楊春艷 劉飛 吉恒 胡瓊

摘要：用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）儀測試了成株期辣椒正常植株和疫病植株的葉、莖、主根和須根4個部位的光譜。光譜顯示，2種植株葉片中的主要成分是蛋白質、多糖和脂類物質，莖、主根和須根中主要成分是蛋白質、纖維素和木質素；與正常植株相比，疫病植株葉片中蛋白質和多糖組成或結構發(fā)生了變化，莖中3種成分均有升高，其中以蛋白質含量的增加尤為顯著，主根和須根中均顯示纖維素相對含量減少，蛋白質相對含量增加，且出現了新的蛋白質組分。對正常和病變植株相同部位的光譜在4 000～2 800 cm-1、1 800～1 200 cm-1和1 200～700 cm-1 3個范圍進行了相關性分析，4個部位在4 000～2 800 cm-1 范圍的相關度較高，均在0.984以上，葉、莖、主根和須根在1 800～1 200 cm-1 范圍相關系數分別只有0.621、0.409、0.910和0.790。結果表明，FTIR可以區(qū)分疫病對辣椒植株不同部位的影響，有望為辣椒疫病的研究提供光譜信息。

關鍵詞：傅里葉變換紅外光譜；辣椒；疫?。幌嚓P性分析

中圖分類號： O657.33文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0113-03

收稿日期：2013-09-01

基金項目：云南省教育廳基金（編號：2013Y480）。

作者簡介：楊春艷（1979—），女，云南祥云人，講師，從事物理教學和光譜研究工作。Tel（0877）2053601；E-mail：ychyky@163.com。辣椒，又名番椒、海椒、辣子等，是茄科辣椒屬一年生或多年生作物，果實營養(yǎng)價值豐富，在蔬菜生產中占有重要地位。辣椒疫病是由辣椒疫霉菌引起的一種全生育期均可發(fā)病的土傳真菌病害[1-2]，可侵染辣椒的根、莖、葉和果實。美國最早于1918年開始報道該病，我國1940年在江蘇省首次報道此病發(fā)生，現在全國各地普遍發(fā)生[3]。一般發(fā)病率為5%～65%，平均達24.4%，發(fā)生嚴重的可減產4.0%～7.0%，甚至絕收[4]，是辣椒生產上的一種世界性分布的毀滅性病害。國內外對辣椒疫病的發(fā)生、防治及疫霉菌的生物學特性和常規(guī)鑒定已進行過研究報道[5]，但這些研究都沒有反應病菌的化學組成信息或病菌對染病植株化學組成信息的影響。

傅里葉變換紅外光譜（FTIR）是一種能夠提供分子化學結構信息的技術，利用FTIR技術可以對樣品進行定性和定量無損分析，根據紅外吸收光譜的譜峰位置可以鑒定多種有機化合物及官能團的存在，而利用光譜吸收強度可以定量地計算出各種化學組分在樣品中的相對含量[6]。目前，FTIR技術已經應用于農作物病害的研究，如任先培等用FTIR研究病害煙葉[6]；劉飛等利用FTIR研究油菜根腫病[7]；歐全宏等用FTIR研究稻瘟病、玉米銹病和蠶豆銹病葉片[8]，但研究辣椒病害方面還未見報道。本研究用FTIR技術對成株期正常辣椒和疫病辣椒4個不同部位的紅外光譜進行對比分析，探討了正常辣椒和疫病辣椒同一部位所含化學信息的差異，以期為辣椒疫病的研究提供參考。

1材料與方法

1.1儀器設備和測試條件

所用儀器為PE公司生產的Frontier型傅里葉變換紅外光譜儀，裝備DTGS檢測器，累加掃描次數為16次，掃描范圍為4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，光譜數據用OMNIC 80軟件處理。

1.2樣品制備及光譜預處理

測試的所有樣品均是辣椒成株期樣品，正常辣椒植株和疫病辣椒植株均采自紅塔區(qū)北城鎮(zhèn)，并經農職技術人員鑒定。樣品經自然晾干，除去根部泥土，保存待測。取樣時葉片、莖、主根和須根均取相同或相近部位，將樣品放入瑪瑙研缽磨為細粉，再加入溴化鉀攪磨均勻，然后壓片測定光譜。所有光譜都已扣除背景光，并使用OMNIC 8.0 軟件進行自動基線校正、平滑和歸一化處理。

2結果與討論

2.1正常植株與疫病植株葉的紅外光譜圖的比較分析

為正常植株和疫病植株葉片的紅外光譜圖，其中a是正常植株的葉片光譜，b和c分別是疫病植株葉片無病斑處和病斑處的光譜，譜圖都以1 630 cm-1附近的吸收峰為參考進行了歸一化處理。3 330 cm-1附近出現的寬峰屬羥基O—H和氨基N—H伸縮振動，2 959 cm-1和2 927 cm-1附近峰分別歸屬亞甲基和甲基的C—H反對稱伸縮振動。正常植株葉片光譜中，1 730 cm-1附近弱峰為酯羰基CO的伸縮振動峰，說明辣椒葉片中含有脂肪類化合物。1 648 cm-1附近的強峰主要是酰胺Ⅰ帶吸收，歸屬CO的伸縮振動[9]，為光譜第二強峰，由于沒有1 540 cm-1附近的吸收峰存在，所以可以判斷辣椒葉片中含有的酰胺大多為叔酰胺[10]。1 445 cm-1 附近為甲基的C—H剪式振動，1 319 cm-1為芳香胺中C-N伸縮振動，1 261 cm-1附近為酰胺Ⅲ帶C-N伸縮振動、N-H變形振動[10]，說明樣品中含有蛋白質類物質。位于1 140、1 121、1 071cm-1的寬峰，主要是多糖類物質C—O和C—O—C的伸縮振動[11]，881 cm-1附近是纖維素中C—H振動吸收峰[10]，781 cm-1附近為C—O對稱彎曲振動吸收[12]。葉片光譜的上述特征，表明葉片中的主要物質成分為蛋白質、多糖和脂類物質。

在疫病葉片（病斑處和病斑附近）的光譜中，反映酯羰基CO伸縮振動的吸收峰峰位與正常植株相同，但強度有所增強；在酰胺帶吸收區(qū)，反映蛋白質酰胺Ⅰ帶CO 伸縮振動吸收峰的相對強度明顯超過正常植株，成為最強峰，反映酰胺Ⅲ帶吸收的1 261 cm-1處峰的相對強度也明顯增加，新增了反映酰胺Ⅱ帶吸收的1 546 cm-1弱峰，說明疫病植株葉片中含有蛋白質類物質。在1 500～1 200 cm-1 區(qū)域，比正常植株葉片光譜增加了1 389 cm-1處吸收峰，同時1 445 cm-1附近峰由最強峰變?yōu)槿醴?，這可能與疫病植株葉片光譜中增加的蛋白質類物質有關。在1 200～1 000 cm-1 區(qū)域，只顯示了1 071 cm-1 處峰，且相對強度顯著強于正常植株在該處的光譜，說明多糖類物質的組成或結構有變化。在1 000～700 cm-1 區(qū)域，只出現了781 cm-1附近峰，其相對強度比正常植株葉片光譜在該處的稍強。光譜特征表明，疫病植株葉片中的主要成分仍為蛋白質、多糖和脂類物質。光譜差異表明，疫病植株葉片中3類營養(yǎng)物質的含量比正常植株中的高，說明辣椒疫病影響了辣椒葉片中營養(yǎng)物質的含量，同時還影響蛋白質和多糖的組成和結構。

2.2正常植株與疫病植株莖的紅外光譜圖的比較分析

為正常植株與疫病植株莖的紅外光譜圖，其中a是正常植株莖的光譜，b和c分別是疫病植株莖部無病斑處和病斑處的光譜，譜圖都以1 384 cm-1附近的吸收峰為參考進行了歸一化處理。

，正常植株莖的光譜和疫病植株莖部無病斑處和病斑處的光譜整體非常相似。1 735 cm-1附近的吸收是纖維素中羰基CO的伸縮振動峰，1 645～1 626 cm-1寬峰為酰胺Ⅰ帶和木質素中羰基CO伸縮振動吸收峰，1 250 cm-1 附近的吸收是木質素酚醚鍵C—O—C骨架振動峰[12]，且1 645～1 626 cm-1處吸收峰強度高于1 250 cm-1處強度，說明樣品中含有蛋白質和木質素。1 384 cm-1附近吸收是纖維素中甲基的C—H對角振動，1 158 cm-1的吸收峰和1 106～1 060 cm-1附近的寬峰，主要是纖維素中多糖C—O和C—O—C的伸縮振動[13]，說明樣品中含有纖維素。莖部光譜的上述特征，表明莖中的主要物質成分是纖維素、蛋白質和木質素。

為紅外光譜圖a、b和c中3類物質特征峰的相對強度（以1 384 cm-1附近的吸收峰為參考）。由表1可知，b、c中3類物質特征譜峰的相對強度比a中相應譜峰的相對強度強，表明疫病植株莖中蛋白質、纖維素和木質素等3類營養(yǎng)物質比正常植株莖中的稍高，說明辣椒疫病影響了辣椒莖中營養(yǎng)物質的含量。

正常植株和疫病植株莖中3類主要物質吸收峰的相對強度

譜線相對強度1 732

cm-11 645

cm-11 250

cm-11 158

cm-11 106

cm-11 060

cm-1a0.1580.490.1670.4140.341b0.2720.5490.2530.3260.4530.485c0.2980.6750.2980.3970.5760.603

2.3正常植株與疫病植株主根的紅外光譜圖的比較分析

正常植株和疫病植株主根的紅外光譜圖，其中a是正常植株的主根光譜，b是疫病植株的主根光譜，譜圖都以1 630 cm-1附近的吸收峰為參考進行了歸一化處理。

在正常植株的主根光譜中，1 740 cm-1附近是纖維素中羰基CO伸縮振動，1 642～1 628 cm-1的吸收峰主要是蛋白質酰胺Ⅰ帶CO伸縮振動吸收，1 383 cm-1附近是纖維素中甲基C—H對稱變角振動，1 252 cm-1附近弱峰為木質素酚醚鍵C—O—C骨架振動[12]。在1 149、1 106、1 058、1 031 cm-1 附近顯示的4個階梯增強的吸收峰，主要是纖維素中 C—O—C伸縮振動。在919、829、781 cm-1附近顯示的多個弱吸收峰主要是纖維素、木質素中糖環(huán)振動產生的[14]。光譜特征表明，正常植株主根中的主要物質成分為蛋白質、纖維素和木質素。且由于表征纖維素中羰基吸收的吸收峰低于表征木質素吸收的吸收峰，說明纖維素的相對含量比木質素的低。

在疫病植株主根光譜中，反映纖維素和木質素C—O—C伸縮振動的吸收峰峰位與正常植株相同，正常植株在 1 738 cm-1 附近顯示有弱吸收，而疫病植株在此位置未顯示吸收峰，各階梯增強峰的相對吸收強度明顯低于正常植株，1 252 cm-1 處峰的相對強度比正常植株稍弱，說明纖維素相對含量比正常植株有所下降。在酰胺帶的吸收區(qū)域顯示了吸收峰1 649 cm-1和1 543 cm-1，其中1 649 cm-1附近吸收峰的相對強度與正常植株相同，而表征酰胺Ⅱ帶吸收的 1 543 cm-1 處中等強度峰在正常主根光譜中未出現，說明疫病植株主根的蛋白質組分與正常植株相比發(fā)生了變化。在 1 000～700 cm-1 區(qū)域只顯示了781 cm-1附近的吸收峰，且相對強度幾乎為正常植株主根中的50%，減少了正常植株主根光譜中體現纖維素中C—H振動的吸收峰919 cm-1和體現木質素中C—H平面彎曲振動的829 cm-1[15]。光譜特征表明，疫病植株主根光譜中的主要成分仍為蛋白質、纖維素和木質素。2種主根光譜的差異表明，疫病植株中纖維素和木質素的相對含量明顯比正常植株的低，疫病植株中出現了新的蛋白質類物質。

上述對主根光譜的分析，反映了辣椒主根受到疫病病菌侵蝕后，物質成分的變化情況，病菌降解了主根內的纖維素和木質素，染菌主根中出現了新的蛋白質類物質。

2.4正常植株與疫病植株須根的紅外光譜圖的比較分析

為正常植株和疫病植株須根的紅外光譜圖，其中a是正常植株的須根光譜，b是疫病植株的須根光譜，譜圖都以1 034 cm-1附近的吸收峰為參考進行了歸一化處理。

正常植株與疫病植株的須根光譜顯示，須根主要成分是蛋白質、纖維素和木質素。它們的光譜差異主要體現在：（1）在2 927、1 735、1 650～1 628、1 383、1 322、1 258 cm-1附近的吸收峰，疫病植株的相對吸收強度都比正常植株的弱，特別在1 383 cm-1附近，吸收峰相對強度由正常植株的1.0下降至0.374；在1 585～1 482 cm-1區(qū)域內，疫病植株的吸收都比正常植株的強；疫病植株在1 428 cm-1附近顯示有吸收，但正常植株在此位置未顯示吸收。（2）在1 200～1 000 cm-1區(qū)域，正常植株的須根光譜顯示的譜峰有1 149、1 101、1 037、916、826、780 cm-1，而疫病植株須根光譜顯示的譜峰為 1 156、1 034、781 cm-1，其中1 034 cm-1為光譜最強峰。上述光譜差異表明，正常植株須根中纖維素和木質素的相對含量比疫病植株須根中的高，同時疫病植株須根光譜中出現了新蛋白質組分。

另外，在光譜的低波段出現了多個吸收峰，正常植株須根的光譜有669、617、528、470 cm-1，疫病植株須根的光譜有662、528、470 cm-1，這些都是無機化合物的吸收峰。這些吸收峰結合光譜中出現的1 034、917、781 cm-1等吸收峰，構成了高嶺土的特征吸收[7，15]，說明樣品中含有高嶺土，這可能是須根表面附帶的少量泥土引起的。

2.5正常植株與疫病植株4個部位紅外光譜的相關分析

以上對辣椒正常植株和疫病植株4個不同部位紅外光譜的對比分析，反應了疫病對成株期辣椒不同部位的影響，為了更直觀地反映這種影響，利用統計分析軟件SPSS 18.0對相同部位的辣椒光譜進行相關分析。對同一部位光譜的4 000～2 800 cm-1、1 800～1 200 cm-1、1 200～700 cm-1 3個范圍進行相關性分析，2種植株同一部位光譜的相關系數見表2。

由表2 可知，2種植株4個部位的光譜在4 000～2 800 cm-1 范圍內高度相關，相關系數都在0.984以上；在 1 200～700 cm-1 范圍的相關性比4 000～2 800 cm-1有所下降，特別是葉片光譜相關系數降至0.839；在1 800～1 200 cm-1 范圍內相關性較差，葉片、莖、主根和須根的相關系數依次為0.621、0.409、0.910、0.790，說明2種植株光譜的相關性不高，樣品的相似程度差，表明疫病對辣椒葉片、莖、主根和須根均有影響，尤其對葉片和莖的影響較大。

正常植株和疫病植株相同部分間的相關系數

3結論

對成株期正常辣椒和疫病辣椒植株葉片、莖、主根和須根的光譜測試和分析，測試結果反映了疫病對辣椒不同部位的影響。病害植株因受病菌的侵染，改變了葉片、莖和根的物質成分和相對含量，不能較好地將營養(yǎng)物質輸送到植株的其他部位，影響了辣椒植株的正常生長和辣椒的產量。研究結果表明，傅里葉變換紅外光譜可以判斷正常辣椒和疫病辣椒植株同一部位所含的化學信息差異，從分子水平上揭示疫病對辣椒植株不同部位的影響，有望為辣椒疫病的研究提供參考，具有方便、易行的優(yōu)點。

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