全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2007, 34 (4) : 973 - 978
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2007 - 05 - 08; 修回日期 : 2007 - 07 - 25
基金项目 : 河北省自然科学基金项目 (01220133D) ; 河北省教育厅科研项目 (2003324)3 通讯作者 Author for correspondence
皂荚和五角枫挥发性物质组成及其对空气微生物的
抑制作用
张风娟 1 , 李继泉 2 , 徐兴友 1 , 孟宪东 1 , 陈发菊 33
(1河北科技师范学院生命科学系 , 河北昌黎 066000; 2 河北农业大学林学院 , 河北保定 071000; 3 三峡大学生物技术
中心 , 湖北宜昌 443002)
摘 　要 : 利用动态顶空法收集和 TC - TGC - MS (热脱附 —气相色谱 /质谱联用技术 ) 分析鉴定了两种
绿化树种皂荚和五角枫茎叶的挥发物组分 , 采用自然沉降法测定了植物挥发物对空气微生物生长的影响。
结果表明 : 乙酸 - 3 -己烯酯和乙酸庚酯的含量在皂荚和五角枫中分别为最高的 , 癸醛、苯甲醛、 trans - 2
-己烯醛、壬醛、1 -辛醇、正戊醇、3 -己烯醇为二者共有的组分 ; 微生物试验表明皂荚和五角枫林地微
生物含量明显低于空旷地。乙酸 - 3 -己烯酯、乙酸庚酯、壬醛、己醛、 trans - 2 -己烯醛、1 - 辛醇、正戊
醇、3 -己烯醇 8种单体对细菌和真菌有明显的抑制作用 , 且乙酸 - 3 - 己烯酯的抑菌能力大于乙酸庚酯 ,
因而揭示了皂荚和五角枫林带细菌和真菌少的原因。
关键词 : 绿化树种 ; 皂荚 ; 五角枫 ; 挥发物 ; 抑菌
中图分类号 : S 687　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2007) 0420973206
The Vola tiles of Two Green ing Tree Spec ies and the An tim icrob ia l Activ ity
ZHANG Feng2juan1 , L I J i2quan2 , XU Xing2you1 , MENG Xian2dong1 , and CHEN Fa2ju33
(1 Hebei N orm al U niversity of Science & Technology, Changli, Hebei 066600, Ch ina; 2 Forestry College, A gricultural U niversity of
Hebei, B aod ing, Hebei 071000, Ch ina; 3 Sanxia U niversity, Y ichang, Hubei 443002, Ch ina)
Abstract: The volatiles from Gled itsia sinensis Lam. and A cer trunca tum Bunge. , two greening tree spe2
cies, were investigated by dynam ic headspace collection and TCT - GC - MS ( gas chromatograph /mass spec2
trometry equipped with a thermal desorp tion cold trap device) analysis, the effects of which on the growth of
air2borne m icrobes were exam ined by the method of natural sedimentation too. The results showed that the rel2
ative content of 32hexen212ol acetate and acetic acid hexyl ester was the highest in the volatiles of G1sinensis
Lam. and A1 trunca tum Bunge. , respectively. Decanal, benaldehyde, trans222hexenal, nonanal, octanol,
pentanol and 32hexenol were the common components in the volatiles of two species. According to m icrobe2ex2
periment, the number of m icro2organism s over the trees was significantly lower than that in open land. 32hex2
en212ol acetate, acetic acid, hep tyl ester, nonanal, hexanal, trans222hexenal, 12octanol, pentanol and 32hex2
enol inhibited the growth of bacteria and fungi significantly, and the ability of inhibiting the growth of m icro2
organism s for 32hexenyl acetate was stronger than that for acetic acid, hep tyl ester. So the results partly ex2
p lained the reasons that the number of fungi and bacteria in the woodland of G1sinensis Lam. and A1 trunca tum
Bunge. is lower than that in the open land.
Key words: Greening tree species; Gled itsia sinensis; A cer trunca tum Bunge. ; Volatiles; Antim icrobe
绿色植物可以通过滞尘作用或通过茎、叶分泌物减少或杀死空气中细菌和病毒 , 起到净化空气的
作用。关于植物挥发性分泌物的杀菌和净化空气作用已有一些报道 ( Kalemba & Kunicka, 1991; A lex,
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园 　　艺 　　学 　　报 34卷
1994; Eva, 1994; Langenheim , 1994; Lerdau & Gershenzon, 1997; Cassella et al. , 2002 )。皂荚
(Gled itsia sinensis Lam. ) 和五角枫 (A cer trunca tum Bunge. ) 是华北地区常见的绿化树种。本研究中测
定了这两种植物的挥发物种类及茎叶浸提液和单体对空气微生物生长的影响 , 试图阐明活体植物挥发
物对环境空气质量的净化机理 , 为园林绿化植物的配置提供科学的理论依据。
1　材料与方法
111　动态顶空法采集植物挥发物及其 GC - M S分析
2005年 7月中旬 , 选取河北科技师范学院校园内多年生五角枫和皂荚叶片健康无缺损的枝条 ,
用 Reynolds微波炉袋 (4413 cm ×5518 cm, 此袋在高温和高光强下挥发物释放量很低 ) 套上。短时
间内将袋内的空气抽出 , 然后把经过活性炭和 GDX2101 (60～80目 ) 双重过滤的压缩空气冲入袋内。
30 m in后开始采样 , 袋内的气体被装有吸附剂 Tenax2GR (200 mg, 60～80目 ) 的石英玻璃管 (长 16
cm, 内径 312 mm ) 所吸附。采样时间 40 m in, 流速 100 mL·m in - 1。用 TCT - GC - MS ( Trace 2000
Voyager, Finnigan, ThermoQuest) 对挥发物进行定性和定量分析。此仪器配有 CP24010型热脱附装置
(Chrompack, The Netherlands) , 分流 /不分流进样器和毛细柱 , 载气 (氦气 ) 压力 6 kPa。电子轰击源
(70 eV ) 全程扫描 , 扫描速度 014 s, 扫描范围 m /z 10～400。热脱附装置内的吸附剂 Tenax2GR吸附
的挥发物在 250℃被解吸 , 10 m in后被冷凝在 - 120℃的冷阱中 ; 然后迅速加热冷阱 (在 1 m in内升到
260℃) , 使挥发物快速进入 GC, 进行 GC - MS分析。GC - MS程序升温条件 : 初始温度 40℃保持 3
m in, 以 6℃·m in - 1的速度升到 270℃并保持 5 m in, 全程共需 46 m in。通过 Xcalibur112版本应用软件
检索 N IST 98谱图库和 GC保留指数兼顾的方法对挥发物进行定性。挥发物的定量采用峰面积归一法
表示各成分的相对百分含量。每个样品 3次重复。
112　培养基的制备
按照沈萍 (1996) 的方法配置细菌培养基 (NA培养基 )、真菌培养基 ( PGA培养基 ) 和放线菌
培养基 (高氏 1号培养菌 )。无菌条件下在 50 mL培养基中分别加入 5、25和 50μL壬醛、3 - 己烯
醇、1 -辛醇、正丁醇、 trans - 2 -己烯醛、己醛、乙酸 - 3 - 己烯酯、乙酸庚酯等单体制成含药量为
0101%、0105%、0110%的培养基 , 充分摇匀。
113　微生物的采集
微生物的采集采用自然沉降法 (谢慧玲 等 , 1999) 并加以修改 : 分别在两树种林内和空旷地各
设 3个采样点 , 将带有不同培养基的培养皿分别放于树冠下距树干 013 m、距地面 015 m的平板支架
上 , 打开培养皿盖 , 让培养基暴露在空气中采集自然漂浮的微生物 (细菌、真菌、放线菌 )。10 m in
后用保鲜膜将培养基封闭放于 27℃的恒温箱中培养。
细菌培养时间约 24 h, 放线菌和真菌培养约 48 h。微生物采集时间为上午 11时左右 , 连续采集
3 d, 每次 10个重复 , 代表该样地微生物的含量。
皂荚或五角枫林下采集时以空旷地接菌为对照。以含不同浓度的浸提液或单体的培养基在空旷地
处进行采集时 , 用不加浸提液或单体的培养基作为对照。
114　数据统计与处理
按 1991年 12月颁发的中华人民共和国国家标准确定的公共场所每立方米空气微生物的计算公
式 , 计算出各种处理的微生物数 (黄键屏和吴楚才 , 2002) : 菌数 ·m - 3 = 50 000 N·A - 1 ·T- 1。N
为培养皿中菌落平均数 (个 ) ; A为培养皿的面积 ( cm2 ) ; T为打开培养皿菌盖的时间 (m in)。抑菌
率 ( % ) = (对照值 -测定值 ) /对照值 ×100。
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2　结果与分析
211　皂荚及五角枫挥发物成分分析
分析测定结果表明 , 皂荚和五角枫枝叶的挥发物含有酯类、醇类、萜烯类、醛类、酮类和酸类等
化合物 , 但种类与相对含量有很大不同 (表 1)。
表 1　植物释放的主要挥发物的种类及其相对含量
Table 1　Types and rela tiv ity con ten t of the vola tile ( % )
化合物
Compound
皂荚
Gleditsia sine2
nsis Lam.
五角枫
Acer truncatum
Bunge.
化合物
Compound
皂荚
Gleditsia sine2
nsis Lam.
五角枫
A cer truncatum
Bunge.
酯类化合物 Ea ters 萜烯类化合物 Terpeno ids
乙酸甲酯 1123 ±0139 β - 蒎烯β2p inene 0103 ±0132 0102 ±0115
Acetic acid, methyl ester 苎烯 L imonene 0101 ±0121
乙酸乙酯 Ethyl acetate 8124 ±0126 8192 ±1123 月桂烯 Phellandrene 0143 ±0139 0101 ±0112
乙酸丁酯 Actic acid butyrate 0102 ±0101 罗勒烯 Ocimene 0104 ±0114
乙酸 - 2 - 戊烯酯 0102 ±0101 β - 波旁烯 B icyclo[ 3, 10 ] hex222 0112 ±0101
22penten212ol, acetate ene242methylene212(12methylethyl) 2
乙酸 - 4 - 戊烯酯 0101 ±0102 石竹烯 Caryophyllene 9134 ±2178 12107 ±3120
42penten212ol, acetate 法尼烯 Farnesene 0136 ±0102
乙酸 - 3 - 己烯酯 32185 ±5113 1157 ±3198 大叶香叶烯 D Germacrene D 0119 ±0101
32hexen212ol, acetate 醛类化合物 A ldehydes
乙酸庚酯 53195 ±9104 丁醛 Butanal 0112 ±0112
Acetic acid, hep tyl ester 戊醛 Pentanal 0103 ±0103
乙酸 - 环 - 3 - 己烯酯 0111 ±0115 己醛 Hexanal 0125 ±0110 0110 ±0101
32cyclohexen212ol, acetate trans - 2 - 己烯醛 trans222hexenal 0112 ±0107 0103 ±0102
cis - 己烯异丁酸酯 0104 ±0101 庚醛 Hep tanal 0102 ±0112
cis2hexenyl isovalerate 苯甲醛 Benzaldehyde 0170 ±0154 0104 ±0101
trans - 丁酸 - 3 - 己烯酯 0143 ±1104 4116 ±0103 4 - 甲基苯甲醛
32hexenyl butyrate Benzaldehyde42methyl2 0101 ±0109
丁内酯 Butyrolactone 0101 ±0102 壬醛 Nonanal 13156 ±0187 10171 ±0121
丁酸 - 3 - 己烯酯 0153 ±1102 癸醛 Decanal 4190 ±0102 0150 ±0116
Butanoic acid, 32hexenyl ester2 十一醛 Undecanal 0104 ±0106
醇类化合物 A lcohols 2 - 十一醛 22undecanal 0101 ±0113
3 -己烯醇 32hexenol 9128 ±0177 2124 ±0102 酮类化合物 Ketones
1 -己醇 12hexanol 1103 ±0193 0101 ±0102 3 - 戊酮 32pentanone 0111 ±0103
1 -壬醇 12nonanol 0101 ±0103 5 - 乙基 - 2 (5H) - 呋喃酮 0136 ±0152 0106 ±0111
乙基己醇 Ethylhexanol 0124 ±0138 0109 ±0103 2 (5H) 2furanone, 52ethy 0103 ±0121
3 -甲基 - 1 -丁醇 0123 ±0134 6 - 甲基 - 5 - 庚烯 - 2 - 酮 0112 ±0103
12butanol, 32methyl2 22hep tanone62methyl2
1 -辛醇 1 - octanol 0132 ±0134 0107 ±0121 苯乙酮 Acetophenone 0131 ±0134 0103 ±0111
2 -十一烯 - 1 - 醇 22undecanol 0107 ±0101 环戊基 - 2 - 酮 [B icyclopentyl] 222one 0107 ±0112
正戊醇 Pentanol 0104 ±0114 0103 ±0101 酸类化合物 Ac ids
2 -甲基 - 2 -丙醇 0114 ±0143 乙酸 Acetic acid 0179 ±0104
22p ropanol, 22methyl2 丙酸 Propanoic acid 2145 ±0132 0101 ±0103
1 -戊烯 - 3 -醇 12penten232ol 0112 ±0115 己酸 Hexanoic acid 0109 ±0143 0107 ±0117
萜烯类化合物 Terpeno ids 辛酸 Octanoic acid 0108 ±0105
α
- 蒎烯α2p inene 0166 ±0172 0101 ±0102 壬酸 Nonanoic acid 0134 ±0104
癸酸 Decanoic acid 0126 ±0104
　　注 : 图中数据为平均数 ±标准差。下同。
Note: The data was average ±standard. The same below.
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　　在皂荚中酯类化合物有乙酸 - 3 - 己烯酯、乙酸甲酯等 5种挥发物 , 占总挥发物的 43126% ; 醇
类化合物有 3 -己烯醇、乙基己醇、1 -辛醇、正戊醇等 8种 , 占总挥发物的 1114% ; α -蒎烯、月桂
烯、石竹烯 3种萜烯类化合物占总挥发物的 10143% ; 己醛、苯甲醛、壬醛、 trans - 2 -己烯醛等 7种
醛类化合物占总挥发物的 19168%。
五角枫释放的挥发物中共有乙酸庚酯、乙酸 - 3 - 己烯酯、乙酸丁酯等 6种酯类 , 占总挥发物的
69126% ; 1 -辛醇、正戊醇、3 -己烯醇等 7种醇类挥发物占总挥发物的 2152% ; 石竹烯、α - 蒎烯
等 9种挥发物占总挥发物的 12182% ; 己醛、 trans - 2 - 己烯醛、壬醛等 10种醛类化合物占总挥发物
的 11149%。此外两种植物挥发物中还含有不同比例的酮类和酸类化合物。
212　林带对空气微生物数量的影响
表 2结果表明 , 林下采集与空旷地上采集培养的细菌、放线菌、真菌菌落数量有显著的差异。皂
荚和五角枫林带空气微生物数量与对照相比 , 细菌数量分别降低了 5419%和 4511% , 真菌数量分别
降低了 4315%和 4113% , 但放线菌数量有所增加。由此可见 , 两种林带对空气中的细菌和真菌具有
抑制作用 , 而适于放线菌生长 , 且皂荚林带对细菌和真菌的抑制作用大于五角枫林带。
表 2　不同林地中空气微生物的含量
Table 2　The am oun t of a ir m icroorgan ism in d ifferen t plan t forest ( cfu·m - 3 )
取样地点 Location 细菌 Bacteria actinomyces 真菌 Fungi 放线菌 Actinomyces 总菌数 Total
对照 Control 665 ±20 138 ±23 17 ±3 820
皂荚 Gleditsia sinensis Lam. 300 ±20 78 ±14 19 ±5 387
五角枫 Acer truncatum Bunge. 365 ±40 81 ±36 21 ±3 454
213　单体对空气微生物数量的影响
依据挥发物组成 , 选择两种植物释放的乙酸 - 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 -己烯醇等进行抑菌试验 , 以进一步揭示植物抑菌的机理。
由图 1可知 , 不同浓度的乙酸 - 3 -己烯酯、乙酸庚酯、壬醛、1 - 辛醇、 trans - 2 - 己烯醛、正
戊醇、己醛对细菌均有抑制作用 , 且随着浓度的增加抑制作用越来越明显。而 3 - 己烯醇略有不同 ,
表现为低浓度 (0101% ) 对细菌的生长起促进作用 , 高浓度则起抑制作用。
8种单体对放线菌的生长影响不同 , 壬醛、3 - 己烯醇、1 - 辛醇、 trans - 2 - 己烯醛和己醛 , 低
浓度时对放线菌的生长起促进作用 , 高浓度时起抑制作用 ; 低浓度的乙酸 - 3己烯酯和乙酸庚酯对放
线菌的生长影响不明显 , 高浓度 (0110% ) 时具有促进作用 ; 正戊醇对放线菌生长的影响是随着浓
度的增加促进作用越来越明显。
8种单体对真菌生长的影响表现出两种趋势 : 一种是壬醛、3 - 己烯醇、正戊醇和己醛 , 随着浓
度的逐渐升高 , 初期对真菌有抑制作用 , 后期抑制作用减弱 , 其中的正戊醇还略有促进作用 ; 另一种
是乙酸 - 3 -己烯酯、乙酸庚酯、1 -辛醇和 trans - 2 - 己烯醛 , 随着浓度的逐渐升高对真菌的抑制作
用也愈明显 , 0105%、0110%的 1 -辛醇和 0110%的 trans - 2 -己烯醛对真菌的抑制率为 100%。
方差分析表明 , 8种单体的抑菌作用差异明显 ( F = 18121) , 每种单体的不同浓度对细菌、真菌
和放线菌的作用也具有明显的差异 ( F = 18192)。在这 8种单体中 , 酯类化合物、醛类化合物和醇类
化合物对空气微生物的抑制作用是逐渐增强的 , 2种酯类化合物抑制细菌和真菌的能力为乙酸 - 3 -
己烯酯 >乙酸庚酯 , 3种醛类化合物抑制细菌和真菌的能力为 trans - 2 - 己烯醛 >壬醛 >己醛 , 3种
醇类化合物抑制细菌和真菌的能力为 1 -辛醇 >正戊醇 > 3 -己烯醇。
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图 1　植物挥发物对空气微生物数量的影响
F ig. 1　Effects of vola tiles on the growth of a ir2borne m icrobes
3　讨论
本研究表明 , 皂荚和五角枫两种植物枝叶的挥发物都含有酯类、醇类、萜烯类、醛类、酮类和酸
类等化合物 , 但其种类与相对含量有很大不同 , 在 52种化合物中 , 皂荚和五角枫分别占 28种与 46
种 , 占总种数的 53185%和 88146% , 其中二者相同的 19种 , 占总数的 36154%。
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有些植物挥发物具有杀菌作用 (褚泓阳 等 , 1995; 谢慧玲 等 , 1999) , 其作用方式主要有以下
几种 : 损伤细胞壁 , 改变细胞的透性 , 改变蛋白质和核酸 , 抑制酶的作用 , 抑制核酸的合成等 (唐
金花 , 2006)。有些挥发物可能本身没有杀菌作用 , 但在树木杀菌过程中起协同增效作用 (Cassella et
al. , 2002; Edris & Farrag, 2003; Gao et al. , 2005)。
两种绿化树种皂荚和五角枫林带空气微生物测定结果表明 , 皂荚和五角枫挥发物对细菌和真菌的
生长均起抑制作用 , 且皂荚的抑菌作用大于五角枫。为了进一步寻找植物挥发物中的具体抑制物质 ,
进行了单体试验。抑菌试验表明 , 皂荚和五角枫枝叶都含有的壬醛、己醛、正戊醛、 trans - 2 - 己烯
醛、1 -辛醇、3 -己烯醇 6种单体对细菌和真菌有明显的抑制作用 , 对放线菌的生长表现为低浓度起
促进作用 , 随着浓度的升高促进作用减弱甚至有抑制作用。有研究发现 , 癸醛、苯甲醛和β - 蒎烯具
有显著的抑菌作用 ( Edris & Farrag, 2003) , 在皂荚中癸醛、苯甲醛、 trans - 2 - 己烯醛、壬醛、1 -
辛醇、正戊醇、3 -己烯醇和β -蒎烯的含量均较五角枫中高 , 因而皂荚的抑菌能力强于五角枫。
不同植物由于其释放的挥发物种类不同导致其有不同的抑菌效果。建议在选择城市绿化树种时 ,
除了考虑树木的适生性、抗污染性和美观造型等因素外 , 还应考虑植物释放的挥发物及其抗菌性。
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