随着国民经济发展, 城市化与现代化的推进, 人们对环境的保健意识正日益增强。构建城市森林, 发挥绿化植被的生态保健功能, 改善人居生态环境, 提高市民生活质量, 已成为广大市民的迫切需求。李晓储等(2002; 2003)对扬州古运河生态环境林建设进行研究, 提出了营建生态保健型绿化模式, 即利用木本植物叶挥发物的抑菌保健功能, 改善古运河区域空气质量, 以促进人体的健康。彭镇华等(2003a; 2003b)对中国城市森林建设的研究明确地反映了城市森林“以人为本, 生态优先”, 利用森林植被改善生态环境, 促进生态化进程的目的。因此, 积极选用具有分泌挥发物抑菌素生态功能的绿化植物, 构建生态保健型绿化模式, 对改善城市空气质量, 保障市民身心健康具有非常重要的意义。为此, 我们在研究扬州古运河生态环境林生态保健型绿化模式构建(李晓储等, 2002)的基础上, 对扬州古运河沿岸生态环境林有关绿化树种、植物进行抗菌、抑菌功能测定研究, 以便为生态保健型绿化模式树种选择与植物配置提供科学依据。

1 材料与方法

本研究主要测定扬州古运河沿岸环境林部分树种群落及其不同距离位置空气细菌、真菌(霉菌)的含量, 与距离植物群落15 m处和无林的空旷地进行对比, 分析林木的抑菌效应。同时, 采集古运河沿岸有关绿化树种的叶片, 提取叶挥发物, 进行菌种接种试验, 测定抗菌活性, 分析树种的抗菌、抑菌功能。

1.1 试验材料

供试材料来自扬州古运河城区段生态环境林建设一期工程绿化林地。林地原为低洼简陋棚户区, 市政府于1998-1999年通过古运河岸综合整治, 疏浚河道、驳岸, 平整土地, 造林绿化等措施, 建设滨河绿地风光带, 发展成乔、灌、草、花组成的沿岸生态林。共栽植各类绿化植物98种, 其中乔木、竹子46种(竹子3种), 灌木36种, 地景植物16种(草花6种, 地被10种), 分别占种类的46.9%、36.7%和16.4%。树种中落叶树与常绿树比例为1:1.5, 针叶树与阔叶树比例为1:9。林带宽度20~25 m, 全长7 km(李晓储等, 2003; 2002; 2001)。1999年春造林, 2004年秋测定。选择测定时林分群落年龄4年, 林分郁闭度0.65~0.7, 供试乔木群落高4~6 m, 胸径4~6 cm; 灌木群落高度2.0~2.5 m, 胸径约3cm。地被(花、草)层高度0.5m左右。测定样方面积300~400 m²(各群落不等)。次测定地段长1.3km。供试采样树种详见表 4、5。叶样试材为供试植物的成龄叶片。

供试真菌为小麦赤霉菌(Fusarium graminerum)和苹果炭疽菌(Glomerella cingulata); 供试细菌菌种为革兰氏阳性代表细菌金黄色葡萄球菌(Staphalococus aureus)和革兰氏阴性细菌代表菌种大肠杆菌(Escherichia coli), 由徐州师范大学江苏省药用植物生物技术重点实验室提供(蒋继宏等, 2004a; 2004b)。

1.2 试验方法

1) 空气含菌量测定    在2004年9月5日晴天16：30-17：00, 选择常见绿化树种侧柏(Platycladus orientalis)、雪松(Cedrus deodara)、香樟(Cinnamomum camphora)、合欢(Albizia julibrissin)、桂花(Osmanthus fragrans)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)林群落和无树木的空旷地(CK)进行测定(表 2)。按不同林分组成, 每组设林内、距离林分群落5 m、15 m 3个采样点, 每个采样点用牛肉膏培养基和查氏培养基接种空气中的细菌及霉菌, 共4组处理, 每处理重复3次。参照刘国强等(2004)制备平板, 取牛肉膏培养基和查氏培养基融化, 待冷却到50 ℃左右时, 按无菌操作, 将其倒入直径9 cm的无菌平板中制成平板, 将平板放置距地面高1.5~1.8 m采样点, 打开平板盖于空气中暴露0、5、10、15 min, 让空气中的微生物沉降到平板表面上, 然后盖好平板, 置于37 ℃培养箱培养48 h。取出平皿, 按菌类分别统计各平皿长出的菌落数, 并按奥氏公式计算各检测环境空气中的含菌数(菌落数·m^-3)。X=5 000N/AT。式中：X为每立方米空气中的含菌量; N为每个处理的平均菌落数; A为琼脂平板面积(cm²); T为平板暴露于空气中时间(min)

2) 叶挥发物抗菌活性测定    选择扬州古运河沿岸生态林的21个乔木树种, 2个花灌木(表 4), 采叶提取挥发油, 测定抗菌活性(方中达, 1996; 吴恭谦, 1989)。采叶时间与空气含菌量测定同步进行。

挥发油提取：将新鲜的成龄叶洗净、晾干, 切碎后用水蒸气蒸馏-乙醚萃取法提取出挥发油, 用无水硫酸钠干燥, 得到具有香气的浅黄色挥发物。

真菌菌种的活化：真菌所用的培养基为PDA培养基, 取出保藏的小麦赤霉和苹果炭疽菌种, 接菌。然后置于25 ℃培养箱中培养7 d左右, 即菌落长满平板即可。

配药：对供试植物的提取物, 称取一定的量, 用丙酮按照浓度为0.5 mg·mL^-1的量溶解。

抑菌活性测定：倒入已经融化固体PDA培养基中, 待冷却到50 ℃左右时, 按无菌操作然后按照1:9的量加入平皿中。等待平板凝固后把用打孔器打的菌饼(直径为5 mm)看其抑制真菌作用。同时用丙酮作空白对照实验。平皿置25 ℃培养72 h后观察其抑菌作用。

细菌菌种的活化：细菌所用的培养基为LB培养基(胰蛋白胨10 g, 酵母提取物5 g, NaCl 10 g, 加水至1 L, 调节pH至7.0), 取出保藏的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌菌种, 划线接菌, 然后放在37 ℃的培养箱中培养24 h。

转接：从培养好的平皿中用灭过菌的枪头或滤纸片挑取单菌落转接到试管中的LB液体培养基进行摇床培养, 温度37 ℃, 转速120 r·min^-1, 培养16 h以上。然后吸取1 mL的菌液现转到250 mL的三角瓶含有100 mL的LB液体培养基中进行摇床培养, 在相同培养条件下, 培养时间4~5 h。

抑菌活性测定：参照吴斌等(2004), 称取一定量的供试植物的提取物, 用丙酮按浓度为1 mg·mL^-1的量溶解。再把培养好的菌液倒入一半已经融化了的但是不烫手的LB固体培养基中, 然后倒入平板, 等待平板凝固后用灭过菌的打孔器在平板上打孔, 然后用镊子把孔中的培养基挑出来, 加药培养。用丙酮作空白对照实验。试验平皿置于37℃条件培养24 h, 后观察其抑菌圈的大小。根据抑菌环直径的大小评价抑菌活性强弱。其标准为：-无活性, ±活性弱, +活性较强, ++活性强, +++活性极强。

3) 统计分析    对树木群落及其不同距离位置与无林地空气的含菌量数据, 分别作了单因素(同一树种不同距离与空旷地)方差分析和有交互作用的两因素(树种、距离)方差分析。抑菌效应按(处理-对照)/对照×100%估算。

2 结果与分析 2.1 不同树种群落的抑菌效应

1)对细菌的抑菌效应室外测定结果表明, 供试的不同树种群落间, 各树种群落不同距离间空气中细菌菌落的含量均有极显著的差异(表 1)。

供试6个树种群落对空气中细菌都有明显的抑菌作用, 差异达极显著(表 2)。林内空气中细菌含量比无林地(CK)少47.63%~99.78%, 比距离林地15 m处细菌含量减少10.08%~99.7%(水杉除外)。抑制细菌的效应趋势为雪松>侧柏>桂花>香樟>合欢>水杉(与距林木15m比)。其中以雪松、侧柏和桂花群落抑菌效应较强。空气中含菌量分别比对照(无林地)少99.78%、94.98%和81.12%;分别比距林地15 m处含菌量减少99.71%、42.20%、59.3%(表 2)。

2) 对真菌(霉菌)的抑菌效应野外测定发现, 供试树种群落与无林地(CK)及树种群落不同距离位置空气中霉菌含量差异均达极显著(表 3)。

供试6个树种群落, 由于林内阳光少, 湿度大, 有利于霉菌生长, 故林内空气中霉菌含量一般高于对照(无林空旷地)。其中合欢、水杉、雪松群落达显著水平(表 2)。但从表 2看出, 桂花与侧柏对霉菌有一定的抑菌效应。桂花林内空气中霉菌含量分别比距林地群落5 m处减少23.59%, 比距15 m处减少40.66%;侧柏林内空气霉菌含量比无林地少24.73%。由此可见, 桂花林、侧柏林群落有抑制空气中霉菌的功能。

2.2 供试树种叶挥发物对细菌的抗菌活性

1) 对金黄色葡萄球菌的抗菌活性    室内测定表明, 供试23个树种及花木中, 有16个树种的叶提取挥发物对金黄色葡萄球菌具有抗菌活性, 占总数69.6%。其中, 侧柏与乳源木莲(Manglietia yuyuanensis)抗菌活性极强; 雪松、香樟、龙柏(Sabina chinensis)、广玉兰(荷花玉兰, 洋玉兰)(Magnolia grandiflora)、枇杷(Eriobotrya japonica)、水杉、栾树(Koelreuteria bipinnata)、银杏(Ginkgo biloba)和琼花(绣球花)(Viburnum macrocephalum)的抗菌活性强; 芍药(Paeonia lactiflora)活性较强, 罗汉松(Podocarpus macrophyllus)、夹竹桃(Nerium indicum)、珊瑚树(Viburnum odoratissimum)、白丁香(Syringa oblata)抗菌活性较弱; 但鸡爪槭(Acer palmatum)、喜树(Camptotheca acuminata)、杜英(Elaeocarpus sylvestris)、三角枫(Acer buergerianum)、五角枫(Acer mono)、万山木莲(Manglietia chingii)和石楠(Photinia serrulata)未见抗菌活性(表 4)。

2) 对大肠杆菌的抗菌活性    从表 4看出, 绝大多数供试树种(占87.0%)的叶挥发物对大肠杆菌都具有抗菌活性。其中, 侧柏、雪松、香樟抗菌活性极强; 乳源木莲、龙柏、广玉兰、枇杷、水杉、栾树、银杏、杜英、琼花抗菌活性强; 芍药、鸡爪槭、三角枫抗菌活性较强; 罗汉松、夹竹桃、珊瑚、白丁香抗菌活性较弱; 而五角枫、万山木莲和石楠未见抗菌活性(表 4)。

2.3 供试树种对真菌的抗菌活性

从表 5测定结果可知, 半数以上树种的叶挥发物对小麦赤霉菌没有明显的抗菌活性。有12个树种未见抗菌活性, 占总数52.2%。抗菌活性较强的树种只有广玉兰、侧柏、龙柏、香樟、银杏、三角枫、鸡爪槭7个(占总数30.4%), 以广玉兰抗菌活性最高, 雪松、夹竹桃和珊瑚的抗菌活性较弱。同时看出, 仅有香樟、龙柏、雪松、银杏、杜英、广玉兰、夹竹桃、珊瑚等7个树种对苹果炭疽菌有抗菌活性, 占总数30.4%。其中, 香樟、龙柏抗菌活性极强; 雪松抗菌活性强; 杜英抗菌活性较强; 珊瑚、夹竹桃活性较弱。而其余树种未见抗菌活性(表 5)。

3 小结

1) 侧柏、雪松、香樟、桂花、合欢、水杉林群落对细菌有明显抑菌效果, 林内空气中细菌含量比无林地和距林地15 m处分别减少47.63%~99.78%和10.08%~99.71%。抑菌功能以雪松、侧柏、桂花较强。

供试树种群落对霉菌一般无明显抑菌效果, 仅桂花、侧柏有一定抑菌效果。桂花林内空气霉菌含量比距离林地5 m和15 m处分别减少23.59%和40.66%;侧柏林内霉菌含量比无林地减少24.73%。

2) 室内抗菌活性试验测定表明, 供试多数树种叶的提取挥发物对金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性细菌)和大肠杆菌(革兰氏阴性细菌)都有抑菌活性。其中, 侧柏、雪松、香樟、龙柏、广玉兰、乳源木莲、水杉、栾树、银杏、枇杷和琼花对金黄色葡萄球菌的抑菌活性强; ,以侧柏和乳源木莲最强。侧柏、雪松、香樟、龙柏、广玉兰、枇杷、乳源木莲、杜英、栾树、水杉、银杏、琼花、三角枫、喜树、鸡爪槭、芍药等对大肠杆菌抑菌活性强, 以雪松、侧柏、香樟最强。

供试树种对真菌的抑菌效果较差。其中只有广玉兰、侧柏、香樟、龙柏、银杏、鸡爪槭、三角枫对小麦赤霉菌有较强抑菌活性; 香樟、龙柏、雪松、杜英、银杏对苹果炭疽菌有较强抑菌活性。抑菌活性以香樟、龙柏较高。

3) 室外抑菌效果测定与室内叶提取挥发物抗菌活性测定都证明了侧柏、雪松、香樟、枇杷、水杉的抑菌生态功能, 因此上述树种是优良抑菌保健绿化树种, 可在城市森林人居绿化工程建设中应用。至于其他具抗菌活性的供试树种的抑菌功能, 尚待室外进行群落抑菌效果测定予以证实。

4) 以上研究仅是秋季下午4：30—5：00时测定、取样分析的初步结果。由于树木叶分泌挥发物受季节时段、光照、温度等环境因子以及自身光合作用、蒸腾作用等新陈代谢生理因子的综合影响, 且叶挥发物质组分中何种物质对抑菌起主导作用尚不清楚, 因此绿化植物的抑菌功能还需继续深入研究, 才能为城市森林建设抑菌保健树种选择提供更可靠的科学依据。