全 文 ：日本曲霉产生的黑麦酮酸 F对玉米的化感作用 3
曾任森 3 3 　骆世明　施月红
(华南农业大学热带亚热带生态研究所 ,广州 510642)
【摘要】　日本曲霉 ( Aspergillus japonicus)是土壤和谷物种子表面的一种常见真菌. 研究结果表明 ,日本曲
霉所产生的大量黑麦酮酸 F(SAF)对玉米 ( Zea m ays) 有很强的化感作用 ,低浓度显著促进玉米幼苗生长 ,
高浓度则抑制. 在 0. 0375 mmol·L - 1 SAF 下 ,玉米幼苗根长增长 31. 7 % ,根数量增加 13. 2 % ,根活力提高
4. 73 倍 ,并促进玉米对 P、K、Ca、Mg、S等 5 种营养元素的吸收. 高浓度 SAF(0. 3 mmol·L - 1)下玉米根活力
受抑制 (72. 1 %) ,根对 N、P、K、Ca、Mg、Fe 等营养元素的吸收也受抑制. 0. 6 mmol·L - 1的 SAF 下根完全失
去活力. 电镜观察表明 ,有 SAF 的情况下玉米叶绿体片层结构模糊、混乱 ,双层膜不完整.
关键词 　黑麦酮酸 F 　日本曲霉 　化感作用 　玉米
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 01 - 0145 - 04 　中图分类号 　Q948. 1 　文献标识码 　A
Allelopathic effects of secalonic acid F produced by Aspergillus japonicus on Zea mays . ZEN G Rensen , LUO
Shiming , SHI Yuehong( Institute of Tropical and S ubt ropical Ecology , South China A gricultural U niversity ,
Guangz hou 510642 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (1) :145～148.
Aspergillus japonicus Saito is a common soil2borne fungus , and exists on the surface of some cereal crop seeds.
Secalonic acid F ( SAF) is the main allelochemical from the fungus. Bioassays showed that SAF significantly
stimulated the seedling growth of corn ( Zea m ays L . ) at a concentration of 0. 0375 mmol·L - 1 . The root
length , root numbers and root oxidation activities increased by 31. 7 % , 13. 2 % , and 373 % , respectively.
Secalonic acid F also increased the nutrient absorption of P , K , Ca , Mg , and S at the same concentration. How2
ever , SAF inhibited the seedling growth of corn at concentrations of 0. 3 mmol·L - 1 and 0. 6 mmol·L - 1 . The
root length , root dry weight , and shoot length were inhibited by 27. 7 % , 39. 1 % and 35. 8 % by 0. 3 mmol·
L - 1 of SAF , and root activities were inhibited by 72. 1 % and 100 % by 0. 3 mmol·L - 1 and 0. 6 mmol·L - 1 of
SAF , respectively. The nutrient absorption of N , P , K , Ca , Mg and Fe was reduced when the corn seedlings
were treated with 0. 3 mmol·L - 1 SAF. Transmission electron microscope observations showed that the corn
treated with 0. 3 mmol·L - 1 of SAF had a swelling and disorderly arrangement chloroplast , and the stratiform
structure of chloroplast became unconspicuous.
Key words 　Secalonic acid F , Aspergillus japonicus ,Allelopathy , Zea m ays.3 国家自然科学基金 (30270230) 、广东省自然科学基金 (990682) 、广
东省科技计划项目 (2002C20506) 和中国科学院昆明植物研究所植
物化学重点实验室基金资助项目.3 3 通讯联系人.
2003 - 01 - 21 收稿 ,2003 - 07 - 02 接受.
1 　引 　　言
土壤中的真菌可能产生化感物质影响植物的生
长[3 ,5 ,6 ] . 曲霉属 ( Aspergill us) 是自然界分布最广的
腐生菌类之一. 日本曲霉 ( A . japonicus) 为热带亚
热带地区普遍的土壤真菌[12 ,20 ] ,也存在于霉腐物和
贮存的禾谷类作物种子表面[16 ] . 已有研究证实 ,此
菌所产生的黑麦酮酸 F ( secalonic acid F , 简称
SAF) [21 ]对油菜、萝卜等具有很强的化感作用. 黑麦
酮酸是一类真菌色素 ,是一组氧杂蒽酮二聚物的同
分异构体 ,分子量为638. 1635 ,分子式为 C32 H30O14 .
最早从紫瘢麦角菌 ( Claviceps purpurea) 中提取到
黑麦酮酸 A、B、C[1 ] ,后来人们又从草酸青霉 ( Peni2
cilli u mox alicum )中得到黑麦酮酸 D[15 ] , 从棘孢曲
霉 ( A . aculeat us)中得到黑麦酮酸 D 和 F[2 ] . 已经证
明黑麦酮酸 D (SAD) 对哺乳动物有一定毒性[17 ] . 另
外 ,作为洋葱与其它葱属植物粉红根病的致病菌棘
壳孢菌 ( Pyrenochaeta terrest ris) ,其发酵液中含有黑
麦酮酸 A (SAA) ,在致病组织中也检测到 SAA ,外施
SAA 可使洋葱产生感病植株一样的症状[14 ] . 浓度
为 0. 01μmol·L - 1 SAA 对洋葱幼苗生长即有抑制的
作用. SAA 具有很强的植物毒性 ,是洋葱粉红根病
的主要致病因子. 本文主要研究 SAF 对玉米的化感
作用 ,对 SAF 影响玉米生长的机理进行初步研究.
2 　材料与方法
211 　供试材料
从广州华南农业大学长岗山桉树林下采集土壤样品 ,在
马丁氏培养基上用稀释法分离真菌 [9 ] . 72 h 后将单个菌落
应 用 生 态 学 报 　2004 年 1 月 　第 15 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2004 ,15 (1)∶145～148
转移到试管马铃薯葡萄糖琼脂培养基 ( PDA) 斜面上. 根据此
菌的形态及显微特征 ,属日本曲霉 [11 ,12 ] . 受体植物玉米 ( Zea
m ays)种子由山东莱阳农学院农学系提供.
212 　日本曲霉的发酵
用作液体发酵的是复合马铃薯葡萄糖培养基 (CPD) ,其
组成为 :200 g 马铃薯提取液 ,20 g 葡萄糖 ,1 g KH2 PO4 ,0. 5
g MgSO4 ·7H2O[4 ] . 接种后在 25 ℃恒温摇床中 (160 rpm·
min - 1)培养 6 d ,以细菌过滤器过滤菌丝.
213 　化感物质的分离、鉴定
日本曲霉液体发酵 (1 L) 经抽滤后得到的菌丝 (15. 1 g ,
不能挤出水分) ,用 200 ml 丙酮抽提 3 次 ,合并抽提液 ,减压
浓缩丙酮抽提液得到 2. 4 g 膏壮物 ,再在硅胶色谱柱上用石
油醚 ( PE)∶乙酸乙酯 ( EtOAc) 混合溶剂系统进行梯度洗脱.
将 PE : EtOAc 比例为 1∶2 和 1∶1 洗脱的组分再次在硅胶柱
上用 PE∶EtOAc 的混合溶剂系统进行梯度洗脱. PE∶EtOAc 1
∶1 洗脱下来的组分在氯仿和丙酮中进行重结晶 ,得到化合
物 A. 此化合物以薄层色谱检测 ,用氯仿∶丙酮 (3∶1) 的溶剂
展开 ,用 FeCl3 和碘作显色剂 ,证明只有一个点.
用 MR KNo7829 微量熔点仪测定熔点 ,温度计未校正 ;
用 MT23 型元素分析仪器进行元素分析 ;核磁共振 (NMR)
谱用 Bruker Ac2P200 型超导核磁共振仪测定 ,内标 TMS ,溶
剂为 CDCl3. 红外光谱 ( IR)用 KBr 压片在 IR435 型红外光谱
仪上测定. 质谱 (MS)用 MSHP5988A 质谱仪测定 ,电子轰击
离子 ( EI)源 ,轰击电压 70ev. 快原子轰击 ( FAB - ) MS 用 V G
Auto Spec23000 型质谱仪测定.
214 　生物测定和统计方法
　　采用“小杯法”测定物质的生物活性 [18 ] . 在 50 ml 烧杯
底部铺上一层直径 0. 5 mmol·L - 1的玻璃珠 ,玻璃珠上垫上
一层滤纸 ,将抽提物或一定浓度的黑麦酮酸 F (SAF) 水溶液
加入烧杯中. SAF 先溶解在 N ,N2二甲基甲酰胺 (DMF) 中 ,
DMF 量不超过配制的最高浓度 SAF 水溶液的 0. 15 %. 在每
天光照 9h 的培养室中培养植物 ,温度为 25～28 ℃. 培养 6～
7 d 后测量幼苗的根长和苗长. 用邓肯氏新复极差法 (DMRT
法)测验不同处理的差异显著性.
　　为了比较不同测试项目的作用强度 ,按以下方法计算化
感作用响应指数 ( RI) [19 ] .
　　RI =
1 - C/ T 　　　　　　　　(当 T ≥C)
T/ C - 1 　　　　　　　　(当 T < C)
式中 , C 为对照值 , T 为处理值. R I 为化感作用响应指数 ,
R I > 0 为促进作用 , R I < 0 为抑制作用 , R I 的绝对值大小与
作用强度一致.
215 　根活力的测定
　　用α2萘胺法测定 SAF 对玉米根活力的影响 [13 ] . 玉米种
子用 0. 1 % HgCl2 消毒处理 10 min 后 ,再用蒸馏水浸种 6 h ,
放在培养皿中培养 2 d ,挑选发芽一致的种子放在蛭石上 ,用
Hoagland 营养液培养 8 d 后小心地将幼苗从蛭石中移出 ,挑
选生长一致的幼苗放入含有不同浓度 SAF 的 Hoagland 营养
液中. 每 400 ml 的玻璃瓶中加入 100 ml 溶液和 3 株玉米幼
苗. 以不加 SAF 的 Hoagland 营养液为对照. 在含有不同浓度
SAF 的营养液中培养 48 h 后 ,取出幼苗在蒸馏水中洗净根 ,
并用吸水纸吸干根表面的水 ,每处理称取 1 g 根与α2萘胺在
磷酸缓冲液 (p H = 7) 中进行反应 ,反应在振荡器中进行 ,反
应 4 h 后以分光光度计测定波长 510 nm 的光密度. 根活力
以每小时每克根所氧化的α2萘胺 (α2aphthylamin) 总量 (μg)
表示 (即μgα2naphthylamin·h - 1·g - 1) .
216 　营养吸收的测定
　　玉米种子用 0. 1 % HgCl2 消毒处理 10 min ,再用蒸馏水
浸种 6 h ,放在培养皿中培养 2 d 后 ,挑选发芽一致的种子置
于蛭石上 ,用 Hoagland 营养液培养 8 d 后小心地将幼苗从蛭
石中移出 ,挑选生长一致的幼苗放入含有不同浓度 SAF 的
Hoagland 营养液中. 每 400 ml 的玻璃瓶中加入 100 ml 溶液
和 3 株玉米幼苗. 以不加 SAF 的 Hoagland 营养液为对照. 营
养液中培养 48 h 后 ,过滤营养液 ,并用双蒸水定容至 100
ml.滤液用等离子体发射光谱仪 ( PS21000A T) 测定 K+ 、
Mg2 + 、Fe2 + 和 Ca2 + 含量 , 用紫外分光光度法测定 NO32含
量[10 ] ,用硫酸钡比浊法测定 SO42 - 含量[7 ] ,用磷钼蓝法测定
PO43 - 含量[8 ] . SAF 对各营养元素吸收的影响均用 214 的方
法计算出化感作用响应指数 ( RI) .
217 　根和叶细胞超显微结构的观察
　　选生长一致的 6 d 龄玉米幼苗 ,用 0. 3 mmol·L - 1浓度的
SAF 溶液培养 5 d 后取样 ,按电子显微镜样品常规操作要求
处理 ,即用戊二醛固定 ,0. 1 mmol·L - 1的磷酸缓冲液 (p H7. 2
～7. 4) 冲洗 ,1 %的锇酸固定 4 h ,再用磷酸缓冲液冲洗、脱
水、渗透、包埋、切片 ,于透射电镜 J EM1010 TEM 下观察.
3 　结果与讨论
311 　黑麦酮酸 F 的分离和结构鉴定
　　液体发酵液以乙酸乙酯萃取 ,得到的萃取液浓
缩后用硅胶柱色谱分离 ,以石油醚和乙酸乙酯混合
溶剂进行梯度洗脱 ,以 1∶1 比例洗脱出来的组分经
重结晶得到黄色晶体 , 依据核磁共振 13 CNMR
和1 HNMR 的光谱数据 ,对照文献光谱数据[2 ,15 ] ,确
定该化合物为黑麦酮酸 F.
312 　黑麦酮酸 F 对玉米幼苗生长的影响
　　0. 0375 mmol·L - 1的 SAF 对玉米根生长有促进
作用 (图 1) ,根数量、总长度均增加 ,在 0. 0375 mmol
·L - 1 SAF 下 ,玉米幼苗根长增长 31. 7 % ,根数量增
加 13. 2 %. 0. 075 mmol·L - 1的 SAF 对玉米根的总
长度和根干重有促进作用 ,但对根数量没有促进
0. 15mmol·L - 1的 SAF 对玉米根总长度和苗干重也
有促进作用. 当浓度达到 0. 3 mmol·L - 1时 ,对幼苗
生长的 5 个测试指标都有抑制作用 ,苗焦枯 ,对根长
抑制为 28 % ,对根干重抑制为 33 %. 当浓度达到0. 6
mmol·L - 1时 ,抑制作用进一步增强 ,苗干枯 ,叶片不
641 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
能展开 ,SAF 对根长抑制为 68 % ,表明高浓度 SAF
抑制玉米幼苗生长 ,低浓度则有促进作用.
图 1 　黑麦酮酸 F 对玉米苗生长的影响
Fig. 1 Effects of secalonic acid F on seedling growth of corn.
313 　黑麦酮酸 F 对玉米根活力的影响
　　图 2 表明 ,未作 SAF 处理的根活力为 25. 98μg
α2萘胺 ·h - 1·g - 1 ,0. 019～0. 15 mmol·L - 1的 SAF
对根的活力有促进作用 ,0. 0375 mmol·L - 1 SAF 处
理的根活力最强 ,为 123μgα2萘胺·h - 1·g - 1 ,是未
作 SAF 处理的 4. 73 倍. 0. 15 mmol·L - 1 SAF 处理
玉米根活力是未作处理的 124 %. 0. 3 mmol·L - 1
SAF 抑制根活力 ,仅为未作 SAF 处理的 27. 9 %.
0. 6mmol·L - 1的 SAF 下根完全失去活力 ,
图 2 黑麦酮酸 F 对玉米根活力的影响
Fig. 2 Effects of secalonic acid F on root activity of corn.
表明低浓度 SAF 促进玉米根活力 ,浓度过高则完全
抑制根活力.
314 　黑麦酮酸 F 对玉米吸收营养元素的影响
　　从图 3 可见 ,SAF 在 0. 0375 mmol·L - 1下对 N
吸收影响不大 ,浓度超过 0. 075 mmol·L - 1就抑制玉
米对 N 的吸收 ,在 0. 075、0. 15 和 0. 3 mmol·L - 1浓
度下对 N 吸收的抑制分别为 25 % ,32 %和 26 %.
SAF 对 P 吸收的影响不大 ,在 0. 3 mmol·L - 1浓度
下才呈现 9 %抑制作用. SAF 对 K 的吸收主要表现
为促进 ,0. 0375、0. 075 和 0. 15 mmol·L - 1 SAF 对 K
吸收促进作用分别为 26 %、11. 5 %和 12. 3 % ,但0. 3
mmol·L - 1的 SAF 对 K吸收有较强的抑制作用 ,抑
制率为 41 %(图 3a) .
　　SAF 在 0. 3 mmol·L - 1的浓度下对 Ca 的吸收有
28 %的抑制作用 ,其它浓度则促进 Ca 的吸收 ,在
0. 0375、0. 075 和 0. 15 mmol·L - 1浓度下的促进作
用分别为 25 %、14 %和 7 %. SAF 在 0. 0375 mmol·
L - 1浓度下对 Mg 的吸收有 63. 7 %的促进作用 ,以
后随着浓度的提高 , 抑 作用逐步增强 , 在 0. 3
mmol·L - 1 浓度下 ,抑制作用非常强 ,抑制率达到
77 %. SAF 对 S 的吸收主要表现为促进作用 ,在
0. 0375、0. 075 和 0. 15 mmol·L - 1浓度下的促进作
用分别为 40. 4 % ,45. 6 %和 9. 0 %. SAF 在 0. 15 和
0. 3 mmol·L - 1浓度下对玉米吸收 Fe 有抑制作用 ,
抑制分别达到 21 %和 34 %. 在 0. 0375、0. 075 mmol
·L - 1浓度下 ,对 Fe 吸收的抑制作用分别为 3. 9 %和
图 3 黑麦酮酸 F 对玉米幼苗吸收营养元素的影响
Fig. 3 Effects of secalonic acid F on nutrient absorption of corn
seedlings.
6. 3 % ,影响较弱. 由此可见 ,低浓度 SAF 促进玉米
生长原因之一是 SAF 提高了玉米的根活力 ,并进一
步促进玉米对一些重要营养元素的吸收.
315 　黑麦酮酸 F 影响下玉米叶绿体片层结构及根
细胞形态的电镜观察
　　电镜观察表明 ,未作 SAF 处理的叶片细胞中的
叶绿体呈椭圆形 ,片层结构清晰 ,基粒排列整齐 (图
4a、c) . 经 0. 3 mmol·L - 1 SAF 处理的叶绿体超显微
结构受到严重破坏 ,整个叶绿体膨胀变圆 ,双层膜不
完整 ,基粒和片层走向不一致 ,基粒层片结构模糊 ,
排列混乱 (图 4b、d) . 已有研究证明 ,SAF 也同样破
7411 期 　　　　　　　　　　　曾任森等 :日本曲霉产生的黑麦酮酸 F 对玉米的化感作用 　　　　　　　　
坏油菜和水稻的叶绿体结构 ,并导致光合作用下
降[22 ] ,说明高浓度 SAF 抑制玉米生长与抑制油菜、
水稻生长的机理相同. 但是 ,不同植物对 SAF 的敏
感性不同 ,0. 0375 mmol·L - 1 SAF 抑制水稻和油菜
生长[21 ] ,也降低水稻根活力[22 ] ,而此浓度 SAF 却
促进玉米生长 ,提高根活力 ,增加植株对营养的吸
图 4 黑麦酮酸 F(0. 3 mmol·L - 1)对玉米叶绿体的显微结构的影响
Fig. 4 Effects of 0. 3 mmol·L - 1 of secalonic acid F (SAF) on ultrastructure of corn chloroplasts.
(a)对照完整的叶绿体 Intact chloroplast of control , ×12 K; (b)处理的叶绿体膨大 ,片层结构模糊 Swelling chloroplast and unconspicuous stratiform
structure of corn leaves (SAF treatment) , ×12 K; (c)对照叶绿体的片层结构排列整齐 ,膜完整 Normal stratiform structure of chloroplast (control) ,
×30 K; (d)处理的叶绿体双层膜不完整 ,片层结构混乱 Chloroplast membrane disappeard , unconspicuous stratiform structure of chloroplast ( SAF
treatment) , ×20 K.
收. 即使 0. 15 mmol·L - 1 SAF 也对玉米的根活力没
有抑制作用. 在测试的浓度中 , SAF 对玉米生长主
要表现为促进作用.
参考文献
1 　Aberhart , DJ , Chen YS , et al . 1965. Mould metabolites Ⅳ. The
isolation and constitution of some ergot pigments. Tet rahedron ,21 :
1417～1432
2 　Andersen R , George B , et al . 1977. Secalonic acids D and F are
toxic metabolites of Aspergill us aculeat us. J Org Chem ,42 (2) :
352～353
3 　Cutler HG. 1999. Potentially useful natural product herbicides from
microorganisms. In : Inderjit , KM ,Dakshini M , Foy CL eds. Princi2
ples and Practices in Plant Ecology : Allelochemical Interactions.
Boca Raton : CRC Press. 497～513
4 　Fang Z2D (方中达) . 1998. Research Methods for Plant Pathology.
Beijing : China Agricultural Press. 46～50 (in Chinese)
5 　Hu J2C(胡江春) , Wang S2J (王书景) . 1996. Study on soil sickness
by soybean continuous cropping Ⅰ. Effects of mycotoxin produced
by Penicilli um purpurogenum . Chin J A ppl Ecol (应用生态学
报) ,7 (4) :396～400 (in Chinese)
6 　Hu J2C(胡江春) , Xue D2L (薛德林) , Wang S2J (王书景) . 1998.
Obstacles of soybean continuous cropping Ⅱ. Mechanism of soy2
bean yield decline and control strategies for toxin of Penicilli um
purpurogenum in soils. Chin J A ppl Ecol (应用生态学报) ,9 (4) :
429～434 (in Chinese)
7 　Institute of Soil Science ,Chinese Academy of Sciences(中国科学院
南京土壤研究所) . 1978. Physical and Chemical Analysis of Soil.
Shanghai : Shanghai Science and Technology Press. 227 (in Chi2
nese)
8 　Ma T2H (马太和) . 1985. Soilless Culture. Beijing : Beijing Press.
321 (in Chinese)
9 　Li F2D (李阜棣) , Yu Z2N (喻子牛) , He S2J (何绍江) . 1996.
Experimental Technology of Agricultural Microbiology. Beijing :
China Agricultural Press. 32～46 (in Chinese)
10 Nanjing Agricultural University (南京农业大学) . 1992. Agro2
chemical Analysis of Soil. Beijing : China Agricultural Press. 304 (in
Chinese)
11 　Qi Z2T (齐祖同) . 1997. Flora Fungorum sinicorum Vol. 5 : As2
pergill us et Teleomorphi cognati . Beijing : Science Press. 98～100
(in Chinese)
12 　Raper KB , Fennell DI. 1965. The Genus Aspergill us . Baltimore :
Williams & Wilkins. 327～330
13 　Shandong Agricultural College (山东农学院) ,Northeast China A2
gricultural College (西北农学院) . 1980. Experimental Manual in
Plant Physiology. Jinan : Shandong Science and Technology Press.
179～187 (in Chinese)
14 　Steffens J C , Robeson DJ . 1987. Secalonic acid A , a vivotoxin in
pink root2infected onion. Phytochemist ry , 26 (6) :1599 ～1602
15 　Steyn PS. 1970. The isolation , structure and absolute configuration
of secalonic acid D , toxic metabolite of Penicilli um oxalicum . Te2
t rahedron , 26 :51～57
16 　Tzean SS , Chen JL , et al . 1990. Aspergill us species and relative
teleomorphs from Taiwan. Hsinchu : Food Industry Research and
Development Institute. 43
17 Wang BH , Polya GM , Wang BH. 1996. The fungal teratogen
secalonic acid D is an inhibitor of protein kinase C and of cyclic
AMP2dependent proteinkinase. Planta Medica , 62 (2) :111～114
18 　Wei Q (韦　琦) , Zeng R2S(曾任森) ,et al . 1997. Isolation and i2
dentification of allelochemicals from aerial parts of A gerit um
conyziodes L . Acta Phytoecol S in (植物生态学报) ,21 (4) : 360～
366 (in Chinese)
19 　Wiliamson GB. 1988. Bioassays for allelopathy measuring treatment
responses with independent control. J Chem Ecol , 14 (1) : 181～
187
20 Yamazaki M , Maebayashi Y , Miyaki K. 1971. The isolation of
secalonic acid A from Aspergill us ochraceus cultured on rice. Chem
Pharma B ull ,19 :199～201
21 　Zeng RS , Luo SM , et al . 2001a. Allelopathy of Aspergill us japo2
nius SAITO on crops. A gron J , 93 (1) :60～64
22 Zeng RS , Luo SM , et al . 2001b. Physiological and biochemical
mechanism of allelopathy of secalonic acid F on higher plants. A2
gron J ,93 (1) :72～79
作者简介 　曾任森 ,男 ,1965 年 8 月生 ,博士 ,副教授 ,从事
植物化学生态学研究. 在国内外刊物上发表论文 30 多篇 ,其
中 4 篇被 SCI 收录. E2mail : rszeng @scau. edu. cn
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