
酸等酚酸对枯萎病菌菌丝生长有刺激作用，而高于
50 mg·L-1时，对菌丝生长有抑制作用。随处理时间
延长，枯萎病菌对酚酸物质的耐受性增强。

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Identification of allelochemicals in cucumber root exudates
and its allelopathy to radicle and Fusarium oxysporum

HU Yuansen1, 2, LI Cuixiang1, DU Guoyin2, LIU Yafeng2, JIA Xincheng2
1. College of Bioengineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China;
2. College of Life Science, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China

Abstract: Allelochemicals, secreting or releasing from root in course of crop growth, were generally regarded as an important factor
inducing continuous cropping obstacles. To gain insight into the nature of allelochemicals and root disease incidence, the aqueous
exudates collected by XAD-4 resin was identified by GC-MS technique, whereafter the effect of root exudates on cucumber radicle
as well as phenolic compounds on F. oxysporum growth was investigated. Results revealed that the main components of root
exudates were identified as benzoic acid and its ramification such as vallinic acid, ferulic acid, benzene-propanoic acid and
p-hydroxybenzoic acid. Additionally, some long chain fatty acid including hexadecanoic acid, octadecanoic acid, butanedioic acid,
tetradecanoic acid were also detected. The acid, neutral and alkaline components of collected exudates showed a certain restrain
effect on cucumber radicle elongation, but the restrain effect of acid component was more apparent. Within 42 hours, F. oxysporum
growth was stimulated under low concentration of 50 mg·L-1, and restrained when higher than 50 mg·L-1. After 64 hours, however,
the tolerant ability to phenolic compounds enhanced and the repress effect was not so evident. Our work contributed much to the
mechanism of continuous cucumber cropping in the view of rihzosphere microecology.
Key words: cucumber (Cucumis sativus L); root exudates; GC-MS; radicle; cucumber wilt