樟子松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)

樟子松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)

利用SUMMA采样罐收集樟子松(Pinussylvestnisvar.mongolicaLitv.)挥发物，通过预浓缩仪与气质联用系统对樟子松挥发物进行分析。研究结果表明：春、夏、秋三季樟子松挥发物的主要成分有萜类、烷烃、烯烃类、醇类、呋喃类、醛类、酮类和含氮化合物7大类物质，其中萜类、烃类物质占主体，且随季节变化显著。 (+)-2-蒈烯(占挥发物总量36.84%)、(+)-莰烯(占挥发物总量22.28%)是构成春季挥发物的主要成分，夏季则以2-氯-1-丙烯(占挥发物总量34.31%)为主，秋季以(E)-2,7-二甲基-3-辛烯- 5-炔(占挥发物总量59.19%)、桧烯(占挥发物总量11.35%)、莰烯(占挥发物总量9.05%)、β-蒎烯(占挥发物总量6.88%)、β-月桂烯(占挥发物总量4.01%)为主。樟子松的挥发物对空气中的细菌具有抑制作用，以夏季抑菌作用最强。

樟子松；挥发物；释放动态；抑菌作用

Pinussylvestnisvar.mongolicaLitv.; Volatile compounds; Release variation; Bacteriostasis

樟子松(Pinussylvestnisvar.mongolicaLitv.)为松科大乔木，是中国三北地区主要的优良造林树种之一。樟子松树干通直、苍翠挺拔、别具特色，特别是在冬季，能够为银装素裹的北方城市增添绿色，在各类绿地中被广泛应用。由于植物在生长过程中会释放出具有药理作用的挥发性物质[1]，加之森林中浓度较高的空气负离子[2]，能够达到改善身心状态的目的。故本文针对樟子松挥发物成分、释放动态及挥发物的抑菌作用进行研究，以期为构建功能性植物群落[3]提供理论依据。

相关资料表明，机械损伤、虫害等均会导致植物挥发性物质的改变[4]，为了不影响此次试验的分析结果，本研究在植物挥发性物质的收集过程中，将动态顶空套袋采集法与不锈钢SUMMA采样罐结合使用，直接采集健康的活体植物挥发物质[5-6]。

1 试验方法

本试验所用仪器包括QC-1B便携式气泵、7016型自动进样器、岛津GC-17G气谱仪、岛津GC-MSQP5050质谱仪、美国ENTECH7100型VOC预浓缩仪、岛津CP2Sil5CB(30.00 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱。

1.1 挥发物的采集

供试植物樟子松采自哈尔滨东北林业大学校园内绿地。分别于春、夏、秋三季利用不锈钢SUMMA采样罐在绿地内收集樟子松自然挥发物。在植物挥发物采集过程中，首先将便携式气泵、惰性取样袋、过滤介质、收集管连接成闭路系统[7](图1)，将健康无损伤的枝条套入取样袋内，充入过滤后的洁净空气，富集挥发物10～15 min。SUMMA采样罐经高纯氮气清洗后产生约200 kPa的负压，利用负压可直接收集樟子松挥发物。

图1 植物挥发物采集装置

将收集樟子松挥发物的SUMMA采样罐与VOC预浓缩仪连接，预浓缩仪与气谱仪连接，浓缩后的挥发物气体直接进样分析，进样量为0.1 μL。

1.2 挥发物成分分析

气相色谱(GC)条件——进样口温度250 ℃；接口温度230 ℃；分流比1∶10；程序升温：初始温度40 ℃保留2 min，5 ℃/min升温至100 ℃保留0.50 min，20 ℃/min再次升温至250 ℃，保留8 min。以氦气为载气，载气压力6 kPa。

质谱(MS)条件——EI源70 eV；源温200 ℃；扫描范围m/z=10～400，扫描时间0.14 s[8]。

利用气质联用仪NIST2008谱库对挥发物进行检索，结合色谱保留时间与匹配度，确定挥发物成分。采用色谱峰面积归一法计算各组分占挥发物总量的比值。

1.3 挥发物对空气微生物抑制能力的测定

采样方法：应用平皿沉降法，分别使用牛肉蛋白胨培养基、马丁培养基、高氏1号培养基，采集樟子松纯林空气中常见的细菌、霉菌和放线菌。

微生物的培养及数据处理：将取样后的培养皿分别置于适宜温度培养箱中培养，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 樟子松植物挥发物成分

樟子松春、夏、秋三季GC-MS总离子流图见图2，挥发物成分及占挥发物总量的比值详见表1。

图2 樟子松春、夏、秋季挥发性成分的总离子色谱图

化合物占挥发物总量比值/%春季夏季秋季2-氯-1-丙烯—34．310．021，1，3，3-四氯-2-丙酮0．2117．58—顺-丁烯0．20——正丁醛0．06——1，2-二甲基-环丙烯2．79——1，3-戊二烯——3．103-甲基-1-丁烯—5．97—2-甲基-呋喃0．08—0．03甲基-丁烯醇2．33—1．233-甲基-戊烷—1．50—3-甲基-1，3-戊二烯—0．27—3-甲基-2，4-戊二醇0．10——2-氨基环己醇0．21—0．101，2，3-三甲基环丙烷—0．81—环己烷—0．26—3-甲基-2-戊烯—0．37—3-甲基己烷—0．21—庚烷—0．31—甲基环己烷—0．49—苯甲醛0．05——2，4-二甲基-戊醇——0．014-甲基-庚烷—2．05—1-环戊烷基-2-丙烯-1-醇—0．24—4-乙氧基环己酮—0．56—V2-乙烷基-己醛0．30——苯乙酮0．18——2，2，4，4-四甲基-戊烷—1．86—4，6-二甲基-2-庚酮0．10——壬醛0．21——杜烯0．28——1，2，3，4-四氢化萘0．08——叔丁基-环己烷0．11——三环萜3．06—2．82α-侧柏烯——0．22(+)-2-蒈烯36．84——(E)-2，7-二甲基3-辛烯-5-炔——59．19莰烯8．97—9．05β-水芹烯1．45——β-蒎烯5．520．516．88癸烷0．08——β-月桂烯—0．504．01IR-α-蒎烯0．44——α-松油烯0．05——(+)-莰烯22．28——邻-伞花烃0．04——间-伞花烃—0．82—α-蒎烯—0．36—罗勒烯0．04——2-蒈烯0．29——萘0．542．510．14反式-对-薄荷烷0．21——龙脑—1．40—D-柠檬烯—3．95—桧烯——11．353-蒈烯—3．53—1，5-二甲基-1，5-环辛二烯—1．28—β-甲基萘1．93—0．654，7-二甲基-茚0．27——1，2，3，4，5-五甲基-苯0．46——乙酸龙脑酯—1．030．072-乙烷基-1-癸醇0．28——十二烷0．89—0．082-乙烯基-萘0．13——1，6-二甲基-萘0．31—0．03

续(表1)

注：“—”表示未检测到该物质的释放。

樟子松春季挥发物以萜类物质为主，占挥发物总量80.37%，主要成分为(+)-2-蒈烯(占挥发物总量36.84%)，其次为(+)-莰烯(22.28%)，其余占挥发物总量较高的有莰烯(8.97%)、β-蒎烯(5.52%)。烷烃、烯烃类物质，占挥发物总量的13.49%，醇类物质占挥发物总量3.27%，呋喃类、醛类、酮类、含氮化合物所占比例相对较低。

夏季挥发物中烷烃、烯烃类及酮类化合物含量显著上升，分别占挥发物总量的56.93%、18.14%，烷烃、烯烃类化合物主要成分为2-氯-1-丙烯，占挥发物总量的34.31%。萜类化合物所占比例下降，占挥发物总量的24.32%，其中石竹烯(4.45%)、D-柠檬烯(3.95%)、3-蒈烯(3.53%)、长叶烯-(V4)(2.59%)、α-石竹烯(2.30%)所占比例相对较高。夏季酮类物质所占比例增高，占挥发物总量的17.58%，其成分为1,1,3,3-四氯-2-丙酮。

秋季樟子松挥发物主要由萜类物质构成，占挥发物总量的97.37%。其中，(E)-2,7-二甲基-3-辛烯-5-炔占挥发物总量最大，为59.19%，其余占挥发物总量大小顺序依次为桧烯(11.35%)、莰烯(9.05%)、β-蒎烯(6.88%)、β-月桂烯(4.01%)、1,3-戊二烯(3.1%)、三环萜(2.82%)。烷烃、烯烃类化合物只占挥发物总量的1.24%，醇类化合物占1.24%，主要由甲基丁烯醇构成。含氮化合物、呋喃类所占比例较低。

2.2 樟子松释放的挥发物种类

樟子松挥发物中共检测到7类物质：萜类、烷烃、烯烃类、醇类、呋喃类、醛类、酮类和含氮化合物。

从樟子松挥发物的季节变化中可以看出，夏季挥发物主要以烷烃、烯烃类物质为主，2-氯-1-丙烯为其主要成分；春秋两季则以萜类物质为主：春季以(+)-2-蒈烯、(+)-莰烯为主要成分，秋季以(E)-2,7-二甲基-3-辛烯-5-炔为主要成分。樟子松挥发物中莰烯、β-水芹烯、β-蒎烯的释放主要在春秋两季，夏季只有微量甚至不释放。石竹烯、2-氯-1-丙烯及萘的释放则以夏季为主。

2.3 不同季节樟子松挥发物抑制空气微生物能力的比较

经过对不同季节、不同样地的监测发现(表2)，樟子松对空气中的细菌抑制能力较强，其中夏季抑菌率最高，可达41.67%，秋季稍降低(37.50%)，但明显高于春季抑菌率(28.95%)。

表2 不同季节樟子松挥发物对空气微生物的抑制

注：“—”表示无抑菌效果。

樟子松挥发物对空气中的霉菌、放线菌无抑制作用，这可能由于样地内具有较高的空气湿度，反而更适于霉菌的生长，所以调查过程中样地的空气霉菌数量高于对照地(裸露空地)。样地空气中放线菌数量极少，未发现挥发物与放线菌数量之间明显的变化规律。

3 结论

很多植物能够分泌挥发性物质，它们可经由空气传播，对人体的生理、心理产生积极影响。如松科、柏科、槭树科、忍冬科等植物，这些植物的挥发性物质对结核杆菌等病菌有很好的抑制作用。

樟子松在生长季节内会释放出大量的、对人体有益的挥发性成分，其中不乏具有显著的净化空气、调节精神、祛病保健、抑制病原菌等功效的物质[9-11]，如萜烯类物质。因此，利用植物自然释放的挥发性物质能够有效提升环境质量，这对于构建功能性的植物群落有重要意义。结合本次实验结果，可以利用樟子松在医院、疗养区、公园、健身场所等特殊环境中[12]，构建特色植物群落，利用植物的保健功能，实现减缓、抑制病原菌的传播，达到辅助治愈疾病的功效。

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郭阿君，女，1979年3月生，北华大学林学院，副教授。

王志英，东北林业大学林学院，教授。E-mail:zyw0451@sohu.com。

2013年6月28日。

S792.99

Release Variation of Volatile Compounds fromPinussylvestnisvar.mongolicaLitv. and Their Effects on Bacteriostasis/Guo Ajun(Beihua University, Jilin 132013, P. R. China); Wang Zhiying, Zou Li(Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China)//Journal of Northeast Forestry University.-2014,42(4).-115～118

责任编辑：潘 华。

Pre-concentrated system combined with GC-MS was evaluated for determining volatile compounds fromPinussylvestnisvar.mongolicaLitv. by SUMMA canister for sampling. In spring, summer and autumn, the main compounds of volatile compounds are terpene, alkenes, alkanes, alcohol, furan, aldehydes, ketone and nitrogenous compounds, and the terpene, alkenes and alkanes are major component. The component and content have dynamic varieties in different seasons. (+)-2-caren (36.84%) and (+)-Camphene (22.28%) are major component in spring, 1-Propene, 2-chloro-(34.31%) in summer, and 3-Octen-5-yne,2,7-dimethyl-(E)-(59.19%), sabinene (11.35%), camphene (9.05%) and beta.-Pinene (6.88%) in autumn. Volatile compounds fromPinussylvestnisvar.mongolicaLitv. have inhibition against bacteria in air especially in summer.