銀中楊揮發性有機物釋放動態及其抑菌作用

郭阿君 王志英 鄒 麗

(北華大學，吉林，132013) (東北林業大學)

銀中楊(Populus alba×berolinensis)是黑龍江省森林與環境科學研究院于1961年以采自熊岳的銀白楊(Populus alba)為母本，以當地中東楊(Populus×berolinensis)為父本，經人工雜交選育而成的雄性無性系［1］。銀中楊樹干通直，樹皮灰綠，披白粉，樹冠圓錐形，樹姿優美，葉片兩色，葉面深綠色，葉背銀白色，具有極高的觀賞價值，是北方地區城市綠化及防護林、用材林的首選楊樹優良品種。目前，我國對銀中楊的研究主要集中在繁育、撫育管理及生理生態等方面，關于銀中楊枝葉揮發性成分及抑菌作用的研究少有報道。筆者針對銀中楊揮發性有機物成分及其對空氣微生物的抑制作用進行研究，為合理地配置、開發、利用銀中楊資源提供理論依據。

1 材料與方法

供試植物銀中楊采自東北林業大學哈爾濱實驗林場銀中楊純林。所用儀器包括島津 GC—17G氣譜儀、島津 GC—MSQP5050質譜儀、美國ENTECH7100預濃縮儀、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采集過程中，利用硅膠管將氣泵、過濾介質、取樣袋、收集管等連接成閉路系統［2］(圖1)，將銀中楊枝葉套入取樣袋中，充入過濾后的空氣，富集植物VOCs 10 min后，利用經高純氮氣清洗后的SUMMA罐內產生的負壓(罐內氣壓約200 kPa)，收集植物VOCs。袋內不套入植物者作為空白。

圖1 植物揮發性物質采集裝置

1.2 銀中楊VOCs的成分分析

GC 條件:HP—5 石英毛細管柱(30.00 m×0.25 mm×0.25 μm)，進樣口溫度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，掃描時間0.14 s。

聯機檢索:采用氣質聯用儀計算機的NIST2008譜庫，自動檢索分析組分的質譜數據，結合色譜保留時間及匹配度，鑒定揮發物成分，利用色譜峰面積歸一化法求出各組分占揮發物總量的比值。

1.3 植物VOCs對空氣微生物抑制能力的測定

采樣方法:應用平皿沉降法［3］，將盛培養基的平皿持平暴露在空氣中5 min，針對空氣中常見的細菌、霉菌和放線菌，分別使用牛肉蛋白胨培養基、馬丁培養基、高氏1號培養基［4］。為了降低環境條件對實驗結果的影響，于春、夏、秋三季分別取樣，采樣點選擇銀中楊純林林下距地面1.5 m處，每個采樣點連續監測3 d，選擇同地形上風源裸露地帶(對測點影響最大)作為對照。

微生物的培養及數據處理:將取樣后的培養皿置于溫箱中適宜溫度下培養，36～72 h后檢查菌落數。

抑菌率=((對照菌落數－處理菌落數)/對照菌落數)×100%。

2 結果與分析

2.1 銀中楊VOCs的組成及其季節性動態變化

按上述試驗條件對銀中楊VOCs進行分析，獲得銀中楊VOCs的總離子色譜圖(圖1)。扣除本底空氣雜質，經分析確定化合物種類及占揮發物總量的比值(表1)。

分析結果表明，銀中楊VOCs成分以烷烴、烯烴化合物為主，但在不同季節，銀中楊VOCs成分及占揮發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%)，遠遠超出萜類物質所占揮發物總量的值。夏季萜類、烷烴、烯烴及炔烴類化合物所占比例有所下降，酮類物質比例增大。萜類物質中石竹烯占揮發物總量最高(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)等物質釋放;烷烴、烯烴及炔烴類物質中2－氯－1－丙烯質量分數最高(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、烯烴及炔烴類物質為主，占VOCs總量的82.53%，萜類物質質量分數顯著降低，以 α－蒎烯(2.8%)及D－檸檬烯(2.71%)為主，還存在少量酯類物質(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、烯烴及炔烴類物質中1－戊炔質量分數最高(76.25%)，酯類物質以3－己烯－1－醇－乙酸酯為主(4.94%)。

圖2 銀中楊春、夏、秋揮發性成分的總離子色譜圖

表1 銀中楊揮發性物質GC/MS分析結果

續表1

2.2 不同季節銀中楊VOCs抑制空氣微生物能力的比較

經過在不同季節、不同采樣點的實地監測，銀中楊VOCs抑菌效果的數據如表2。

表2 不同季節銀中楊VOCs對空氣微生物的抑制

通過對供試植物林地中空氣微生物含量的監測發現，銀中楊對空氣中的細菌抑制能力較強［5］，抑菌率在51% ～56%，其中夏季抑制作用最強，秋季稍有回落，但均明顯高于春季。

銀中楊葉背密生絨毛，具有極強的滯塵能力，可以有效降低隨浮塵進入林內的細菌。北方夏、秋兩季的氣溫及日照特點使植物能揮發出大量的VOCs［6］，其中含有較多對微生物具有抑制作用的萜烯類、有機酸、醚等化合物，能有效降低空氣中微生物含量。此外，林中較高的負離子濃度對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，林內空氣濕度較大，適于霉菌滋長［7］，因此林分內霉菌數量較對照地高。林內空氣中放線菌含量很小，從監測結果中未發現明顯變化規律。

3 結論

在生態系統中，植物VOCs具有重要的化學信息傳遞作用;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，從而具有清新空氣的作用。因此，明確植物VOCs成分及釋放規律，對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過程中釋放的揮發性物質成分復雜且存在季節性差異。其中大量的萜烯類物質如α－蒎烯、檸檬烯、龍腦、乙酸龍腦酯等具有較好的殺菌、鎮靜、降血壓等功效，結合這一特性，在今后的綠地建設中，可以更加科學、合理的利用銀中楊營造健康、綠色的生態環境。

［1］曹明全，李晶，趙玉恒，等.銀中楊在園林綠化中存在的問題和解決方法［J］.防護林科技，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技術［J］.林業實用技術，2002(5):30.

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

［4］周德慶，微生物學實驗教程［M］.2版.北京:高等教育出版社，2006:372－374.

［5］郭阿君.4種園林樹木揮發性有機物釋放動態及其抑菌作用的研究［D］.哈爾濱:東北林業大學林學院，2007.

［6］李繼泉，金幼菊，沈應柏，等.環境因子對植物釋放揮發性化合物的影響［J］.植物學通報，2001，18(6):649－656.

［7］武漢大學，復旦大學生物系微生物學教研室.微生物學［M］.2版.北京:高等教育出版社，1987:107.