全 文 :广 西 植 物 Guihaia Nov.2013,33(6):878-882 http://journal.gxzw.gxib.cn
DOI:10.3969/j.issn.1000G3142.2013.06.029
李晓霞,沈奕德,范志伟,等.肿柄菊挥发油的化学成分分析及其化感作用[J].广西植物,2013,33(6):878-882
LiXX,ShenYD,FanZW,etal.ChemicalconstituentsandalelopathyofTithoniadiversifoliavolatileoil[J].Guihaia,2013,33(6):878-882
肿柄菊挥发油的化学成分分析及其化感作用
李晓霞,沈奕德,范志伟∗,黄乔乔,程汉亭,刘丽珍
(中国热带农业科学院 环境与植物保护研究所/农业部热带农林有害生物入侵监测与控制重点开放
实验室/海南省热带农业有害生物监测与控制重点实验室,海南 儋州571737)
摘 要:采用水蒸气蒸馏法提取肿柄菊地上部分的挥发油,利用GCGMS技术对肿柄菊地上部分的挥发油进
行分析,以假臭草、巴西含羞草、含羞草、蝶豆和鬼针草5种肿柄菊伴生植物为供试植物,用半密闭容器法对肿
柄菊挥发油的化感效应进行生物测定.GCGMS分析结果显示,从肿柄菊挥发油中鉴定出50个化合物,占总
出峰面积的94.79%,肿柄菊挥发油中主要含有αG蒎烯(63.81%)、柠檬烯(7.07%)、βG石竹烯(4.85%)、双环大
香烯(2.95%)、香桧烯(2.78%)、斯巴醇(2.70%)等萜类和醇类化合物,占挥发油总量的94.15%,其中萜类化
合物含量占总挥发油的86.01%.生测结果显示,肿柄菊挥发油对5种受试植物的种子萌发和幼苗生长均产
生抑制作用,其中对巴西含羞草的抑制作用最为显著,而对含羞草和蝶豆影响较小.说明肿柄菊挥发油在其
入侵扩散中发挥一定的化感作用.
关键词:肿柄菊;挥发油;化感物质;化感作用
中图分类号:Q946.85 文献标识码:A 文章编号:1000G3142(2013)06G0878G05
Chemicalconstituentsandalelopathyof
Tithoniadiversifoliavolatileoil
LIXiaoGXia,SHENYiGDen,FANZhiGWei1∗,HUANGQiaoGQiao,
CHENGHanGTing,LIULiGZhen
(KeyLaboratoryofIntegratedPestManagementonTropicalCrops,MinistryofAgriculture,HainanKeyLaboratory
forMonitoringandControlofTropicalAgriculturalPests,InstituteofEnvironmentandPlantProtection,
ChineseAcademyofTropicalAgriculturalSciences,Danzhou571737,China)
Abstract:VolatileoilwasobtainedfromabovegroundpartofTithoniadiversifoliabysteamdistilationmethod,and
themainchemicalcomponentsinthevolatileoilwereidentifiedbygaschromatographyGmass.Alelopathyofvolatile
oilfromT.diversifoliaonseedgerminationandseedlinggrowthof5coGoccuringplantspecies,EupatoriumcatariG
um,Mimosadiplotrich,Mimosapudica,Clitoriaternatea,BidenspilosawasstudiedinasemiGclosedcontainer.50
compoundswereidentified,accountingto94.79%ofthetotaldetectedconstituents.ThemaincomponentswereαGPiG
nene(63.81%),Limonene(7.07%),βGCaryophylene(4.85%),Bicyclogermacrene(2.95%),Sabinene(2.78%),and
Spathulenol(2.702%),whichaccountedfor94.15%ofthetotalamountoftheessentialoilsamples.TerpenesaccounG
tedfor86.01%ofthetotal.ThebioassaytestresultsdemonstratedthatvolatileoilofT.diversifoliacouldinhibit
theseedgerminationandgrowthofaltestedplant.TheinhibitoryefectsonMimosadiplotrichawasthelargest,
whileMimosapudicaandClitoriaternateawererelativelysmal.TheseresultsindicatedthatvolatileoilofT.diverG
收稿日期:2013G02G10 修回日期:2013G05G23
基金项目:国家自然科学基金(31071699);国家科技部国际合作项目(2011DFB30040);公益性行业(农业)科研专项(201103027)
作者简介:李晓霞(1983G),女(白族),云南大理人,硕士,从事热带农林杂草生物学、生态学与综合监控等研究,(EGmail)lixiaoxiayn@163.com.
∗通讯作者:范志伟,博士,研究员,从事入侵植物与杂草生物学、生态学等研究,(EGmail)fanweed@163.com.
sifoliaplayedacertainallopathyinvasiveininvasionofdifusion.
Keywords:Tithoniadiversifolia;volatileoil;alelopathy;alelochemicals
肿柄菊(Tithoniadiversifolia)为菊科(ComG
positae)肿柄菊属(T.Desfontaines)植物,原产墨
西哥及中美洲地区,作为观赏、绿肥和防止土壤侵蚀
植物被广泛引种到亚洲、非洲、北美、澳洲的许多国
家和地区,期间我国广东、云南等作为观赏植物引入
(吴征镒等,2010;Eduar,2000).肿柄菊结实量大,
繁殖潜力强,进而形成密集状丛生的单一优势种群.
逐渐在东南亚、南非、太平洋一些地区成为强势入侵
草地、河岸、路边的杂草.近年来,在我国云南、广
东、广西、福建和海南等地有大量逃逸分布种群,逐
渐表现出入侵性,给农业生产造成严重危害,成为一
种具有较大潜在危害性的外来植物(范志伟等,
2007;徐成东等,2007).入侵物种通过释放化感物
质来抵制本地植物的萌发和生长发育,以达到种群
优势.可见,化感作用在外来种入侵过程中起重要
作用(Harsh,2003;黄京华等,2005).化感物质释
放途径有4种,即淋溶、挥发、残体分解和根系分泌.
其中,挥发是植物释放化感物质的一条重要途径
(Rice,1984;孔垂华等,1998),因此,肿柄菊挥发物
质是否具有化感作用值得深入研究.
目前,肿柄菊的研究主要集中在药物、肥料、饲
料、杀虫剂和除草剂等方面(徐成东等,2006;罗瑛等,
2009).肿柄菊不同部位水浸液被证实具有化感作用
(杨海艳等,2011),然而,其挥发油主要化学成分及其
是否具有化感作用等问题未见报道.本文采用气相
色谱G质谱(GCGMS)联用技术,对其挥发油主要化学
成分进行了分析,并采用半密闭容器法测定了肿柄菊
挥发油对伴生植物假臭草(Eupatoriumcatarium)、巴
西含羞草(Mimosadiplotricha)、含羞草(MimosapuG
dica)、蝶豆(Clitoriaternatea)和鬼针草(BidenspiloG
sa)种子萌发、幼苗生长的影响,为进一步探讨在自然
条件下肿柄菊的化感作用提供科学依据.
1 材料与方法
1.1材料
实验用肿柄菊地上部分于2011年11月下旬采
自海南省儋州市中国热带农业科学院科技园内.受
试材料假臭草、巴西含羞草、含羞草、蝶豆和鬼针草
种子(发芽率>90%)采自海南省中国热带农业科学
院科技园内.
1.2方法
1.2.1挥发油的提取 肿柄菊挥发油采用水蒸气蒸
馏法提取,经无水硫酸钠干燥后得浅黄色透明液体,
有轻微香味,比重小于水.
1.2.2挥发油GCGMS分析方法 检测仪器为美国
惠普公司的毛细管气相色谱G质谱联用仪(HP6890/
HP5973GC/MS联用仪).气相色谱条件:色谱柱
为 HPG5MS5% PhenylMethylSiloxane(30m×
0.25mm×0.25μm)弹性石英毛细管柱,柱温50℃
(保留2min),以5℃/min升温至300℃(保持15
min);汽 化 室 温 度 250 ℃;载 气 为 高 纯 He
(99.999%);柱前压7.62psi,载气流量1.0mL/
min;进样量1μL;分流比20∶1.质谱条件:离子
源为EI源;离子源温度230℃;四极杆温度150℃;
电子能量70eV;发射电流34.6μA;倍增器电压
1071V;接口温度280℃;质量范围10~550amu.
1.2.3挥发油化感作用的生物测定 挥发油化感作用
的生物测定方法参照杨莉等(2010)方法.在干燥器
(Φ为30cm)中分别放入盛有50、100、150μL挥发油
的培养皿,对照组培养皿中为蒸馏水.种子萌发试验
采用滤纸培养法培养.供试植物种子培养皿放在干
燥器上层,每皿分别播入30粒假臭草种子、巴西含羞
草、含羞草、蝶豆和鬼针草种子,每皿加5mL水.实
验期间,每天定时开启干燥器通风2次,每次1h,保
持滤纸湿润,并补充相应体积的挥发油至下层培养皿
中以保证干燥器内挥发油浓度.每天观察并记录发
芽种子的数量连续统计7d,计算最终发芽率(以胚根
或胚轴突破种皮达1~2mm为种子萌发标准);7d
之后测定受体植物的根长(胚轴末端至根末端的长
度)和苗高(胚轴顶端至幼苗顶端的长度).
1.2.4实验数据分析及统计方法 最终发芽率=(前
7d发芽种子总数/供试种子总数)×100%;对照抑
制百分率=(1-处理/对照)×100%;综合效应
(SE,synthesiseffect)是供体对同一受体3个测试
项目的对照抑制百分率的平均值.
2 结果与分析
2.1肿柄菊挥发油的主要化学成分及其相对含量
按上述条件对肿柄菊地上部分挥发油进行GCG
9786期 李晓霞:肿柄菊挥发油的化学成分分析及其化感作用
表1 肿柄菊挥发油主要化学成分和相对含量
Table1 ConstituentsandcontentsofvolatileoilfromT.diversifolia
编号
No.
保留时间
RT(min)
化合物
Compound
分子式
MF
分子量
MW
相对含量
RC(%)
编号
No.
保留时间
RT(min)
化合物
Compound
分子式
MF
分子量
MW
相对含量
RC(%)
1 4.47 己醛 Hexanal C6H12O 100 0.031 26 14.24 pG孟G2G烯G1G醇
pGMenthG2GenG1Gol
C10H18O 154 0.23
2 5.80 (E)G2G己烯醛
(E)G2GHexenal
C6H10O 98 0.32 27 14.34 L芳樟醇
LLinalool
C10H18O 154 0.20
3 5.99 (Z)G2G己烯G1G醇
(Z)G3GHexenG1Gol
C6H12O 100 1.36 28 14.69 乙酸辛烯酯
Octenylacetate
C10H18O2 170 0.055
4 6.30 (E)G2G己烯G1G醇
(E)G2GHexenG1Gol
C6H12O 100 0.56 29 14.83 (E)G4,8GdimethylG1,
3,7GNonatriene
C11H18 150 0.10
5 6.37 己醇 Hexanol C6H14O 102 0.97 30 15.10 1G松油醇
1GTerpineol
C10H18O 154 0.044
6 6.99 (Z)G2G辛烯醇
(Z)G4GHeptenal
C7H12O 112 0.052 31 15.94 Berbenol C10H16O 152 0.15
7 7.84 三环烯Tricylene C10H16 136 0.058 32 16.73 LG龙脑LGBorneol C10H18O 154 0.083
8 8.07 αG侧柏烯αGThujene C10H16 136 0.19 33 17.11 4G松油醇4GTerpineolC10H18O 154 0.43
9 8.43 αG蒎烯αGPinene C10H16 136 63.82 34 17.25 Naphthalene C10H8 128 0.077
10 8.75 莰烯Camphene C10H16 136 0.40 35 17.65 αG松油醇αGTerpineolC10H18O 154 0.10
11 9.65 香桧烯Sabinene C10H16 136 2.78 36 22.52 双环榄香烯
Bicycloelemene
C15H24 204 0.30
12 9.71 βG蒎烯βGPinene C10H16 136 0.72 37 23.83 αG古巴烯αGCopaene C15H24 204 0.66
13 9.99 1G辛烯G3G醇
1GOctenG3Gol
C8H16O 128 0.37 38 25.28 βG石竹烯
βGCaryophylene
C15H24 204 4.85
14 10.13 2G辛醇3GOctanone C8H16O 128 0.090 39 26.32 αG律草烯
αGHumulene
C15H24 204 0.30
15 10.68 假柠檬烯
Pseudolimonene
C10H16 136 0.041 40 26.50 香树烯
Aromadendrene
C15H24 204 0.11
16 10.85 (Z)G乙酸G3G己烯酯
(Z)G3GHexenylacetate
C8H14O2 142 0.12 41 27.18 大牦牛儿烯
DGermacreneD
C15H24 204 0.094
17 11.09 乙酸己酯
Hexylacetate
C8H16O2 144 0.039 42 27.34 βG桉叶烯βGSelinene C15H24 204 0.10
18 11.15 αGTetpinene C10H16 136 0.12 43 27.46 1G十五烯
1GPentadecene
C15H30 210 0.45
19 11.48 mG异丙基甲苯
mGCymene
C10H14 134 0.052 44 27.68 双环大香烯
Bicyclogermacrene
C15H24 204 2.95
20 11.65 柠檬烯Limonene C10H16 136 7.07 45 28.45 δG杜松烯δGCadinene C15H24 204 0.069
21 11.98 (Z)G罗勒烯
(Z)GOcimene
C10H16 136 0.046 46 29.47 橙花叔醇Nerolidol C15H26O 222 0.071
22 12.71 γGTetpinene C10H16 136 0.18 47 30.22 斯巴醇Spathulenol C15H24O 220 2.70
23 13.10 (Z)G水合桧烯
(Z)GSabinenehydrate
C10H18O 154 0.47 48 32.41 (+)G7GepiGAmiteol C15H26O 222 0.38
24 13.64 1G壬烯G3G醇
1GNonenG3Gol
C9H18O 142 0.057 49 37.31 6,10,14G三甲基G2G十
五烷酮6,10,14GtrimG
ethylG2GPentadecanone
C18H36O 268 0.052
25 13.77 αGTetpinolene C10H16 136 0.069 50 43.78 植醇Phytol C20H40O 296 0.25
MS分析,通过 HPMSD化学工作站,结合 Nist05
质谱图库和 Wiley275质谱图库进行鉴定,从肿柄菊
地上部分的总离子流图中共分离得到58个组分,经
检索及核对质谱图,鉴定出50个组分,占总出峰面
积的94.79%.表1分析结果表明,肿柄菊挥发油主
要 含 有 αG蒎 烯 (63.82%)、柠 檬 烯 Limonene
(7.07%)、βG石竹烯(4.85%)、双环大香烯(2.95%)、
香桧烯(2.78%)、斯巴醇(2.70%)等萜类和醇类化
合物,占挥发油总量的94.15%.萜类化合物(单萜
15个占总的相对含量的76.08%、倍半萜10个占总
的相对含量的9.93%)含量占总挥发油的86.01%.
此外,还有一些含量较少的酯类、酮类、醛类.
2.2肿柄菊挥发油的化感活性
2.2.1肿柄菊挥发油对5种伴生植物种子萌发的影
响 肿柄菊挥发油对假臭草、巴西含羞草、含羞草、
蝶豆和鬼针草种子萌发抑制率的影响见图2.从图
088 广 西 植 物 33卷
2可以看出,肿柄菊挥发油对不同受体植物种子萌
发具有不同的化感作用,总体上看,随着剂量的增
大,其抑制作用逐渐增强.供试的5种植物中,巴西
含羞草种子对挥发油最为敏感,在肿柄菊挥发油量
为150μL时抑制率达76.00%,显著高于其他处理
组;鬼针草种子萌发抑制程度仅次于巴西含羞草,而
挥发油对含羞草和蝶豆种子萌发抑制作用较弱.
图1 肿柄菊挥发油化学成分总离子流图
Fig.1 Totalionchromatographyofvolatileoil
fromT.diversifolia
图2 肿柄菊挥发油对植物种子萌发抑制率的影响
Fig.2 Influenceofvolatileoilsonseedgermination
2.2.2肿柄菊挥发油对5种伴生植物幼苗生长的影
响 肿柄菊挥发油对假臭草、巴西含羞草、含羞草、
蝶豆和鬼针草幼苗生长的影响见图3.从供试植物
来看,各处理的根长、苗高都低于对照,说明肿柄菊
挥发油对供试植物的生长有抑制作用,随着剂量的
升高抑制作用逐渐增强,且根长的抑制作用强于对
苗高的抑制作用.其中,巴西含羞草对肿柄菊挥发
油最敏感,在50μL处理下,肿柄菊挥发油对其根
长、苗高的抑制作用达56.84%和65.33%(高于
50%);而对含羞草苗高和蝶豆根长抑制作用最不明
显,抑制率仅为18.03%和17.18%,随着剂量的增加
(150μL),抑制率为37.31%和43.48%.
2.3肿柄菊挥发油对5种伴生植物的综合效应
表2列出了肿柄菊挥发油对假臭草、巴西含羞
草、含羞草、蝶豆和鬼针草5种受体的综合效应.结
表2 肿柄菊挥发油的综合效应
Table2 Synthesiseffectofvolatileoil
fromT.diversifolia
植物
Plant
挥发
油量
Quantity
of volaG
tileoil
(μL)
指标Index(%)
萌发抑制
Inhibiting
rateofgerG
minating
根长抑制率
Inhibiting
rateofroot
length
苗高抑制率
Inhibiting
rateofgrass
height
综合
效应
Synthesis
efect
(%)
假臭草
E.catarium
50 29.5±
0.85a
28.26±
3.15c
31.39±
0.25b
100 35±
3.46b
34.41±
1.2b
47.11±
0.71a
150 50±
3.35b
57.67±
1.25a
45.45±
1.00a
39.86
巴西含羞草
M.diplotricha
50 24.17±
1.44a
65.33±
0.6b
56.84±
3.16b
100 65.33±
3.01b
72.68±
1.42a
58.85±
2.52b
150 76±
1.80c
75.73±
1.57a
77.42±
2.80a
54.59
含羞草
M.pudica
50 12.41±
2.74a
37.73±
3.25c
18.03±
1.05c
100 16.67±
0.58b
46.61±
3.62b
26.38±
2.36b
150 20.67±
0.58c
61.23±
3.54a
37.31±
3.55a
27.40
蝶豆
C.ternatea
50 13.33±
2.08a
17.18±
2.06c
43.09±
3.41b
100 25±
0.58b
26.84±
1.51b
43.64±
3.10b
150 33.67±
3.00c
43.48±
2.50a
65.6±
2.20a
34.64
鬼针草
B.pilosa
50 17.41±
4.40a
29.37±
1.21b
30.46±
2.14c
100 43.55±
3.12b
84.67±
0.88a
57.27±
1.80b
150 64.82±
4.40c
87.74±
0.63a
68.83±
0.93a
53.79
果表明,肿柄菊挥发油对5种受体种子萌发平均抑
制率 分 别 为 38.16%、55.17%、16.92%、24%、
41.92%;根 长 的 平 均 抑 制 率 分 别 为 40.11%、
71.25%、48.52%、29.17%、67.91%,而苗高的抑制
率分别为 41.32%、64.37%、27.24%、50.78%、
52.17%;肿柄菊挥发油对巴西含羞草的化感综合效
应较强达54.59%,其次是鬼针草(达53.79%),而对
含羞草和蝶豆的化感综合效应相对较弱,仅分别为
27.40%和34.64%.总的来看,肿柄菊挥发油对受
体植物根长的抑制作用强于苗高的抑制作用,且对
巴西含羞草幼苗生长抑制作用最强.
1886期 李晓霞:肿柄菊挥发油的化学成分分析及其化感作用
图3 肿柄菊挥发油对植物幼苗生长的影响
Fig.3 Influenceofvolatileoilsonseedlinggrowth
3 结论与讨论
外来入侵种往往通过不断释放特定次生代谢
物,抑制其邻近植物的种子萌发和生长发育而发挥
化感作用.烯类、醇类、萜类、酚类和酯类等很多次
生代谢物是具有化感作用的物质(Inderjit&Duke,
2003).本研究结果显示肿柄菊挥发油化学成分主
要含有萜类、醇类、酯类等.其中具有化感潜力的
αG蒎烯含量达63.81%,此外,其挥发油中还存在柠
檬烯、βG蒎烯、(Z)G罗勒烯的萜类物质,上述萜类物
质的相对含量占总挥发油的86.01%是肿柄菊挥发
油的主要成分.研究证实萜类化合物是一类主要的
化感物质,并通过挥发、淋溶、分泌和植物残体腐解
等途径进入环境中,从而引起周围生物群落和生态
系统的变化(Judith& Wiliam,1990).然而,肿柄
菊挥发油主要成分对其扩散环境中的植物是否产生
化感作用不得而知,因此笔者以假臭草、巴西含羞
草、含羞草、蝶豆和鬼针草5种肿柄菊伴生植物为供
试材料展开论证,发现经肿柄菊挥发油处理后5种
植物种子萌发和幼苗生长均产生抑制作用,且抑制
作用随着挥发油浓度的增加而增强,初步证实肿柄
菊挥发油具化感作用.肿柄菊水提液具化感作用的
研究已有报道(杨海艳等,2011).
本研究发现肿柄菊挥发油可对供试植物种子萌
发和幼苗生长产生化感作用,且对不同受体抑制作
用各不相同,说明外来入侵植物肿柄菊的化感物质
释放途径不是单一的,也充分说明了植物发挥化感
作用的基理具多元性、复杂性以及对共存时间长短
的受体植物形成的选择性(陈圣宾等,2005).本研
究仅初步鉴定了肿柄菊地上部分挥发油的成分和化
合物类型,而其主要化感物质及作用机理还有待于
进一步研究.
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288 广 西 植 物 33卷