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(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(duì)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(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(duì)常見木材變色真菌(木霉菌、長(zhǎng)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(shí)對(duì)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(shí)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(zhǎng)喙殼菌；黑曲霉；抑菌特性

木材變色會(huì)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?；凇熬G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(shí)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(gè)有巨大發(fā)展前景的研究方向。幾個(gè)世紀(jì)來(lái)，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(bào)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(duì)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(duì)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(píng)估14種植物精油對(duì)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(yàn)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(lái)源見表1。

表1 植物精油的來(lái)源

1.1.2 木材變色菌 本試驗(yàn)選取3種常見的木材變色真菌黑曲霉(Aspergillusniger)、木霉菌(Trichodermasp.)、長(zhǎng)喙殼菌(Ophiostomaperfectum)。3株真菌均保存在美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)木材科學(xué)與工程系木材保護(hù)實(shí)驗(yàn)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(chǔ)存于0 ℃冰箱備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 植物精油在培養(yǎng)基上抑菌活性的測(cè)定 根據(jù)植物精油的抑菌活性對(duì)其進(jìn)行篩選[20]。配置2%麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基，同時(shí)將植物精油溶于含0.1% 吐溫80的無(wú)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(guò)無(wú)菌的0.22 μm細(xì)菌過(guò)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(yàn)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(duì)濕度75%的環(huán)境中培養(yǎng)5 d。每個(gè)處理設(shè)置5個(gè)重復(fù)。觀測(cè)變色菌的生長(zhǎng)量。以添加0.1%吐溫80的麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基作為對(duì)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(guó)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(cè)定 選取在培養(yǎng)基試驗(yàn)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(gè)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(cè)試木塊的變色程度。評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為0(無(wú)變色)到100(全變色)。每種精油溶液設(shè)置5個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)長(zhǎng)喙殼菌顯示了極強(qiáng)的抑制作用，作用濃度普遍高于對(duì)木霉菌的抑菌濃度。14種測(cè)試植物精油都對(duì)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(cè)濃度范圍之內(nèi)對(duì)長(zhǎng)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?，相比對(duì)照組來(lái)說(shuō)，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(huì)對(duì)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(píng)估。然后繼續(xù)培養(yǎng)至35 d后再次被評(píng)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(duì)木霉菌的抑制效力 不同的植物精油對(duì)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(duì)木霉菌的抑制活性和作用時(shí)間不同，且同一種植物精油，濃度不同對(duì)木霉菌的抑制活性和作用時(shí)間亦不同。大多數(shù)植物精油可在14 d的測(cè)試時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)良好的抑菌效力，但隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，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(shí)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(shí)間內(nèi)防治木材變色菌，但就長(zhǎng)期防效而言，還不夠理想；且對(duì)同一種植物精油來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)的效力見圖1。

2.2.2 植物精油對(duì)長(zhǎng)喙殼菌的抑制效力 不同植物精油在花旗松試件上對(duì)長(zhǎng)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(shí)間內(nèi)對(duì)長(zhǎng)喙殼菌有較好的抑制效果，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其防效逐漸減弱；并且在相同的時(shí)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(cè)試時(shí)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(zhǎng)喙殼菌的效力見圖2。

表3 植物精油對(duì)木霉菌的抑制效果

表4 植物精油對(duì)長(zhǎng)喙殼菌的抑制效果

圖2 5%肉桂精油在木塊試件上防治長(zhǎng)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(duì)黑曲霉的抑制效力 不同植物精油對(duì)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(duì)黑曲霉有較好的抑制效果，但隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，其防效逐漸減弱；并且在相同的時(shí)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(cè)試時(shí)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(shí)際介質(zhì)上顯示更強(qiáng)的效力。本研究的結(jié)果證實(shí)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(píng)估。本文的研究結(jié)果同時(shí)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(diǎn)基金項(xiàng)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(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)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

A

1002-7351(2014)01-0019-06