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3种常绿树挥发物成分对空气负离子及微生物的影响

赵亚红 徐翠霞 马玲 王彬 韦赛君 吕嘉欣 高岩 张汝民

赵亚红, 徐翠霞, 马玲, 王彬, 韦赛君, 吕嘉欣, 高岩, 张汝民. 3种常绿树挥发物成分对空气负离子及微生物的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2020, 37(4): 654-663. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
引用本文: 赵亚红, 徐翠霞, 马玲, 王彬, 韦赛君, 吕嘉欣, 高岩, 张汝民. 3种常绿树挥发物成分对空气负离子及微生物的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2020, 37(4): 654-663. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
ZHAO Yahong, XU Cuixia, MA Ling, WANG Bin, WEI Saijun, LÜ Jiaxin, GAO Yan, ZHANG Rumin. Effects of volatile components of three evergreen plants on air anion and microorganism[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2020, 37(4): 654-663. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
Citation: ZHAO Yahong, XU Cuixia, MA Ling, WANG Bin, WEI Saijun, LÜ Jiaxin, GAO Yan, ZHANG Rumin. Effects of volatile components of three evergreen plants on air anion and microorganism[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2020, 37(4): 654-663. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521

3种常绿树挥发物成分对空气负离子及微生物的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
基金项目: 浙江省省院合作资助项目(2018SY07);国家自然科学基金资助项目(31470704)
详细信息
    作者简介: 赵亚红,从事植物生理生态研究。E-mail: 764660184@qq.com
    通信作者: 王彬,高级实验师,从事植物生理生态研究。E-mail: wangbin@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.5

Effects of volatile components of three evergreen plants on air anion and microorganism

  • 摘要:   目的  研究3种常绿植物挥发性有机化合物(VOCs)抑制空气微生物和净化空气的作用。  方法  采用热脱附/气相色谱/质谱技术,对杨梅Myrica rubra、青梅Vatica mangachapoi、茶Camellia sinensis单株以及空旷地VOCs组成和含量进行了分析,采用自然沉降法研究了VOCs对空气微生物的影响,同时测定了空气负离子数。  结果  杨梅VOCs主要成分有α-草烯、香芹醇、罗勒烯、柠檬烯、壬醛等,萜烯类化合物占总量的78.5%;青梅VOCs主要成分有乙酸叶醇酯、丁酸辛酯、顺式-3-己烯醇、松香芹酮、壬醛、癸醛、辛醛,酯类化合物占总量的54.1%;茶VOCs主要成分有乙酸叶醇酯、丁酸辛酯、水杨酸甲酯、壬醛、癸醛、柠檬烯等,酯类化合物占总量的40.8%。空旷地主要成分为苯类物质,占总量的74.2%;杨梅园内苯类占总量的54.8%,萜烯类占总量的35.6%;青梅园内苯类占总量的35.4%,萜烯类占总量的52.2%;茶园内苯类占总量的50.1%,萜烯类占总量的36.5%。杨梅园、青梅园、茶园、空旷地空气负离子日平均数分别为2 559.2、2 660.0、1 878.4、1 078.8个·cm−3。杨梅园、青梅园和茶园细菌日平均抑制率分别为45.5%、48.7%和39.3%;真菌日平均抑制率分别为39.0%、35.8%和34.6%;放线菌日平均抑制率分别为42.3%、42.2%和39.7%。  结论  植物VOCs对空气微生物的生长有抑制作用,同时具有促进空气负离子形成和改善空气质量的作用。图5表2参38
  • 图  1  3种常绿树单株VOCs总离子流图

    A. 杨梅;B. 青梅;C. 茶

    Figure  1  Total ion flow diagrams of three evergreen single plant VOCs

    图  2  3种常绿树园空气VOCs总离子流图

    A. 空旷地;B. 杨梅园;C. 青梅园;D. 茶园

    Figure  2  Total ion flow charts of air VOCs in 3 evergreen plants gardens

    图  3  3种常绿树园空气负离子日变化

    Figure  3  Diurnal variations of negative air ions in 3 evergreen plants

    图  4  3种常绿树园微生物变化

    Figure  4  Variation of microbial content in three evergreen plants gardens

    图  5  4种单体对空气微生物的影响

    Figure  5  Effect of 4 monomer concentrations on the micro-organisms

    表  1  3种常绿树VOCs成分分析

    Table  1.   VOCs components of 3 evergreen plants

    序号保留时间/min挥发性有机物化学式峰面积/(×105 g−1)
    杨梅青梅
    16.941己烯醛2-hexenalC6H10O2.24±0.52
    27.113顺式-3-己烯醇cis-hex-3-en-1-olC6H10O14.03±3.02
    37.913壬烯noneneC9H185.57±0.76
    48.232庚醛heptanalC7H14O2.68±0.45
    58.652苯甲醚anisoleC7H8O21.64±3.38
    68.655茴香醚anisoleC7H8O1.66±0.34
    79.070α-蒎烯α-pineneC10H164.57±1.564.32±0.262.10±0.73
    89.7111,4-环己二烯1,4-cyclohexadieneC10H140.47±0.075.96±0.66
    910.708月桂烯myrceneC10H165.99±3.593.34±0.31
    1011.023辛醛octyl aldehydeC8H16O3.39±0.885.76±0.37
    1111.150乙酸叶醇酯cis-3-hexenyl acetateC8H14O290.40±8.8059.16±4.67
    1211.230对二氯苯para-dichlorobenzeneC6H4Cl20.49±0.0113.98±1.449.94±0.55
    1311.586邻伞花烃0-cymeneC10H142.15±0.76
    1411.693柠檬烯limoneneC10H1638.07±2.003.34±0.975.64±0.26
    1512.228罗勒烯ocimeneC10H1643.46±1.544.65±3.776.70±0.22
    1613.478紫苏烯perilleneC10H14O2.86±0.862.07±0.24
    1713.596里哪醇linaloolC10H18O7.07±2.042.69±4.00
    1813.695壬醛nonanalC9H18O4.02±0.8912.90±4.3611.34±0.18
    1913.999松香芹酮pinocarvoneC10H14O1.64±0.368.97±2.468.70±1.19
    2014.144杜烯dureneC10H14O7.90±0.90
    2114.357香芹醇(-)-carveolC10H16O55.35±4.551.70±0.37
    2214.652别罗勒烯allo-ocimeneC10H164.01±1.49
    2314.754莰酮cmaphenoneC10H16O1.50±0.39
    2415.467薄荷醇mentholC10H20O2.17±0.57
    2515.744甘氨酰肌氨酸glycinosinineC5H10N2O34.39±0.80
    2616.083水杨酸甲酯methyl salicylateC8H8O32.82±0.286.17±1.02
    2716.353癸醛decanalC10H20O5.09±1.586.18±1.03
    2821.249丁酸庚酯heptyl butyrateC11H22O24.36±0.40
    2921.878丁酸辛酯octyl butyrateC12H24O25.73±0.688.56±1.47
    3022.983α-柏木烯α-cedreneC15H244.64±0.342.35±1.35
    3123.183石竹烯caryophylleneC15H2417.83±2.173.35±0.65
    3223.458别香橙烯allo-aromadendreneC15H245.73±0.23
    3324.085α-草烯α-humuleneC15H2498.08±1.92
    3425.074花柏烯chamigreneC15H2413.86±1.14
    3525.093β-瑟林烯β-selineneC15H246.63±1.13
    3625.265蛇床烯selineneC15H2411.57±1.64
    3726.515桉叶醇eudesmolC15H26O1.22±0.11
    3827.497雪松醇cedar camphorC15H26O5.48±1.11
    3928.263斯巴醇spathulenolC15H24O4.35±0.72
    4028.675石竹烯氧化物caryophyllene oxideC15H24O9.72±0.33
    4131.655肉豆蔻酸异丙酯isopropyl myristateC17H34O23.28±1.79
      说明:“−”表示未测到化合物
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    表  2  3种常绿树园空气VOCs成分分析

    Table  2.   Air VOCs composition in three evergreen plants gardens

    序号保留时间/min有机挥发物化学式峰面积/(×105 g−1)
    空旷地杨梅园青梅园茶园
    1 7.116乙苯ethylbenzeneC8H1013.98±5.2659.43±7.2757.85±1.59
    2 7.326对二甲苯p-xyleneC8H1021.01±7.82107.81±8.90131.51±6.6298.27±2.25
    3 7.914苯乙烯styreneC8H811.32±6.19125.71±4.7058.61±2.11128.58±2.48
    4 8.125壬烷nonaneC9H201.83±0.77
    5 9.080α-蒎烯pineneC10H164.64±1.36190.60±4.80245.10±12.45143.96±5.53
    6 9.484莰烯campheneC10H1619.33±6.3525.54±8.0618.48±2.82
    7 9.8753-乙基甲苯3-ethyltolueneC9H124.68±1.32
    8 9.916枯烯cumeneC9H1234.70±4.54
    910.254蒈烯3-careneC10H1648.49±4.29
    1010.265桧烯sabineneC10H163.11±2.2017.35±3.25
    1110.6252,6-二甲基辛烷dimethyloctaneC10H222.64±0.5719.15±1.8021.86±4.05
    1211.246对二氯苯para-dichlorobenzeneC6H4Cl24.90±1.0847.35±1.0640.95±5.0930.52±0.93
    1311.580间伞花烃m-cymeneC10H1422.59±2.8525.55±3.43
    1411.703柠檬烯limoneneC10H1611.00±7.7821.68±1.0715.11±2.16
    1513.695壬醛nonanalC9H18O1.58±0.3719.98±4.13
    1616.339癸醛decanalC10H20O1.17±0.83
    1721.886丁酸辛酯butyric acid, octyl esterC12H24O222.61±1.12
    1825.089十五烷pentadecaneC15H324.49±2.6217.66±3.3361.14±3.6914.03±9.92
      说明:“−”表示未测到化合物
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-05
  • 修回日期:  2020-01-14
  • 网络出版日期:  2020-07-21
  • 刊出日期:  2020-07-21

3种常绿树挥发物成分对空气负离子及微生物的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
    基金项目:  浙江省省院合作资助项目(2018SY07);国家自然科学基金资助项目(31470704)
    作者简介:

    赵亚红,从事植物生理生态研究。E-mail: 764660184@qq.com

    通信作者: 王彬,高级实验师,从事植物生理生态研究。E-mail: wangbin@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.5

摘要:   目的  研究3种常绿植物挥发性有机化合物(VOCs)抑制空气微生物和净化空气的作用。  方法  采用热脱附/气相色谱/质谱技术,对杨梅Myrica rubra、青梅Vatica mangachapoi、茶Camellia sinensis单株以及空旷地VOCs组成和含量进行了分析,采用自然沉降法研究了VOCs对空气微生物的影响,同时测定了空气负离子数。  结果  杨梅VOCs主要成分有α-草烯、香芹醇、罗勒烯、柠檬烯、壬醛等,萜烯类化合物占总量的78.5%;青梅VOCs主要成分有乙酸叶醇酯、丁酸辛酯、顺式-3-己烯醇、松香芹酮、壬醛、癸醛、辛醛,酯类化合物占总量的54.1%;茶VOCs主要成分有乙酸叶醇酯、丁酸辛酯、水杨酸甲酯、壬醛、癸醛、柠檬烯等,酯类化合物占总量的40.8%。空旷地主要成分为苯类物质,占总量的74.2%;杨梅园内苯类占总量的54.8%,萜烯类占总量的35.6%;青梅园内苯类占总量的35.4%,萜烯类占总量的52.2%;茶园内苯类占总量的50.1%,萜烯类占总量的36.5%。杨梅园、青梅园、茶园、空旷地空气负离子日平均数分别为2 559.2、2 660.0、1 878.4、1 078.8个·cm−3。杨梅园、青梅园和茶园细菌日平均抑制率分别为45.5%、48.7%和39.3%;真菌日平均抑制率分别为39.0%、35.8%和34.6%;放线菌日平均抑制率分别为42.3%、42.2%和39.7%。  结论  植物VOCs对空气微生物的生长有抑制作用,同时具有促进空气负离子形成和改善空气质量的作用。图5表2参38

English Abstract

赵亚红, 徐翠霞, 马玲, 王彬, 韦赛君, 吕嘉欣, 高岩, 张汝民. 3种常绿树挥发物成分对空气负离子及微生物的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2020, 37(4): 654-663. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
引用本文: 赵亚红, 徐翠霞, 马玲, 王彬, 韦赛君, 吕嘉欣, 高岩, 张汝民. 3种常绿树挥发物成分对空气负离子及微生物的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2020, 37(4): 654-663. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
ZHAO Yahong, XU Cuixia, MA Ling, WANG Bin, WEI Saijun, LÜ Jiaxin, GAO Yan, ZHANG Rumin. Effects of volatile components of three evergreen plants on air anion and microorganism[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2020, 37(4): 654-663. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
Citation: ZHAO Yahong, XU Cuixia, MA Ling, WANG Bin, WEI Saijun, LÜ Jiaxin, GAO Yan, ZHANG Rumin. Effects of volatile components of three evergreen plants on air anion and microorganism[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2020, 37(4): 654-663. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20190521
  • 植物挥发性有机化合物(VOCs)是植物体通过次生代谢途径合成的低沸点、小分子一类化合物[1],在植物与环境因子、微生物和动物互作中起着重要作用[2],特别对改善空气质量和提高人类身体健康有积极意义[3]。植物在生长过程中,会产生大量的空气负离子。植物进行光合作用利用二氧化碳(CO2)产生氧气(O2)过程中会形成空气负离子[4];树叶和树木尖端放电也能产生空气负离子,针叶树比阔叶树更容易产生负离子[5]。空气负离子既能降低PM2.5浓度,也能有效抑制细菌和真菌的生长[6];同时也是治疗多种慢性疾病的良药[7],不仅可以缓解人体心血管的舒张压和提高内分泌的稳定性,还能有效降低情绪和血清素含量[8]。FATEMI等[9]在研究植物VOCs对猕猴桃Actinidia chinensis防腐作用时发现:黑香芹Petroselinum crispum和茴香Foeniculum vulgare精油能够完全抑制猕猴桃果实灰霉病Botrytis cinerea的生长;ZHENG等[10]研究发现:反式肉桂醛对水稻Oryza sativa稻曲病病菌Ustilaginoidea virens感染具有较强的抑制作用。受害植物经(E)-2-己烯醛和(Z)-3-乙酸己酯处理后能释放更多的萜烯类化合物[11];萜烯类物质不仅具有增强植物的抗病能力[12],还能够抑制真菌生长[13]。同时萜烯类化合物具有重要的药用价值,如紫杉醇具有抗肿瘤效果,青蒿素具有抗疟疾特效[14]。植物释放的挥发物不仅是天然的“防腐剂”“保健品”,也是天然的空气“清洁剂”。林富平等[15]研究金桂Osmanthus fragrans ‘Thunbergii’挥发物对空气微生物的作用时发现:金桂对空气中细菌、真菌和放线菌具有较强的抑制作用;谢慧玲等[16]研究发现:皂荚Gleditsia sinensis和五角枫Acer truncatum等8种植物挥发物单体对细菌和放线菌有明显的抑制效果。目前,已有研究者在植物VOCs的抑菌活性[17]和林分空气负离子[18]的研究等方面取得了较大进展。但关于杨梅Myrica rubra、青梅Vatica mangachapoi、茶Camellia sinensis植物VOCs对环境的研究尚未见报道。本研究以杨梅、青梅和茶为对象,测定了3种植物VOCs组分和含量、园内空气负离子和微生物含量,探讨植物VOCs的抑菌和净化空气作用,为选择良好的经济林环境提供理论依据。

    • 样地设在杭州市临安区浙江农林大学东湖校区杨梅园、青梅园和茶园(纯园无其他树种)教学实习基地(30°15′25″N,119°43′39″E),该研究区属中亚热带季风气候,温暖湿润,四季分明,雨热同期,有梅雨季节,空气湿润,年日照时数为1 939.0 h。年均气温为16.4 ℃,1月最低,平均为−0.4~5.5 ℃,极端最低为−13.1 ℃;7月最高,平均为24.4~30.8 ℃,极端最高为41.2 ℃。全年降水量为1 628.6 mm,年平均相对湿度在70%以上。空旷地为园外环境(无树木的影响);杨梅树高约6.0 m,胸径15.0 cm;青梅树高约5.0 m,胸径10.0 cm;茶树长势均匀,高约0.5 m。无病虫害,树木生长健康。2018年5月选择晴朗无风的天气,气温约30 ℃的条件下开展实验。

    • 采用QC-2型大气采样仪(北京市劳动保护科学研究所),在距地面1.5 m(人正常呼吸的平均身高)处,对空旷地(对照)、杨梅、青梅、茶的树木VOCs以及园内空气VOCs进行采集,采集时间为9:00−11:00。气体循环流量为100 mL·min−1,采气时间为1 h,采样重复5次,采集后采摘3种树木叶片称量。3种树木及空气VOCs分析参照GAO等[19]的方法,采用动态顶空气体循环热脱附/气相色谱/质谱联用分析技术(TDS-GC-MS)。通过TDS-GC-MS技术分析,获得VOCs的总离子流量色谱图,利用NIST2008谱库查询,色谱峰面积进行定量分析,并计算相对含量。

    • 采用ITC-201A 型(Andes公司生产,日本)空气负离子测定仪,在高度为1.5 m处测定空旷地(对照)、杨梅、青梅和茶园内的空气负离子数。选择5个采样点,采样点的距离为2棵树之间距离取平均值,采样时间为7:00、10:00、13:00、16:00和19:00。

    • 按照周德庆[20]的方法配制细菌培养基(牛肉膏蛋白胨培养基)、真菌培养基(马丁式培养基)和放线菌培养基(高式1号培养基)。按照GAO等[19]方法分别配制了体积分数为0.1%、0.5%、1.0% 的罗勒烯、柠檬烯、壬醛和癸醛4种单体的培养基。

    • 采用自然沉降法[16],在空旷地(对照)、杨梅、青梅和茶园内均设5个采样点,采集微生物。将3种不同培养基的培养皿分别置于离地面1.5 m高的平板支架上,距树干水平距离1.0 m,采集空气中自然漂浮的微生物(细菌、真菌和放线菌)。采样时间为7:00、10:00、13:00、16:00和19:00,培养基在空气中暴露10 min后,用保鲜膜包好后带回实验室置于25 ℃恒温培养箱中培养。接菌的培养皿在25 ℃培养箱培养24 h后进行细菌菌落统计,培养72 h后进行真菌菌落统计,培养96 h后进行放线菌菌落统计。根据微生物计算公式处理微生物数[15],计算公式为:菌数(个·m−3)=50 000N/(AT)。其中:N为培养皿中菌落平均数(个);A为培养皿的面积(cm2);T为打开培养皿皿盖的时间(min)。抑菌率=(对照菌数−处理菌数)/对照菌数×100%。

    • 所有数据均为5次重复的平均值±标准差,利用Origin 9.0进行统计分析和作图。统计方法采用One-Way ANOVA,进行Tukey多重比较(P<0.05)。

    • 3种常绿树VOCs总离子流图共有41种化合物(图1表1),主要有萜烯类、酯类、醛类、醇类、酮类和苯类。杨梅检测到22种化合物,其中:萜类有15种,占总量的78.5%,主要有α-草烯、香芹醇、罗勒烯、柠檬烯、石竹烯;4种醇类占总量的19.7%;1种醛类占总量的1.2%。青梅共检测到17种化合物,其中:3种酯类占总量的54.1%,主要有乙酸叶醇酯、丁酸辛酯;萜烯类有5种,占总量的11.1%;4种醛类占总量的12.9%;2种醇类占总量的8.6%。茶检测到26种化合物,其中:5种酯类占总量的40.8%,主要有乙酸叶醇酯、丁酸辛酯、丁酸庚酯;萜类有8种,占总量的17.9%;4种醛类占总量的13.0%;3种醇类占总量的5.2%;2种酮类占总量的5.1%。

      图  1  3种常绿树单株VOCs总离子流图

      Figure 1.  Total ion flow diagrams of three evergreen single plant VOCs

      表 1  3种常绿树VOCs成分分析

      Table 1.  VOCs components of 3 evergreen plants

      序号保留时间/min挥发性有机物化学式峰面积/(×105 g−1)
      杨梅青梅
      16.941己烯醛2-hexenalC6H10O2.24±0.52
      27.113顺式-3-己烯醇cis-hex-3-en-1-olC6H10O14.03±3.02
      37.913壬烯noneneC9H185.57±0.76
      48.232庚醛heptanalC7H14O2.68±0.45
      58.652苯甲醚anisoleC7H8O21.64±3.38
      68.655茴香醚anisoleC7H8O1.66±0.34
      79.070α-蒎烯α-pineneC10H164.57±1.564.32±0.262.10±0.73
      89.7111,4-环己二烯1,4-cyclohexadieneC10H140.47±0.075.96±0.66
      910.708月桂烯myrceneC10H165.99±3.593.34±0.31
      1011.023辛醛octyl aldehydeC8H16O3.39±0.885.76±0.37
      1111.150乙酸叶醇酯cis-3-hexenyl acetateC8H14O290.40±8.8059.16±4.67
      1211.230对二氯苯para-dichlorobenzeneC6H4Cl20.49±0.0113.98±1.449.94±0.55
      1311.586邻伞花烃0-cymeneC10H142.15±0.76
      1411.693柠檬烯limoneneC10H1638.07±2.003.34±0.975.64±0.26
      1512.228罗勒烯ocimeneC10H1643.46±1.544.65±3.776.70±0.22
      1613.478紫苏烯perilleneC10H14O2.86±0.862.07±0.24
      1713.596里哪醇linaloolC10H18O7.07±2.042.69±4.00
      1813.695壬醛nonanalC9H18O4.02±0.8912.90±4.3611.34±0.18
      1913.999松香芹酮pinocarvoneC10H14O1.64±0.368.97±2.468.70±1.19
      2014.144杜烯dureneC10H14O7.90±0.90
      2114.357香芹醇(-)-carveolC10H16O55.35±4.551.70±0.37
      2214.652别罗勒烯allo-ocimeneC10H164.01±1.49
      2314.754莰酮cmaphenoneC10H16O1.50±0.39
      2415.467薄荷醇mentholC10H20O2.17±0.57
      2515.744甘氨酰肌氨酸glycinosinineC5H10N2O34.39±0.80
      2616.083水杨酸甲酯methyl salicylateC8H8O32.82±0.286.17±1.02
      2716.353癸醛decanalC10H20O5.09±1.586.18±1.03
      2821.249丁酸庚酯heptyl butyrateC11H22O24.36±0.40
      2921.878丁酸辛酯octyl butyrateC12H24O25.73±0.688.56±1.47
      3022.983α-柏木烯α-cedreneC15H244.64±0.342.35±1.35
      3123.183石竹烯caryophylleneC15H2417.83±2.173.35±0.65
      3223.458别香橙烯allo-aromadendreneC15H245.73±0.23
      3324.085α-草烯α-humuleneC15H2498.08±1.92
      3425.074花柏烯chamigreneC15H2413.86±1.14
      3525.093β-瑟林烯β-selineneC15H246.63±1.13
      3625.265蛇床烯selineneC15H2411.57±1.64
      3726.515桉叶醇eudesmolC15H26O1.22±0.11
      3827.497雪松醇cedar camphorC15H26O5.48±1.11
      3928.263斯巴醇spathulenolC15H24O4.35±0.72
      4028.675石竹烯氧化物caryophyllene oxideC15H24O9.72±0.33
      4131.655肉豆蔻酸异丙酯isopropyl myristateC17H34O23.28±1.79
        说明:“−”表示未测到化合物

      比较3种常绿树释放的VOCs成分,杨梅释放VOCs总量最大,其次为茶、青梅。杨梅释放的VOCs主要是α-草烯;青梅和茶释放VOCs均以乙酸叶醇酯为主,但是茶特有的醛类VOCs是庚醛,而青梅特有的醛类是己烯醛。

    • 图2表2可以看出:空气中的VOCs总量从高到低分别为青梅园、茶园、杨梅园、空旷地。空气中主要是以苯类为主,也有少量的萜烯类,这些萜烯类化合物在植物中也存在。空旷地检测出12种物质,其中:5种苯类占总量的74.2%,2种萜烯类占总量的10.3%,3种烷烃类占总量的11.9%,2种醛类占总量的3.6%。杨梅园空气中VOCs共检测出10种物质,4种苯类占总量的54.8%,3种萜烯类占总量的35.6%。青梅园空气中VOCs共检测出9种物质,3种苯类占总量的35.4%,4种萜烯类占总量的52.2%,1种醛类占总量的3.1%。茶园空气中检测出13种化合物,包括4种苯类占总量的50.1%,5种萜烯类占总量的36.5%。

      图  2  3种常绿树园空气VOCs总离子流图

      Figure 2.  Total ion flow charts of air VOCs in 3 evergreen plants gardens

      表 2  3种常绿树园空气VOCs成分分析

      Table 2.  Air VOCs composition in three evergreen plants gardens

      序号保留时间/min有机挥发物化学式峰面积/(×105 g−1)
      空旷地杨梅园青梅园茶园
      1 7.116乙苯ethylbenzeneC8H1013.98±5.2659.43±7.2757.85±1.59
      2 7.326对二甲苯p-xyleneC8H1021.01±7.82107.81±8.90131.51±6.6298.27±2.25
      3 7.914苯乙烯styreneC8H811.32±6.19125.71±4.7058.61±2.11128.58±2.48
      4 8.125壬烷nonaneC9H201.83±0.77
      5 9.080α-蒎烯pineneC10H164.64±1.36190.60±4.80245.10±12.45143.96±5.53
      6 9.484莰烯campheneC10H1619.33±6.3525.54±8.0618.48±2.82
      7 9.8753-乙基甲苯3-ethyltolueneC9H124.68±1.32
      8 9.916枯烯cumeneC9H1234.70±4.54
      910.254蒈烯3-careneC10H1648.49±4.29
      1010.265桧烯sabineneC10H163.11±2.2017.35±3.25
      1110.6252,6-二甲基辛烷dimethyloctaneC10H222.64±0.5719.15±1.8021.86±4.05
      1211.246对二氯苯para-dichlorobenzeneC6H4Cl24.90±1.0847.35±1.0640.95±5.0930.52±0.93
      1311.580间伞花烃m-cymeneC10H1422.59±2.8525.55±3.43
      1411.703柠檬烯limoneneC10H1611.00±7.7821.68±1.0715.11±2.16
      1513.695壬醛nonanalC9H18O1.58±0.3719.98±4.13
      1616.339癸醛decanalC10H20O1.17±0.83
      1721.886丁酸辛酯butyric acid, octyl esterC12H24O222.61±1.12
      1825.089十五烷pentadecaneC15H324.49±2.6217.66±3.3361.14±3.6914.03±9.92
        说明:“−”表示未测到化合物

      比较3种常绿树园和空旷地空气的VOCs发现:青梅园VOCs总量最高,其次为茶园、杨梅园。杨梅园、青梅园和茶园萜烯类化合物均高于35%。从萜烯类化合物总量从高到低依次为青梅园、茶园、杨梅园,苯类化合物总量从高到低依次为空旷地、杨梅园、茶园、青梅园。

    • 图3可知:空气负离子数在13:00最低,在7:00和19:00最高。杨梅、青梅、茶园内、空旷地日平均值分别为2 559.2、2 660.0、1 878.4、1 078.8个·cm−3。杨梅园中在7:00空气负离子数最高,13:00比7:00减少了63.9%,19:00比13:00增加了44.0%;青梅园中的负离子数,13:00比7:00减少了47.8%,19:00比7:00减少了21.4%;茶园中的负离子数7:00比13:00多51.6%,比19:00多19.9%。

      图  3  3种常绿树园空气负离子日变化

      Figure 3.  Diurnal variations of negative air ions in 3 evergreen plants

    • 图4A可以看出:空旷地细菌数量明显高于杨梅园、青梅园和茶园。杨梅园、青梅园和茶园均在13:00降幅最大,分别比空旷地降低了53.1%、55.5%和46.9%。茶园细菌数量高于杨梅园和青梅园。在7:00、10:00、13:00、16:00、19:00,茶园细菌数量比空旷地明显下降,分别下降了27.3%、41.3%、46.9%、43.8%和37.4%(P<0.01),表明不同园子内随着时间的变化,细菌数量明显不同。从图4B可以看出:杨梅园、青梅园和茶园真菌的数量低于空旷地。各园真菌数量在13:00降幅最大,杨梅园、青梅园和茶园比空旷地分别降低了46.2%、41.7%、38.6%。13:00−19:00空气中的微生物数量明显高于7:00−13:00。从图4C可以看出:空旷地放线菌数量高于杨梅园、青梅园和茶园。杨梅园在13:00抑制率最大,青梅园在10:00降幅最大,茶园在16:00降幅最大,分别降低了50.0%、51.7%、48.5%。各园放线菌降幅程度在16:00−19:00明显高于7:00−13:00。

      图  4  3种常绿树园微生物变化

      Figure 4.  Variation of microbial content in three evergreen plants gardens

    • 在单体体积分数为0.1%~0.5%的水平下,罗勒烯抑制细菌的生长效果比柠檬烯明显,在体积百分比为1.0%的水平下,罗勒烯抑制真菌生长的效果比柠檬烯更有效,而柠檬烯抑制放线菌的作用比罗勒烯更强(图5)。2种单体醛对空气微生物具有明显的抑制作用,体积分数为1.0%的壬醛对细菌、真菌和放线菌的抑制率分别为33.1%、43.4%和54.5%;体积分数为1.0%的癸醛对细菌、真菌和放线菌的抑制率分别为48.6%、37.4%和56.1%。在4种单体中,醛类比萜烯类抑制速率更大,醛对细菌、真菌和放线菌生长有明显的抑制作用。

      图  5  4种单体对空气微生物的影响

      Figure 5.  Effect of 4 monomer concentrations on the micro-organisms

    • 植物基因型是决定VOCs种类和含量的重要因素,植物种属间的差异导致释放出的VOCs物质种类与比例具有明显的差异[21]。吴章文等[22]研究发现:8种柏科Cupressaceae(崖柏Thuja sutchuenensis、日本扁柏Chamaecyparis obtusa、干香柏Cupressus duclouxiana、柏木Cupressus funebris、西藏柏木Cupressus torulosa、侧柏Platycladus orientalis、圆柏Sabina chinensis、叉子圆柏Sabina vulgaris)植物释放的VOCs以萜烯类物质为主;迷迭香Rosmarinus officinalis[23]和雪松Cedrus deodara[24]释放的VOCs虽然都是萜烯类物质,但是种类和含量各不相同。本研究显示:茶叶片VOCs是以乙酸叶醇酯为主,与乔如颖等[25]的研究一致,因为白茶叶片富有茸毛,而茸毛是储存、合成VOCs的场所,叶表面附着大量的己烯醛和己烯醇,它们都是合成乙酸叶醇酯的前体,所以乙酸叶醇酯最高。MIYAZAWA等[26]研究发现:青梅果实在未成熟时以醛类物质为主,而成熟期时以酯类物质为主,这与本研究结果相同。杨梅叶片VOCs以萜烯类物质为主,主要是α-草烯,与尹洁等[27]发现杨梅叶中的VOCs主要是α-葎草烯的研究结果一致。

      植物能够产生大量的空气负离子是由于存在植物叶片“尖端放电”[28]和“光电效应”[9]的现象。白保勋等[29]研究发现:年均空气负离子数量从高到低依次为森林、果园、农田、绿地;王洪俊[30]发现:乔灌草复层结构、灌草结构、草坪空气负离子数量依次递减。本研究表明:杨梅园、茶园和青梅园的空气负离子日平均数量明显高于空旷地。植物VOCs能够促进空气电离,有助于形成空气负离子,从而增加空气负离子的数量,萜烯类化合物有重要促进作用。3种树园中的空气负离子数量日变化呈早晚较高,中午低的趋势,可能原因是早晚湿度大、温度低影响了空气负离子数量,中午温度和光照强度逐渐增高,植物为了减少蒸腾作用,关闭气孔,植物VOCs释放的速率下降,从而空气负离子数量减少。

      植物释放的VOCs具有重要的生态学功能,参与植物直接与间接防御反应,同时防止病菌及微生物的感染。SALEM等[31]和BEHBAHANI等[32]分别研究发现:桉树Eucalyptus robusta油和橄榄Canarium album精油对细菌具有较强的抑菌作用。GAO等[19]研究发现:醛类物质也具有抑菌作用。本研究显示:杨梅园、青梅园和茶园中都有α-蒎烯、莰烯、柠檬烯和壬醛,且细菌、真菌和放线菌的相对含量明显低于空旷地,说明植物VOCs对微生物的生长有抑制作用。同时采用植物VOCs较高的罗勒烯、柠檬烯、壬醛和癸醛对空气微生物的抑制作用发现:随着单体体积分数的增加,抑制效果也逐渐增强,在高体积分数时抑菌效果最明显;醛类物质抑制细菌、真菌和放线菌的效果比萜烯类更明显。杨梅园、青梅园、茶园的空气微生物相对含量低于空旷地,说明罗勒烯、柠檬烯、壬醛和癸醛在植物中可能是抑菌的主要物质[19, 33]

      植物VOCs和空气负离子是森林康养的重要组成部分,森林康养是依托植物释放对人有益的VOCs和杀菌素,能够增加空气负离子[34]和提高人的免疫力[35],是改善人类身心健康的一种疗养方式[36]。同时能够降低促炎细胞因子和应激激素的水平[36],无论是生理上还是心理上都能得到放松[37]。空气负离子能够调节人的内循环系统,对气管炎、冠心病、脑血管等疾病具有一定的疗效[38]。杨梅园中存在对人有益的VOCs,如α-草烯、罗勒烯、柠檬烯、花柏烯和石竹烯;茶园存在对人有益的VOCs有α-派烯、罗勒烯、柠檬烯,还有抑制微生物生长的庚醛、苯甲醛、辛醛、壬醛;青梅园中有对人有益的VOCs有α-柏木烯、罗勒烯、柠檬烯,也存在壬醛、癸醛和辛醛。总的来说,3种常绿树园在早晚时空气负离子达到最高状态,微生物的抑制效果亦是最强的。

      综上所述,杨梅释放的VOCs主要以萜烯类为主,青梅和茶均以酯类为主;3种常绿树园都能释放出对人体有益的VOCs组分,它能够抑制空气微生物的生长,同时具有促进空气负离子形成和改善空气质量的作用。青梅园内的空气负离子比其他园林高,3种常绿树园内的空气质量在7:00和19:00较好,中午最差;园内微生物中细菌相对含量最高,真菌次之,放线菌最少。茶园的微生物(细菌、真菌、放线菌)相对含量居首位,从7:00−19:00呈逐渐增加的趋势。细菌抑制率最高的是青梅园,真菌和放线菌抑制率最高的是杨梅园。

参考文献 (38)

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