全 文 ：香茅天然挥发物的化感作用及其化学成分分析 3
黎华寿1 3 3 　黄京华1 ,2 　张修玉1 　陈玉芬1 　杨　军1 　黑　亮1
(1华南农业大学热带亚热带生态研究所 ,广州 510642 ;2广西大学农学院 ,南宁 530005)
【摘要】　在野外香茅草丛地表和密闭容器中进行了香茅天然挥发物对玉米和稗草种子萌发和幼苗生长影
响的试验 ,并采用固相微萃取和气相色谱2质谱联用技术 ,对香茅挥发物的化学成分进行了分析. 生物测定
表明 ,野外香茅草丛和密闭容器中香茅挥发物对玉米和稗草种子萌发率影响不显著 ,但对玉米和稗草幼苗
的生物量、根长及苗高均产生显著抑制影响 ,表明香茅挥发物中存在潜在的化感物质. 对挥发物的分析结
果表明 ,根挥发物有 10 种成分 ,主要成分是长叶松烯 ,含量为 56167 % ,其次为芹子烯内酯 (20103 %) ,其
余成分含量都在 10 %以下. 茎叶挥发物有 12 种成分 ,主要成分是柠檬醛 ,含量达 53198 % ,其次是 z2柠檬
醛 ,含量为 34140 % ,其余成分含量都在 4 %以下. 研究表明 ,在香茅挥发物中存在较多的萜类化合物 ,茎叶
挥发物中有 2 个单萜 ,9 个倍半萜 ,根挥发物全部为倍半萜. 因此 ,种植香茅时不应忽视它的化感作用.
关键词 　香茅 　挥发物 　气2质联用 　化感作用
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 04 - 0763 - 05 　中图分类号 　Q945. 78 ;Q948. 12 + 2. 1 　文献标识码 　A
Allelopathic effects of Cymbopogon cit ratu volatile and its chemical components. L I Huashou1 , HUAN G
Jinghua1 ,2 ,ZHAN G Xiuyu1 ,CHEN Yufen1 , YAN GJ un1 ,HEI Liang1 (1 Institute of Tropical and S ubt ropical E2
cology , South China A gricultural U niversity , Guangz hou 510642 , China ; 2 A gricultural College , Guangxi U2
niversity , N anning 530005 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (4) :763～767.
This paper studied the allelopathic effects of Cymbopogon cit ratus volatile on the seed germination and seedling
growth of corn and barnyard grass ( Echinochloa crusgalli) in field and in obturator ,and analyzed the chemical
components of the volatile with SPME and GC2MS. The results of bio2assay indicated that the germination rate
of corn or barnyard grass intercropped with C. cit rate or enclosed in obturator with fresh C. cit ratus had no sig2
nificant difference from the control ,but the seedling growth of corn and barnyard grass was significantly inhibit2
ed. The volatile from C. cit ratus roots contained 10 components. The main component was longifolene2(V4) ,oc2
cupying 56. 67 % of the total ,the second component was selina262en242ol (20. 03 %) ,while the others were un2
der 10 %. There were 12 components in the volatile from C. cit ratus shoots. The main component was citral
(53198 %) ,the second was z2citral (34. 40 %) ,and the others were under 4 %. There were 2 monoterpenes and
9 sesquiterpenes in the volatile from shoots ,and all the terpenes in the volatile from roots were sesquiterpenes.
Therefore ,the allelopathy of C. cit ratus should not be ignored when planted it with other crops.
Key words 　Cymbopogon cit ratus , Volatile , GC2MS , Allelopathy.3 国家自然科学基金项目 (30000114) 、广东省自然科学基金项目和
美国洛克非勒基金及日本经团连自然保护基金资助项目 ( 41002
G99012) .3 3 通讯联系人.
2004 - 03 - 09 收稿 ,2004 - 07 - 11 接受.
1 　引 　　言
植物化感作用现已成为农业生态和化学生态研
究的热点 ,植物的化感作用主要指通过茎叶挥发、茎
叶淋溶、根系分泌[32 ]和残体腐解等过程向环境中释
放化感物质 ,从而抑制周围一种植物或多种植物生
长发育的现象[22 ] . 植物化感物质主要是植物产生的
次生代谢产物 ,这是物种长期进化为了自身和种群
的生存与发展而采取的策略. 植物向外界释放化感
物质通常会影响周围其他种子萌发和幼苗生长[31 ] .
其作用机理被认为是化感物质通过影响其他植株的
激素合成和利用 ,从而改变细胞的分裂、伸长 ;影响
膜的透性 ;影响植物对矿物质的吸收 ;影响光合和呼
吸作用 ;影响蛋白质的合成 ;影响茎叶对水分的传导
应 用 生 态 学 报 　2005 年 4 月 　第 16 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY , Apr. 2005 ,16 (4)∶763～767
作用[15 ,16 ,23 ,24 ] . 多种植物有明显的化感作用现
象[9 ] ,如水稻 ( O ryz a sativa) [8 ,11 ,12 ,19 ,29 ,33 ] 、紫茎泽
兰 ( Eupatori um adenophorum ) [26 ] 、豚草属 ( A m2
brosia) 植物[30 ] 、胜红蓟 ( A gerat um conyzoi des ) [13 ]
和一些湿地中的水生植物[7 ]等. 植物化感作用研究
对于防除农田杂草 ,开发生物除草剂[18 ] ,维持农业
可持续发展具有重要意义[25 ] .
香茅 ( Cym bopogon cit rat us) 又称柠檬茅 ,是禾
本科香茅属多年生草本植物 ,主要分布于非洲和南
亚等热带亚热带地区 ,我国南方地区亦有作为经济
作物栽培 ,其叶含有大量挥发油 ,作为香料或药
用[1 ] .香茅油具有广谱的抗菌性[5 ,21 ,27 ] ,香茅根分
泌物提出液对多种植物具有化感作用[35 ] . 香茅水浸
提液对鬼针草属植物幼苗具有显著抑制作用 ,并且
香茅油 20～80 mg·g - 1溶液对包括小麦在内的多种
植物幼苗具有抑制作用 ,在浓度 16 nl·ml - 1时 ,小麦
胚根比对照缩短 50 % ,浓度 32 nl·ml - 1时种子发芽
率只有对照的一半[2 ] . 以往已有一些研究从开发制
造香料香精[1 ,14 ,17 ,28 ] 、抗氧化剂[3 ]的角度或开发生
物除草剂[4 ]或化学分类[20 ]等其它角度研究了香茅
油的化学成分. 但自然群落条件下 ,香茅天然挥发物
的化感作用及其化学成份如何 ,尚未见文献报道. 本
文在野外种植的香茅草丛地表和密闭干燥器中进行
了天然挥发物对玉米和稗草种子萌发和幼苗生长影
响的实验测定 ,并采用固相微萃取及气相色谱2质谱
联用技术 ,对香茅天然挥发物成分进行了分析 ,为进
一步研究香茅的化感作用提供科学依据.
2 　材料与方法
211 　香茅挥发物化感作用的生物测定
21111 实地生物测定试验 　在华南农业大学校园人工种植
高度为 123 cm 的香茅群落中进行 ,香茅地为肥力中等的红
壤旱坡地. 将玉米和稗草种子浸种 12 h ,用消毒过的镊子将
大小均匀的种子挑出 ,置于装满细沙、碗底下垫滤纸并留有
排水小孔的塑料碗 (碗口直径 20 cm、碗高 10 cm ) ,覆盖 2
cm 厚的细沙 ,每碗种 10 粒种子 ,每处理设置 3 个重复 ,其中
处理组分散置于茂密香茅草丛中间的地表上 ,使其能在自然
条件下充分接受香茅天然挥发物 ,而对照组则置于距香茅草
60 m 外的龙眼树树荫下 ,对照组用枯树枝遮盖 ,并在四周和
中间共放置 5 个盛满水的塑料碗以保持空气潮湿 ,使处理和
对照的光照、湿度等小气候条件基本一致 ,以后隔天喷雾淋
水 ,保持细沙湿润. 试验期间平均气温为 21～23 ℃. 第 8 天
结束培养 ,统计种子萌芽率和幼苗鲜重、根长度、苗高度.
21112 密闭容器内的生物测定 　于 2004 年 6 月 20～27 日按
上法在 40 cm 口径的密闭干燥器内进行玉米和稗草生测试
验 ,设 3 种处理 ,分别为密闭干燥器内加香茅草地下部新鲜
根茎 820 g(鲜重 ,处理 A) 、地上部新鲜茎叶 1 550 g(鲜重 ,处
理B)和空白对照 (CK) ,各处理分别设置 4 个重复 ,为尽可能
使处理 A 和 B 能获得香茅地下部和地上部天然挥发物 ,隔
天全部更换等量的新鲜活体香茅草材料 ,同时喷雾淋水 ,保
持细沙湿润 ,并控制处理组和对照组密闭干燥器内光照和湿
度等小气候条件一致 ,试验期间统一置于树阴下自然光照 ,
平均气温为 25～32 ℃. 第 8 天结束实验和进行调查统计.
212 　香茅挥发物化学成分分析
21211 材料及样品处理 　于 6 月份香茅生长旺期取上述香
茅群落当年分蘖的活体全株 ,回实验室后立即将地上部和根
分开 ,各取 2 g ,切成 015 cm 的小段 ,分别放入洁净的固相微
萃取 (SPME)管中 ,插入萃取棒 ( PDMS2聚二甲基硅氧烷 ,100
μm)密封放置 45 min ,萃取其挥发成分 ,气体成分随萃取棒
直接进样在 GC2MS上分析.
21212 仪器及分析条件 　所用仪器为 Finnigan TRACE GC2
MSTM气质联用仪 (美国) ,DB25 毛细管柱 ,30 m ×0125 mm ,
起始温度 60 ℃,保持 10 min ,然后以每分钟 4 ℃升到 230
℃,230 ℃保持 40 min ;载气为氦气 (1 ml·min - 1) ,进样器温
度 200 ℃,接口温度 250 ℃,电离方式 EI ,电子能量 70 eV ,
检测器电压 350 V.
213 　数据分析与统计方法
生测数据单株数据取所在碗的各植株平均值 ,以每个重
复作统计分析 ,实验数据进行方差分析 , Student2t 检验或
Duncan 新复极差法比较.
香茅根和茎叶的挥发物经 GC2MS 分析 ,所得的质谱图
谱用计算机检索谱库确定化合物的名称 ,以质谱离子峰面积
百分数测得这些成分的百分含量.
3 　结果与分析
311 　香茅草挥发物对玉米和稗草种子萌芽和幼苗
生长的影响
从表 1 和表 2 可以看出 ,处理和对照的种子发
芽率没有显著差异 ,说明天然条件下香茅草挥发物
对玉米和稗草种子萌芽没有影响. 对植物幼苗生长
包括生物量、株高、根长的影响是进行生物测定的最
常用指标 ,从表 1 和表 2 可见 ,挥发物对玉米和稗草
幼苗株高、根长和地上部鲜重及干重具有不同程度
的影响 ,差异达到显著水平 ( P = 0105) ,对玉米地下
部鲜重及干重也有显著影响 ,处理的玉米种子根长、
苗高、鲜重和干重分别比对照 ( CK) 的 减 少
36117 %、67174 %、48147 %和 37197 % ,说明香茅草
天然挥发物抑制了幼苗生长.
　　从表 3 和表 4 可以看出 ,人工模拟条件下的密
闭干燥器中 ,香茅草地下部和地上部挥发物使玉米
种子发芽率分别比对照降低 10 %、20 % ,使稗草种
子发芽率分别比对照降低 5 %和 10 % ,说明密闭条
件下香茅草挥发物对玉米和稗草种子萌芽有一定影
467 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
表 1 　香茅挥发物对玉米种子萌发和幼苗生长的影响
Table 1 Effect of the volatile from Cymbopogon cit ratus under plantations on germination rate and growth of Zea mays seedling
处　理
Treatment
总发芽率
Germination
rate ( %)
地上鲜重
Fresh weight
of shoots(g)
地下鲜重
Fresh weigh
of roots(g)
地上干重
Dry weight
of shoots
地下干重
Dry weight
of roots
根长
Root length
(cm)
苗高
Shoots height
(cm)
香茅草丛下 Under
Cy mbopogon cit rates
tussock grass
82 011903 ±0104 011233 ±0103 010207 ±01004 010188 ±01005 3 　6169 ±1159 　6120 ±0120
龙眼树树荫下
Under umbrage of
Longan tree (CK)
85 013319 ±0127 3 011337 ±0105 3 010384 ±01016 3 010161 ±01005 9111 ±1148 3 10143 ±2126 3
注 :数值为平均值±SD( n = 10) Result are average ±SD( n = 10) ;差异显著性为成对样本的 t 检验 Significant difference with student t2test 3 0101
< P < 01051 下同 The same below1
表 2 　香茅挥发物对稗草种子萌发和幼苗生长的影响
Table 2 Effect of the volatile from Cymbopogon cit rates under planta2
tions on germination rate and growth of Echinochloa crusgalli seedling
处 　理
Treatment
总发芽率
Germination
rate ( %)
鲜重
Fresh weight
(g)
干重
Dry weight
(g)
根长
Root length
(cm)
苗高
Shoots height
(cm)
香茅草丛下 Under
Cymbopogon cit ratus
tussock grass
100 010319 ±01004 010043 ±010001 1153 ±0189 8163 ±1178
龙眼树树荫下
Under umbrage
of Longan tree (CK)
100 010443 ±01004 3 010046 ±010051 3 2142 ±1120 3 10197 ±2113 3 响 ,但差异不显著. 同时 ,香茅草挥发物对玉米和稗草幼苗株高、根长和地上部鲜重及干重具有不同程度的影响. 香茅地上部、地下部挥发物对玉米及稗草幼苗生物量和株高影响差异不显著 ,但与对照比较则均达差异显著水平. 香茅地上部挥发物、地下部挥发物和空白对照处理间的玉米及稗草幼苗根长相互之间的差异均分别达到显著水平 ,说明密闭干燥器
内香茅草挥发物确实抑制了幼苗生长.
表 3 　密闭容器内香茅挥发物对玉米种子萌发和幼苗生长的影响3
Table 3 Effect of the volatile from Cymbopogon cit rates under plantations on germination rate and growth of Zea mays seedling in airtight containers
处　理
Treatment
总发芽率
Germination
rate ( %)
地上鲜重
Fresh weight
of stem(g)
地下鲜重
Fresh weigh
of root (g)
地上干重
Dry weight
of stem
地下干重
Dry weight
of root
根长
Root length
(cm)
苗高
Shoot length
(cm)
对照 CK 80a 014212 ±01025a 013259 ±01023a 010431 ±01002a 010359 ±01002a 11186 ±0149a 8184 ±0158a
香茅地下部
Fresh root of
Cy mbopogon cit rat us
70a 013000 ±01022b 011731 ±01017b 010331 ±01004b 010250 ±01003b 6128 ±0178b 6131 ±0180b
香茅地上部
Fresh stem & leaves
of Cy mbopogon cit rat us
60a 012996 ±01017b 012317 ±01023b 010296 ±01003b 010285 ±01002b 6133 ±0162b 4117 ±0143c3 经邓肯新复测验 ,同列数据后面标有相同字母者差异不显著 Data in each column followed by the same letters are not significant difference atα=
0105 as determined by Duncan’s multiple range test1 下同 The same below1
表 4 　密闭容器内香茅挥发物对稗草种子萌发和幼苗生长的影响
Table 4 Effect of the volatile from Cymbopogon cit ratus under planta2
tions on germination rate and growth of Echinochloa crusgalli seedling
in airtight containers
处 　理
Treatment
总发芽率
Germination
rate ( %)
地上鲜重
Fresh weight
of stem(g)
根 长
Root length
(cm)
苗 高
Shoot length
(cm)
对照 CK 95a 010529 ±01002a 6146 ±0134a 8183 ±0149a
香茅地下部
Fresh root of
Cymbopogon cit ratus
90a 010444 ±01002b 4196 ±0130b 7132 ±0144b
香茅地上部
Fresh stem & leaves
of Cymbopogon cit ratus
85a 010421 ±01002b 3187 ±0128c 6146 ±0135b
312 　香茅茎叶挥发物的化学成分
茎叶挥发物共分离出 12 个峰 ,分析鉴定了 12
种成分 (表 5) . 由表 5 可知 ,香茅茎叶挥发物的主要
成分是柠檬醛和 z2柠檬醛 ,含量分别为 53198 %和
34140 %. 此外 ,还有乙酸香叶酯 (3168 %) ,以及 9 个
倍半萜类化合物 ,其中 7 个倍半萜烯 ,2 个含氧衍生
物 ,含量均不超过 2 %.
313 　香茅根挥发物的化学成分 表 5 　香茅茎叶挥发物的化学成分Table 5 Chemical components of the volatile from Cymbopogon cit ratesshootus编号No1 保留时间Retentientime(min) 化合物Compounds 分子式Molecularformula 峰面积比重Area( %)1 23123 z2柠檬醛 z2citral C10H16O 341402 24171 柠檬醛 Citral C10H16O 531983 28107 乙酸香叶酯 Geranylacetate C12H20O2 31684 29129 反式丁子香烯 Trans2caryophyliene C15H24 11905 29177 42甲基 32环戊烯 Bicyclo [ 31111 ] hept222ene , 2 , 62dimethyl262(42methyl232pentenyl)2 C15H24 11686 30144 十二烷基类有机物 1 , 6 , 102dodecatriene , 7 , 112dimethyl232methylene2 , (Z)2 C15H24 01847 31127 大根香叶烯 Germacrene2d C15H24 01818 31164 十二烷基类有机物 1 ,3 ,6 ,102dodecatetraene ,3 ,7 ,112trimethyl2 , (Z ,E)2 C15H24 01829 32128 ζ杜松萜烯ζ2cadinene C15H24 014810 32144 δ2杜松烷 delta2cadinene C15H24 013011 34120 环二烯杜 松 萜 烯 12hydroxy21 , 72dimethyl242iso2propyl22 ,72cyclodecadiene C15H26O 013612 35157 芹子烯内酯 Selina262en242ol C15H26O 0175　　根挥发物共分离了 11 个峰 ,分析鉴定了 10 种成分 (表6) ,由表6可知 ,香茅根挥发物的10种成
5674 期 　　　　　　　　　　　　黎华寿等 :香茅天然挥发物的化感作用及其化学成分分析 　　　　　　　　　　　
表 6 　香茅根挥发物的化学成分
Table 6 Chemical components of the volatile from Cymbopogon cit rates
rootus
编号
No1 保留时间Retentien
time(min)
化合物
Compounds
分子式
Molecular
formula
峰面积
比重
Area( %)
1 27159 依兰烯 ylangene C15H24 4133
2 28140 榄香烯 áelemene C15H24 5166
3 29147 长叶松烯 longifolene2(V4) C15H24 29194
4 29199 长叶松烯 longifolene2(V4) C15H24 26173
5 35118 22萘甲 (木)醇 22naphthalenemethanol ,1 ,2 ,3 ,4 ,4a ,5 ,6 ,8a2octahydro2à,à, 4a ,82tetramethyl2 , (2à, 4aà,
8aà)2 C15H26O 1111
6 35177 芹子烯内酯 Selina262en242ol C15H26O 20103
7 35198 愈创木醇 Guaiol C15H26O 0198
8 36124 1tau12muurolol C15H26O 3116
9 36159 à2杜松烷 à2cadinol C15H26O 2161
10 36183 二 甲 基 十 氢 萘 12naphthalenol , decahydro21 , 4a2dimethyl272( 12methylethylidene )2 , [ 1R2( 1à, 4aá,
8aà) ]
C15H26O 3173
11 37172 刺柏脑 Juniper camphor C15H26O 1172
分均为萜烯类化合物及其含氧衍生物 ,主要成分是
长叶松烯 (56167 %) ,其次为芹子烯内酯 (20103 %) ,
含量 较 高 的 还 有 榄 香 烯 ( 5166 %) 和 依 兰 烯
(4133 %) ,其余成分含量都比较低 ,在 4 %以下.
4 　讨 　　论
本文实地生物测定实验表明 ,香茅自然挥发到
体外的气体成分以萜类化合物为主 ,这些物质实际
上主要是化感物质 ,对玉米和稗草幼苗生长具有抑
制作用 ,说明香茅存在化感作用. 以往对香茅挥发油
化学成分的研究主要采取水蒸气蒸馏[1 ,5 ,17 ]或超临
界萃取[34 ]的方法将挥发油抽提出来再进行分析 ,这
样得到的提取物的化学组成与自然挥发物的化学成
份有所不同. 本文采用固相微萃取技术直接收集香
茅挥发到体外的气体成分 ,然后用 GC2MS 分析 ,能
比较真实地反映香茅挥发性化感物质的化学成分.
经分析发现 ,香茅茎叶挥发物的主要化学成分是柠
檬醛 ,与其挥发油中的主要成分[1 ]一致 ,同时还发
现 ,香茅自然挥发物绝大多数为萜类化合物 ,茎叶挥
发物中有两个单萜 ,9 个倍半萜 ,根挥发物全部为倍
半萜. 已有不少研究证实萜类化合物是自然界常见
的化感物质[6 ,12 ,30 ] ,常通过挥发、淋溶、分泌和植物
残体腐解等途径进入环境中 ,从而对周围植物产生
影响[13 ] . 香茅中的萜类物质应是香茅潜在的化感物
质.
以往对挥发性化感物质的生物测定方法 ,主要
是用水蒸气蒸馏得到的组分或水抽提液在室内进
行[2 ,9 ,36 ] ,这样与植物在野外自然条件下释放出来
的挥发性化感物质的组分有一定差别. 本研究在香
茅自然群落中对其挥发性化感物质进行生物测定 ,
其结果能更真实地反映香茅的化感作用.
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作者简介 　黎华寿 ,男 ,1964 年生 ,副教授 ,硕士生导师 ,在
读博士生. 主要从事农业生态和污染生态研究 ,主编教材 1
部 ,参编论著 4 部 ,发表论文 40 多篇. Tel : 020285280211 ,
85286002 ; E2mail :lihuashou @scau. edu. cn
第五届全国化学生态学学术研讨会第一轮通知
　　第五届全国化学生态学学术研讨会将于 2005 年 5 月中旬在广东省珠海市召开. 此次会议由中国生态学
会化学生态学专业委员会主办 ,农业部昆虫生态、毒理重点开放实验室和中国科学院会同森林生态实验站联
合承办. 会议就下列内容进行学术研讨 :11 昆虫信息素及其应用 ;21 植物与其它有机体的化学作用 ;31 植物
化感作用 ;41 天然活性有机物及其生态功能.
组委会会前将编辑论文摘要集 ,会议期间交流的优秀论文将由专业委员会推荐在国内外相关学术期刊
发表. 请参会代表在 2005 年 3 月 31 日前将论文摘要 (A4 纸一页)通过 E2mail 传至组委会.
联系人 :张茂新 　　510642 　广州天河五山 　华南农业大学昆虫学系
Tel :020285280301 ; E2mail :mxzhang @scau. edu. cn
胡 　飞 　　510642 　广州天河五山 　华南农业大学农学院
Tel :020285280204 ; E2mail :hufei @mail. edu. cn
会议期间 ,组委会将安排珠海和澳门生态农场考察. 欲访问香港的代表 ,组委会将给予安排 ,费用自理.
欢迎国内同行及感兴趣的专家学者参会. 会议第二轮通知将于 2005 年 4 月初发出.
中国生态学会化学生态学专业委员会 　　　　
2004 年 11 月 10 日 　　　　　　　　
7674 期 　　　　　　　　　　　　黎华寿等 :香茅天然挥发物的化感作用及其化学成分分析