智亞楠,徐運(yùn)飛,朱明星,王春生,金銀利,陳利軍*
茶鮮葉揮發(fā)物組分及對茶樹病原菌的熏蒸抑制作用
智亞楠1,2,徐運(yùn)飛1,朱明星1,王春生1,2,金銀利1,2,陳利軍1,2*
1.信陽農(nóng)林學(xué)院農(nóng)學(xué)院,河南 信陽 464000;2.河南省豫南農(nóng)作物有害生物綠色防控院士工作站,河南 信陽 464000
為明確茶鮮葉中的揮發(fā)物組分及其與茶樹主要病原菌之間的關(guān)系,利用HS-SPME-GC-MS法萃取分析茶鮮葉揮發(fā)物組分,并以茶褐枯病菌、茶云紋葉枯病菌、茶炭疽病菌、茶輪斑病菌為目標(biāo)菌,測定茶鮮葉主要揮發(fā)物單體組分對病原菌的熏蒸抑制作用。結(jié)果顯示,從茶鮮葉揮發(fā)物中分離到28個(gè)組分,鑒定出其中19個(gè)組分,占揮發(fā)物總量的94.405%,其主要組分為()-己酸-3-己烯酯(18.395%)、乙酸葉醇酯(16.935%)、羅勒烯(12.615%)和順-3-己烯基丁酯(11.210%),其中順-3-己烯基丁酯對4種病原菌均具有熏蒸抑制作用,EC50均低于61.29?μL·L-1。結(jié)果表明,順-3-己烯基丁酯有作為熏蒸型殺菌劑應(yīng)用于茶樹病害防控的潛力。
茶鮮葉;熏蒸;抑菌活性;揮發(fā)物;順-3-己烯基丁酯
植物在生長過程中會(huì)釋放大量的揮發(fā)性物質(zhì)(Volatile organic compounds,VOCs),作物在田間釋放的揮發(fā)物是作物與其他生物交流的復(fù)雜的高級(jí)“語言”,具有直接或間接影響天敵、植食性昆蟲和病原菌的生態(tài)功能,這些揮發(fā)物可以通過化感作用以生態(tài)調(diào)控方式防控植物病蟲害。因此,植物揮發(fā)物是植物病蟲害綠色防控的重要資源[1-2]。近年來,國內(nèi)外學(xué)者對茶樹揮發(fā)物與植食性昆蟲間的關(guān)系進(jìn)行了大量研究,例如,有研究發(fā)現(xiàn)小貫小綠葉蟬(G?the)成蟲對健康茶梢和蟬害茶梢揮發(fā)物具有不同的行為反應(yīng)[3-4]。茶樹受茶刺蛾(Moore)危害和未危害的枝葉釋放的有機(jī)揮發(fā)物種類存在較大的差異,茶樹受害后,釋放的揮發(fā)物能明顯吸引茶刺蛾天敵棒須刺蛾寄蠅(Chao)[5]。茶樹芽梢的揮發(fā)物是害蟲向茶樹定位的信息物質(zhì),茶尺蠖(Prout)、茶蚜(Boyer)對芳樟醇、香葉醇等揮發(fā)物具有較強(qiáng)的趨性[6]。而茶樹揮發(fā)物與植物病原菌的關(guān)系研究較少。有研究認(rèn)為植物揮發(fā)物的許多組分具有抗菌活性,與植物抗病防御相關(guān),植物受病原菌侵染后,能夠釋放出與健康植株不同的揮發(fā)物[7-8]。有研究發(fā)現(xiàn)茶葉中揮發(fā)物香葉醇含量和茶樹茶云紋葉枯病抗性之間可能存在一定關(guān)系[9]。Zhang等[10]報(bào)道,茶葉揮發(fā)物芳樟醇、水楊酸甲酯(MeSA)、苯乙醇對茶云紋葉枯病菌有較強(qiáng)的抑制作用。張春花等[11]發(fā)現(xiàn)云南大葉種健康茶樹和受茶餅病侵染的茶樹揮發(fā)物存在差異,受害葉片新增的揮發(fā)物組分可能具有植株間通訊或者增強(qiáng)受害葉片防御功能的作用。
為了明確茶鮮葉揮發(fā)物的化學(xué)組分及主要揮發(fā)物單體與茶樹病害的關(guān)系,本研究采用頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(HS-SPME-GC-MS)技術(shù),測定信陽茶樹健康鮮葉中揮發(fā)物的組分,并以主要組分單體為研究對象,測定其對茶樹主要病害病原菌的熏蒸抑制作用。為茶樹資源利用、安全有效地控制茶樹病害奠定理論基礎(chǔ)。
茶樹鮮葉:健康葉,于2019年5月采自信陽震雷山茶園,茶樹品種為龍井43。
培養(yǎng)基:馬鈴薯葡萄糖瓊脂(PDA)培養(yǎng)基:馬鈴薯200?g、葡萄糖18?g、瓊脂17?g、水1?000?mL。
植物病原真菌:茶褐枯病菌()、茶云紋葉枯病菌()、茶炭疽病菌()、茶輪斑病菌(),均由信陽農(nóng)林學(xué)院植物病理實(shí)驗(yàn)室分離保存。
主要儀器與設(shè)備:Agilent 6850/5975氣質(zhì)聯(lián)用儀(美國Agilent公司)、NIST14譜庫、HP-250S 生化培養(yǎng)箱(武漢瑞華儀器設(shè)備有限責(zé)任公司)、手動(dòng)SPME進(jìn)樣器和50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭(美國Supelco公司)等。
主要試劑:順-3-己烯基丁酯(美國Sigma-Aldrich公司),羅勒烯、乙酸葉醇酯和()-己酸-3-己烯酯(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)。
1.2.1 茶鮮葉揮發(fā)物組分萃取
頂空固相微萃取法(HS-SPME)萃取收集茶樹鮮葉揮發(fā)物。將采集的鮮葉置于頂空樣品瓶中,加蓋密封,萃取頭使用前在260℃的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)進(jìn)樣口中活化30?min。25℃條件下頂空萃取2?h,萃取結(jié)束后將萃取頭插入GC-MS進(jìn)樣口解吸附5?min,然后進(jìn)行GC-MS分析。
1.2.2 揮發(fā)物GC-MS分析條件
色譜條件:色譜柱為HP-5ms毛細(xì)管柱(30?m×0.25?mm×0.25?μm);進(jìn)樣口溫度260℃;程序升溫,初始柱溫為60℃,保持2?min,以10℃·min-1升溫速率升至230℃,保持1?min;載氣為高純氦氣,流速為1.0?mL·min-1,進(jìn)樣量為1.0?μL,不分流。
質(zhì)譜條件:EI離子源,電子能量70?eV,離子阱溫度220℃,傳輸線溫度280℃,全掃描方式,掃描范圍33~350?amu。
1.2.3 揮發(fā)物單體組分熏蒸抑制作用測定
揮發(fā)物單體組分對植物病原真菌菌絲生長的熏蒸抑制作用采用生長速率法測定[12]。在直徑90?mm的培養(yǎng)皿中加入15?mL融化的培養(yǎng)基,搖勻制成薄厚均勻平板,平板中央接種一塊直徑為5?mm的植物病原真菌菌餅。然后在皿蓋上放置一滅菌的直徑為7?mm的圓形濾紙,吸取一定劑量的單體組分滴加到濾紙片上,使培養(yǎng)皿內(nèi)揮發(fā)物單體達(dá)到一定濃度,共設(shè)5個(gè)濃度(D1:26.67?μL·L-1、D2:53.33?μL·L-1、D3:80.00?μL·L-1、D4:106.67?μL·L-1、D5:133.33?μL·L-1),以僅放濾紙片不滴加單體組分為對照。用封口膜密封后在25℃培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)72?h后觀察菌絲生長情況,并用十字交叉法測量菌落直徑,計(jì)算抑菌率。試驗(yàn)每處理重復(fù)3次。
抑菌率=(對照菌落生長直徑-處理菌落生長直徑)/對照菌落生長直徑×100%
1.2.4 順-3-己烯基丁酯對茶輪斑病菌菌絲形態(tài)影響觀察
取培養(yǎng)40?h的茶樹輪斑病菌平板(90?mm),皿蓋中間放入濾紙片,濾紙片上添加順-3-己烯基丁酯單體,濃度為其對茶樹輪斑病菌熏蒸抑制作用的EC50、EC90,封口膜密封后倒置在25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng),以只放濾紙片不加揮發(fā)物單體組分為對照。24?h后觀察菌落形態(tài),光學(xué)顯微鏡觀察菌落邊緣菌絲形態(tài)[13]。
1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行初步整理分析,利用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對抑菌率進(jìn)行單因素方差分析,Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行處理間差異顯著性檢驗(yàn)。同時(shí)利用SPSS 22.0軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,建立毒力回歸方程,并計(jì)算相關(guān)系數(shù)、EC50和EC90。
利用HS-SPME,經(jīng)過吸附和解析,富集茶樹鮮葉的揮發(fā)物物質(zhì),通過GC-MS分析,利用色譜峰面積歸一化法測得各組分的相對含量,所得質(zhì)譜圖經(jīng)NIST14質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索,與標(biāo)準(zhǔn)圖譜核對,并結(jié)合化學(xué)物質(zhì)登錄號(hào)(CAS號(hào))分析。從茶鮮葉中共分離到28個(gè)揮發(fā)物組分(表1),鑒定出其中的19個(gè)揮發(fā)物組分,占總揮發(fā)物組分的94.405%。
從表1中可以看出,其揮發(fā)油中含量最高的組分是()-己酸-3-己烯酯,相對含量達(dá)18.395%;其次是乙酸葉醇酯、羅勒烯和順-3-己烯基丁酯,其相對含量分別為16.935%、12.615%和11.210%。
采用生長速率法測定茶樹枝葉揮發(fā)物中含量最高的4種組分()-己酸-3-己烯酯、乙酸葉醇酯、羅勒烯、順-3-己烯基丁酯對茶樹輪斑病菌的熏蒸抑菌活性(表2)。結(jié)果表明,4種組分對茶輪斑病菌都有一定的熏蒸抑制作用,抑菌強(qiáng)弱排序?yàn)轫?3-己烯基丁酯>乙酸葉醇酯>()-己酸-3-己烯酯>羅勒烯。順-3-己烯基丁酯在133.33?μL·L-1時(shí)對茶樹輪斑病菌的熏蒸抑制率達(dá)到了93.13%,而另外3種單體的抑制率均在50%以下。
由圖1和表3可知,順-3-己烯基丁酯對4種茶樹主要病原菌有著很好的熏蒸抑制作用,在133.33?μL·L-1時(shí),抑菌率在71.96%~93.13%。順-3-己烯基丁酯對植物病原真菌菌絲生長的毒力測定結(jié)果如表4所示,由EC50可看出:順-3-己烯基丁酯對4種茶樹病原菌的EC50均在61.29?μL·L-1以下,其中對茶褐枯病菌的抑制作用最強(qiáng),EC50為35.41?μL·L-1。對茶樹炭疽病菌的EC90最大,僅為327.57?μL·L-1。
順-3-己烯基丁酯對茶樹輪斑病菌的菌絲形態(tài)有一定的影響。熏蒸處理24?h后光學(xué)顯微鏡觀察,對照組茶樹輪斑病菌的菌絲正常生長伸長、表面光滑、菌絲粗細(xì)均勻,菌絲體邊緣稀疏(圖2-a)。經(jīng)過EC50濃度處理的茶樹輪斑病菌,菌絲局部增粗,邊緣較為密集(圖2-b);濃度為EC90時(shí)菌絲變形、出現(xiàn)顏色分段加深的現(xiàn)象,部分菌絲局部膨大、原生質(zhì)外滲,在菌絲頂端聚集(圖2-c和圖2-d)。
表1 茶鮮葉揮發(fā)物的化學(xué)組分分析
表2 4種茶鮮葉中揮發(fā)物單體組分對茶樹輪斑病菌的熏蒸抑制率(±SE)
注:同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)
Note: The different lowercase letters represent significant difference under different treatments (<0.05)
注:各圖中,第一排左起濃度依次為0、D1、D2,第二排左起依次為D3、D4、D5
Note: The concentration in the first row from left is 0, D1 and D2 in 4 sub-graphs, the second row from left is D3, D4 and D5
圖1 順-3-己烯基丁酯對茶樹4種菌的熏蒸抑制作用
Fig.1 Fumigation antifungal activity of-3-hexenyl butyrate against 4 fungal pathogens of tea plants
表3 順-3-己烯基丁酯對4種茶樹病原真菌的熏蒸抑制率(±SE)
注:同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(<0.05)
Note: The different lowercase letters represent significant difference under different treatments (<0.05)
表4 順-3-己烯基丁酯對4種茶樹病原真菌的毒力測定結(jié)果
注:a:對照;b:EC50濃度處理;c和d:EC90濃度處理
Note: a: CK.b: treatment at EC50.c & d: treatment at EC90
圖2 順-3-己烯基丁酯對茶樹輪斑病菌菌絲作用顯微觀察
Fig.2 Fumigation antifungal activity of-3-hexenyl butyrate against the mycelia morphology ofby optical microscope
茶葉是人們?nèi)粘I钪械闹匾嬈罚M(fèi)者對其安全性尤為關(guān)注。當(dāng)前,茶樹病害的防治尚以化學(xué)農(nóng)藥為主,大量化學(xué)農(nóng)藥的頻繁使用,造成諸多負(fù)面影響,從植物資源中尋找具有抑菌活性的物質(zhì)已經(jīng)成為新型農(nóng)藥的研究方向。
植物在長期與自身病害的斗爭中,體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一些具有抗菌活性的化學(xué)物質(zhì),利用植物中的這些活性物質(zhì)防治植物病害逐漸成為植保工作者的研究熱點(diǎn)。植物體內(nèi)含有的揮發(fā)油是常見的抑菌活性成分,例如陳利軍等[14-15]研究發(fā)現(xiàn),留蘭香、小魚仙草等植物揮發(fā)油對番茄灰霉病菌、小麥赤霉病菌、水稻紋枯病菌和萵苣菌核病菌有強(qiáng)烈的熏蒸抑制作用。
Sellamuthu等[16]研究發(fā)現(xiàn)百里香精油蒸氣可顯著抑制鱷梨炭疽病的發(fā)生。但植物揮發(fā)油的組分受植物生境、揮發(fā)油提取方法等影響,組分和含量有差別,抑菌效果不穩(wěn)定,難以直接在生產(chǎn)中使用;而利用植物揮發(fā)物中的單體組分進(jìn)行抑菌作用研究,不僅抑菌效果穩(wěn)定,而且更適合于制劑的開發(fā),可作為新一代環(huán)境友好型農(nóng)藥。例如存在于百里香、牛至等植物中的揮發(fā)物成分香芹酚對多種農(nóng)作物、果蔬病原菌具有很好的抑制作用,已被開發(fā)為水劑、可溶液劑,被登記用于番茄灰霉病、枸杞白粉病、馬鈴薯晚疫病、棗樹銹病等植物病害的防治[17-21]。存在于丁香(Thunb.)中的丁子香酚也被登記用于番茄灰霉病、番茄晚疫病、葡萄霜霉病等病害的防治[21-22]。
本研究利用HS-SPME-GC-MS法,富集茶鮮葉的揮發(fā)物組分并進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),茶鮮葉揮發(fā)物組分主要為()-己酸-3-己烯酯、乙酸葉醇酯、羅勒烯、順-3-己烯基丁酯等,此4種組分在前人對茶樹揮發(fā)物的研究中也有發(fā)現(xiàn),但含量差異較大。如王潤賢等[23]對10個(gè)不同品種的春、秋茶鮮葉揮發(fā)物化合物進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)含量較高的組分為乙酸葉醇酯、()-己酸-3-己烯酯、芳樟醇、水楊酸甲酯、順-3-己烯基丁酯、己酸-反-2-己烯酯等。朱蔭等[24]發(fā)現(xiàn)不同品種龍井茶中相對含量較高的香氣成分基本都以芳樟醇、()-己酸-3-己烯酯、檸檬烯、茉莉酮等為主,也具有一定含量的順-3-己烯基丁酯。龍立梅等[25]對西湖龍井、黃山毛峰和信陽毛尖3種名優(yōu)綠茶特征香氣成分進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn),成品信陽毛尖中()-己酸-3-己烯酯和順-3-己烯基丁酯,含量分別為4.85%和4.16%。王夢馨等[4]發(fā)現(xiàn)健康茶梢和蟬害茶梢揮發(fā)物中均含有乙酸葉醇酯、羅勒烯。
當(dāng)前,尋求無害化的植物病蟲害防控技術(shù)是植保領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。揮發(fā)物能在田間高效率的擴(kuò)散,通過化感作用以生態(tài)調(diào)控方式防控植物病蟲害,是植物病蟲害理想的無害化防控技術(shù)之一。目前茶樹揮發(fā)物生物活性的報(bào)道較少,農(nóng)用活性及其作用機(jī)制尚不明確且研究大多局限于揮發(fā)物與害蟲發(fā)生的關(guān)系上,較少涉及到某個(gè)單體化合物的抑菌活性方面。本研究通過對茶鮮葉中的4種主要揮發(fā)物成分進(jìn)行抑菌測定發(fā)現(xiàn),順-3-己烯基丁酯對茶云紋葉枯病菌、茶炭疽病菌、茶輪斑病菌、茶褐枯病菌均有很好的熏蒸抑制作用,EC50均在61.29?μL·L-1以下,表明順-3-己烯基丁酯是茶樹本身存在的抗菌活性物質(zhì),在極低濃度下即可熏蒸抑制病原菌。但茶鮮葉的揮發(fā)物釋放量極微,而且順-3-己烯基丁酯在茶鮮葉揮發(fā)物中的相對含量也僅為11.210%,因此通過茶樹自身釋放的順-3-己烯基丁酯在田間對植物病原菌的熏蒸抑制作用有限。由于順-3-己烯基丁酯來源于自然界,環(huán)境相容性好,符合綠色農(nóng)藥的要求,其單體物質(zhì)具有作為熏蒸型殺菌劑用于茶園病害的無害化防控的潛力。下一步,可在此基礎(chǔ)上深入研究,探討其在生產(chǎn)上用于植物病害防控的可能性。
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Volatile Organic Compounds from Fresh Tea Leaves and Their Fumigation Antifungal Activities on Fungal Pathogensof Tea Plants
ZHI Yanan1,2, XU Yunfei1, ZHU Mingxing1, WANG Chunsheng1,2, JIN Yinli1,2, CHEN Lijun1,2*
1.Agriculture College, Xinyang Agriculture and Forestry University, Xinyang 464000, China; 2.Henan Provincial South Henan Crop Pest Green Prevention and Control Academician Workstation, Xinyang 464000, China
In order to determine the relationship between volatile organic compounds (VOCs) from fresh tea leaves and the main fungal pathogens of tea plants, the VOCs from fresh tea leaves were extracted and analyzed by HS-SPME-GC-MS.The fumigation antifungal activities of volatile monomers from fresh tea leaves against four fungal pathogens including,,,were also studied.The results show that 28 chemical compounds were found from VOCs of fresh tea leaves, and 19 of them were characterized, accounting for 94.405% of the total VOCs.The main chemical compounds were hexanoic acid, 3-hexenyl ester, ()-hexanoic acid-3-hexenyl ester (18.395%), leaf acetate (16.935%), ocimene (12.615%), and-3-hexenyl butyrate (11.210%).-3-hexenyl butyrate exhibited strong fumigation antifungal effect on the four tested fungal pathogens, and the EC50were lower than 61.29?μL·L-1.In conclusion,-3-hexenyl butyrate can be used as a potential fumigant control of tea diseases.
fresh tea leaves, fumigation, antifungal activity, VOCs,-3-hexenyl butyrate
S571.1;S482.292
A
1000-369X(2021)03-371-08
2020-06-08
2020-07-28
茶園化肥農(nóng)藥減施增效技術(shù)集成研究與示范(2016YFD0200900)、信陽農(nóng)林學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(KJCXTD-201903)、河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(162102110085)
智亞楠,女,講師,主要從事植物源農(nóng)藥與農(nóng)藥劑型研究,zhiyanan000@126.com。*通信作者:chlijun1980@163.com
(責(zé)任編輯:趙鋒)