樟子松揮發(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))

樟子松揮發(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))

利用SUMMA采樣罐收集樟子松(Pinussylvestnisvar.mongolicaLitv.)揮發(fā)物，通過預(yù)濃縮儀與氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)對(duì)樟子松揮發(fā)物進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：春、夏、秋三季樟子松揮發(fā)物的主要成分有萜類、烷烴、烯烴類、醇類、呋喃類、醛類、酮類和含氮化合物7大類物質(zhì)，其中萜類、烴類物質(zhì)占主體，且隨季節(jié)變化顯著。 (+)-2-蒈烯(占揮發(fā)物總量36.84%)、(+)-莰烯(占揮發(fā)物總量22.28%)是構(gòu)成春季揮發(fā)物的主要成分，夏季則以2-氯-1-丙烯(占揮發(fā)物總量34.31%)為主，秋季以(E)-2,7-二甲基-3-辛烯- 5-炔(占揮發(fā)物總量59.19%)、檜烯(占揮發(fā)物總量11.35%)、莰烯(占揮發(fā)物總量9.05%)、β-蒎烯(占揮發(fā)物總量6.88%)、β-月桂烯(占揮發(fā)物總量4.01%)為主。樟子松的揮發(fā)物對(duì)空氣中的細(xì)菌具有抑制作用，以夏季抑菌作用最強(qiáng)。

樟子松；揮發(fā)物；釋放動(dòng)態(tài)；抑菌作用

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

樟子松(Pinussylvestnisvar.mongolicaLitv.)為松科大喬木，是中國三北地區(qū)主要的優(yōu)良造林樹種之一。樟子松樹干通直、蒼翠挺拔、別具特色，特別是在冬季，能夠?yàn)殂y裝素裹的北方城市增添綠色，在各類綠地中被廣泛應(yīng)用。由于植物在生長過程中會(huì)釋放出具有藥理作用的揮發(fā)性物質(zhì)[1]，加之森林中濃度較高的空氣負(fù)離子[2]，能夠達(dá)到改善身心狀態(tài)的目的。故本文針對(duì)樟子松揮發(fā)物成分、釋放動(dòng)態(tài)及揮發(fā)物的抑菌作用進(jìn)行研究，以期為構(gòu)建功能性植物群落[3]提供理論依據(jù)。

相關(guān)資料表明，機(jī)械損傷、蟲害等均會(huì)導(dǎo)致植物揮發(fā)性物質(zhì)的改變[4]，為了不影響此次試驗(yàn)的分析結(jié)果，本研究在植物揮發(fā)性物質(zhì)的收集過程中，將動(dòng)態(tài)頂空套袋采集法與不銹鋼SUMMA采樣罐結(jié)合使用，直接采集健康的活體植物揮發(fā)物質(zhì)[5-6]。

1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)所用儀器包括QC-1B便攜式氣泵、7016型自動(dòng)進(jìn)樣器、島津GC-17G氣譜儀、島津GC-MSQP5050質(zhì)譜儀、美國ENTECH7100型VOC預(yù)濃縮儀、島津CP2Sil5CB(30.00 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱。

1.1 揮發(fā)物的采集

供試植物樟子松采自哈爾濱東北林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)綠地。分別于春、夏、秋三季利用不銹鋼SUMMA采樣罐在綠地內(nèi)收集樟子松自然揮發(fā)物。在植物揮發(fā)物采集過程中，首先將便攜式氣泵、惰性取樣袋、過濾介質(zhì)、收集管連接成閉路系統(tǒng)[7](圖1)，將健康無損傷的枝條套入取樣袋內(nèi)，充入過濾后的潔凈空氣，富集揮發(fā)物10～15 min。SUMMA采樣罐經(jīng)高純氮?dú)馇逑春螽a(chǎn)生約200 kPa的負(fù)壓，利用負(fù)壓可直接收集樟子松揮發(fā)物。

圖1 植物揮發(fā)物采集裝置

將收集樟子松揮發(fā)物的SUMMA采樣罐與VOC預(yù)濃縮儀連接，預(yù)濃縮儀與氣譜儀連接，濃縮后的揮發(fā)物氣體直接進(jìn)樣分析，進(jìn)樣量為0.1 μL。

1.2 揮發(fā)物成分分析

氣相色譜(GC)條件——進(jìn)樣口溫度250 ℃；接口溫度230 ℃；分流比1∶10；程序升溫：初始溫度40 ℃保留2 min，5 ℃/min升溫至100 ℃保留0.50 min，20 ℃/min再次升溫至250 ℃，保留8 min。以氦氣為載氣，載氣壓力6 kPa。

質(zhì)譜(MS)條件——EI源70 eV；源溫200 ℃；掃描范圍m/z=10～400，掃描時(shí)間0.14 s[8]。

利用氣質(zhì)聯(lián)用儀NIST2008譜庫對(duì)揮發(fā)物進(jìn)行檢索，結(jié)合色譜保留時(shí)間與匹配度，確定揮發(fā)物成分。采用色譜峰面積歸一法計(jì)算各組分占揮發(fā)物總量的比值。

1.3 揮發(fā)物對(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，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，采集樟子松純林空氣中常見的細(xì)菌、霉菌和放線菌。

微生物的培養(yǎng)及數(shù)據(jù)處理：將取樣后的培養(yǎng)皿分別置于適宜溫度培養(yǎng)箱中培養(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 樟子松植物揮發(fā)物成分

樟子松春、夏、秋三季GC-MS總離子流圖見圖2，揮發(fā)物成分及占揮發(fā)物總量的比值詳見表1。

圖2 樟子松春、夏、秋季揮發(fā)性成分的總離子色譜圖

化合物占揮發(fā)物總量比值/%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—順-丁烯0．20——正丁醛0．06——1，2-二甲基-環(huán)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-氨基環(huán)己醇0．21—0．101，2，3-三甲基環(huán)丙烷—0．81—環(huán)己烷—0．26—3-甲基-2-戊烯—0．37—3-甲基己烷—0．21—庚烷—0．31—甲基環(huán)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-環(huán)戊烷基-2-丙烯-1-醇—0．24—4-乙氧基環(huán)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——1，2，3，4-四氫化萘0．08——叔丁基-環(huán)己烷0．11——三環(huán)萜3．06—2．82α-側(cè)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——鄰-傘花烴0．04——間-傘花烴—0．82—α-蒎烯—0．36—羅勒烯0．04——2-蒈烯0．29——萘0．542．510．14反式-對(duì)-薄荷烷0．21——龍腦—1．40—D-檸檬烯—3．95—檜烯——11．353-蒈烯—3．53—1，5-二甲基-1，5-環(huán)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——乙酸龍腦酯—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

續(xù)(表1)

注：“—”表示未檢測(cè)到該物質(zhì)的釋放。

樟子松春季揮發(fā)物以萜類物質(zhì)為主，占揮發(fā)物總量80.37%，主要成分為(+)-2-蒈烯(占揮發(fā)物總量36.84%)，其次為(+)-莰烯(22.28%)，其余占揮發(fā)物總量較高的有莰烯(8.97%)、β-蒎烯(5.52%)。烷烴、烯烴類物質(zhì)，占揮發(fā)物總量的13.49%，醇類物質(zhì)占揮發(fā)物總量3.27%，呋喃類、醛類、酮類、含氮化合物所占比例相對(duì)較低。

夏季揮發(fā)物中烷烴、烯烴類及酮類化合物含量顯著上升，分別占揮發(fā)物總量的56.93%、18.14%，烷烴、烯烴類化合物主要成分為2-氯-1-丙烯，占揮發(fā)物總量的34.31%。萜類化合物所占比例下降，占揮發(fā)物總量的24.32%，其中石竹烯(4.45%)、D-檸檬烯(3.95%)、3-蒈烯(3.53%)、長葉烯-(V4)(2.59%)、α-石竹烯(2.30%)所占比例相對(duì)較高。夏季酮類物質(zhì)所占比例增高，占揮發(fā)物總量的17.58%，其成分為1,1,3,3-四氯-2-丙酮。

秋季樟子松揮發(fā)物主要由萜類物質(zhì)構(gòu)成，占揮發(fā)物總量的97.37%。其中，(E)-2,7-二甲基-3-辛烯-5-炔占揮發(fā)物總量最大，為59.19%，其余占揮發(fā)物總量大小順序依次為檜烯(11.35%)、莰烯(9.05%)、β-蒎烯(6.88%)、β-月桂烯(4.01%)、1,3-戊二烯(3.1%)、三環(huán)萜(2.82%)。烷烴、烯烴類化合物只占揮發(fā)物總量的1.24%，醇類化合物占1.24%，主要由甲基丁烯醇構(gòu)成。含氮化合物、呋喃類所占比例較低。

2.2 樟子松釋放的揮發(fā)物種類

樟子松揮發(fā)物中共檢測(cè)到7類物質(zhì)：萜類、烷烴、烯烴類、醇類、呋喃類、醛類、酮類和含氮化合物。

從樟子松揮發(fā)物的季節(jié)變化中可以看出，夏季揮發(fā)物主要以烷烴、烯烴類物質(zhì)為主，2-氯-1-丙烯為其主要成分；春秋兩季則以萜類物質(zhì)為主：春季以(+)-2-蒈烯、(+)-莰烯為主要成分，秋季以(E)-2,7-二甲基-3-辛烯-5-炔為主要成分。樟子松揮發(fā)物中莰烯、β-水芹烯、β-蒎烯的釋放主要在春秋兩季，夏季只有微量甚至不釋放。石竹烯、2-氯-1-丙烯及萘的釋放則以夏季為主。

2.3 不同季節(jié)樟子松揮發(fā)物抑制空氣微生物能力的比較

經(jīng)過對(duì)不同季節(jié)、不同樣地的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)(表2)，樟子松對(duì)空氣中的細(xì)菌抑制能力較強(qiáng)，其中夏季抑菌率最高，可達(dá)41.67%，秋季稍降低(37.50%)，但明顯高于春季抑菌率(28.95%)。

表2 不同季節(jié)樟子松揮發(fā)物對(duì)空氣微生物的抑制

注：“—”表示無抑菌效果。

樟子松揮發(fā)物對(duì)空氣中的霉菌、放線菌無抑制作用，這可能由于樣地內(nèi)具有較高的空氣濕度，反而更適于霉菌的生長，所以調(diào)查過程中樣地的空氣霉菌數(shù)量高于對(duì)照地(裸露空地)。樣地空氣中放線菌數(shù)量極少，未發(fā)現(xiàn)揮發(fā)物與放線菌數(shù)量之間明顯的變化規(guī)律。

3 結(jié)論

很多植物能夠分泌揮發(fā)性物質(zhì)，它們可經(jīng)由空氣傳播，對(duì)人體的生理、心理產(chǎn)生積極影響。如松科、柏科、槭樹科、忍冬科等植物，這些植物的揮發(fā)性物質(zhì)對(duì)結(jié)核桿菌等病菌有很好的抑制作用。

樟子松在生長季節(jié)內(nèi)會(huì)釋放出大量的、對(duì)人體有益的揮發(fā)性成分，其中不乏具有顯著的凈化空氣、調(diào)節(jié)精神、祛病保健、抑制病原菌等功效的物質(zhì)[9-11]，如萜烯類物質(zhì)。因此，利用植物自然釋放的揮發(fā)性物質(zhì)能夠有效提升環(huán)境質(zhì)量，這對(duì)于構(gòu)建功能性的植物群落有重要意義。結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以利用樟子松在醫(yī)院、療養(yǎng)區(qū)、公園、健身場(chǎng)所等特殊環(huán)境中[12]，構(gòu)建特色植物群落，利用植物的保健功能，實(shí)現(xiàn)減緩、抑制病原菌的傳播，達(dá)到輔助治愈疾病的功效。

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郭阿君，女，1979年3月生，北華大學(xué)林學(xué)院，副教授。

王志英，東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)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

責(zé)任編輯：潘 華。

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.