第46卷第4期 2 0 1 0年4月 林 业 科 学 Vo1.46.No.4 Apr.,2 0 1 0 SCIENTIA SILVAE SINICAE 竹焦油对植物病原真菌的抑制作用 江茂生 许文耀 (1.福建农林大学生命科学学院林 炜 郑新宇 黄 彪 陈礼辉 福建350002;2.福建农林大学植物保护学院福州350002) 福州350002; 3.福建农林大学材料工程学院摘要:测定竹焦油对14种植物病原真菌的抑制效果,研究竹焦油对水稻纹枯病菌的抑制作用,用GC/MS法分 离鉴定竹焦油的主要成分。结果表明:竹焦油对供试菌的菌丝生长、孢子萌发均有不同程度的抑制效果,其中对十 字花科蔬菜菌核病菌与水稻纹枯病菌的菌丝生长、稻瘟病菌的孢子萌发有较强的抑制作用。竹焦油具有使水稻纹 枯病菌的菌丝形态异常、氧呼吸减弱的作用,对水稻纹枯病有一定的防治效果。成分分析结果显示:竹焦油中酚类 物质相对含量高达72.491%。 关键词:竹焦油;植物病原真菌;抑制作用;GC/MS分析 中图分类号:¥763.1l 文献标识码:A 文章编号:1001—7488(2010)04—0093—05 Inhibition Activities of Bamboo-Based Tar against the Plant Pathogen Fungi Jiang Maosheng Xu Wenyao Lin Wei Zheng Xinyu Huang Biao Chen Lihui (1.College of Life Science,Fufian Agriculture and Forestry University Fuzhou 350002;2.College of Plant Protection,Fujian Agriculture and Forestry University Fuzhou 350002,3.College ofMaterial Engineering,Fujian Agriculture and Forestry University Fuzhou 350002) Abstract:The inhibitory activities of bamboo(PhyUostachys pubescens)tar to 14 varieties of plant pathogen fungi were determined.The inhibitory effects of bamboo—based tar on Rhizoctonia solani were studied,and the main components of the bamboo bar were separated and identified by GC/MS analysis.The result showed that the bamboo.based tar had various inhibitory activities on mycelia growth and spore germination of the tested fungi,of which the inhibitory effects on mycelia growth of Sclerotinia sclerotiorum and R.solani,on spore germination of Pyricularia grisea were the best.The bamboo—based tar brought about the mycelia of R.solani deformation and its respiration decline,and had some control effect on rice sheath blight.The GC/MS analysis showed that the relative content of phenolic compounds in the bar amounted to 72.491%. Key words: bamboo・based tar;plant pathogen fungi;inhibition activities;GC/MS analysis 我国的毛竹资源极为丰富,是最主要的林业支 柱产业之一。近年来,通过热解处理制取竹炭和竹 和绿帝(邻丙烯基苯酚),用于防治植物真菌性病 害,由于该产品低毒、无“三致”作用、环境友好、田 问药效好,已大面积推广使用。近期竹醋液的抑菌 活性开始见诸报道。Mazela(2007)研究了木焦油 对木材的防腐性能,王文桥等(2005)发现竹醋液对 醋液及其高附加值化应用的研究逐渐成为热点(徐 明等,2008),竹焦油作为毛竹热解的主要副产物, 产量达10%左右,其中含有2,6一二甲氧基苯酚、 4一乙基苯酚、4一乙基一2一甲氧基苯酚等杂酚(钱 6种作物的8种病原真菌菌丝长有良好的抑制效 果,并认为竹醋液在开发杀菌剂方面具有潜力。倪 华等,2006;蒋建春等,2005),极具开发潜力。 酚类结构的有机物如苯酚、甲酚、水杨酸通常可 春耕(2006)比较了竹醋和竹焦油的抑菌活性,发现 竹焦油对菌丝生长的活性显著高于竹醋,但未明确 竹焦油对孢子萌发的抑制作用、抑菌机制和抑菌成 以作为杀菌剂使用,一些植物中分离出的酚类物质 如丁香酚、厚朴酚、麝香草酚、银杏酚(吴光旭等, 2004)、丹皮酚(康业斌等,2007)等因其优异的抑菌 活性,已成为植物源杀菌剂开发的目标物质。孟昭 分。鉴于竹焦油的主要成分具有与“银泰”和“绿 帝”相似的短侧链酚结构,探索其对植物病原真菌 的抑制作用,可为将其进~步开发成新型高效的农 用杀菌剂提供研究基础。 礼(2004)、孟昭礼等(2007)仿银杏酚合成了具有短 侧链苯酚结构的杀菌剂银泰(1一对羟基苯基丁酮) 收稿El期:2008—08—20。 基金项目:福建省自然科学基金重点项目(2009H0005),国家“十一五”科技支撑计划项目(2008BADA9B00)。 林业科学 l材料与方法 1.1 材料 (0.062 5~l mg・mL )。取1 mL设计浓度的竹焦 油丙酮溶液至直径为9 cm的培养皿中,加入10 mL 已溶化的PSA培养基,充分混匀,制成带药培养基, 控制一定条件热解毛竹粉,收 1.1.1 竹焦油制备放置3天挥发去丙酮后接菌。以加入1 mL丙酮的 PSA培养基为对照处理,每处理设置6重复。计算 集馏出物,从中分离出竹焦油,自制。用丙酮溶解、 定容为10 mg・mL 的竹焦油丙酮溶液,装于棕色瓶 中密封保存。 移取5 mL竹焦油丙酮溶液于烧杯中,加入 菌落生长抑制率。将菌落生长抑制率换算成抑制机 率值(Y),药剂浓度换算成浓度对数( ),用Excel软 件求出浓度对数与机率值回归方程Y=bx+a,并计 10 mL去离子水及5滴吐温一80,在90 cC水浴下加 算出相关系数r,EC EC 。。以40%井冈霉素母药 热,使丙酮挥发并使竹焦油乳化,移入50 mL容量瓶 中并用去离子水定容,配成浓度为1 mg・mL 的竹 焦油乳化液,置于冰箱中冷藏保存,供抑制孢子萌发 和活体试验用。 1.1.2 供试病原真菌 香蕉枯萎病菌(Fusarium oxysporum£sp.cubense),棉花枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.vasinfectum),黄瓜枯萎病菌(Fusarium oxysporum f.sp.cucumerinum),香蕉炭疽病菌 (Colletotrichum mu3ae),辣椒炭疽病菌(Colletotrichum capsici),蕃茄灰霉病菌(Boteryeis cinerea),荔枝霜疫霉 病菌(Peronophythora litchii),水稻纹枯病菌 (Rhizoctonia solani),辣椒疫霉病菌(Phytophthora capsici),白菜炭疽病菌(Colletotrichum higginsianum), 花生白绢病菌(Sclerotium rolfsii).十字花科蔬菜菌核病 菌(Sclerotinia sclerotiorum),十字花科蔬菜黑斑病菌 (Alternaria brassicae),稻瘟病菌(Pyricularia,grisea)。 以上病原菌均由本实验室分离、保存。 1.2试验方法 1.2.1 竹焦油对供试植物病原真菌的抑制活性 1)竹焦油对菌丝生长的抑制作用测定 采用国家 农业行业标准NY/T 1156.2—2006的带毒培养基 法,测定0.5 mg・mL 的竹焦油对14种供试植物病 原菌菌丝生长的抑制作用,从中筛选出敏感菌。测 定时以加入等体积丙酮为对照,每处理重复6次。 2)竹焦油对孢子萌发的抑制作用测定 供试植物 病原菌孢子采用米糠培养基培养。待孢子成熟后, 用无菌水配成孢子(或孢子囊)悬浮液,调整其浓度 至显微镜观察视野下有30~40个孢子(或孢子 囊)。采用国家农业行业标准NY/T 1156.3—2006 规定的凹玻片法,测定含药0.5 mg・mL 的孢子悬 浮液中的孢子萌发(或孢子囊释放)抑制率。每处 理重复3次。 1.2.2竹焦油杀菌剂对水稻纹枯病茵的抑制作用 及防治效果 1)对菌丝生长的毒力 根据测定结 果,选择水稻纹枯病菌作为靶标菌,按带毒培养基法 进行毒力测定。测定时,设置5个处理浓度梯度 (浙江桐庐汇丰生化有限公司提供)作为参照药剂。 2)对菌丝作用的显微观察 挑取水稻纹枯病菌菌 块置于用少量PS培养基润湿皿底的平皿中,培养 24 h后,用无菌水洗去培养基,再加入10 mL含竹焦 油0.637 mg-mL 的Ps培养基,以加入含等量无菌 水的PS培养基作对照,24 h后用用德国Axioskop40 型显微镜观察菌丝的变化。3)竹焦油对菌丝氧呼 吸的影响 采用自行改装的Wasburg微量气体呼吸 仪(图1)测定菌丝悬浮在含竹焦油0.637 mg・mL 的Ps培养基中的氧呼吸速率(试验温度301.0 K)。 以数显微压差测定仪替代传统的u型压差计以提 高数据的精确度。设置不含药的Ps培养基为参 照。4)防治效果测定 采用国家农业行业标准 NY/T1156.5—2006推荐的蚕豆(Vicia ba)叶片法 进行测定。取健壮的蚕豆植株,截取中上部枝条,将 切口插于水中,以维持测定过程蚕豆叶片正常的生 理功能。分别测定喷施0.098,0.637 mg・mL 的竹 焦油对水稻纹枯病的保护和治疗效果。每处理用 30叶片,重复4次,以喷施清水为对照。处理后在 28 cC、相对湿度100%、光:暗:12:12的条件下培 育。接菌72 h后调查病情,计算病情指数和相对防 治效果。 l 图1 氧呼吸测定装置 Fig.1 Device of respiration determination 1.微压差测定仪Micro-pressure difference;2.导气管Gas catheter; 3.恒温水浴Constant temperature bath;4.菌丝液Mycelium suspension:5.10%NaOH(aq);6.磁力搅拌器Magnetic sterrer. 1.2.3 所制竹焦油成分的GC/MS分析 仪器:气 相色谱与质谱联用仪(Agilent Technologies 6890N/ 5973i),色谱柱:HP-5MS,30 m×0.25 mm× 第4期 江茂生等:竹焦油对植物病原真菌的抑制作用 95 0.25 m,石英毛细管柱;载气:氦气(纯度> 表1 竹焦油对供试菌的抑制效果① 99.999%);流速:0.9 mL・min~;分流比:10:1;进 Tab.1 Inhibitory effects of bamboo-based tar on the fungi 样口温度:260℃;进样量:1 tzL;柱温:60℃(保持 塑 皇 ! 塑!! 竺 ! 供试菌Tested fungi 菌丝生长 孢子萌发 3 min),以6℃・min 程序升温至260℃,再以 Mycelium growth Spores germination 10℃・min升至280.℃保持30 rain;溶剂延迟:3 min;色谱一质谱接口温度:290.0℃;扫描范围 (m/z):50~650 amLl;电离能量:70 eV;离子源温 度:200℃;四极杆温度:150℃。 2结果与分析 2.1 竹焦油对供试病原真菌的抑制活性作用 2.1.1 竹焦油对菌丝生长的抑制作用 测定结果 表明(表1):在0.5 mg・mL 竹焦油的作用下,所有 供试菌的菌丝生长速率均受到一定的抑制,其中对 十字花科蔬菜菌核病菌和水稻纹枯病菌的菌丝生长 抑制率均大于85%,抑制效果最佳;蕃茄灰霉病 菌、香蕉炭疽病菌、荔枝霜霉病菌和辣椒疫霉病菌的 菌丝生长抑制率在60%~77%之间;对十字花科蔬 ①J司列数据后的不l司大写字母表不极显著性差异(d=0.01)。 菜黑斑病菌等其余8种供试菌的菌丝生长抑制率在 Diffent capital letter indicate the signiifcant difference(Gt=0.01). 42.8%~50.6%之间。 密逐渐变稀疏,菌丝逐渐出现了明显的凋萎。菌落 2.1.2竹焦油对孢子萌发的抑制作用 由表1可 由外缘向内逐渐枯萎而出现明显的黄化圈。毒力测 以看出:0.5 mg・mL 竹焦油对稻瘟病菌孢子萌发 定结果表明:竹焦油杀菌剂抑制水稻纹枯病菌丝生 的抑制率可达100%;对香蕉炭疽病菌等8种病菌 长的Ec 。,Ec 。分别为0.098,0.637 mg・mLI1(Y= 的孢子萌发的抑制率在71%以上。 1.58x+6.59,r=0.982 5),而井冈霉素的EC 从试验结果来看,除白菜黑斑病菌外,竹焦油对 EC 。贝0分另0为0.347,2.969 mg・mL一 (Y=1.46x+ 孢子萌发的抑制率均明显大于对菌丝生长的抑制 5.59,r=0.981 3),说明竹焦油对水稻纹枯病菌的 率。孢子萌发是作物病害循环的起点,对孢子萌发 离体抑制效果明显高于井冈霉素。 的高抑制活性,尤其是对多循环病害(如稻瘟病菌) 2.2.2 对菌丝作用的显微观察 在含竹焦油 的孢子有强抑制活性,显示了竹焦油作为杀菌剂开 0.637 mg・mL 的PS培养液中处理24 h后,仅存少 发的良好前景。 数气生菌丝,大部分菌丝体已经凋亡。对照菌丝细 2.2竹焦油杀菌剂对水稻纹枯病菌的作用 胞壁光滑,生长舒展,分枝节间较长;而加药菌丝形 2.2.1 竹焦油的毒力 随着药剂浓度的增加,菌落 态产生明显变异,出现细胞壁粗糙、细胞膨大、生长 直径逐渐由大变小,抑菌率逐渐增大,且菌丝体由紧 末端钝圆、细胞内呈絮凝状变性等特征(图2)。 图2 竹焦油处理后水稻纹枯病菌的形态 Fig.2 Mycelia morphological characters after treated with bamboo-based tar A:CK(×100);B:EC90(×100);C:EC9o(×400). 96 ^lj. 口mI o】£Ids 林业科学 46卷 2.2.3 竹焦油对茵丝氧呼吸速率的影响 呼吸作 侵人而减少病斑数量的作用,而且能减缓病斑的 扩增。 表2对水稻纹枯病菌活体防治效果 Tab.2 Bioassay effects on R.solani 用是细胞内能量转化的中心环节,它所释放的能量 咖 咖 咖 咖 o 供应各种生命活动。由图3可以看出,竹焦油对菌 丝的呼吸速率有明显的抑制作用,0.637 mg・mL 的竹焦油处理120 min,菌丝的氧呼吸受抑制率 ∞ ∞达48.89%。 誊 2.3竹焦油成分的GC/MS分析结果 对本试验所用的竹焦油用GC/MS进行主要成分 0 20 40 6O 8O 100 12O 分析,获得的总离子色谱图中有近40个色谱峰(图 4)。将图中分离出的各组分提取质谱图,用NIST 98 —时间Time/min o一处理Treatment+CK 标准谱库检索和相关文献资料查阅,分别确认了24 种成分。用气相色谱面积归一化定量法计算出各种 成分的相对质量分数,其定性定量结果如表3所示。 图3 竹焦油对水稻纹枯菌呼吸强度的影响 Fig.3 Effect of bamboo—based tar on R.solani in the hypha respiration 已定性的24种化合物的相对含量为81.269%,其中 酚类物质相对含量高达72.491%,远高于文献值 2.2.4 防治效果测定 对照处理的蚕豆叶片接种 水稻纹枯病菌72 h后,叶面上出现大量褐色病斑, 但喷施竹焦油再接种的蚕豆叶片仅出现零星小病 斑,而接种发病后再喷施竹焦油,产生的纹枯病斑也 明显比对照小。病情统计表明,竹焦油对水稻纹枯 病有较好的防治作用,0.098,0.637 mg・mL 的竹 43.63%(钱华等,2006)。酚类物质的杀菌活性可用 酚系数来表示,在鉴定出的酚类物质中,苯酚、对甲苯 酚、邻甲苯酚、邻甲氧基苯酚的酚系数分别为1.5, 2.5,1.66,1.46有相近的酚系数,对乙基苯酚的活性 则是苯酚的5倍(孙君社等,1996),而对苯二酚类对 焦油72 h后的相对保护效果分别为33.31%, 51.18%,相对治疗效果分别为22.34%,38.19% (表2),显示了竹焦油不仅具有阻止水稻纹枯病菌 半镰刀菌的活性是苯酚的30多倍((张桂芝等, 2004)。测定结果说明,本竹焦油检测样中不含醋酸、 甲醇等竹醋中的固有的抑菌组分。 T1C:ZJY2.D 8 耋 桑 l 12l3 14 l516 17 5 7 8 ‘ .. .时间Time/min 图4竹焦油的总离子色谱图 Fig.4 GC/MS total ion chromatogram of bamboo-based tar 十字花科菌核病菌和水稻纹枯病菌的菌丝生长、稻 3结论与讨论 1)竹焦油对所有供试菌的菌丝生长和孢子萌 发均有一定的抑制作用,是一种广谱杀菌剂,其中对 瘟病菌的孢子萌发抑制效果较佳。 2)竹焦油对水稻纹枯病菌的离体抑制效果明 显高于井冈霉素,它具有使菌丝细胞壁粗糙、细胞膨 第4期 江茂生等:竹焦油对植物病原真菌的抑制作用 表3竹焦油的主要化学成分 Tab.3 Component analysis of bamboo-based tar by GC/MS 97 化合物名称 Chemical composition 相对含量 Percentage/% 化合物名称 Chemical composition 相对含量 Percentage/% 糠醛Furfural 一1.65 邻甲氧基一对甲苯酚2-methoxy-4一methyl phenol 2.26 z—Cvclopentenone 甲芋一 一环戊烯酮 ‘ 。 Y卜 0.48 0.388 1.741 1937 .苯并二氢呋喃Benzo-dihydrofuran 2一甲氧基一对苯二酚2-metho yhydr。quinone 4一4一3.956 4.393 4.865 4.:一 基一2一环戊烯酮3-methy —CvcloDentenone 苯酚Phenol 一2乙荸~2一甲氧基苯酚 。。thy ‘ -meth0xvDhenol .甲基.一 , 一环戊二酮 。di 。 “y 一 , 烯 .基.2一甲氧基苯酚4。aIlyl‘ -cyclopentenone 1A 2-methoxvDhenol 865 2 , 二甲基一 一环戊烯酮 , _ i 。 Y 0.z—cyctopentenone 367 2,6一二甲氧基苯酚2,6-dimetho yphenol 4一羟基一3 .-一17.369 7187. 邻甲苯酚m-methyl phenol 1.621 ydroxy 甲氧基苯甲酸4一h -3. lⅡ1 meti ̄oxy benzoic ac 1 .对甲苯酚p.methyl phen。1 2.421 ,6一二羟基一4一甲氧基苯乙酮2,6-dihydroxY一 4一methoxV-acet0Dhenone ..3705 .邻甲氧基苯酚0一methoxy phenol 7.715 烯 基一24 6 ., 6 一-2 二甲氧基苯酚 ’allyl , .dimethvIip_ln en01 ydro 羟 一?, . 甲氧基苯甲醛 。b xy‘3, ,o974—. 3一乙基一2.羟基一2一环戊烯酮3。ethyl-2。 hydroxy-2.cyclopenten0ne 一O987 一 .4一5 一dimeth0xvbenzaldehv-uae .3740. 一2,4一二甲基苯酚2,4-dimethyl phenol 对乙基苯酚4-ethyl phenol 0.953 3.748 4 一羟芋一) , 一二甲氧基苯乙酮 。hydroxy。 , .一d1methoxVacetOphenOne 1.315 5.998 一 4di孥基一 ,5 二.甲氧基苯乙酸4-hydro y 3,5— methoxyphenylacetic acid -,.大、生长末端钝圆,细胞质产生絮凝的作用,能抑制 菌丝生长的氧呼吸速率,活体试验中也体现出较好 的防治效果。 参 考 文 献 蒋建春,邓先伦,张燕萍,等.2005.竹材热解特性研究.林产化学与 工业,25(增):15—18. 3)本试验制得的竹焦油中,酚类物质的含量远 高于文献报道值。但竹焦油的组成、抑菌活性与热 解温度、升温速率、热解氛围和热解时间等因素有 康业斌,商鸿生,成玉梅.2007.丹皮酚对植物病原真菌的体外抑制作 用.植物保护学报,34(6):580—585. 孟昭礼.2004.银杏及其仿生杀菌剂.北京:中国科学技术出版社. 孟昭礼,方向阳,罗 兰,等.2007.仿生农用杀菌剂银泰的研制与应 用.中国工程科学,9(3):28—34. 倪春耕.2006.竹醋液抑菌活性及应用技术研究.安徽农业大学硕士 学位论文. 钱华,钟哲科,王衍彬,等.2006.竹焦油化学组成的GC/MS法分 析.竹子研究汇刊,25(3):24—27. 孙君社,张德聪.1996.酚类物质结构与其杀菌活性的关系.郑州轻 工业学院学报,11(2):32—35. 关,因此有必要深入研究制备高抑菌活性竹焦油的 热解工艺。此外竹焦油中的高抑菌成分、抑菌机制 和田间应用效果也有待进一步研究。 4)杀菌剂是植物病害防治的主要手段。低成 本地开发高效低毒的新型杀菌剂一直都是农业领域 的热点问题。近年来生物源(如植物源)活性物质 杀菌剂的研究与开发目前在我国正蓬勃开展,但由 于受原料来源限制,且活性物质的可变因素太多,开 发成杀菌剂新剂型或得到新型活性物质前驱体并进 一王文桥,许晓梅.2005.竹醋液对几种植物病原真菌的抑制活性.植物 病理学报,35(6):99—104. 步开发存在很多困难。竹焦油抑菌活性强,来源 吴光旭,何庭玉,刘爱嫒,等.2004.植物中抗病原真菌的活性物质.植 物学通报,21(3):367—375. 广,在热解工艺稳定的前提下具有相对稳定成分,相 对于化学杀菌剂(包括仿生化学合成杀菌剂)和植 物源活性物质杀菌剂具有不可比拟的优势,作为一 徐明,任海青,徐金梅.2008.中国近五年竹材加工利用研究进展及 展望.世界林业研究,21(1):61—67. 张桂芝,杨世忠,张唯一.2004.酚类物质及其化学修饰物抗真菌的构 效关系研究.食品科学,25(2):68—71. Mazela B.2007.Fungicidal value of wood tar from pyrolysis of treated 类特殊的植物源新型杀菌剂开发将具有重大的经济 和社会价值。 wood.Waste Management,27(4):461—465. (责任编辑朱乾坤)