银中杨挥发性有机物释放动态及其抑菌作用

郭阿君 王志英 邹 丽

(北华大学，吉林，132013) (东北林业大学)

银中杨(Populus alba×berolinensis)是黑龙江省森林与环境科学研究院于1961年以采自熊岳的银白杨(Populus alba)为母本，以当地中东杨(Populus×berolinensis)为父本，经人工杂交选育而成的雄性无性系［1］。银中杨树干通直，树皮灰绿，披白粉，树冠圆锥形，树姿优美，叶片两色，叶面深绿色，叶背银白色，具有极高的观赏价值，是北方地区城市绿化及防护林、用材林的首选杨树优良品种。目前，我国对银中杨的研究主要集中在繁育、抚育管理及生理生态等方面，关于银中杨枝叶挥发性成分及抑菌作用的研究少有报道。笔者针对银中杨挥发性有机物成分及其对空气微生物的抑制作用进行研究，为合理地配置、开发、利用银中杨资源提供理论依据。

1 材料与方法

供试植物银中杨采自东北林业大学哈尔滨实验林场银中杨纯林。所用仪器包括岛津 GC—17G气谱仪、岛津 GC—MSQP5050质谱仪、美国ENTECH7100预浓缩仪、QC—1B型便携式气泵。

1.1 银中杨VOCs的采集

利用SUMMA采样罐采集银中杨VOCs。在植物VOCs采集过程中，利用硅胶管将气泵、过滤介质、取样袋、收集管等连接成闭路系统［2］(图1)，将银中杨枝叶套入取样袋中，充入过滤后的空气，富集植物VOCs 10 min后，利用经高纯氮气清洗后的SUMMA罐内产生的负压(罐内气压约200 kPa)，收集植物VOCs。袋内不套入植物者作为空白。

图1 植物挥发性物质采集装置

1.2 银中杨VOCs的成分分析

GC 条件:HP—5 石英毛细管柱(30.00 m×0.25 mm×0.25 μm)，进样口温度250℃，程序升温:初始温度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。载入气体为氦气，载气压力 6 kPa;进样量 0.1 μL。

MS条件:电离方式为EI，EI源70eV，源温200℃，扫描范围 m/z=10 ～400，扫描时间0.14 s。

联机检索:采用气质联用仪计算机的NIST2008谱库，自动检索分析组分的质谱数据，结合色谱保留时间及匹配度，鉴定挥发物成分，利用色谱峰面积归一化法求出各组分占挥发物总量的比值。

1.3 植物VOCs对空气微生物抑制能力的测定

采样方法:应用平皿沉降法［3］，将盛培养基的平皿持平暴露在空气中5 min，针对空气中常见的细菌、霉菌和放线菌，分别使用牛肉蛋白胨培养基、马丁培养基、高氏1号培养基［4］。为了降低环境条件对实验结果的影响，于春、夏、秋三季分别取样，采样点选择银中杨纯林林下距地面1.5 m处，每个采样点连续监测3 d，选择同地形上风源裸露地带(对测点影响最大)作为对照。

微生物的培养及数据处理:将取样后的培养皿置于温箱中适宜温度下培养，36～72 h后检查菌落数。

抑菌率=((对照菌落数－处理菌落数)/对照菌落数)×100%。

2 结果与分析

2.1 银中杨VOCs的组成及其季节性动态变化

按上述试验条件对银中杨VOCs进行分析，获得银中杨VOCs的总离子色谱图(图1)。扣除本底空气杂质，经分析确定化合物种类及占挥发物总量的比值(表1)。

分析结果表明，银中杨VOCs成分以烷烃、烯烃化合物为主，但在不同季节，银中杨VOCs成分及占挥发物总量的比值存在差异。春季银中杨VOCs以烷烃、烯烃类化合物为主，其主要成分为1－戊炔(46.82%)，远远超出萜类物质所占挥发物总量的值。夏季萜类、烷烃、烯烃及炔烃类化合物所占比例有所下降，酮类物质比例增大。萜类物质中石竹烯占挥发物总量最高(8.53%)，其次为龙脑(3.54%)、α－石竹烯(2.29%)，还有少量的乙酸龙脑酯(1.41%)、D－柠檬烯(1.37)等物质释放;烷烃、烯烃及炔烃类物质中2－氯－1－丙烯质量分数最高(40.52%)，此外还有大量的 1，1，3，3－四氯－2－丙酮释放(19.01%)。秋季银中杨VOCs中以烷烃、烯烃及炔烃类物质为主，占VOCs总量的82.53%，萜类物质质量分数显著降低，以 α－蒎烯(2.8%)及D－柠檬烯(2.71%)为主，还存在少量酯类物质(5.48%)及微量醇类(0.14%)、呋喃类(0.78%)、酮类(0.43%)、含氮化合物(1.70%);烷烃、烯烃及炔烃类物质中1－戊炔质量分数最高(76.25%)，酯类物质以3－己烯－1－醇－乙酸酯为主(4.94%)。

图2 银中杨春、夏、秋挥发性成分的总离子色谱图

表1 银中杨挥发性物质GC/MS分析结果

续表1

2.2 不同季节银中杨VOCs抑制空气微生物能力的比较

经过在不同季节、不同采样点的实地监测，银中杨VOCs抑菌效果的数据如表2。

表2 不同季节银中杨VOCs对空气微生物的抑制

通过对供试植物林地中空气微生物含量的监测发现，银中杨对空气中的细菌抑制能力较强［5］，抑菌率在51% ～56%，其中夏季抑制作用最强，秋季稍有回落，但均明显高于春季。

银中杨叶背密生绒毛，具有极强的滞尘能力，可以有效降低随浮尘进入林内的细菌。北方夏、秋两季的气温及日照特点使植物能挥发出大量的VOCs［6］，其中含有较多对微生物具有抑制作用的萜烯类、有机酸、醚等化合物，能有效降低空气中微生物含量。此外，林中较高的负离子浓度对抑制微生物亦有较好作用。

由于供试植物所在纯林郁闭度较高，林内空气湿度较大，适于霉菌滋长［7］，因此林分内霉菌数量较对照地高。林内空气中放线菌含量很小，从监测结果中未发现明显变化规律。

3 结论

在生态系统中，植物VOCs具有重要的化学信息传递作用;在人体生理健康方面，植物VOCs能有效缓解疲劳、放松心情，具有良好的保健作用;在净化空气方面，植物释放的萜烯类化合物能有效抑制空气中微生物的生长，从而具有清新空气的作用。因此，明确植物VOCs成分及释放规律，对于城市绿化中植物的选择和配置具有重要的意义。

本研究中银中杨在生长过程中释放的挥发性物质成分复杂且存在季节性差异。其中大量的萜烯类物质如α－蒎烯、柠檬烯、龙脑、乙酸龙脑酯等具有较好的杀菌、镇静、降血压等功效，结合这一特性，在今后的绿地建设中，可以更加科学、合理的利用银中杨营造健康、绿色的生态环境。

［1］曹明全，李晶，赵玉恒，等.银中杨在园林绿化中存在的问题和解决方法［J］.防护林科技，2010(1):121－123.

［2］郑华，金幼菊，李文彬，等.绿化植物气味污染的仪器检测技术［J］.林业实用技术，2002(5):30.

［3］王芹，田甜，金焰.楚州城区空气微生物含量的测定［J］.仪器仪表与分析监测，2011(1):28－29.

［4］周德庆，微生物学实验教程［M］.2版.北京:高等教育出版社，2006:372－374.

［5］郭阿君.4种园林树木挥发性有机物释放动态及其抑菌作用的研究［D］.哈尔滨:东北林业大学林学院，2007.

［6］李继泉，金幼菊，沈应柏，等.环境因子对植物释放挥发性化合物的影响［J］.植物学通报，2001，18(6):649－656.

［7］武汉大学，复旦大学生物系微生物学教研室.微生物学［M］.2版.北京:高等教育出版社，1987:107.