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Chemical Constituents in Rhizospheric Soil Extracts of Pinus massoniana and Liquidambar formosana

马尾松与枫香根际土壤浸提物的化学成分


[目的] 探明马尾松和枫香根际土壤浸提物的化学成分及其含量差异,以期阐述2种林木根际土壤浸提物的化感作用机制,为进一步化学生态学研究提供基础数据。[方法] 选择立地条件一致的马尾松纯林和枫香—木荷混交林,以马尾松和枫香单木为研究对象,采集其根际土壤,采用乙醇、乙酸乙酯提取分离和气相色谱-质谱(GC-MS)物质鉴定等技术,研究不同浸提方法2种林木根际土壤浸提物的化学成分及其含量差异。[结果] 马尾松根际土壤的乙醇、乙酸乙酯浸提物分别检测出109和56 种组分,其中相对含量大于2%的组分分别有6和14 种,都以脱氢松香酸的相对含量最高,分别为28.98%和20.36%,2种浸提物均检测出脱氢松香酸和硬脂酸; 枫香根际土壤的乙醇、乙酸乙酯浸提物分别检测出96和63 种组分,其中相对含量大于2%的组分分别有8和9 种,分别以硬脂酸和羽扇豆醇相对含量最高,分别为21.81%和19.01%,2种浸提物均检测出硬脂酸和2,4-二叔丁基苯酚; 乙醇浸提方法下,2种林木根际土壤浸提物均检测出脱氢松香酸、硬脂酸和22,23-二氢-豆甾醇,马尾松以脱氢松香酸含量(28.98%)最高,枫香以硬脂酸含量(21.81%)最高; 乙酸乙酯浸提方法下,2种林木根际土壤浸提物均检测出硬脂酸、棕榈酸、2,4-二叔丁基苯酚和beta-扶桑甾醇氧化物,马尾松以脱氢松香酸含量(20.36%)最高,枫香以羽扇豆醇含量(19.01%)最高。[结论] 2种林木根际土壤乙醇浸提物的有机物种类高于乙酸乙酯浸提物,从物质种类和数量角度考虑,采用乙醇浸提更为充分; 2种林木根际土壤浸提物均以有机酸的相对含量最高,且马尾松含量显著高于枫香; 马尾松根际土壤浸提物的主要化学成分为脱氢松香酸(二萜类树脂酸)、硬脂酸和棕榈酸,以脱氢松香酸相对含量最高,达28.98%,是枫香的7倍以上。

[Objective] The differences of chemical constituents and content of rhizospheric soil extracts between Pinus massoniana and Liquidambar formosana were studied to understand the allelopathy mechanism of the species, and to provide basic data for further studies in chemical ecology of the species. [Method] Rhizospheric soil samples of P. massoniana and L. formosana were collected from pure forest of P. massoniana and mixed forest of L. formosana-Schima superba for extraction and separation of the chemical constituents using ethanol and ethylacetate. The chemical constituents of rhizospheric soils were analyzed by GC-MS, and their relative contents were determined by area normalization. [Result] In P. massoniana rhizospheric soil, 109 compounds were identified from ethanol extraction with 6 compounds‘ content>2%, and 56 compounds were identified from ethylacetate extraction with, 14 compounds‘ content >2%. The relative content of dehydroabitetic acid was the highest, accounting for 28.98% of the ethanol extraction and 20.36% of the ethylacetate extraction. The common organics of the two extractions from rhizospheric soil were dehydroabitetic acid and octadecanoic acid. Accordingly, 96 and 63 compounds were identified from the ethanol and ethylacetate extraction of L. formosana rhizospheric soil, each with 8 and 9 compounds more than 2% in relative content. The relative content of octadecanoic acid and lupeol were the highest, accounting for 21.81% of the ethanol extraction and 19.01% of the ethylacetate extraction. The common organics of the two extractions from rhizospheric soil were octadecanoic acid and Phenol, 2, 4-bis (1, 1-dimethylethyl). Moreover, the common organics of ethanol extraction from P. massoniana and L. formosana rhizospheric soil were dehydroabitetic acid, octadecanoic acid and stigmasterol, 22, 23-dihydro. The relative contents of dehydroabitetic acid and octadecanoic acid were the highest, accounting for 29.98% and 21.81%, respectively. The common organics of ethylacetate extraction were octadecanoic acid, n-hexadecanoic acid, phenol, 2, 4-bis (1, 1-dimethylethyl) and stigmast-4-en-3-one.The relative contents of dehydroabitetic acid and lupeol were the highest for P. massoniana and L. formaosana, accounting for 20.36% and 19.01% of the total compounds respectively.[Conclusion] The ethanol extraction of rhizospheric soil from the two tree species were higher than the ethylacetate extraction in terms of the number of chemicals constitutes. The contents of organic acids were the highest, and that from P. massoniana was significantly higher than that from L. formosana. The major components of P. massoniana rhizospheric soil extraction were dehydroabitetic acid, octadecanoic acid and hexadecanoic acid. Dehydroabitetic acid content was the highest, accounting for 28.98% of the total of all chemical constituents, 7 times higher in P. massoniana than in L. formosana.


全 文 :第 51 卷 第 8 期
2 0 1 5 年 8 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 51,No. 8
Aug.,2 0 1 5
doi:10.11707 / j.1001-7488.20150802
收稿日期: 2014 - 07 - 03; 修回日期: 2015 - 06 - 23。
基金项目: 江西省自然科学基金项目(20132BAB203028) ; 国家自然科学基金项目(41201276)。
* 杨洁为通讯作者。
马尾松与枫香根际土壤浸提物的化学成分*
段 剑 王凌云 杨 洁 喻驰方 万佳蕾 刘 忠
(江西省土壤侵蚀与防治重点实验室 江西省水土保持科学研究院 南昌 330029)
摘 要: 【目的】探明马尾松和枫香根际土壤浸提物的化学成分及其含量差异,以期阐述 2 种林木根际土
壤浸提物的化感作用机制,为进一步化学生态学研究提供基础数据。【方法】选择立地条件一致的马尾松纯
林和枫香—木荷混交林,以马尾松和枫香单木为研究对象,采集其根际土壤,采用乙醇、乙酸乙酯提取分离和
气相色谱 - 质谱 ( GC-MS)物质鉴定等技术,研究不同浸提方法 2 种林木根际土壤浸提物的化学成分及其含
量差异。【结果】马尾松根际土壤的乙醇、乙酸乙酯浸提物分别检测出 109 和 56 种组分,其中相对含量大于
2% 的组分分别有 6 和 14 种,都以脱氢松香酸的相对含量最高,分别为 28. 98% 和 20. 36% ,2 种浸提物均检
测出脱氢松香酸和硬脂酸 ; 枫香根际土壤的乙醇、乙酸乙酯浸提物分别检测出 96 和 63 种组分,其中相对含
量大于 2% 的组分分别有 8 和 9 种,分别以硬脂酸和羽扇豆醇相对含量最高,分别为 21. 81% 和 19. 01% ,2
种浸提物均检测出硬脂酸和 2,4 - 二叔丁基苯酚 ; 乙醇浸提方法下,2 种林木根际土壤浸提物均检测出脱氢
松香酸、硬脂酸和 22,23 - 二氢 - 豆甾醇,马尾松以脱氢松香酸含量 ( 28. 98% )最高,枫香以硬脂酸含量
(21. 81% )最高 ; 乙酸乙酯浸提方法下,2 种林木根际土壤浸提物均检测出硬脂酸、棕榈酸、2,4 - 二叔丁基
苯酚和 beta - 扶桑甾醇氧化物,马尾松以脱氢松香酸含量( 20. 36% )最高,枫香以羽扇豆醇含量( 19. 01% )
最高。【结论】2 种林木根际土壤乙醇浸提物的有机物种类高于乙酸乙酯浸提物,从物质种类和数量角度考
虑,采用乙醇浸提更为充分 ; 2 种林木根际土壤浸提物均以有机酸的相对含量最高,且马尾松含量显著高于
枫香 ; 马尾松根际土壤浸提物的主要化学成分为脱氢松香酸 (二萜类树脂酸 )、硬脂酸和棕榈酸,以脱氢松香
酸相对含量最高,达 28. 98% ,是枫香的 7 倍以上。
关键词: 根际土壤; 化学成分; 马尾松; 枫香; 气相色谱 -质谱
中图分类号: S714. 7 文献标识码: A 文章编号: 1001 - 7488(2015)08 - 0008 - 08
Chemical Constituents in Rhizospheric Soil Extracts of
Pinus massoniana and Liquidambar formosana
Duan Jian Wang Lingyun Yang Jie Yu Chifang Wan Jialei Liu Zhong
( Jiangxi Provincial Key Laboratory of Soil Erosion and Prevention Jiangxi Provincial Institute of Soil and Water Conservation Nanchang 330029)
Abstract: 【Objective】The differences of chemical constituents and content of rhizospheric soil extracts between Pinus
massoniana and Liquidambar formosana were studied to understand the allelopathy mechanism of the species,and to
provide basic data for further studies in chemical ecology of the species. 【Method】Rhizospheric soil samples of P.
massoniana and L. formosana were collected from pure forest of P. massoniana and mixed forest of L. formosana-Schima
superba for extraction and separation of the chemical constituents using ethanol and ethylacetate. The chemical constituents
of rhizospheric soils were analyzed by GC-MS, and their relative contents were determined by area normalization.
【Result】In P. massoniana rhizospheric soil,109 compounds were identified from ethanol extraction with 6 compounds’
content > 2% ,and 56 compounds were identified from ethylacetate extraction with ,14 compounds’content > 2% .
The relative content of dehydroabitetic acid was the highest,accounting for 28. 98% of the ethanol extraction and 20. 36%
of the ethylacetate extraction. The common organics of the two extractions from rhizospheric soil were dehydroabitetic acid
and octadecanoic acid. Accordingly,96 and 63 compounds were identified from the ethanol and ethylacetate extraction of
L. formosana rhizospheric soil,each with 8 and 9 compounds more than 2% in relative content. The relative content of
第 8 期 段 剑等: 马尾松与枫香根际土壤浸提物的化学成分
octadecanoic acid and lupeol were the highest,accounting for 21. 81% of the ethanol extraction and 19. 01% of the
ethylacetate extraction. The common organics of the two extractions from rhizospheric soil were octadecanoic acid and
Phenol,2,4-bis (1,1-dimethylethyl) . Moreover,the common organics of ethanol extraction from P. massoniana and L.
formosana rhizospheric soil were dehydroabitetic acid,octadecanoic acid and stigmasterol,22,23-dihydro. The relative
contents of dehydroabitetic acid and octadecanoic acid were the highest, accounting for 29. 98% and 21. 81%,
respectively. The common organics of ethylacetate extraction were octadecanoic acid,n-hexadecanoic acid,phenol,2,4-
bis ( 1,1-dimethylethyl) and stigmast-4-en-3-one. The relative contents of dehydroabitetic acid and lupeol were the
highest for P. massoniana and L. formaosana,accounting for 20. 36% and 19. 01% of the total compounds respectively.
【Conclusion】The ethanol extraction of rhizospheric soil from the two tree species were higher than the ethylacetate
extraction in terms of the number of chemicals constitutes. The contents of organic acids were the highest,and that from
P. massoniana was significantly higher than that from L. formosana. The major components of P. massoniana rhizospheric
soil extraction were dehydroabitetic acid,octadecanoic acid and hexadecanoic acid. Dehydroabitetic acid content was the
highest,accounting for 28. 98% of the total of all chemical constituents,7 times higher in P. massoniana than in L.
formosana.
Key words: rhizospheric soil; chemical constituents; Pinus massoniana; Liquidambar formosana; gas chromatograph-
mass spectrometer
马尾松 (Pinus massoniana)是我国亚热带荒山
造林的先锋树种人工林。在全国水土流失与生态安
全综合科学考察中,赵其国(2006)发现南方红壤区
林下水土流失十分严重,“远看青山在,近看水土
流”的现象普遍存在,而其中马尾松林是南方红壤
区退化面积最大的森林类型(莫江明等,2004)。
何圣嘉等(2011)研究指出,林下植物种类(尤
其是草本植物)极少,是造成马尾松林下水土流失
的最主要和最直接原因。马尾松林下草本层主要是
由芒萁 ( Dicranopteris dichotoma )、白茅 ( Imperata
cylindrica)和狗尾草(Setaria viridis)等植物簇生而成
的,其盖度在 30% 以下,且主要零星簇状分布在相
对坑洼的区域(马志阳等,2008)。以往针对马尾松
林下植被及其恢复措施的研究大多数是从植物生长
规律 (何友均等,2013 )、土壤环境 (林德喜等,
2004; 康冰等,2009)等方面考虑,然而植物群落结
构组成及分布,不仅与植物的生物学特性和生境条
件相关,而且与其化感作用存在密切联系 ( Bais et
al.,2006; Zhang et al.,2014; 彭少麟等,2001;马越
强等,1998; 陈龙池等,2002)。植物根系分泌是土
壤环境中化感物质来源的最主要途径 ( Rovira,
1969; 孙婧珏等,2013),为整个林地土壤环境提供
了碳源,对土壤环境和林木生长具有重要影响。段
剑等(2015)研究表明,马尾松根际土壤浸提物对狗
牙根(Cynodon dactylon)、白三叶(Trifolium repens)、
巴哈雀稗(Paspalum notatum)和早熟禾(Poa annua)
4 种南方典型水土保持草本植物具有明显的化感作
用,且与枫香(Liquidambar formosana)根际土壤的化
感作用类型存在显著差异。而根际土壤浸提物的化
学成分鉴定是研究马尾松化感物质种类及其化感作
用机制的基础性工作。
鉴于此,本研究在南方红壤侵蚀区,以马尾松和
枫香为对象,对其根际土壤进行提取、分离与鉴定,
探明并比较马尾松和枫香根际土壤浸提物的化学组
成及含量差异,以期阐述 2 种林木根际土壤浸提物
的化感作用机制,为进一步研究其化学生态学提供
基础数据。
1 研究区概况
研究区老虎山小流域 ( 114° 52—114° 54 E,
26°50—26°51N)位于江西省泰和县,地处吉泰盆
地。地貌类型属低丘岗地,海拔 80 ~ 200 m,境内丘
坡平缓,坡度多在 5°左右。土壤为第四纪红色黏土
发育而来的红壤,厚度 3 ~ 40 m。流域地处亚热带
湿润季风气候区,气候温和、雨量充沛,但四季降雨
不均,4—6月为雨季,占全年降水的 50%。多年平
均降水量 1 336 mm,≥10 ℃年积温 5 918 ℃,平均
气温 18. 6 ℃,极端最高、最低气温 40. 4 和 - 6 ℃,
全年无霜期 288 天。丘陵区原有常绿阔叶林被破坏
后,取而代之的是针阔叶次生林。
2 研究方法
2. 1 样地设置与调查
在研究区内选择立地条件一致的马尾松纯
林和枫香—木荷 ( Schima superba)混交林,林分
概况见表 1。分别在每种林分内随机设置 3 块
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林 业 科 学 51 卷
20 m × 20 m 样地,在每块样地内进行每木检
尺,获取样地内植株的平均地径、胸径、高度、冠
幅,并以此为依据,选取 3 株标准木作为研究
对象。
表 1 林分概况
Tab. 1 Survey of pure forest of Pinus massoniana,mixed forest of Liquidambar formosana and Schima superba
项目
Item
马尾松纯林 Pure forest of
P. massoniana
枫香—木荷混交林
Mixed forest of L. formosana
and S. superba
海拔 Altitude /m 130 127
林分密度 Stand density /( individual·hm - 2 ) 1 500 3 000
林龄 Stand age / a 13 10
郁闭度 Canopy density 0. 7 0. 9
坡度 Slope /( °) 10 8
坡向 Slope aspect 西北 330° Northwest 330° 西北 292°Northwest 292°
前期土地利用类型 Land use type before forestation 灌木林 Shrubbery 灌木林 Shrubbery
平均胸径 Mean DBH /cm 10. 8 13. 4
平均树高 Mean tree height /m 6. 7 10
土壤密度 Soil density /( g·cm - 3 ) 1. 34 ± 0. 21 1. 27 ± 0. 24
土壤含水率 Soil moisture content (% ) 14. 25 ± 1. 08 15. 53 ± 8. 85
土壤 pH 值 Soil pH 4. 60 ± 0. 08 5. 07 ± 0. 04
土壤有机质含量 Soli organic matter content /( g·kg - 1 ) 16. 96 ± 0. 24 36. 15 ± 1. 43
土壤全氮含量 Soil total nitrogen content /( g·kg - 1 ) 0. 06 ± 0. 02 0. 25 ± 0. 06
土壤全磷 Soil total phosphorus content /( g·kg - 1 ) 0. 35 ± 0. 02 0. 41 ± 0. 03
土壤全钾含量 Soil total potassium content /( g·kg - 1 ) 6. 74 ± 1. 10 5. 73 ± 0. 83
土壤碱解氮含量 Soil available nitrogen content /(mg·kg - 1 ) 33. 85 ± 8. 55 168. 61 ± 30. 36
土壤速效磷含量 Soil available phosphorus content /(mg·kg - 1 ) 0. 32 ± 0. 01 2. 73 ± 0. 10
土壤速效钾含量 Soil available potassium content /(mg·kg - 1 ) 12. 50 ± 1. 34 10. 99 ± 1. 00
2. 2 土样采集
以样地内马尾松和枫香单木为研究对象,于生
长季节 4 月 17 日采集其根际土壤。具体方法为:
先去除样本下表层枯落物,沿植株的东、南、西、北 4
个方向,以距离植株 1 m 处为外边界,挖取 50 cm
(长) × 30 cm(宽) × 40 cm(高)的土壤剖面,将直
径 < 2 mm的细根带土取出,轻抖根系,将细根表面
附着的土壤作为根际土壤,每个剖面采集 50 g 土
样,分样地进行土样混合,2 种林木共 6 块样地,混
合后共 6 个混合土样。混合土样装入无菌保鲜袋,
带回实验室,4 ℃下保存,供测试分析。
2. 3 根际土壤浸提物的提取
采用 2 种方法进行根际土壤浸提物的提取。方
法一(乙醇浸提): 分别取马尾松、枫香根际土壤于
有盖玻璃瓶中,按 1∶ 3的体积比加入 85%的乙醇,置
于 20 ℃磁力搅拌器中,2 600 r·min - 1浸提 24 h;再
置于 20 ℃ 高速离心仪中,3 500 r·min - 1旋转 15
min。离心后的上清液置于旋转蒸发仪中脱去浸提
剂,首先用乙酸乙酯(1∶ 1)萃取 2 次,乙酸乙酯相为
中性组分; 然后用1 mol·L - 1的 HCl 将水相 pH 调至
3. 0 后,再用等量的乙酸乙酯萃取 2 次,乙酸乙酯相
为酸性组分; 接着用 1 mol·L - 1的 NaOH 将水相 pH
调至 8. 0,再用等量的乙酸乙酯萃取 2 次,乙酸乙酯
相为碱性组分。合并酸、中、碱性乙酸乙酯相,即为
根际土壤浸提物。方法二(乙酸乙酯浸提): 分别取
马尾松、枫香根际土壤置于有盖玻璃瓶中,按 1 ∶ 3的
体积比加入 20%乙酸乙酯,置于 20 ℃磁力搅拌器
中,2 600 r·min - 1浸提 24 h;再置于 20 ℃高速离心
仪中,3 500 r·min - 1旋转 15 min。离心后的上清液,
即为根际土壤浸提物。
2. 4 根际土壤浸提物的物质鉴定
将 2 种浸提方法得到的马尾松、枫香根际土壤
浸提物,35 ℃真空旋转蒸发仪浓缩至 1 mL,无水硫
酸钠脱水后,采用 GC-MS Agilent-6890N /59731 联用
仪对浸提物进行分析,进样量为1. 0 μL,不分流进
样。色谱条件: 色谱柱为 Agilent 122-3832(30 m ×
0. 25 mm × 0. 25 μm)超高惰性柱,柱温 70 ℃ ( 2
min),以 10 ℃·min - 1升温至 280 ℃,保持 20 min;
气化室温度 250 ℃ ; 载气为高纯 He(99. 999% ),载
气流量 1. 0 mL·min - 1。质谱条件: 离子源为 EI 源;
01
第 8 期 段 剑等: 马尾松与枫香根际土壤浸提物的化学成分
离子源温度 230 ℃ ; 四级杆温度 150 ℃ ; 电子能量
70 eV; 扫描范围 (m / z) 35 ~ 500 amu; 扫描速度
0. 2 s 扫全程; 检测器电压 500 V; 电流 350 μA; 溶
剂延迟时间 3. 0 min。GC-MS 数据应用标准质谱谱
库 NIST02 获得,采用面积归一化法计算各组分的相
对含量。
3 结果与分析
3. 1 2 种林木根际土壤浸提物的物质鉴定
将 2 种浸提方法得到的根际土壤浸提物进行
GC-MS 分析,图 1 为 2 种林木根际土壤浸提物的总
离子流图。
图 1 2 种林木根际土壤浸提物的总离子流图
Fig. 1 Total chromatogram of extract with two solvent extractions from rhizospheric soil of two trees
马尾松根际土壤乙醇浸提物共有效命名了 6 种
有机物,分属于烃类、醇类、酸类和苯类,其中以酸类
(2 种)相对含量最高,占总量的 72. 85% ; 乙酸乙酯
浸提物共有效命名了 14 种有机物,分属于烃类、醇
类、酮类、酸类、酯类、酚类和醚类,其中以酸类 (3
种)相对含量最高,占总量的 53. 92% (表 2)。枫香
根际土壤乙醇浸提物共有效命名了 8 种有机物,分
属于烃类、醇类、酸类、酯类、酚类和酰胺类,其中以
酸类(3 种)相对含量最高,占总量的 46. 18% ;乙酸
乙酯浸提物共有效命名了 9 种有机物,分属于烃类、
醇类、酮类、酸类、酚类和苯类,其中以酸类(2 种)和
醇类(2 种)相对含量较高,分别占总量的 37. 25%
和 31. 97% (表 2)。
3. 2 2 种浸提方法根际土壤浸提物的化学成分
差异
马尾松根际土壤乙醇、乙酸乙酯浸提物分别检
测出 109 和 56 种有机物,二者都分属于烃类、醇类、
酮类、酸类、酯类和酰胺类等,但在物质种类和数量
上差异较大;从物质种类上考虑,采用乙醇浸提更为
充分。乙醇、乙酸乙酯浸提物中相对含量大于 2%
的组分分别有 6 和 14 种(表 3),乙醇浸提物以酸类
和烃类为主,乙酸乙酯浸提物以酸类、酮类和烃类为
主。2 种浸提物均检测出脱氢松香酸和硬脂酸。此
外,2 种浸提方法马尾松根际土壤浸提物都以脱氢
松香 酸 的 相 对 含 量 最 高,分 别 为 28. 98%
和 20. 36%。
11
林 业 科 学 51 卷
表 2 2 种林木根际土壤浸提物组分
Tab. 2 Component of solvent extraction from rhizospheric soil of two trees
组分
Component
马尾松 P. massoniana 枫香 L. formosana
乙醇浸提物
Ethanol extraction
乙酸乙酯浸提物
Ethylacetate extraction
乙醇浸提物
Ethanol extraction
乙酸乙酯浸提物
Ethylacetate extraction
种类数
Kind
number
占总量百分比
Percentage
of total(% )
种类数
Kind
number
占总量百分比
Percentage
of total(% )
种类数
Kind
number
占总量百分比
Percentage
of total(% )
种类数
Kind
number
占总量百分比
Percentage
of total(% )
烃类 Hydrocarbons 2 14. 48 3 10. 41 1 4. 20 2 17. 98
醇类 Alcohol 1 4. 69 1 2. 62 1 18. 50 2 31. 97
酮类 Ketones 0 0 3 11. 38 0 0 1 6. 30
酸类 Acids 2 72. 85 3 53. 92 3 46. 18 2 37. 25
酯类 Esters 0 0 1 4. 41 1 3. 50 0 0
酚类 Phenols 0 0 2 8. 33 1 5. 33 1 2. 98
苯类 Benzene 1 7. 98 0 0 0 0 1 3. 52
醚类 Ethers 0 0 1 8. 92 0 0 0 0
酰胺类 Amides 0 0 0 0 1 22. 28 0 0
总计 Total 6 100. 00 14 100. 00 8 100. 00 9 100. 00
枫香根际土壤乙醇、乙酸乙酯浸提物分别检测
出 96 和 63 种有机物,采用乙醇浸提的物质种类比
较丰富。乙醇、乙酸乙酯浸提物中相对含量大于
2%的组分分别有 8 和 9 种,乙醇浸提物以酸类、醇
类和酰胺类为主,乙酸乙酯浸提物以酸类和醇类为
主。2 种浸提物均检测出硬脂酸和 2,4 - 二叔丁基
苯酚。此外,枫香根际土壤乙醇、乙酸乙酯浸提物分
别以硬脂酸和羽扇豆醇相对含量最高,分别为
21. 81%和 19. 01%。
3. 3 2 种林木根际土壤浸提物的化学成分差异
乙醇浸提方法下,2 种林木根际土壤浸提物均
检测出脱氢松香酸、硬脂酸和 22,23 - 二氢 - 豆甾
醇,其 中 马 尾 松 以 脱 氢 松 香 酸 含 量 最 高,为
28. 98%,枫香以硬脂酸含量最高,为 21. 81%。相
对枫香,马尾松根际土壤浸提物特有的物质有 3,3,
6,6 - tetram 乙基 - 1,4 -环己二烯、4,4 -双(三甲
基硅基)联苯和豆甾烷 - 3,5 -二烯,其中以 3,3,6,
6 - tetram 乙 基 - 1,4 - 环 己 二 烯 含 量 最 高,
为 5. 95%。
乙酸乙酯浸提方法下,2 种林木根际土壤浸提
物均检测出硬脂酸、棕榈酸、2,4 - 二叔丁基苯酚和
beta - 扶桑甾醇氧化物,且含量差异不大。相对枫
香,马尾松根际土壤浸提物特有的物质有脱氢松香
酸、异香树烯氧化物、26 - (乙酰氧基)胆甾 - 4 -
烯 - 3 -酮、N - 乙酰基 - 乙酸(酯) - 白雀定、十七
烷、十六烷、2 - (4 - 二乙胺 - 苯基亚氨基甲基) -
6 -乙氧基苯酚、豆甾 - 3,5 -二烯 - 7 -酮、长叶烯、
环鸦片甾烯醇,其中以脱氢松香酸相对含量最高,
为 20. 36%。
4 结论与讨论
采用根际土壤提取、分离和鉴定方法,首次对马
尾松根际土壤浸提物的化学成分进行试探性研究。
结果表明,乙醇浸提方法共检测出 109 种有机物,乙
酸乙酯浸提方法共检测出 56 种,其中相对含量大于
2%的组分分别有 6 和 14 种。2 种浸提方法下,相
对含量最高的都是有机酸类物质,主要包括脱氢松
香酸、硬脂酸和棕榈酸,结果与曹光球等 (2005)通
过超临界流体萃取技术研究发现的马尾松根化感物
质(α -杜松醇、θ -杜松烯、棕榈酸、叶绿醇)组成具
有一定的相似性。但本研究根际土壤浸提物组分与
曹光球等(2006)研究的马尾松针叶挥发物组分存
在一定差异。曹光球等 (2006)通过超临界流体萃
取技术提取、分离马尾松针叶化感物质,纯 CO2 提
取的叶生化物质主要为苯甲醛和 Cis - 2,6 - 二甲
基 - 2,6 - 辛二烯等,乙醇和 CO2 混合提取的叶生
化物质主要为 β - 芳樟醇和苯乙醇等。 Su 等
(2009)发现马尾松针叶受损状况下针叶的挥发性
成分主要有桧烯、罗勒烯、乙酸芳香酯、大根香叶烯
和(E) - 4,8 - 二甲基 - 1,3,7 - 壬三烯等。因此,
比较分析植物体内的生化物质应充分考虑植株的取
样器官、生长时期和立地条件以及收集提取技术等
因素。
迄今研究发现的化感物质以有机酸、酚类和萜
类化合物最为多见,有机酸尤其是酚酸类是最主要
的化感物质,如水杨酸、苯甲酸、阿魏酸和苹果酸等
(Uddin et al.,2012; 张志忠等,2013)。脱氢松香
酸、硬脂酸和棕榈酸等是否为马尾松的化感物质,需
21
第 8 期 段 剑等: 马尾松与枫香根际土壤浸提物的化学成分
要进一步化感试验验证,如对受体种子发芽和幼苗
生长等的影响。此外,马尾松根际土壤有机酸含量
显著高于枫香,这是否与 2 种林木根际土壤 pH 和
林下植被多样性存在联系,也值得进一步探讨。
根系分泌物的收集方法多样,且易受外界环境
因素的影响。有学者通过设计循环培养装置
(Hodge et al.,1996; 王占义等,2010)模拟植物的
正常生长情况,来收集根系分泌物,但这不太适合成
熟林木根系的研究。由于林木根系分泌到土壤中的
物质,易受土壤微生物的分解作用,因此采用根际土
壤浸提法得出的根系分泌物成分,与植物正常生命
活动情况下的分泌情况存在一定差异。
表 3 2 种林木根际土壤浸提物各化学组分的相对含量( > 2%)
Tab. 3 Relative content of chemical constitute with two solvent extractions from rhizospheric soil of two trees %
类别
Type
化合物
Compound
马尾松
P. massoniana
枫香
L. formosana
乙醇浸提物
Ethanol
extraction
乙酸乙酯
浸提物
Ethylacetate
extraction
乙醇浸
提物
Ethanol
extraction
乙酸乙酯
浸提物
Ethylacetate
extraction
烃类
Hydrocarbons
十六烷 Hexadecane — 2. 63 — —
十七烷 Heptadecane — 3. 41 — —
二十一烷 Heneicosane — — — 2. 87
氯二十一烷 1-chloroeicosane — — 2. 59 —
3,3,6,6 - tetram 乙基 - 1,4 -环己二烯
1,4-cyclohexadiene,3,3,6,6-tetram ethyl-
5. 95 — — —
豆甾烷 - 3,5 -二烯 Stigmastan-3,5-diene 2. 85 — — —
7 -氧杂二环[4. 1. 0]庚烷,2,2,6 -三甲基 - 1 -
(3 -甲基 - 1,3 -丁二烯基) - 5 -亚甲基
7-Oxabicyclo[4. 1. 0]heptane,2,2,6-trimethyl-1-
(3-methyl-1,3-butadienyl)-5-methylene-
— — — 9. 20
长叶烯 Decahydro-4,8,8-trimethyl-9-
methylene-1,4-methanoazulene
— 2. 13 — —
醇类
Alcohol
22,23 -二氢豆甾醇 22,23-dihydro-stigmasterol 2. 85 — 11. 41 —
叶绿醇 Phytol — — — 2. 45
羽扇豆醇 Lupeol — — — 19. 01
环鸦片甾烯醇 9,19-cyclolanost-25-en-3-ol,
24-methyl-,(3. beta.,24S)-
— 2. 06 — —
酮类
Ketones
豆甾 - 3,5 -二烯 - 7 -酮 Stigmasta-3,5-dien-7-one — 2. 14 — —
beta -扶桑甾醇氧化物 Sitostenone — 2. 38 — 4. 23
26 - (乙酰氧基)胆甾 - 4 -烯 - 3 -酮
4-cholesten-3-one,26-( acetyloxy)
— 4. 41 — —
酸类 Acids
脱氢松香酸 Dehydroabietic acid 28. 98 20. 36 4. 46 —
硬脂酸 Octadecanoic acid 15. 30 12. 42 21. 81 14. 28
顺 14 -十五碳烯酸 14-pentadecenoic acid — — 2. 21 —
棕榈酸 n-Hexadecanoic acid — 9. 54 — 10. 72
酯类
Esters
1 -金刚烷甲酸苯甲酯
1-adamantanecarboxylic acid,benzyl ester
— — 2. 16 —
N -乙酰基 -乙酸(酯) -白雀定
Quebrachidine,N-acetyl-,acetate( ester)
— 3. 46 — —
酚类
Phenols
2,4 -二叔丁基苯酚 Phenol,2,4-bis(1,1-dimethylethyl) — 3. 92 3. 29 2. 00
2 - (4 -二乙胺 -苯基亚氨基甲基) - 6 -乙氧基苯酚
Phenol,2-(4-diethylaminophenyliminomethyl)-6-ethoxy-
— 2. 62 — —
苯类 Benzene
4,4 -双(三甲基硅基)联苯 Biphenyl,4,4-bis( trimethylsilyl) 4. 85 — — —
丁基羟基甲苯 Butylated hydroxytoluene — — — 2. 36
醚类 Ethers 异香树烯氧化物 Alloaromadendrene oxide-(2) — 7. 00 — —
酰胺类 Amides 芥酸酰胺 13-docosenamide,(Z)- — — 13. 74 —
31
林 业 科 学 51 卷
Smith(1970)和陈龙池等(2003)采用野外挖掘
和容器培养等方法,对林木根系分泌物进行了研究
和探讨,在一定程度上解决了上述问题;但由于根系
分泌物的收集方法缺乏一种公认的标准,使得研究
结果间的可比性差。此外,有机提取剂极性不同,萃
取的根系分泌物的成分也不同(杨先国等,2013)。
本研究从试剂毒害性小角度考虑,选择乙醇、乙酸乙
酯进行浸提,比较分析其浸提效果。研究发现,2 种
林木根际土壤乙醇浸提物的有机物种类显著高于乙
酸乙酯浸提物,采用乙醇浸提更为充分。此外,还应
增加与其他毒性较高的有机试剂 (如甲醇、二氯甲
烷等)进行比较分析,以期找到安全、有效的提取方
法。因此,如何进行有效收集、提取和分离仍是林木
根系分泌物研究的重点和难点。
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