全 文 ：黄淮海地区是典型的小麦-玉米两熟制种植区，
秸秆还田模式在该地区应用相当普遍。小麦经过联合
收割机收获之后，秸秆得以粉碎还田，还田秸秆在土
壤中经过水分淋溶或微生物腐解，化感物质得以释
放，从而影响杂草种子的萌发及幼苗生长[1，2]。研究发
现，小麦秸秆水浸提液对牵牛花、稗草、黑麦草、牛
筋草、白茅等多种杂草，甚至一些抗药性杂草种子的
萌发及生长具有抑制作用[3～5]。
化感物质根据结构的不同，可分为水溶性有机
酸、直链醇、脂肪族醛和酮，简单不饱和内脂，长链
脂肪酸和多炔，醌类，苯甲酸及其衍生物，肉桂酸及
其衍生物，香豆素类，类黄酮类，单宁，类萜和甾
类，氨基酸和多肽，生物碱和氰醇，硫化物和芥子油
刘小民，许 贤，李秉华，王贵启 *，张焕焕
（河北省农林科学院粮油作物研究所，河北 石家庄 050035）
摘要：有机酸类化合物是重要的化感活性物质之一，为了明确小麦秸秆中有机酸类化合物的组分及其对
牛筋草的化感效应，探讨其对牛筋草的化感作用机理，利用 GC-MS方法对小麦秸秆不同部位的有机酸组
分进行了定性和定量分析，结果表明，从小麦秸秆中共鉴定出 22种有机酸组分，包含 15种饱和脂肪酸、
4种不饱和脂肪酸和 3种酚酸，其中，从茎部鉴定出的有机酸种类最多，有 17种，从穗部和根部各鉴定出
11种。对水溶性有机酸的进一步分析结果表明，阿魏酸、柠檬酸、肉桂酸是小麦秸秆中含量较高的 3种有机
酸组分。利用室内生物测定法研究了外源有机酸标准品对牛筋草种子萌发及幼苗生长的影响，结果表明，
阿魏酸和柠檬酸均对牛筋草种子萌发及胚轴生长具有“低促高抑”的浓度效应，肉桂酸对牛筋草种子萌
发及胚根生长始终表现抑制作用，并且 3种有机酸对牛筋草胚根生长的抑制作用显著高于胚轴。
关键词：小麦秸秆；GC-MS；有机酸；牛筋草；化感作用
中图分类号：S512.1 文献标识码：A 文章编号：1008-1631（2016） 06-0058-04
收稿日期： 2016-07-05
基金项目：国家科技支撑计划项目 （2012BAD19B02）
作者简介：刘小民（1981-），男，山东莱阳人，助理研究员，博士，
主要从事杂草生态学及除草剂抗性机理研究。E-mail：
xiaominliu1981@gmail.com。
通讯作者：王贵启（1971-），男，河北献县人，研究员，主要从事农
田杂草治理研究。E-mail：wt3326@sina.com。
GC-MS Analysis of Organic Acids in Wheat Straw and Allelopathic Effects on Goosegrass
LIU Xiao-min，XU Xian，LI Bing-hua，WANG Gui-qi*，ZHANG Huan-huan
（Institute of Cereal and Oil Crops，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050035，
China）
Abstract：Organic acids are one of the most important allelochemicals. In order to determine the organic acids
in wheat straw and evaluate its allelopathic effects on goosegrass，qualitative and quantitative analysis of organ－
ic acids in roots， stems and spikes of wheat straw were conducted using the GC-MS method. The results
showed that 22 organic acids were identified，including 15 saturated fatty acids，4 unsaturated fatty acids，and
3 phenolic acids. There were 17 organic acids in stems of wheat straw，and 11 organic acids in roots and
spikes，separately. Water soluble organic acids analysis showed that there were high contents of ferulic acid，
cinnamic acid and citric acid in wheat straw. Results of effects of exogenous organic acid standards on the ger－
mination and seedling growth showed that ferulic acid and citric acid promoted the germination and hypocotyl
growth of goosegrass at low concentrations，but inhibited it at high concentrations，but cinnamic acid always in－
hibited the germination and radicle growth. The inhibition effects of three organic acids on the radicle growth
were obviously larger than the hypocotyl.
Key words：Wheat straw；GC-MS；Organic acids；Goosegrass（Eleusine indica）；Allelopathy
DOI：10. 16318/j. cnki. hbnykx. 2016. 06. 012
河北农业科学，2016，20（6）：58-61，65
Journal of Hebei Agricultural Sciences 编辑 白瑞霞
小麦秸秆有机酸组分的 GC-MS分析及其对牛筋草的化感效应
第 6期
苷，嘌呤和核苷，计 14类[6～8]。迄今发现的化感物质
以有机酸、酚类及萜类化合物为主[9，10]。研究表明，有
机酸类化合物对杂草种子萌发及幼苗生长具有化感作
用。董立尧等[11]研究了扬麦 158秸秆中的有机酸、生
物碱、酚类及中性物质对千金子的化感作用，发现这
4类物质中有机酸类物质对千金子萌发的抑制率最高。
刘苏闽等[12]利用室内生物测定及 GC-MS 方法鉴定出
油菜茎和根的水浸提液中抑制千金子种子萌发的化
感物质为有机酸，主要成分有油酸、棕榈酸、芥酸
等 7种。贾春虹 [13]研究表明，小麦秸秆水浸提液对反
枝苋、稗草、苘麻的幼苗生长具有显著的抑制作用，
HPLC 分析其主要的化感物质为对羟基苯甲酸、香
草酸、阿魏酸和肉桂酸。
前期研究结果表明，小麦秸秆水浸提液对牛筋草
种子的萌发及幼苗生长具有一定的化感作用，并且秸
秆不同部位水浸提液对牛筋草的化感作用不同。作者
利用 GC-MS方法对小麦秸秆不同部位中有机酸类化
感物质进行定性和定量分析，并利用外源有机酸标准
品对牛筋草种子萌发及幼苗生长进行生物测定，旨为
明确小麦秸秆的控草作用机理提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
参试小麦品种为冀丰 703，秸秆样品采自河北省
农林科学院粮油作物研究所堤上试验站。牛筋草种子
采集于河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站
的田间。
1.2 试验方法
1.2.1 甲酯化及萃取 分别准确称取小麦秸秆穗部、
茎部和根部样品各 1 g，置于 100 mL 具塞的锥形瓶
中，加入 12.5％硫酸甲醇溶液 50 mL，混匀后放入
35 ℃的水浴摇床中恒温振荡 （转速120 r/min），酯
化 24 h；滤去残渣，将滤液倒入盛有 40 mL 蒸馏水
的分液漏斗中，分别用 20 mL 二氯甲烷萃取 3 次，
萃取液中加入无水硫酸钠 10 g 干燥过夜；最后，把
二氯甲烷萃取液在旋转蒸发器上浓缩至适量，定容至
5 mL。
1.2.2 GC-MS 分析 将甲酯化的产物 1 μL 注入
Thermo DSQ II 气相色谱-质谱联用仪，载气为氦气，
脉冲分流进样；分流比 5∶1，HP-5MS毛细管柱（30 m×
0.25 mm×0.25 μm）。进样口温度 250 ℃，色谱柱初始
温度 60 ℃，保持 2 min；升温速率 10 ℃/min；终止温
度 240℃，保持 20min。电离方式 EI，电离能量 70 eV，
离子源温度 220 ℃，扫描范围 45～550 amu。得到分离
后的总离子流图和各组分质谱图。使用 NIST谱库进
行图谱检索，并使用面积归一化法计算各种物质的相
对含量。
1.2.3 有机酸对牛筋草种子萌发及幼苗生长的影响 参
照王璞等[14]的方法，将水溶性有机酸阿魏酸、肉桂酸、
柠檬酸分别设 750.0、500.0、250.0、125.0、62.5 mg/L
计 5 个浓度梯度。选取饱满、大小一致的牛筋草种
子，均匀摆放于铺有滤纸的的培养皿（直径 9 cm） 中，
每个培养皿中放 50粒种子，滴加有机酸处理液 5 mL，
以蒸馏水处理作为对照（CK），每个处理均 3次重复。
用 Parafilm封口膜将培养皿密封，然后置于 28℃培养
箱中培养。5 d后，统计牛筋草种子的发芽率。参照
上述方法，选取 28 ℃催芽 36 h、露白一致的杂草种
子 20粒进行室内生物测定，培养 7 d后，分别测量牛
筋草幼苗的高度及根长。
1.3 数据统计
试 验 数 据 均 采 用 Microsoft Excel 2010 和
SPSS 17.0软件进行统计分析，利用 Duncan’s法进行单
因素差异显著性分析。
2 结果与分析
2.1 小麦秸秆有机酸组分的 GC-MS分析
通过与 NIST谱库中的标准物质进行匹配，筛选
得到一些匹配度较高的化合物。结果 （表 1） 显示，
从小麦秸秆中共鉴定出 22种有机酸组分，其中，饱
和脂肪酸 15种，不饱和脂肪酸 4种，酚酸 3 种；而
且，小麦秸秆不同部位的有机酸类化合物组分有较
大差异。从小麦秸秆茎部鉴定出的有机酸类组分最
多，共有 17 种，其中，柠檬酸相对含量最高，为
24.81%；其次是阿魏酸，相对含量为 15.69%。从小
麦秸秆穗部鉴定出的有机酸类组分有 11 种，其中，
亚油酸相对含量最高，为 22.98%；其次是棕榈酸，相
对含量为 17.92%。从小麦秸秆根部鉴定出的有机酸组
分有 11 种，其中，阿魏酸相对含量最高，为
20.01%；其次是棕榈酸，相对含量为 11.83%。水溶
性是化感物质能在自然条件下显示化感效应的重要
因素，雨雾淋溶是植物中的化感物质释放至外界环
境中的有效途径之一 [6]。对小麦秸秆中的水溶性有
机酸组分进行进一步分析，结果显示，水溶性有机
酸类化感物质阿魏酸、柠檬酸在小麦秸秆穗部、茎
部和根部均能被检测到，其中，阿魏酸的相对含量分
别为 2.89%、15.69%及 20.01%，柠檬酸的相对含量分
别为 5.48%、24.81%及 3.75%；肉桂酸仅在小麦秸秆
穗部被检测到，相对含量为 8.41%。
刘小民等：小麦秸秆有机酸组分的 GC-MS分析及其对牛筋草的化感效应 59· ·
河北农业科学 2016年
2.2 有机酸对牛筋草种子萌发及幼苗生长的影响
2.2.1 对牛筋草种子萌发的影响 不同浓度的阿魏
酸、肉桂酸、柠檬酸处理，对牛筋草种子发芽率的影
响明显不同（表 2）。阿魏酸和柠檬酸处理对牛筋草种
子发芽率的影响均表现出低浓度促进、高浓度抑制的
作用趋势，其中，62.5 mg/L浓度处理时，牛筋草种子
的发芽率分别较 CK提高 7.4%和 4.9%，表现出明显
的促进作用；随着处理浓度的增大，牛筋草种子的发
芽率逐渐降低，750 mg/L浓度处理时牛筋草种子的发
芽率仅分别为 9.9%和 34.0%，表现出明显的抑制作
用。肉桂酸在参试剂量下对牛筋草种子发芽始终表现
为抑制作用，其中，62.5 mg/L浓度处理时，牛筋草种
子的发芽率仅为 30.3%，与 CK差异达到了显著水平；
浓度≥250 mg/L时，牛筋草种子的发芽率均为 0，完
全抑制了牛筋草种子萌发。
2.2.2 对牛筋草幼苗生长的影响 阿魏酸、肉桂酸、
柠檬酸处理对牛筋草胚轴和胚根生长的影响明显不
同，但均表现为对牛筋草胚根生长的抑制作用明显大
于胚轴（表 3）。3种有机酸在参试剂量下，对牛筋草
胚根生长均表现出明显的抑制作用，且这种抑制作用
随着处理浓度的增大而逐渐增强，其中，阿魏酸、肉
桂酸、柠檬酸 62.5 mg/L浓度处理时，对牛筋草胚根
长度的抑制率分别为 21.6%、74.2%和26.2%，胚根
长度与 CK 差异均达到了显著水平；阿魏酸处理浓
度≥500 mg/L、肉桂酸处理浓度≥125 mg/L、柠檬酸
处理浓度为 750 mg/L时，牛筋草胚根停止生长，抑制
率达到 100%。3种有机酸对牛筋草胚轴生长的影响与
对胚根生长的影响不同，表现出明显的“低促高抑”
效应。阿魏酸、肉桂酸、柠檬酸 62.5 mg/L 浓度处
理对牛筋草胚轴生长均表现出明显的促进作用，胚
轴长度分别较 CK 增加了 60.6%、12.7%和 129.6%；
浓度为 125 mg/L时，即对牛筋草胚轴生长表现为抑制
作用，且这种抑制作用随着处理浓度的增大而逐渐
有机酸
种类
戊二酸
苹果酸
十三烷酸
杜鹃花酸
棕榈酸
柠檬酸
油酸
亚油酸
肉桂酸
山嵛酸
阿魏酸
草酸
丙二酸
富马酸
乙酰丙酸
琥珀酸
肉豆蔻酸
硬脂酸
亚麻酸
花生酸
香草酸
木蜡酸
保留时间
（min）
12.52
13.22
13.41
14.58
15.05
16.94
17.06
17.47
18.40
21.11
28.86
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
相对含量
（%）
1.05
4.03
0.51
1.64
17.92
5.48
13.73
22.98
8.41
1.08
2.89
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
保留时间
（min）
-
-
-
14.41
15.13
16.78
-
17.49
-
20.76
27.52
6.38
7.62
8.35
8.49
8.68
13.20
16.89
17.82
18.58
18.97
24.05
相对含量
（%）
-
-
-
0.78
12.96
24.81
-
3.23
-
1.21
15.69
0.93
1.42
0.39
0.49
0.43
1.60
1.61
1.73
0.47
0.55
0.70
保留时间
（min）
-
-
-
14.40
14.90
16.77
17.05
17.24
-
20.70
27.48
6.36
-
-
-
-
13.19
16.86
-
-
-
24.00
相对含量
（%）
-
-
-
1.11
11.83
3.75
3.90
9.69
-
2.31
20.01
3.26
-
-
-
-
1.60
3.57
-
-
-
1.12
表 1 小麦秸秆不同部位有机酸组分的 GC-MS鉴定结果
Table 1 GC-MS analysis results of organic acids contents in different segments of wheat straw
穗部 茎部 根部
质量浓度
（mg/L）
000.0（CK）
062.5
125.0
250.0
500.0
750.0
阿魏酸
73.8 b
81.2 a
75.4 b
48.9 c
30.7 d
9.9 e
肉桂酸
73.8 a
30.3 b
23.2 b
0.0 c
0.0 c
0.0 c
柠檬酸
73.8 b
78.7 a
75.4 ab
73.7 b
68.0 c
34.0 d
表 2 参试有机酸对牛筋草种子发芽率的影响 （％）
Table 2 Effect of organic acid on the goosegrass
seed germination rate
* 同列数据后小写字母不同，表示在 5%水平上差异显著。下表同。
60· ·
第 6期
（下转第 65页）
刘小民等：小麦秸秆有机酸组分的 GC-MS分析及其对牛筋草的化感效应
增强，其中，阿魏酸和柠檬酸处理浓度为 750 mg/L、
肉桂酸处理浓度≥250 mg/L 时，牛筋草胚轴停止生
长，抑制率达到 100%。
3 结论与讨论
有机酸类化合物广泛存在于植物体内及根际土壤
中，是非常重要的化感物质之一。研究表明，阿魏
酸、肉桂酸和柠檬酸对菟丝子、莴苣、杉木、小白菜
等多种植物的种子萌发及幼苗生长具有化感效应[15～18]。
阿魏酸被普遍认为是 1种对多数植物存在化感作用的
水溶性有机酸类化合物，广泛存在于小麦、水稻、黄
瓜、苜蓿等植物中[19，20]。柠檬酸是植物三羧酸循环的
重要中间产物，也是产生能量的重要途径，广泛参与
种子由休眠状态进入萌发过程和幼苗生长过程期间的
各种代谢 [21]。肉桂酸可以改变植物体内的丙二醛含
量、过氧化物酶活性以及叶绿素含量，从而对植物的
种子萌发及幼苗生长产生化感作用[22，23]。
本研究结果表明，小麦秸秆中含量较高的水溶性
有机酸类化合物有阿魏酸、肉桂酸和柠檬酸。小麦秸
秆根、茎、穗部均能检测到阿魏酸和柠檬酸的存在。
阿魏酸和柠檬酸对牛筋草种子萌发具有“低促高抑”
的浓度效应。生物测定结果表明，外源阿魏酸、肉桂
酸、柠檬酸对牛筋草胚根生长的抑制作用显著大于胚
轴。张志忠等[24]认为化感物质在植物生长期间发挥作
用，首先通过根系被植株吸收，因而其受到的影响也
会较其他部分更加显著，本研究结果与其研究结果一
致。化感物质可以影响杂草体内的水分代谢、矿物质
吸收、光合作用等多种生理生化过程，是一个错综复
杂的调控体系，关于小麦秸秆对牛筋草生长发育的化
感作用机理还有待进一步研究。
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表 3 参试有机酸对牛筋草幼苗生长的影响
Table 3 Effect of organic acid on the
goosegrass seedling growth
质量浓度
（mg/L）
000.0（CK）
062.5
125.0
250.0
500.0
750.0
000.0（CK）
062.5
125.0
250.0
500.0
750.0
000.0（CK）
062.5
125.0
250.0
500.0
750.0
指标值
（cm）
0.71 b
1.14 a
0.70 b
0.52 c
0.03 d
0.00 e
0.71 b
0.80 a
0.32 c
0.00 c
0.00 c
0.00 c
0.71 b
1.63 a
0.56 d
0.61 c
0.09 e
0.00 e
抑制率
（%）
-
-62.3
1.30
26.60
95.30
100.0
-
-13.8
54.9
100.0
100.0
100.0
-
-131.70
20.9
13.6
87.4
100.0
指标值
（cm）
1.88
1.47
1.12
0.38
0.00
0.00
1.88
0.48
0.00
0.00
0.00
0.00
1.88
1.39
1.13
0.50
0.01
0.00
抑制率
（%）
-
21.6
40.4
80.0
100.0
100.0
-
74.2
100.0
100.0
100.0
100.0
-
26.2
39.9
73.6
99.4
100.0
有机酸
种类
阿魏酸
肉桂酸
柠檬酸
胚轴长 胚根长处理
61· ·
第 6期
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