摘要：用傅里叶变换红外光谱仪测定了成株期辣椒（Capsicum annuum）正常植株和根腐病植株的叶片、主根和须根3个部位的光谱。结果表明，两种植株叶片中的主要成分是蛋白质和多糖，主根和须根的主要成分是纤维素和木质素;与正常植株相比，根腐病植株叶片中蛋白质和多糖的组成发生了变化，主根中显示纤维素相对含量减少，且出现了新的蛋白质组分，须根中则显示纤维素的相对含量增加。傅里叶变换红外光谱（FTIR）可以区分根腐病对辣椒植株不同部位的影响，为辣椒根腐病的研究提供参考。
关键词：辣椒（Capsicum annuum）;根腐病;傅里叶变换红外光谱
中图分类号：O657.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）12-2906-03
Fourier Transform Infrared Spectroscopic Study of Pepper Root Rot
YANG Chun-yan1，LIU Fei1，HU Qiong2，LIANG Yun-feng3
（1.Department of Physics， Yuxi Normal University，Yuxi 653100，Yunnan， China;
2.Department of Bioengineering， Yunnan Vocational and Technical College of Agriculture， Kunming 650212， China;
3.Agricultural Economics Management Service Centre of Yuanjiang， Yuanjiang 653300， Yunnan， China）
Abstract： Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR） was used to obtain the spectra of leaf， taproot and fibrous roots of normal and root rot pepper plants in the adult stage. The results showed that for normal and root rot pepper plants， the main components of leaves were protein and polysaccharide， and for taproots and fibrous roots they were cellulose and lignin; for root rot plants， relative to normal plants， the structure of protein and polysaccharide in leaves has been changed， the relative content for cellulose of taproots has increased while fibrous roots decreased. The above results demonstrated that FTIR may be used to distinguish the effects of the toot rot on different parts of the pepper， which provided reference for the study of pepper root rot.
Key words： pepper（Capsicum annuum）; root rot; fourier transform infrared spectroscopy
辣椒（Capsicum annuum）根腐病是由茄腐镰孢菌（Fusarium solani）引起的典型土壤传播病害。一般病田中辣椒根腐病病株率20%～40%，严重地块高达50%～80%，更有甚者造成绝产，已成为辣椒可持续生产中的一大障碍[1]。该病多发于定植后至坐果初期，发病初期植株顶部叶片稍见萎蔫，傍晚至次日早晨恢复，数日后整株枯死。病株茎部及根部皮层呈淡褐色或深褐色并腐烂，极易剥离，露出深色木质部。横切茎可见维束管变褐色，湿度大或生育后期时茎基部或根茎部腐烂[2]。对辣椒根腐病的发生、鉴定、防治及根腐菌的生物学特性已经进行过研究报道[1-4]，但这些研究都没有反映病菌对染病植株化学组成的影响。
傅里叶变换红外光谱（FTIR）是一种能提供分子化学结构信息的技术，利用此技术可对样品进行定性和定量地无损分析，根据光谱的谱峰位置可以鉴定有机化合物及官能团的存在，而利用光谱的吸收强度可以定量地计算各种化学组分在样品中的相对含量[5]。目前，FTIR技术已应用于农作物病害的研究，如任先培等[6]用FTIR研究病害烟叶，刘飞等[7]利用FTIR研究油菜根肿病，欧全宏等[8]用FTIR研究稻瘟病、玉米锈病和蚕豆锈病叶片。红外光谱法研究辣椒根腐病还未见报道，本研究利用FTIR研究了成株期正常辣椒和根腐病辣椒3个不同部位的红外光谱，比较了正常辣椒和根腐病辣椒同一部位所含化学信息的差异，以期为辣椒根腐病的研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 仪器设备
红外光谱仪为PE公司生产的Frontier型傅里叶变换红外光谱仪，装备DTGS检测器，累加扫描次数为16次，扫描范围为4 000～400 cm-1，分辨率为4 cm-1，光谱数据使用Omnic 8.0软件处理。
1.2 样品制备及光谱预处理
正常辣椒植株和根腐病辣椒植株均为辣椒成株期样品，采自云南省玉溪市红塔区北城镇，并经农业技术人员鉴定，样品经自然晾干，除去根部泥土，保存待测。取样时叶片、主根和须根均取相同或相近部位，将样品放入玛瑙研钵磨为细粉，再加入溴化钾并搅磨均匀，然后压片测定光谱。所有光谱均已扣除背景光，并使用Omnic 8.0软件进行自动基线校正、平滑和归一化处理。
2 结果与分析
2.1 正常植株与根腐病植株叶片的红外光谱图分析
图1为正常植株和根腐病植株叶片的红外光谱图，其中a是正常植株叶片的红外光谱，b是根腐病植株叶片的红外光谱，谱图都以1 445 cm-1附近峰为参考进行了归一化处理。3 343～3 340 cm-1附近为O-H伸缩振动峰和N-H伸缩振动峰;2 930～2 926 cm-1主要为多糖、蛋白质等的亚甲基C-H反对称伸缩振动峰;1 648～1 628 cm-1强吸收峰主要是酰胺Ⅰ带C=O酰胺键的伸缩振动吸收峰[9]及部分N-H弯曲振动吸收峰;1 264～1 261 cm-1为酰胺Ш带C-N伸缩振动、N-H变形振动峰[10]。由于没有1 580～1 540 cm-1附近吸收峰存在，说明辣椒叶片中蛋白质类物质中的酰胺大多为叔酰胺[11];1 445～1 404 cm-1为甲基C-H剪式振动吸收;1 319 cm-1为芳香胺中C-N伸缩振动;1 139/1 146 cm-1、1 121/1 104 cm-1、1 069/1 075 cm-1和1 054 cm-1的阶梯增强吸收峰主要是糖类物质C-O和C-O-C的伸缩振动峰[12]。叶片光谱的上述特征表明，叶片中的主要物质成分为蛋白质和多糖类物质。
根腐病植株叶片的光谱中，反映蛋白质酰胺Ⅰ带和Ш带吸收的1 628 cm-1和1 264 cm-1附近峰均强于正常植株叶片相应吸收带范围内吸收峰，峰位分别向波数减小和增大方向移动了20 cm-1和3 cm-1，且前者成为光谱最强峰;与正常植株相比，根腐病植株叶片光谱中糖类物质的吸收峰峰强均有增加，峰位由正常植株叶片中1 139、1 121和1 069 cm-1变为1 146、1 104、1 075和1 054 cm-1。说明根腐病影响了辣椒叶片中营养物质的含量和结构。
2.2 正常植株与根腐病植株主根的红外光谱图分析
图2为正常植株和根腐病植株主根的红外光谱图，其中a是正常植株的主根光谱，b是根腐病植株的主根光谱，谱图都以1 630 cm-1附近的吸收峰为参考进行了归一化处理。
从图2可以看出，二者红外光谱存在许多典型的共有峰。在3 352（3 330）cm-1附近有一个极强且宽的吸收峰，主要为O-H伸缩振动吸收峰，2 929（2 931）cm-1为CH2中C-H反对称伸缩振动的特征吸收峰，1 742（1 735）cm-1附近的弱吸收峰为纤维素、木质素和脂类羰基C=O伸缩振动吸收峰，1 628（1 630）cm-1附近极强的吸收峰，主要为芳环骨架振动吸收以及蛋白质酰胺I带C=O伸缩振动和N-H弯曲振动吸收，1 383（1 374）cm-1是纤维素中C-H弯曲振动，1 300～950 cm-1区域主要为各类C-O伸缩振动吸收峰。光谱特征表明，主根的主要物质成分为纤维素和木质素。
根腐病植株主根光谱中，反映纤维素和脂类羰基伸缩振动的吸收峰相对强度与正常植株相比明显下降，且峰位由正常植株主根中1 742 cm-1向波数短的方向移至1 734 cm-1，说明根腐病植株主根中木质素和纤维素的相对含量比正常植株的高[13]，反映芳环骨架振动和蛋白质酰胺I带吸收的1 628 cm-1峰，由正常植株主根中的最强峰成为根腐病植株中第二强峰，且增加了1 650 cm-1附近峰和反映芳环骨架振动及蛋白质酰胺Ⅱ带吸收的1 543 cm-1和1 520 cm-1峰，说明根腐病植株主根中增加了新的蛋白质类物质;在1 500～1 300 cm-1区域，根腐病植株主根光谱比正常植株增加了可能包含C-H弯曲振动以及C-O伸缩振动的1 430 cm-1吸收峰，反映纤维素中甲基C-H伸缩振动的吸收峰峰位由1 383 cm-1向波长变短方向移至1 374 cm-1，且峰强下降明显，说明纤维素的相对含量显著下降[7]，这与1 742（1 735） cm-1峰相吻合。在1 200～1 000 cm-1区域，正常植株主根光谱中显示了1 149、1 106、1 058和1 030 cm-1 4个阶梯增强的纤维素中C-O-C的伸缩振动以及C-C伸缩振动的吸收峰，而根腐病植株主根光谱中则只显示了1 149和1 052 cm-1两个吸收峰，且相对吸收强度均明显低于正常植株。在1 000～700 cm-1区域，正常植株显示了体现纤维素、木质素中糖环振动的918、830和781 cm-1 3个吸收峰[14]，而根腐病植株则只显示了896和781 cm-1 2个吸收峰，减少了体现木质素中C-H平面弯曲振动的829 cm-1[15]。
两种主根光谱的差异表明，正常植株主根中纤维素的相对含量比根腐病的高，木质素相对含量基本相同，根腐病植株主根中增加了蛋白质类物质。
2.3 正常植株与根腐病植株须根的红外光谱图分析
图3为正常植株和根腐病植株须根的红外光谱图，其中a是正常植株的须根光谱，b是根腐病植株的须根光谱，谱图都以1 034 cm-1附近的吸收峰为参考进行了归一化处理。
由图3可以看出，须根的主要物质成分是纤维素和木质素。它们的光谱差异主要表现为：①在1 800～1 500 cm-1区域，正常植株光谱显示了1 735 cm-1单峰、1 642和1 628 cm-1双峰、以及1 543和1 516 cm-1弱双峰，而根腐病植株在相应位置则分别显示了1 738、1 653和1 513 cm-1单峰，且对应于正常植株须根光谱两双峰附近区域，根腐病须根光谱在前一双峰处峰强显著下降，后一双峰处则显著增强，同时由于反应纤维素中羰基伸缩振动吸收的吸收峰峰位由1 735 cm-1向高波数方向移至1 738 cm-1，说明根腐病植株须根中纤维素与木质素的相对含量比正常植株高。②在1 500～1 200 cm-1范围，正常植株须根光谱中显示的谱峰有最强峰为1 383、1 322及1 258 cm-1峰，而根腐病植株在此范围显示了5个依次增强的阶梯峰1 460、1 425、1 373、1 321及1 251 cm-1单峰，其中1 383 cm-1峰已由最强峰变为弱峰，1 322 cm-1附近峰相对强度变化也较显著。③在1 200～900 cm-1区域，两种光谱的峰位、峰形和峰强均相似。
3 小结
通过对成株期正常辣椒和根腐病辣椒植株叶片、主根和须根的光谱测试和分析，结果反映了根腐病对辣椒植株不同部位的影响。病菌的侵染改变了病害植株主根和须根的物质成分和相对含量，使其不能较好地将营养物质输送到植株其他部位，从而影响了辣椒植株的正常生长和产量。研究结果表明，傅里叶变换红外光谱可以判断正常辣椒和根腐病辣椒植株同一部位所含化学信息的差异，为辣椒根腐病的研究提供了参考，具有方便、易行的优点。
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