4個桂花品種葉片揮發(fā)物成分及其對空氣微生物的影響

林富平，周 帥，馬 楠，張汝民，高 巖，

(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 臨安311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗教學(xué)示范中心，浙江 臨安311300)

植物生長發(fā)育過程中釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds，VOCs)在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要的化學(xué)信息傳遞作用[1－2]，并且對環(huán)境空氣質(zhì)量、 微生物生長[3－4]及人體健康等具有一定的影響[5－6]。Gao等[3]對北京地區(qū)油松Pinus tabuliformis等5種針葉樹林地空氣中微生物研究，發(fā)現(xiàn)針葉樹具有明顯的抑菌作用；張慶費(fèi)等[7]對上海12種常見綠化樹種的抑菌物質(zhì)進(jìn)行了分析，其中銀杏Ginkgo biloba，臭椿Ailanthus altissima和構(gòu)樹Broussonetia papyrifera等釋放的VOCs中含有大量的乙醛等9種抑菌物質(zhì)；郭阿君等[8]研究表明，不同季節(jié)火炬樹Rhus typhina釋放的VOCs對空氣微生物的影響存在明顯差異；張風(fēng)娟等[9]研究發(fā)現(xiàn)皂莢Gleditsia sinensis和五角楓Acer truncatum釋放的VOCs種類不同，對空氣微生物生長的抑制效果存在顯著差異。因此，研究不同植物釋放VOCs的成分及其對空氣中微生物的影響在園林綠化樹種配置方面具有非常重要的作用。桂花Osmanthus fragrans在中國已有2 500多年的栽培歷史。近年來，許多學(xué)者對桂花鮮花VOCs[10－13]成分及含量做了一些研究，但對不同桂花品種葉片VOCs成分及其林地中微生物的生長情況的研究還未見報道。本研究采用動態(tài)頂空氣體循環(huán)采集法與熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析技術(shù)(TDS-GC-MS)相結(jié)合，對金桂O.fragrans‘Thunbergii’，銀桂O.fragrans‘Odoratus’，丹桂O.fragrans‘Aurantiacus’和四季桂O.fragrans‘Semperflorens’活體樹木葉片VOCs進(jìn)行采集與分析，同時采用自然沉降法測定了4個桂花品種林地中空氣微生物的生長情況。本結(jié)果可為進(jìn)一步研究不同桂花品種VOCs的生態(tài)保健功能提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試樹種

項目研究地點(diǎn)設(shè)在浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)校園內(nèi)，選擇長勢良好，無病蟲害，樹齡20 a左右，樹高約5 m的金桂、銀桂、丹桂和四季桂為試材。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 單株植物揮發(fā)物采集分析 于2011年3，5，7，9和11月選擇晴朗無風(fēng)的天氣，用QC-2型大氣采樣儀采用動態(tài)頂空氣體循環(huán)采集法對4個桂花品種葉片進(jìn)行VOCs采集，各品種葉片采樣重復(fù)3次。采樣氣體循環(huán)流量為100 mL°min－1，采氣時間25 min。VOCs的分析參照文獻(xiàn)[14]，采用TDS-GC-MS分析技術(shù)。分析儀器條件設(shè)置:TDS(TD3型，德國Gerstel公司)工作條件:系統(tǒng)載氣壓力20 kPa；進(jìn)樣口溫度250℃；脫附溫度250℃(10 min)；冷阱溫度－100℃(保持3 min)；冷阱進(jìn)樣時溫度驟然升溫至260℃。GC (7890A型，Agilent公司)工作條件:色譜柱為30 m×250 μm×0.25 μm的HP-5MS柱；升溫程序為初始溫度40℃(保持3 min)，以6℃°min－1的速率升至112℃(保持3min)，以6℃°min－1的速率升至250℃，再以10℃°min－1的速率升至270℃(保持5 min)。MS(5975C型，Agilent公司)工作條件:電離方式為EI，電子能量為70 eV，原子質(zhì)量范圍29～400，接口溫度280℃，離子源溫度為230℃，四級桿溫度150℃。數(shù)據(jù)處理與質(zhì)譜檢索:根據(jù)4個桂花品種葉片VOCs成分的TDS-GC-MS總離子流色譜圖，采用氣質(zhì)聯(lián)用儀計算機(jī)的NIST 2008譜庫，結(jié)合計算機(jī)檢索與手工檢索，定性分析組分的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，以色譜峰面積進(jìn)行定量分析，并計算其組分的相對含量。

1.2.2 培養(yǎng)基的制備 按照劉國生[15]的方法配制細(xì)菌培養(yǎng)基(牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基)、真菌培養(yǎng)基(馬鈴薯培養(yǎng)基)和放線菌培養(yǎng)基(淀粉瓊脂培養(yǎng)基)。

1.2.3 微生物的采集 微生物采集采用自然沉降法[16]，分別在4個桂花品種林地內(nèi)和對照(浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)五洲廣場)各設(shè)3個采樣點(diǎn)，將帶有不同培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿分別置于距樹冠水平距離0.3 m，離地面1.2～1.5 m高的平板支架上，打開培養(yǎng)皿蓋，采集空氣中自然漂浮的微生物(細(xì)菌、真菌和放線菌)。培養(yǎng)基在空氣中暴露10 min后，將培養(yǎng)皿蓋好并用保鮮膜包好后帶回實(shí)驗室置于30℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。微生物的采集分別在2011年3，5，7，9和11月的晴朗無風(fēng)天氣，上午10:00左右，連續(xù)采集3 d，重復(fù) 3個°次-1。

1.2.4 微生物的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理 接菌的培養(yǎng)皿在30℃條件下培養(yǎng)48 h后進(jìn)行細(xì)菌菌落統(tǒng)計，培養(yǎng)72 h后進(jìn)行真菌菌落統(tǒng)計，培養(yǎng)96 h后進(jìn)行放線菌菌落統(tǒng)計。按1991年12月頒發(fā)的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)確定的公共場所空氣微生物的計算公式，計算出各處理的微生物數(shù)。具體計算公式為:菌數(shù)(個°m－3)=50 000N/(AT)。N為培養(yǎng)皿中菌落平均數(shù)(個)；A為培養(yǎng)皿的面積(cm2)；T為打開培養(yǎng)皿皿蓋的時間(min)。抑菌率(%)=(對照菌數(shù)－處理菌數(shù))/對照菌數(shù)×100。數(shù)據(jù)處理:采用SPSS18.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 4個桂花品種葉片VOCs成分分析

將金桂、銀桂、丹桂和四季桂活體植株的VOCs進(jìn)行TDS-GC-MS分析，總離子流圖見圖1，從中鑒定出含有醛類、醇類、酸類、酯類、萜類、烴類和酮類等化合物，但種類與相對含量有很大不同。將各個桂花品種葉片VOCs在不同月份所含化合物的峰面積做平均值，見表1。

表1 4個桂花品種葉片的VOCs成分Table 1 Components of VOCs in leaves of Osmanthus fragrans

表1(續(xù))

從金桂中鑒定出48種化合物，主要成分為(Z)-乙酸-3-己烯酯(相對含量11.8%)，6-甲基-5-庚烯-2-酮(9.6%)，3-己烯醇(8.8%)，壬醛(8.9%)，辛醛(8.3%)，癸醛(8.3%)，己醛(5.3%)，苯甲醛(3.8%)和壬烷(3.4%)等。銀桂中含有54種化合物，主要成分為(Z)-乙酸-3-己烯酯(15.2%)，辛醛(10.0%)，壬醛(7.7%)，3-己烯醇(5.4%)，壬烯(5.3%)，癸醛(5.0%)，己醛(4.4%)，6-甲基-5-庚烯-2-酮(3.9%)，苯甲醛(3.7%)和壬烷(3.2%)等。丹桂中共46種化合物，主要成分為辛醛(11.1%)，壬醛(10.5%)，(Z)-乙酸-3-己烯酯(10.3%)，癸醛(8.2%)，3-己烯醇(7.0%)，己醛(4.8%)，6-甲基-5-庚烯-2-酮(4.7%)，壬烯(4.8%)，苯甲醛(3.8%)和壬烷(3.8%)等。四季桂中有37種化合物，主要為己醛(11.5%)，壬醛(9.2%)，癸醛(9.0%)，6-甲基-5-庚烯-2-酮(7.3%)，壬烷(5.6%)，苯甲醛(5.0%)，(Z)-乙酸-3-己烯酯(4.2%)，壬烯(3.9%)等(圖2)。通過分析發(fā)現(xiàn):4個桂花品種葉片VOCs均以醛類化合物為主，相對含量在35%以上，另外(Z)-乙酸-3-己烯酯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、壬烯和壬烷等化合物相對含量也較高。

圖1 4個桂花品種葉片VOCs總離子流圖Figure 1 TIC of VOCs in leaves of Osmanthus fragrans

圖2 4個桂花品種葉片VOCs主要成分比較Figure 2 Contrast of main ingredients VOCs in leaves of O.fragrans

2.2 4個桂花品種林地中空氣微生物數(shù)量的測定

3，5，7，9和11月的實(shí)地監(jiān)測表明:4個桂花品種林地中空氣微生物的數(shù)量在不同月份具有一定的動態(tài)變化(圖3)。4個桂花品種林地中細(xì)菌含量在不同月份與對照相比均有明顯的降低(圖3A)，其中金桂林地在3，5，7，9和11月分別降低46.6%，48.3%，67.6%，34.6%和26.0%(P＜0.01)；銀桂和四季桂林地在5月降幅最大，分別降低53.7%和57.8%，9月降低最少，分別降低18.7%和31.0%(P＜0.01)；丹桂林地也在5月降幅最大，但在3月份降低最少，分別降低80.3%(P＜0.01)和14.8%(P＜0.05)?？梢?，不同桂花品種林地在不同月份對細(xì)菌生長均有顯著或極顯著的抑制作用。

圖3 4個桂花品種林地中空氣微生物的含量Figure 3 Amount of air microorganism in the stands of O.fragrans

4個桂花品種林地中真菌含量在不同月份與對照相比變化差異不一致。從圖3B可見:5月金桂、四季桂、銀桂和丹桂林地分別比對照增加極顯著(P＜0.01)，分別增加1.6，1.8，2.2和2.3倍；銀桂林地在3月、四季桂林地在11月也顯著增加。金桂林地在3，7和9月比對照分別降低33.5%，38.8%和34.1%(P＜0.01)；銀桂林地在9和 11月分別降低38.7%和 31.8%(P＜0.01)；丹桂林地在3月降低57.0%(P＜0.01)；四季桂林地在3和7月分別降低47.5%和57.1%(P＜0.01)。說明不同桂花品種林在不同月份對真菌的生長影響差異極顯著。

4個桂花品種林地中放線菌含量在微生物總量中所占比例較小(圖3C)。放線菌含量在不同月份都低于對照，金桂林地在3，5和7月都降低80.0%以上(P＜0.01)；銀桂林地在3月降低89.5%(P＜0.01)；丹桂林地在3和9月，四季桂林地在3和5月都降低60.0%以上(P＜0.01)。其他月份4個桂花品種林也對放線菌生長具有顯著的抑制作用。

3 討論

植物釋放VOCs的種類及含量與植物本身種屬特性存在很大關(guān)系，不同植物釋放的VOCs種類與比例具有明顯的差異。Gao等[3]對5種松柏類植物的研究表明，不同植物的VOCs成分不同，主要為檸檬烯、α-蒎烯、β-蒎烯和月桂烯等化合物；張慶費(fèi)等[7]對銀杏等12種綠化樹種研究表明，主要成分為檸檬醛、乙酰乙酸乙酯和丁酮醇等9種化合物，但各樹種釋放VOCs的種類和比例不同；張風(fēng)娟等[9]對皂莢和五角楓研究發(fā)現(xiàn)，2種植物枝葉的VOCs都含有酯類、醇類和醛類等化合物，但其種類與相對含量有很大不同。本實(shí)驗通過對4個桂花品種葉片VOCs進(jìn)行分析，其主要成分為醛類化合物，但不同品種的VOCs成分組成和相對含量差別較大。通過與以往研究比較，還發(fā)現(xiàn)桂花葉片VOCs成分與鮮花間存在較大差異[10－13]。

植物在生長過程中釋放的 VOCs成分很多都會對微生物生長產(chǎn)生影響[3，9，17]。Gao 等[3]對壬醛、 癸醛、苯甲醛研究，發(fā)現(xiàn)3種單體對空氣微生物(細(xì)菌、真菌和放線菌)的生長具有明顯的抑制作用，且隨著濃度的增加而抑制作用增強(qiáng)。張鳳娟等[9]通過對乙酸-3-己烯酯、乙酸庚酯、壬醛、己醛、正戊醛、trans-2-己烯醛、1-辛醇和3-己烯醇等8種單體進(jìn)行抑菌試驗，發(fā)現(xiàn)除3-己烯醇在低體積分?jǐn)?shù)(0.01%)時對細(xì)菌的生長起促進(jìn)作用外，其他單體在不同濃度對細(xì)菌均有抑制作用，且隨著濃度的增加而抑制作用增強(qiáng)。Edris等[17]也證明，癸醛、苯甲醛和β-蒎烯具有顯著的抑菌作用。4個桂花品種葉片釋放的VOCs均含有大量的(Z)-乙酸-3-己烯酯、己醛、苯甲醛、壬醛、癸醛和3-己烯醇等化合物，在不同品種間的相對含量差別較大，抑菌作用也存在顯著差異，這些化合物可能是抑制微生物生長的主要成分。

郭阿君等[8]研究顯示火炬樹在不同季節(jié)對空氣細(xì)菌抑制能力存在明顯差異:夏季抑制作用最強(qiáng)，秋季稍有回落，但均明顯高于春季；但對空氣真菌具有促進(jìn)作用。蓋苗苗等[18]對雪松Cedrus deodara VOCs的抑菌效益研究，發(fā)現(xiàn)對細(xì)菌和放線菌有明顯的抑制作用且趨勢基本一致，夏、秋季較強(qiáng)，春季較弱，6月達(dá)到最大值；對真菌的生長有促進(jìn)作用，總體趨勢是夏季＞秋季＞春季，表明這種差異與VOCs的成分及含量有關(guān)。4個桂花品種林地在5月和7月對細(xì)菌具有極顯著的抑制作用，在5月對真菌具有極顯著的促進(jìn)作用；由于空氣真菌適合陰暗和潮濕的地方生長，因此對照中真菌含量在不同月份都較低，這與前人研究結(jié)果相一致。

由于不同樹木林地中微生物含量在不同月份有顯著差異，因此，在選擇城市綠化樹種時，除了考慮樹木的適生性、抗污染性和美觀造型等因素外，合理搭配還應(yīng)考慮其釋放的VOCs及其抗菌性，使園林綠地樹種在建設(shè)和配置中得到更好的應(yīng)用，充分發(fā)揮其美化環(huán)境、凈化空氣功能，更好地改善人居生活環(huán)境。

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