“天然杀菌素”植物精气国内外研究进展

彭巍，李明文，杜鹏飞

(黑河市林业科学院，黑龙江 黑河 164300)

植物精气是指植物体新陈代谢过程中，花、叶、木材、根、芽等不同组织油腺分泌出的一种浓香挥发性有机物，研究表明它能杀死细菌和真菌，促进人体免疫蛋白增加，明显抑制癌细胞的生长，有效调节副交感神经平衡。较高浓度的植物精气有助于增加空气中负离子的含量，还能防止森林病虫害和杂草生长，这些物质统一命名为芬多精(Phytoncidere)，又称植物杀菌素或植物精气[1]。植物精气的成分为芳香类碳水化合萜烯类、醇类、酚类、酯类化合物等物质，其中萜烯类中的单萜烯类最具医疗价值[2]。目前，固相微萃取法和动态顶空法为最常用的收集和测定方法，这两种方法都能够真实准确地测定被测植物释放有机挥发物的成分和含量。

依据植物挥发精气所具功能的不同，可分为医疗型精气植物、保健型精气植物和改善环境型精气植物三类。其中，医疗型精气植物精气中的物质具有一定的医疗作用；保健型精气植物精气中的物质有改善心情、调节机体的保健效果；改善环境型精气植物精气中的物质能阻止细菌繁殖，净化空气，改善环境[3]。

1 国外研究进展

1.1 植物精气对生物机体的影响研究

世界各国都有将植物制作成香料和精油用来消毒防腐、镇静安神、驱虫杀菌、去邪防病的记载，但是对植物精气的作用机理不甚了解。直到1930年，苏联生化学家B. P. Tokn在观察植物新陈代谢的过程中发现了植物精气。随着对植物精气研究的深入开展，植物精气对人体的作用机理逐渐清晰。有些国家和地区将植物精气作为宣传亮点，使森林生态旅游深受人们的欢迎。

森林中的许多植物都能够分泌出强烈芳香的挥发性物质(即植物精气)，其具有抗生性(微生物)、抗菌性和抗癌性。种植这些树种是净化大气、控制结核病发展蔓延、增进人体健康的有效措施[4]。单萜类精油能够很快地被人体吸收和释放，使其在体内形成一种平衡状态。还有学者研究发现从植物中提取的精油外用能够起到促进伤口愈合、消毒消炎、脱臭、杀虫驱虫的作用；内服具有促进食欲、祛痰、杀菌、祛风、利尿、镇静等作用[5]。近年来，有学者研究发现森林环境中的芬多精可以显著提高免疫系统的功能。芬多精还能显著降低尿液中NE的浓度，抑制交感神经活动，增强副交感神经活动，有些植物的芬多精对治疗抑郁症有良好功效。

1.2 影响植物精气释放的环境因素

植物释放单萜和倍半萜与光照强度等有关，植物释放精气日变化规律呈单峰趋势，有研究表明，在中午之前释放量最高，单萜和倍半萜的释放率在光周期开始时急剧增加，单萜类在10:00达到最大值，倍半萜的释放率在11:00达到最大值，随后萜烯、单萜和倍半萜的释放量持续下降[6]。有关研究通过卫星测量挥发性物质的含量，如用MODIS波段计算的光化学反射指数(PRI)与异戊二烯排放量具有一定相关性，可以通过光化学反射指数检测不同季节、年度排放峰值的时间，它还可用于进一步改进干旱和其他胁迫条件下的异戊二烯排放模型[7]。

温度影响植物精气的释放，有研究显示墨西哥冷杉(Abiesreligiosa)和桑毛斑叶兰栎(Quercusrugosa)释放的α-蒎烯和异戊二烯的浓度都受到空气温度的影响。同样不同树种对温度的响应机制有很大差别，有些树种的精气释放速率随温度的增高而增加[8]，有些树种的精气释放速率随温度的降低而减少；有的树种精气释放速率随温度增加反而降低；还有部分树种的植物精气释放速率与温度的变化无相关性。影响植物精气释放的一个重要因素是大气中二氧化碳浓度的变化，在一定范围内二氧化碳浓度的增加加强了光合作用，从而增多某些植物体释放单萜的量[9]。

水分胁迫影响单萜的释放浓度，有研究者发现，轻度或中度的水分胁迫会明显增加单萜类物质的释放量[10]。土壤肥力可以影响植物体单萜的释放量，但水分供应不足而氮素过量时，单萜产量没有变化。还有研究发现，有些植物受水分胁迫与不受水分胁迫时的单萜释放量的变化不大，但是在长期的水分胁迫下单萜释放量开始减少或受到抑制，呈缓慢下降趋势。

有研究表明，氮肥增加将导致植物体内单萜的释放量减少，这是由于氮肥的施加有效地促进光合作用，光合作用会降低合成单萜类物质底物的数量(非结构碳水化合物含量)，所以造成单萜的生成率下降。但是并非所有研究结果都如此，Loreto等通过一些实验发现，夏季高温高氮素含量的土壤环境大大增加了萜类物质的释放率[11]。随着臭氧浓度的增加，异戊二烯排放减少，光饱和速率和叶绿素含量下降，而添加氮后增加了异戊二烯排放量及光饱和速率和叶绿素含量，虽然臭氧和氮在光饱和速率中相互作用显著，但氮没有减轻臭氧对异戊二烯排放的负面影响，而是联合效应的结果。

不同树木种类，释放植物精气物质的能力不同，敏感性不同，树龄也能够影响植物精气的释放速率。释放精气速率较高的树木种类有杨属(Populus)、栎属(Quercus)和柳属(Salix)，释放精气速率很低的植物有槭树属(Acer)、白蜡树属(Fraxinus)和梨属(Pyrus)，甚至有许多树木种类没有单萜释放能力。大多数研究表明，同一树种幼龄植株具有更高的精气释放速率[12]，但是随着树龄的增加，这种差异会逐渐减小。但也有一些树种是低龄植株的单萜化合物总排放量低于老龄植株的。造成单萜类物质释放量差异的因素还有植物的叶龄，幼叶相对于老叶释放出更多的植物精气物质[13]。

2 国内研究进展

2.1 植物精气对生物机体的影响研究

植物体向外界释放的挥发性气体通常带有芳香味，不仅是大自然天然的清香剂，并含有多种对人体健康有益的物质，具有杀虫、灭菌、镇咳、解热、消炎等保健功效[14]。植物挥发性气体中含有的清香成分可以改善心情和调节精神状态，甚至还可以预防和治疗疾病。不同的植物释放的挥发性气体差异较大，常春藤(Hederanepalensisvar.sinensis)植株的挥发性气体中含有较高浓度的蒎烯、薄荷醇、乙酰丙酮，具有一定的提神、醒脑和活血的功效。其他植物体挥发的气体中含有水杨酸类物质可以应用于心血管保健方面，如银杏(Ginkgobiloba)。有些植物气体挥发物中含有的萜烯类化合物能够促进免疫蛋白含量的增加，提高呼吸道的防御能力和抵抗力[15]。也有学者研究了植物精气对人体生理和心理的影响过程[16]，如茉莉花(Jasminumsambac)香气能够加速大脑血液流动，增加大脑皮层活力，使人兴奋；玫瑰(Rosarugosa)香气能使心率加快，而柠檬(Citruslimonum)香味能使心率减速；薰衣草(Lavandulaangustifolia)香气有镇静作用。

2.2 影响植物精气释放的环境因素

诸多的环境因子都会对植物精气的释放和挥发有一定的影响，如温度、水分胁迫、大气二氧化碳浓度等非生物因子，还有叶片年龄、树龄、发育状况、树种差异等生物因子。温度的高低影响植物释放精气的快慢，温度越高植物精气的排放速率越大[17]。植物受水分胁迫的程度不同，诱导植株产生的芳香类物质就不同，受水分胁迫越深植株体内形成的芳香类物质就越多[18]。空气负离子也会影响植物精气的释放速率，在森林环境中，空气负离子浓度与植物精气浓度是互为正相关关系，森林中的空气负离子浓度越高，植物精气就越浓；植物精气浓度越大，其空气负离子浓度就越大。空气湿度与植物精气浓度是正相关关系，潮湿地方的空气负离子和植物精气的浓度相对于干燥的地方更大，如雨后的森林及瀑布、流水、溪流等地方。影响植物精气释放产生的另一个因素是外来干扰，其中包括人类活动和自然力破坏对树木所造成的损害。

树龄能够影响植物精气的释放，有学者发现，有些树种向空气中释放长叶烯和去氢枞酸的量与植株的树龄呈正相关，但与其抗性呈负相关；单萜、β-蒎烯和枞酸型树脂酸的释放量与植株的树龄成负相关，其成分含量与植物体所受的抗性呈正相关[19]。同一植物的发育部位也对植物精气有影响，植物的发育部位不同，释放的植物精气的组成成分也有不同。树种也会影响植物精气的组成和释放，不同属或者同属不同种植物精气的释放速率和成分组成之间有较大的差别。同样，阔叶和针叶树种之间也存在差别，大叶相思(Acaciaauriculiformis)、南洋楹(Albiziafalcataria)等南方阔叶树释放的挥发性气体成分主要是单萜烯，而非异戊二烯。其原因可能是因为在亚热带气候条件下的阔叶树种叶片上具有和针叶树种类似的厚角质层避免植株过度蒸发[20]。

2.3 精气植物的应用

精气植物通过释放挥发性气体，具有杀菌、消毒和治疗疾病等多种保健功能，达到改善所在地环境、有利于人体健康的功效，可以作为森林游憩和生理保健的有益资源。在医疗方面，通过精气植物营造自由亲切的医疗空间是一种理想的治疗方法，同时还能保护和改善环境。医疗型精气植物释放出的气味能够调节病人的心情和心态，有利于病人病情的好转，还能对人体内的病菌起到防治和消除的作用[21]。此外，不同种类的精气植物对人体器官的功效不同，针对不同的需求者可以营造适宜不同人群的特定医疗场所，有助于对病人实施有效的治疗。

在健康和养生方面，通过精气植物释放对人体健康有益的高效保健的挥发性气体，为人们营造健康安全的休闲活动场所，使人们保持良好的心情，有利于身体的健康和病情的好转。可以针对不同的人群，合理搭配不同的植物精气建立具有不同康复疗养功能的景观空间，让人们在观赏和游玩的过程中达到预防疾病、增强身体健康、恢复机体功能的目的。

在材料应用方面，可广泛应用于房屋建筑装饰用材、玩具、包装用材、厨具家具用材等行业。还可以把森林植物精气的保健功能作为旅游资源中的亮点开发应用。植物挥发性物质还可用于蔬菜保鲜，如山苍子植物体内的挥发性物质可以诱导青椒苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性增加，抑制过氧化物酶(POD)活性，减缓丙二醛含量的增加，从而延缓膜质过氧化，延长青椒的保鲜期[22]。

3 讨论

有些学者认为植物释放的挥发性物质对人体有毒害作用[23]。还有学者认为某些植物体释放的挥发性气体中确实含有极少量的有害气体，但是其实际浓度不至于污染环境和危害人体健康[24]。植物精气对人体有害还是有益，以及植物精气对人体产生有利功效的最佳时间及其含量，能够释放最佳功效植物精气的物种配置方式及如何充分利用植物精气等问题仍有待专家和学者的深入研究。