植物精油對木材變色菌的抑菌特性

王 雨，常建民，王鵬起，韓 麗，孫 薇

(1.北京林業(yè)大學(xué)，北京100083； 2.國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計院，北京100010；3.北新集團(tuán)建材股份有限公司，北京102208)

植物精油對木材變色菌的抑菌特性

王 雨1，2，常建民1，王鵬起3，韓 麗1，孫 薇1

(1.北京林業(yè)大學(xué)，北京100083； 2.國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計院，北京100010；3.北新集團(tuán)建材股份有限公司，北京102208)

采用培養(yǎng)基和木塊2種介質(zhì)研究14種植物精油對常見木材變色真菌(木霉菌、長喙殼菌、黑曲霉菌)的抑菌效力和作用濃度。結(jié)果表明：5%肉桂精油、5%俄勒岡香桃木精油以及10%壯麗冷杉木精油A同時對3種變色菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制活性，且隨精油濃度的增加而增強(qiáng)。同時顯示出這3種植物精油作為新型木材保護(hù)制劑的應(yīng)用潛力和商業(yè)前景。

植物精油；木霉菌；長喙殼菌；黑曲霉；抑菌特性

木材變色會直接導(dǎo)致其利用率降低，尋求安全有效的防變色方法現(xiàn)已成為木材保護(hù)研究的重要內(nèi)容之一。基于“綠色”科技的新型木材保護(hù)系統(tǒng)，要求木材變色在得以控制的同時不危害環(huán)境。因此，利用具有天然抑菌活性的植物精油抑制木材變色就成為一個有巨大發(fā)展前景的研究方向。幾個世紀(jì)來，植物精油一直被用作藥物[1]，直到19世紀(jì)90年代，Muanza等[2-3]開始研究植物精油抑制細(xì)菌和真菌的潛在生物活性。自此許多研究學(xué)者開始報道植物精油抑制微生物的活性[4-7]，特別是抑制真菌的活性[8-12]。一些學(xué)者對植物精油的化學(xué)成分與生物活性的關(guān)系開展了一系列的研究工作[13-19]，結(jié)果證明植物精油中的單萜、雙萜和烴類等官能團(tuán)表現(xiàn)出了良好的抗菌特性，且對人畜的毒性低。目前，植物精油廣泛應(yīng)用在食品、保健和制藥業(yè)，而在木材保護(hù)領(lǐng)域的研究亟待拓展。植物精油的抑菌活性和環(huán)境友好性都使其符合新型木材保護(hù)制劑的要求，極具潛力代替化學(xué)藥劑應(yīng)用于木材的內(nèi)部處理。本研究旨在探索和評估14種植物精油對幾種重要木材變色菌的抑制效力及其作用濃度，為植物精油應(yīng)用于木材保護(hù)系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 植物精油 14種植物精油采用蒸汽法提取自不同的植物，并置于4 ℃冷藏備用。植物精油的提取部位和植物來源見表1。

表1 植物精油的來源

1.1.2 木材變色菌 本試驗選取3種常見的木材變色真菌黑曲霉(Aspergillusniger)、木霉菌(Trichodermasp.)、長喙殼菌(Ophiostomaperfectum)。3株真菌均保存在美國俄勒岡州立大學(xué)木材科學(xué)與工程系木材保護(hù)實驗室。

1.1.3 木塊試件 將花旗松(Douglas-fir)試材鋸制成尺寸為30 mm×10 mm×5 mm(其中順紋尺寸為30 mm)的木塊試件，并儲存于0 ℃冰箱備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 植物精油在培養(yǎng)基上抑菌活性的測定 根據(jù)植物精油的抑菌活性對其進(jìn)行篩選[20]。配置2%麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基，同時將植物精油溶于含0.1% 吐溫80的無菌去離子(DI)水中，使其終質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、2%、5%、8%、10%。然后將植物精油溶液通過無菌的0.22 μm細(xì)菌過濾器濾去微生物后添加進(jìn)冷卻到45 ℃左右的麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基中，搖勻后制成平板。

試驗前將木材變色菌培養(yǎng)24 h。取5 mm的菌塊接種于植物精油修正的麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基中央，然后置于27 ℃，相對濕度75%的環(huán)境中培養(yǎng)5 d。每個處理設(shè)置5個重復(fù)。觀測變色菌的生長量。以添加0.1%吐溫80的麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基作為對照。

1.2.2 木材變色菌懸浮液的配制 接種前，將3株木材變色真菌于2%的麥芽培養(yǎng)基上培養(yǎng)48 h。根據(jù)美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)D4445-91(ASTM 1998)制作孢子懸浮液。真菌最終孢子含量為3×107·mL-1。

1.2.3 植物精油在木塊試件上抑菌活性的測定 選取在培養(yǎng)基試驗中顯示良好抑菌活性的植物精油配制成特定濃度的溶液，隨機(jī)取5個木塊試件分別在每一種精油溶液中浸泡3 min，隨后濾去表面多余的溶液。在木塊試件上噴灑1 mL真菌懸浮液，然后將其至于玻璃培養(yǎng)皿(內(nèi)含2層飽含DI水的濾紙和2層聚乙烯網(wǎng)格墊片)中，最后將培養(yǎng)皿用蠟紙密封后放在室溫環(huán)境中培養(yǎng)35 d，測試木塊的變色程度。評估標(biāo)準(zhǔn)為0(無變色)到100(全變色)。每種精油溶液設(shè)置5個培養(yǎng)皿重復(fù)。分別以添加0.1% 吐溫80的DI水和1%丙環(huán)唑作為對照。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物精油在培養(yǎng)基上的抑菌活性

植物精油在培養(yǎng)基上的抑菌活性見表2。由表2可知，14種植物精油在不同的濃度下顯示了不同的抑菌活性。濃度越大，抑菌活性越強(qiáng)，在一定濃度下，植物精油甚至可以殺死變色菌。14種植物精油都對木霉菌具有殺菌作用，但作用濃度不盡相同。除羅奇波爾松木精油和花旗松精油之外，其余的植物精油都對長喙殼菌顯示了極強(qiáng)的抑制作用，作用濃度普遍高于對木霉菌的抑菌濃度。14種測試植物精油都對黑曲霉表現(xiàn)出較弱的抑制效力，且要求的作用濃度最高。其中利蘭柏木精油雖在所測濃度范圍之內(nèi)對長喙殼菌和黑曲霉沒有起到殺菌效果，但隨濃度的增大，其抑制效力逐漸增強(qiáng)?？傊啾葘φ战M來說，大多數(shù)植物精油顯示出較好的抑菌活性，且高濃度的植物精油在培養(yǎng)基條件下會對變色菌產(chǎn)生殺菌作用。

表2 植物精油在培養(yǎng)基上的抑菌活性

2.2 植物精油在木塊試件上的抑菌活性

根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，木塊試件首先在培養(yǎng)14 d后被評估。然后繼續(xù)培養(yǎng)至35 d后再次被評定。

圖1 5%阿拉斯加杉木精油在木塊 試件上防治木霉菌的效力

2.2.1 植物精油對木霉菌的抑制效力 不同的植物精油對木霉菌的抑制效力見表3。由表3可以看出，不同的植物精油對木霉菌的抑制活性和作用時間不同，且同一種植物精油，濃度不同對木霉菌的抑制活性和作用時間亦不同。大多數(shù)植物精油可在14 d的測試時間內(nèi)表現(xiàn)良好的抑菌效力，但隨著時間的增長，有些植物精油的抑菌效力逐漸減弱。其中，2%肉桂精油、5%俄勒岡香桃木精油、5%羅奇波爾松木精油、8% 北美紅杉葉精油、10%壯麗冷杉木精油A、10%北美西部圓柏精油等在35 d的時間內(nèi)持續(xù)顯示了較強(qiáng)抑菌效果。由此可見，一些植物精油可在短時間內(nèi)防治木材變色菌，但就長期防效而言，還不夠理想；且對同一種植物精油來說，其濃度越高，防效越好，但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，還要在變色可接受的范圍內(nèi)選取合適的濃度。以5%阿拉斯加杉木精油為例，培養(yǎng)35 d后其抑制木霉菌生長的效力見圖1。

2.2.2 植物精油對長喙殼菌的抑制效力 不同植物精油在花旗松試件上對長喙殼菌的抑制效果見表4。由表4可見，部分植物精油在14 d的時間內(nèi)對長喙殼菌有較好的抑制效果，但隨著時間的延長，其防效逐漸減弱；并且在相同的時間范圍內(nèi)，同一種植物精油的濃度越高，抑制活性越強(qiáng)。其中，5% 肉桂精油、5%俄勒岡香桃木精油、5%巨杉精油、8% 壯麗冷杉木精油A、10% 壯麗冷杉木精油B在35 d的測試時間內(nèi)顯示了較強(qiáng)抑菌效果。以5%肉桂精油為例，培養(yǎng)35 d后其抑制長喙殼菌的效力見圖2。

表3 植物精油對木霉菌的抑制效果

表4 植物精油對長喙殼菌的抑制效果

圖2 5%肉桂精油在木塊試件上防治長喙殼菌的效力圖3 2%俄勒岡香桃木精油在木塊試件上防治黑曲霉的效力

2.2.3 植物精油對黑曲霉的抑制效力 不同植物精油對黑曲霉的抑制效果見表5。由表5可知，部分植物精油在短期內(nèi)對黑曲霉有較好的抑制效果，但隨著時間的增長，其防效逐漸減弱；并且在相同的時間范圍內(nèi)，植物精油濃度越高，抑菌效力越強(qiáng)。其中2% 肉桂精油、5%俄勒岡香桃木精油、8%北美紅杉葉精油、10%壯麗冷杉木精油A以及8%阿拉斯加杉木精油在35 d的測試時間內(nèi)顯示了較強(qiáng)抑菌效果。以2%俄勒岡香桃木精油為例，培養(yǎng)35 d后其抑制黑曲霉的效力見圖3。

3 結(jié)論

通常，抑菌物質(zhì)在不同的介質(zhì)上發(fā)揮的作用效力不同，且在培養(yǎng)基上往往比在實際介質(zhì)上顯示更強(qiáng)的效力。本研究的結(jié)果證實了這一理論，因此建議木材保護(hù)制劑應(yīng)該在被施用的木材上進(jìn)行評估。本文的研究結(jié)果同時表明了5%肉桂精油、5%俄勒岡香桃木精油以及10%壯麗冷杉木精油A 3種植物精油對常見的木材變色菌表現(xiàn)了良好的抑制活性，且隨著植物精油濃度的增大，其抑菌效果顯著增強(qiáng)。雖然就長期防效而言，植物精油與化學(xué)防腐劑還存在一定的差距，但是綜合環(huán)境成本考慮，它們?nèi)跃哂袠O大的潛力代替化學(xué)藥劑防治木材變色。

表5 植物精油對黑曲霉的抑制效果

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Antifungal Characteristics of Plant Essential Oils on Wood Stain

WANG Yu1，2，CHANG Jian-min1，WANG Peng-qi3，HAN Li1，SUN Wei1

(1.BeijingForestryUniversity，Beijing100083China； 2.PlanningandDesignInstituteofForestProductsIndustry，Beijing100010，China； 3.BeijingNewBuildingMaterialCo.Ltd.，Beijing102208，China)

In this study，14 kinds of essential oils' antifungal activities and concentration against 3 common wood-staining fungis，Trichodermaspp.，OphiostomaperfectumandAspergillusnigerwith 2 mediums cultural medium and wood.The results showed 5% of cinnamon oil，5% of myrtlewood oil and 10% of noble-fir oil A showed great antifungal activity to 3 staining fungis，and the activity became stronger when the concentration was higher.Which showed the application potentials and business foregrounds of 3 oils stated above as the new wood preservative.

essential oil；Trichodermaspp.；Ophiostomaperfectum；Aspergillusniger；antifungal characteristic

10.13428/j.cnki.fjlk.2014.01.005

2013-07-04；

2013-08-08

教育部博士點基金項目(枯草芽孢桿菌B26防治白樺木材藍(lán)變的抑菌機(jī)理，20110014110001)

王雨(1986—)，女，山西侯馬人，國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計院工程師，博士，從事木材科學(xué)與技術(shù)研究。E-mail：christiana425@gmail.com。

常建民，北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，從事木材科學(xué)與技術(shù)研究。E-mail：cjianmin@bjfu.edu.cn。

TQ654+.2

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1002-7351(2014)01-0019-06