銀中楊揮發(fā)性有機(jī)物釋放動(dòng)態(tài)及其抑菌作用

郭阿君 王志英 鄒 麗

(北華大學(xué)，吉林，132013) (東北林業(yè)大學(xué))

銀中楊(Populus alba×berolinensis)是黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院于1961年以采自熊岳的銀白楊(Populus alba)為母本，以當(dāng)?shù)刂袞|楊(Populus×berolinensis)為父本，經(jīng)人工雜交選育而成的雄性無(wú)性系［1］。銀中楊樹(shù)干通直，樹(shù)皮灰綠，披白粉，樹(shù)冠圓錐形，樹(shù)姿優(yōu)美，葉片兩色，葉面深綠色，葉背銀白色，具有極高的觀賞價(jià)值，是北方地區(qū)城市綠化及防護(hù)林、用材林的首選楊樹(shù)優(yōu)良品種。目前，我國(guó)對(duì)銀中楊的研究主要集中在繁育、撫育管理及生理生態(tài)等方面，關(guān)于銀中楊枝葉揮發(fā)性成分及抑菌作用的研究少有報(bào)道。筆者針對(duì)銀中楊揮發(fā)性有機(jī)物成分及其對(duì)空氣微生物的抑制作用進(jìn)行研究，為合理地配置、開(kāi)發(fā)、利用銀中楊資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

供試植物銀中楊采自東北林業(yè)大學(xué)哈爾濱實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)銀中楊純林。所用儀器包括島津 GC—17G氣譜儀、島津 GC—MSQP5050質(zhì)譜儀、美國(guó)ENTECH7100預(yù)濃縮儀、QC—1B型便攜式氣泵。

1.1 銀中楊VOCs的采集

利用SUMMA采樣罐采集銀中楊VOCs。在植物VOCs采集過(guò)程中，利用硅膠管將氣泵、過(guò)濾介質(zhì)、取樣袋、收集管等連接成閉路系統(tǒng)［2］(圖1)，將銀中楊枝葉套入取樣袋中，充入過(guò)濾后的空氣，富集植物VOCs 10 min后，利用經(jīng)高純氮?dú)馇逑春蟮腟UMMA罐內(nèi)產(chǎn)生的負(fù)壓(罐內(nèi)氣壓約200 kPa)，收集植物VOCs。袋內(nèi)不套入植物者作為空白。

圖1 植物揮發(fā)性物質(zhì)采集裝置

1.2 銀中楊VOCs的成分分析

GC 條件:HP—5 石英毛細(xì)管柱(30.00 m×0.25 mm×0.25 μm)，進(jìn)樣口溫度250℃，程序升溫:初始溫度40℃且保持2 min，以5℃/min的速度升至100℃并保持0.5 min，再以2℃/min的速度升至250℃并保持8 min。載入氣體為氦氣，載氣壓力 6 kPa;進(jìn)樣量 0.1 μL。

MS條件:電離方式為EI，EI源70eV，源溫200℃，掃描范圍 m/z=10 ～400，掃描時(shí)間0.14 s。

聯(lián)機(jī)檢索:采用氣質(zhì)聯(lián)用儀計(jì)算機(jī)的NIST2008譜庫(kù)，自動(dòng)檢索分析組分的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，結(jié)合色譜保留時(shí)間及匹配度，鑒定揮發(fā)物成分，利用色譜峰面積歸一化法求出各組分占揮發(fā)物總量的比值。

1.3 植物VOCs對(duì)空氣微生物抑制能力的測(cè)定

采樣方法:應(yīng)用平皿沉降法［3］，將盛培養(yǎng)基的平皿持平暴露在空氣中5 min，針對(duì)空氣中常見(jiàn)的細(xì)菌、霉菌和放線菌，分別使用牛肉蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁培養(yǎng)基、高氏1號(hào)培養(yǎng)基［4］。為了降低環(huán)境條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，于春、夏、秋三季分別取樣，采樣點(diǎn)選擇銀中楊純林林下距地面1.5 m處，每個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)3 d，選擇同地形上風(fēng)源裸露地帶(對(duì)測(cè)點(diǎn)影響最大)作為對(duì)照。

微生物的培養(yǎng)及數(shù)據(jù)處理:將取樣后的培養(yǎng)皿置于溫箱中適宜溫度下培養(yǎng)，36～72 h后檢查菌落數(shù)。

抑菌率=((對(duì)照菌落數(shù)－處理菌落數(shù))/對(duì)照菌落數(shù))×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 銀中楊VOCs的組成及其季節(jié)性動(dòng)態(tài)變化

按上述試驗(yàn)條件對(duì)銀中楊VOCs進(jìn)行分析，獲得銀中楊VOCs的總離子色譜圖(圖1)。扣除本底空氣雜質(zhì)，經(jīng)分析確定化合物種類及占揮發(fā)物總量的比值(表1)。

分析結(jié)果表明，銀中楊VOCs成分以烷烴、烯烴化合物為主，但在不同季節(jié)，銀中楊VOCs成分及占揮發(fā)物總量的比值存在差異。春季銀中楊VOCs以烷烴、烯烴類化合物為主，其主要成分為1－戊炔(46.82%)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出萜類物質(zhì)所占揮發(fā)物總量的值。夏季萜類、烷烴、烯烴及炔烴類化合物所占比例有所下降，酮類物質(zhì)比例增大。萜類物質(zhì)中石竹烯占揮發(fā)物總量最高(8.53%)，其次為龍腦(3.54%)、α－石竹烯(2.29%)，還有少量的乙酸龍腦酯(1.41%)、D－檸檬烯(1.37)等物質(zhì)釋放;烷烴、烯烴及炔烴類物質(zhì)中2－氯－1－丙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(40.52%)，此外還有大量的 1，1，3，3－四氯－2－丙酮釋放(19.01%)。秋季銀中楊VOCs中以烷烴、烯烴及炔烴類物質(zhì)為主，占VOCs總量的82.53%，萜類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低，以 α－蒎烯(2.8%)及D－檸檬烯(2.71%)為主，還存在少量酯類物質(zhì)(5.48%)及微量醇類(0.14%)、呋喃類(0.78%)、酮類(0.43%)、含氮化合物(1.70%);烷烴、烯烴及炔烴類物質(zhì)中1－戊炔質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高(76.25%)，酯類物質(zhì)以3－己烯－1－醇－乙酸酯為主(4.94%)。

圖2 銀中楊春、夏、秋揮發(fā)性成分的總離子色譜圖

表1 銀中楊揮發(fā)性物質(zhì)GC/MS分析結(jié)果

續(xù)表1

2.2 不同季節(jié)銀中楊VOCs抑制空氣微生物能力的比較

經(jīng)過(guò)在不同季節(jié)、不同采樣點(diǎn)的實(shí)地監(jiān)測(cè)，銀中楊VOCs抑菌效果的數(shù)據(jù)如表2。

表2 不同季節(jié)銀中楊VOCs對(duì)空氣微生物的抑制

通過(guò)對(duì)供試植物林地中空氣微生物含量的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，銀中楊對(duì)空氣中的細(xì)菌抑制能力較強(qiáng)［5］，抑菌率在51% ～56%，其中夏季抑制作用最強(qiáng)，秋季稍有回落，但均明顯高于春季。

銀中楊葉背密生絨毛，具有極強(qiáng)的滯塵能力，可以有效降低隨浮塵進(jìn)入林內(nèi)的細(xì)菌。北方夏、秋兩季的氣溫及日照特點(diǎn)使植物能揮發(fā)出大量的VOCs［6］，其中含有較多對(duì)微生物具有抑制作用的萜烯類、有機(jī)酸、醚等化合物，能有效降低空氣中微生物含量。此外，林中較高的負(fù)離子濃度對(duì)抑制微生物亦有較好作用。

由于供試植物所在純林郁閉度較高，林內(nèi)空氣濕度較大，適于霉菌滋長(zhǎng)［7］，因此林分內(nèi)霉菌數(shù)量較對(duì)照地高。林內(nèi)空氣中放線菌含量很小，從監(jiān)測(cè)結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)明顯變化規(guī)律。

3 結(jié)論

在生態(tài)系統(tǒng)中，植物VOCs具有重要的化學(xué)信息傳遞作用;在人體生理健康方面，植物VOCs能有效緩解疲勞、放松心情，具有良好的保健作用;在凈化空氣方面，植物釋放的萜烯類化合物能有效抑制空氣中微生物的生長(zhǎng)，從而具有清新空氣的作用。因此，明確植物VOCs成分及釋放規(guī)律，對(duì)于城市綠化中植物的選擇和配置具有重要的意義。

本研究中銀中楊在生長(zhǎng)過(guò)程中釋放的揮發(fā)性物質(zhì)成分復(fù)雜且存在季節(jié)性差異。其中大量的萜烯類物質(zhì)如α－蒎烯、檸檬烯、龍腦、乙酸龍腦酯等具有較好的殺菌、鎮(zhèn)靜、降血壓等功效，結(jié)合這一特性，在今后的綠地建設(shè)中，可以更加科學(xué)、合理的利用銀中楊營(yíng)造健康、綠色的生態(tài)環(huán)境。

［1］曹明全，李晶，趙玉恒，等.銀中楊在園林綠化中存在的問(wèn)題和解決方法［J］.防護(hù)林科技，2010(1):121－123.

［2］鄭華，金幼菊，李文彬，等.綠化植物氣味污染的儀器檢測(cè)技術(shù)［J］.林業(yè)實(shí)用技術(shù)，2002(5):30.

［3］王芹，田甜，金焰.楚州城區(qū)空氣微生物含量的測(cè)定［J］.儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)，2011(1):28－29.

［4］周德慶，微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教程［M］.2版.北京:高等教育出版社，2006:372－374.

［5］郭阿君.4種園林樹(shù)木揮發(fā)性有機(jī)物釋放動(dòng)態(tài)及其抑菌作用的研究［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，2007.

［6］李繼泉，金幼菊，沈應(yīng)柏，等.環(huán)境因子對(duì)植物釋放揮發(fā)性化合物的影響［J］.植物學(xué)通報(bào)，2001，18(6):649－656.

［7］武漢大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)生物系微生物學(xué)教研室.微生物學(xué)［M］.2版.北京:高等教育出版社，1987:107.