植物精油对木材变色菌的抑菌特性

王 雨，常建民，王鹏起，韩 丽，孙 薇

(1.北京林业大学，北京100083； 2.国家林业局林产工业规划设计院，北京100010；3.北新集团建材股份有限公司，北京102208)

植物精油对木材变色菌的抑菌特性

王 雨1，2，常建民1，王鹏起3，韩 丽1，孙 薇1

(1.北京林业大学，北京100083； 2.国家林业局林产工业规划设计院，北京100010；3.北新集团建材股份有限公司，北京102208)

采用培养基和木块2种介质研究14种植物精油对常见木材变色真菌(木霉菌、长喙壳菌、黑曲霉菌)的抑菌效力和作用浓度。结果表明：5%肉桂精油、5%俄勒冈香桃木精油以及10%壮丽冷杉木精油A同时对3种变色菌表现出较强的抑制活性，且随精油浓度的增加而增强。同时显示出这3种植物精油作为新型木材保护制剂的应用潜力和商业前景。

植物精油；木霉菌；长喙壳菌；黑曲霉；抑菌特性

木材变色会直接导致其利用率降低，寻求安全有效的防变色方法现已成为木材保护研究的重要内容之一。基于“绿色”科技的新型木材保护系统，要求木材变色在得以控制的同时不危害环境。因此，利用具有天然抑菌活性的植物精油抑制木材变色就成为一个有巨大发展前景的研究方向。几个世纪来，植物精油一直被用作药物[1]，直到19世纪90年代，Muanza等[2-3]开始研究植物精油抑制细菌和真菌的潜在生物活性。自此许多研究学者开始报道植物精油抑制微生物的活性[4-7]，特别是抑制真菌的活性[8-12]。一些学者对植物精油的化学成分与生物活性的关系开展了一系列的研究工作[13-19]，结果证明植物精油中的单萜、双萜和烃类等官能团表现出了良好的抗菌特性，且对人畜的毒性低。目前，植物精油广泛应用在食品、保健和制药业，而在木材保护领域的研究亟待拓展。植物精油的抑菌活性和环境友好性都使其符合新型木材保护制剂的要求，极具潜力代替化学药剂应用于木材的内部处理。本研究旨在探索和评估14种植物精油对几种重要木材变色菌的抑制效力及其作用浓度，为植物精油应用于木材保护系统提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 植物精油 14种植物精油采用蒸汽法提取自不同的植物，并置于4 ℃冷藏备用。植物精油的提取部位和植物来源见表1。

表1 植物精油的来源

1.1.2 木材变色菌 本试验选取3种常见的木材变色真菌黑曲霉(Aspergillusniger)、木霉菌(Trichodermasp.)、长喙壳菌(Ophiostomaperfectum)。3株真菌均保存在美国俄勒冈州立大学木材科学与工程系木材保护实验室。

1.1.3 木块试件 将花旗松(Douglas-fir)试材锯制成尺寸为30 mm×10 mm×5 mm(其中顺纹尺寸为30 mm)的木块试件，并储存于0 ℃冰箱备用。

1.2 试验方法

1.2.1 植物精油在培养基上抑菌活性的测定 根据植物精油的抑菌活性对其进行筛选[20]。配置2%麦芽汁琼脂培养基，同时将植物精油溶于含0.1% 吐温80的无菌去离子(DI)水中，使其终质量分数分别为1%、2%、5%、8%、10%。然后将植物精油溶液通过无菌的0.22 μm细菌过滤器滤去微生物后添加进冷却到45 ℃左右的麦芽汁琼脂培养基中，摇匀后制成平板。

试验前将木材变色菌培养24 h。取5 mm的菌块接种于植物精油修正的麦芽汁琼脂培养基中央，然后置于27 ℃，相对湿度75%的环境中培养5 d。每个处理设置5个重复。观测变色菌的生长量。以添加0.1%吐温80的麦芽汁琼脂培养基作为对照。

1.2.2 木材变色菌悬浮液的配制 接种前，将3株木材变色真菌于2%的麦芽培养基上培养48 h。根据美国ASTM标准D4445-91(ASTM 1998)制作孢子悬浮液。真菌最终孢子含量为3×107·mL-1。

1.2.3 植物精油在木块试件上抑菌活性的测定 选取在培养基试验中显示良好抑菌活性的植物精油配制成特定浓度的溶液，随机取5个木块试件分别在每一种精油溶液中浸泡3 min，随后滤去表面多余的溶液。在木块试件上喷洒1 mL真菌悬浮液，然后将其至于玻璃培养皿(内含2层饱含DI水的滤纸和2层聚乙烯网格垫片)中，最后将培养皿用蜡纸密封后放在室温环境中培养35 d，测试木块的变色程度。评估标准为0(无变色)到100(全变色)。每种精油溶液设置5个培养皿重复。分别以添加0.1% 吐温80的DI水和1%丙环唑作为对照。

2 结果与分析

2.1 植物精油在培养基上的抑菌活性

植物精油在培养基上的抑菌活性见表2。由表2可知，14种植物精油在不同的浓度下显示了不同的抑菌活性。浓度越大，抑菌活性越强，在一定浓度下，植物精油甚至可以杀死变色菌。14种植物精油都对木霉菌具有杀菌作用，但作用浓度不尽相同。除罗奇波尔松木精油和花旗松精油之外，其余的植物精油都对长喙壳菌显示了极强的抑制作用，作用浓度普遍高于对木霉菌的抑菌浓度。14种测试植物精油都对黑曲霉表现出较弱的抑制效力，且要求的作用浓度最高。其中利兰柏木精油虽在所测浓度范围之内对长喙壳菌和黑曲霉没有起到杀菌效果，但随浓度的增大，其抑制效力逐渐增强。总之，相比对照组来说，大多数植物精油显示出较好的抑菌活性，且高浓度的植物精油在培养基条件下会对变色菌产生杀菌作用。

表2 植物精油在培养基上的抑菌活性

2.2 植物精油在木块试件上的抑菌活性

根据ASTM标准，木块试件首先在培养14 d后被评估。然后继续培养至35 d后再次被评定。

图1 5%阿拉斯加杉木精油在木块 试件上防治木霉菌的效力

2.2.1 植物精油对木霉菌的抑制效力 不同的植物精油对木霉菌的抑制效力见表3。由表3可以看出，不同的植物精油对木霉菌的抑制活性和作用时间不同，且同一种植物精油，浓度不同对木霉菌的抑制活性和作用时间亦不同。大多数植物精油可在14 d的测试时间内表现良好的抑菌效力，但随着时间的增长，有些植物精油的抑菌效力逐渐减弱。其中，2%肉桂精油、5%俄勒冈香桃木精油、5%罗奇波尔松木精油、8% 北美红杉叶精油、10%壮丽冷杉木精油A、10%北美西部圆柏精油等在35 d的时间内持续显示了较强抑菌效果。由此可见，一些植物精油可在短时间内防治木材变色菌，但就长期防效而言，还不够理想；且对同一种植物精油来说，其浓度越高，防效越好，但从经济角度考虑，还要在变色可接受的范围内选取合适的浓度。以5%阿拉斯加杉木精油为例，培养35 d后其抑制木霉菌生长的效力见图1。

2.2.2 植物精油对长喙壳菌的抑制效力 不同植物精油在花旗松试件上对长喙壳菌的抑制效果见表4。由表4可见，部分植物精油在14 d的时间内对长喙壳菌有较好的抑制效果，但随着时间的延长，其防效逐渐减弱；并且在相同的时间范围内，同一种植物精油的浓度越高，抑制活性越强。其中，5% 肉桂精油、5%俄勒冈香桃木精油、5%巨杉精油、8% 壮丽冷杉木精油A、10% 壮丽冷杉木精油B在35 d的测试时间内显示了较强抑菌效果。以5%肉桂精油为例，培养35 d后其抑制长喙壳菌的效力见图2。

表3 植物精油对木霉菌的抑制效果

表4 植物精油对长喙壳菌的抑制效果

图2 5%肉桂精油在木块试件上防治长喙壳菌的效力图3 2%俄勒冈香桃木精油在木块试件上防治黑曲霉的效力

2.2.3 植物精油对黑曲霉的抑制效力 不同植物精油对黑曲霉的抑制效果见表5。由表5可知，部分植物精油在短期内对黑曲霉有较好的抑制效果，但随着时间的增长，其防效逐渐减弱；并且在相同的时间范围内，植物精油浓度越高，抑菌效力越强。其中2% 肉桂精油、5%俄勒冈香桃木精油、8%北美红杉叶精油、10%壮丽冷杉木精油A以及8%阿拉斯加杉木精油在35 d的测试时间内显示了较强抑菌效果。以2%俄勒冈香桃木精油为例，培养35 d后其抑制黑曲霉的效力见图3。

3 结论

通常，抑菌物质在不同的介质上发挥的作用效力不同，且在培养基上往往比在实际介质上显示更强的效力。本研究的结果证实了这一理论，因此建议木材保护制剂应该在被施用的木材上进行评估。本文的研究结果同时表明了5%肉桂精油、5%俄勒冈香桃木精油以及10%壮丽冷杉木精油A 3种植物精油对常见的木材变色菌表现了良好的抑制活性，且随着植物精油浓度的增大，其抑菌效果显著增强。虽然就长期防效而言，植物精油与化学防腐剂还存在一定的差距，但是综合环境成本考虑，它们仍具有极大的潜力代替化学药剂防治木材变色。

表5 植物精油对黑曲霉的抑制效果

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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

教育部博士点基金项目(枯草芽孢杆菌B26防治白桦木材蓝变的抑菌机理，20110014110001)

王雨(1986—)，女，山西侯马人，国家林业局林产工业规划设计院工程师，博士，从事木材科学与技术研究。E-mail：christiana425@gmail.com。

常建民，北京林业大学材料科学与技术学院教授，从事木材科学与技术研究。E-mail：cjianmin@bjfu.edu.cn。

TQ654+.2

A

1002-7351(2014)01-0019-06