植物根系在生长发育过程中，除溢泌质子和其他 无机离子外，还不断向生长介质中释放大量有机物 质，即根系分泌物。根系分泌物在土壤结构形成、土壤 矿物风化、土壤养分活化、促进植物养分吸收、根系土 壤养分移动及环境胁迫缓解等方面都具有重要作 用^{[1, 2, 3, 4, 5, 6]}。由于植物根系分泌物的组分复杂，其种类和数 量随植物类型、根际环境而异。对根系分泌物的研究 是土壤形成、植物营养、化感作用、生物污染胁迫、环 境污染修复等研究领域的重要内容，受到国内外学者 的普遍关注^{[7, 8]}。

根系是连接植物、土壤及土壤微生物的桥梁和纽 带，植物根系在正常生长过程中会向根际排泄大量的 分泌物，其中含有许多具有生物活性的化学物质，这 些物质不仅影响植物根际微生态环境，还影响植物 根系周围有机体和其他植物的生长，同时表现出多种 形式的化感作用^{[9, 10, 11, 12]}，所以深入研究植物根系分泌物 的种类、影响因素及根系分泌物的分离、提纯方法和 功能，对根系分泌物的形成及其作用机理具有重要 意义^{[13, 14, 15]}。采集根际土壤研究植物的根系分泌物是比 较直接的方法，其结果最接近于植物自然生长状态下 的根系分泌物组成特点，但这种方法难于把根系分泌 物与土壤中的其他物质完全分离，容易受到其他外 源物质的影响^[16]。而溶液收集法是通过植株的液体培 养，分析其溶液中的物质组成，从而确定根系释放物 质组成的方法^{[17, 18]}。虽然这种方法不能完全接近于自 然状态下的根系分泌物组成特点，但却容易排除外来 物质的干扰，对于研究植物的根系分泌物组成有重要 意义。

油菜是我国主要油料作物之一，是对水分敏感的 作物，在不同养分供应水平下，根系首先引起形态和 生理特征变化，来适应不同的养分供应环境，以便吸 收更多的养分，这些变化必然会影响作物产量^[19]。在 环境胁迫下，油菜在苗期尤以对外界环境的变化反应 最为敏感^[20]。近年来，在根系分泌物的研究过程中用 到多种仪器手段，如分光光度法测定铝胁迫下外源有 机酸对油菜根系分泌物特性^[21]，液相色谱法测定根系 分泌物中的有机酸^{[22, 23, 24]}，而应用GC-MS 通过数据库 检索鉴定植物根系分泌物的手段越来越广泛^{[25, 26]}。 GC-MS 充分联合发挥了色谱仪的高分辨率和质谱仪 的高鉴别能力，具有需样量小、灵敏度高，能对待测组 分的功能团进行有效鉴定等优点，不少学者利用它检 测不同植物根系分泌物的组分和化合物种类^{[27, 28, 29]}。目 前对油菜根系分泌物方面的研究报道不多。很多学者 利用GC-MS 研究根系分泌物，因根系分泌物的组分 属性不同，大多数研究采用极性或弱极性毛细管柱分 离检测其有效成分，且毛细管柱的规格也不尽一致， 因此检测结果略有不同。本研究以水培的油菜植株为 材料，利用化学溶剂CH₂Cl₂浸提，在减压状态浓缩 后，选用BP-5MS 毛细管柱分离油菜苗期根系分泌 物。由于BP-5MS 柱兼有非极性柱与极性柱的优点， 柱流失低，且在检测分离过程中相对稳定，对非极性 的烃类组分及中等极性的酯、醚等成分有较好的分离 效果，以此摸索优化检测条件，建立油菜苗期根系分 泌物的测试方法，为此类研究工作提供参考。 1 材料与方法 1.1 供试材料

供试油菜（Brassica campestris L.）为华协1 号。用 10%的盐酸浸泡石英砂1 周，用水冲洗至无氯离子为止，再用去离子水冲洗至pH 稳定，120℃烘干至恒重 后作培养基质。营养器采用10 L的圆形塑料桶，带孔 塑料泡沫板作盖板。试验设3 次重复，供试化学药品 均为分析纯。本试验在西北农林科技大学人工气候室 内进行。 1.2 溶液培养

供试营养液为Hoagland 营养液。供试种子经 H₂O₂表面消毒后播于用CaSO₄ 溶液浸泡过的备用石 英砂中，温度为20~25℃避光发芽，当根长至2~3 cm 时，进行溶液培养，小心取出生长均一的幼苗，用去离 子水轻轻洗去石英砂，置于Hoagland 营养液中定植， 每周更换1次，以保证幼苗正常生长。每孔定苗1 株， 每桶定苗10 株，一共20 桶。采用自动定时小型通气 泵连续通气。 1.3 根系分泌物的收集

将水培生长到抽薹期的油菜植株，移栽至2 L 0.5 mmol·L^-1的CaCl₂溶液中，在温室光线良好的条件下 培养4 h（9:00—13:00），用250 mL CH₂Cl₂提取根洗液 3~4 次，减压浓缩至1~1.5 mL 左右，用烘干的无水硫 酸钠干燥处理（过夜），再将处理过的提取液过0.22 μm 膜，提取液用作GC-MS 上机测定。 1.4 根系分泌物的分离鉴定

样品提取好后，在西北农林科技大学资源环境学 院实验教学中心色谱分析仪器室中运用GC-MS 测 定完成。仪器型号为Thermo Fisher Trace GC 2000 DSQ Ⅱ，毛细管柱BP-5MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm，载 气为He，采用不分流进样。

根据杨瑞吉等^[15]、柴强等^[29]研究方法分别选择以 下参数条件进行测定，并从中优化建立测定方法，具 体见表 1。

表 1 GC-MS 测定油菜根系分泌物的不同检测方法 Table 1 Determination of rape root exudates in different measures by GC-MS

表选项

为了避免每个样品测定结束对下个样品测定带来干扰，特设高温老化检测柱程序，将残留在柱子中 的样品高温烧掉。每种方法最后得出的GC-MS谱图 应用NIST2009质谱数据库，通过计算机检索进行未 知物以及相对含量的测定。 2 结果与讨论 2.1 油菜根系分泌物GC-MS扫描图谱

3 种方法的测试结果见图 1~图 3。

图 1 方法1测定油菜苗期根系分泌物的GC-MS 扫描图谱 Figure 1 Determination of GC-MS scan graph of rape root exudation by Method 1

图选项

图 2 方法2 测定油菜苗期根系分泌物的GC-MS扫描图谱 Figure 2 Determination of GC-MS scan graph of rape root exudation by Method 2

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图 3 方法3 测定油菜苗期根系分泌物的GC-MS 扫描图谱 Figure 3 Determination of GC-MS scan graph of rape root exudation by Method 3

图选项

图 1 可以看出，方法1 中由于溶剂延迟设定的时 间过短，3 min 后出现较强的溶剂峰，对样品检测结果 影响较大，所以必须加长溶剂延迟的时间。

方法2中升温程序相对比较简单，而根系分泌物 的组分复杂。从图 2 可以看出，通过该方法测定得出 的总离子流谱图发现，前期基本不出峰，后期出峰较 多，且峰与峰之间分离较差，基线漂移较高，不能得出 很好的结果。

方法3中将升温程序进一步细化，通过加快升温 速率把前期不出峰时段简单略过，然后再减慢升温速 率，使后期组分相对复杂的峰形得以更好的分离。从 图 3 可以看出，在油菜苗期，根系能分泌大量有机化 学物质，检测出来的特征峰较多且分布密集，特征峰 分离相对比较好，基线漂移不大，结果可信。 2.2 油菜根系分泌物GC-MS鉴定结果

通过3种方法之间的比较，方法3 所得出的结果 比较好，说明GC-MS用BP-5MS毛细管柱建立检测 油菜根系分泌物的方法是可取的。BP-5MS 毛细管柱 兼有非极性柱与极性柱的优点，对非极性的烃类组分 及中等极性的酯、醚等成分有较好的分离效果。将图 3 的质谱图经NIST2009谱库检索和分析，确定了油菜 在苗期的根系分泌物的化学成分，分析结果见表 2。

表 2 油菜苗期主要根系分泌物鉴定结果 Table 2 Identification results of rape in the main root exudates

表选项

由表 2 可见，油菜根系分泌物的CH₂Cl₂提取物 共鉴定出44 种有机化合物，主要包括烃类、醇类、酯 类和酸类化合物，其中烃类有34 种，醇类有6 种，酯 类有3 种，酸类1 种，且烃类和醇类化合物的相对含 量较高。而在烃类中，二十烷的相对丰度最高，达到 22.60%，其次是二十一烷7.97%，9-己基十七烷 7.33%，十六烷4.28%，2-甲基十八烷4.20%。由此可 见，油菜苗期的根系分泌物主要以结构较简单的直链 或支链烷烃为主，结构相对复杂的醇、酯、酸类有机化 合物较少，而烃类、酸类和酯类本身或者其次生代谢 的产物具有一定的化感作用，包括抑制或刺激其他作 物种子的萌发以及对土壤中微生物的影响^{[18, 30]}，这和 杨瑞吉等^[15]的研究结果是一致的。由于油菜苗期的根 系分泌能力较强，可以通过加强根系代谢来调控自身 生理变化，适应周围环境。

本试验共设3个重复，每个重复之间的总离子流强度在3.11×108~3.12×108之间，出峰时间与峰面积 重复度达到100%，整体误差率不超过3%，所以结果准确可靠。 3 结论

通过比较发现方法3中设定的参数比较合理，图谱 中检测出来的特征峰较多且分布密集，特征峰分离相 对比较好，基线漂移不大，表明用GC-MS法和BP-5MS 毛细管柱对检测分离油菜根系分泌物的效果较好，重 现性高，其精密度和准确度都能满足油菜根系分泌物 的测定要求，结果可信。

从分析结果看，油菜苗期根系分泌物主要包括烃 类、醇类、酯类和酸类化合物，且烃类和醇类化合物的 相对含量较高，说明油菜苗期的根系分泌物主要以结 构较简单的直链或支链烷烃为主，结构相对复杂的 醇、酯、酸类有机化合物较少，且这些分泌物中的多数 物质或其次生代谢产物具有一定的化感作用。