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基于微萃取技术的根系分泌物分析及其化感作用研究

2020.5.27

根系分泌是化感物质释放的重要途径之一,根系分泌物一般浓度较低、不易溶于水、化学性质复杂,受外界因素影响较多,因此,根系分泌物的收集、分离、鉴定以及化感作用的研究始终是该领域研究的前沿和难点。因此,开发简单、绿色、原位的微萃取方式,对于还原根系分泌化感物质的真实种类,有效地研究其化感作用是非常重要的。本文以辣椒作为模式植物,根据根系分泌物的性质,建立了不同形式的分离方法,比较开发的方法与固相萃取(SPE)、液液萃取(LLE)的分析特性,研究了开发的方法在不同种类根系分泌物中的应用,并通过生物测定方法研究了根系分泌物对不同受体植物的化感响应,确定出最合适的受体植物和潜在的化感物质,系统研究外源潜在化感物质单独以及协同作用受体植物的化感作用。 采用顶空固相微萃取(HS-SPME)方法分析辣椒根系培养液中的邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等5种邻苯二甲酸酯类物质。10mL的样品溶液中加入18%的NaCl,在1000r·min-1的搅拌速度下,使用65μm PDMS/DVB的萃取纤维在80℃的温度下萃取50min,5种分析物的萃取效率最大。将萃取纤维在250℃的GC进样口温度下解析10min,萃取物被完全脱附。采用HS-SPME萃取根系分泌液中低浓度的邻苯二甲酸酯类物质,5种分析物的回收率在83.4%~104.7%之间,相对标准差≤8.74%。因此,选择HS-SPME分析邻苯二甲酸酯类物质取得了较满意的萃取效果。 开发了衍生后PDMS管微萃取方法分析辣椒根系分泌的2,3-二甲基苯酚(2,3-DMBP),2,6-二叔丁基苯酚(2,6-DTBP)、4,4'-(1-甲基亚乙基)双酚(4,4'-(1-M)BP)等3种酚类化合物,研究不同衍生试剂及衍生试剂体积对萃取效率的影响,200μL五氟吡啶作为衍生试剂可使3种分析物被完全衍生,采用PDMS管微萃取衍生产物,1.5mL异辛烷可将PDMS微管吸附的分析物完全洗脱下来。在0.2~20μg·mL-1的线性浓度范围内,比较衍生后PDMS管微萃取与SPE方法在回收率、相对标准差和检出限等方面的萃取特性,结果表明,衍生后PDMS管微萃取根系分泌的3种酚类物质,均得到了低的检出限、满意的回收率和良好的重现性。 建立3种不同衍生方式与中空纤维液相微萃取(HF-LPME)联用分析根系分泌的1-萘胺(1-NA),二苯胺(DPA)和N-苯基-2-萘胺(N-P-2-NA)3种胺类化合物,确定了原位衍生HF-LPME是最合适的萃取方法。研究了不同衍生试剂对原位衍生HF-LPME萃取效率的影响,15μL甲苯与乙酸酐(80:20,v/v%)作为中空纤维的萃取剂,在pH=12,在50℃的温度下萃取30min,3种分析物的萃取率达到最大。原位衍生HF-LPME在回收率、相对标准差和检出限等方面的萃取特性明显优于LLE,采用原位衍生HF-LPME分析了根系分泌物中的3种胺类物质,回收率在90.2%~96.1%之间,相对标准差均小于9.1%。因此,原位衍生HF-LPME是一种操作方便、环境友好、富集倍数高的萃取方法,可以较好的分析水溶液的中胺类化合物。 以辣椒根系分泌液为研究对象所建立的3种萃取方法为化感物质分析提供了新的分离技术。将不同时期的根系培养液分别作用于番茄、黄瓜、生菜、南瓜、萝卜和辣椒等6种不同的受体植物,研究分泌液对受体植物发芽率、发芽势、胚根长度、胚芽长度等指标的影响,通过化感隶属函数值和响应指数相结合的方法确定生菜为最合适的受体植物。采用GC-MS与GC相结合的方法鉴定出根系分泌液含有28种有机化合物,根据测得的浓度将0、2、4、6、8、10μg·mL-1等6种不同浓度的外源疑似化感物质溶液分别作用于生菜,根据种子萌发与幼苗生长相结合的生物方法确定了N-苯基-2-萘胺(N-P-2-NA)和邻苯二甲酸(PA)是辣椒根系分泌的两种潜在化感物质。将0(CK)、5、10、15、20、25μg·mL-1等6种不同浓度的两种外源物质(N-P-2-NA和PA)单独以及互作于生菜幼苗7d,分析潜在化感物质对受体植物幼苗内光合与呼吸作用,内源激素和矿质营养元素含量的影响,研究幼苗碳氮代谢及抗氧化能力,结果表明,在0~10μg·mL-1,潜在化感物质N-P-2-NA和PA抑制了生菜种子的萌发和幼苗生长,N-P-2-NA的化感作用大于PA的作用;在15~25μg·mL-1时,PA的作用大于N-P-2-NA;两者互作时表现化感叠加抑制效应。

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