植物挥发性有机物合成与代谢途径及其释放与感知调控机制的研究进展

植物释放的挥发性有机物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)是具有低沸点、易挥发的低分子量亲脂性化合物,在植物发育的整个过程中,它们通常通过不同底物的几个独立途径由不同的酶催化合成,并受关键基因及转录因子等调控代谢,随后在植物细胞内和细胞之间移动而被释放出来,最终作为植物内部信号被植物感知从而进行传递交流,影响着植物各种生理反应。本文对植物BVOCs参与合成及代谢途径的调控机制、释放的细胞生理和理化性质及植物对BVOCs的感知调控进行分析和解读,以期为BVOCs的合成与代谢、释放与被感知机制的进一步研究提供参考。

几种海南岛热带雨林优势种植物挥发性有机物排放对模拟氮沉降的短期响应

BVOCs(Biogenic Volatile Organic Compounds)是植物向大气释放的一类重要气态化合物,能参与大气化学过程和陆地生态系统碳素循环。分析环境因子对BVOCs排放的影响,对科学认识未来气候变化具有重要意义。氮素作为植物生长、发育所需的大量营养元素之一,其沉降增加是当前全球气候变化的主要驱动因素之一,但学者对BVOCs如何应对氮沉降增加知之甚少。因此以海南岛热带雨林树种:木荷(Schima superba)、厚壳桂(Cryptocarya chinensis)和线枝蒲桃(Syzygium araiocladum)为研究对象,通过温室盆栽实验模拟氮沉降对3个树种BVOCs释放的短期效应。主要结论如下:(1)自然状态下,从木荷、厚壳桂和线枝蒲桃的枝叶中鉴定出14、34和24种挥发性有机化合物,包括异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯和其他挥发性有机化合物(烷烃、羰基、醛、醇、酯、醚和酸),此外三个阔叶树种释放BVOCs的速率呈厚壳桂>木荷>线枝蒲桃;(2)外源施氮均促进了三种植物幼苗VOCs释放,其中总VOCs释放速率和成分数量均随施氮浓度的升高而增加,且叶面施氮的影响效果显著高于土壤施氮。(3)三种植物幼苗对氮沉降的敏感性大小表现为木荷>厚壳桂>线枝蒲桃。(4)外源施氮对植物的生理参数和土壤肥力均产生了影响,且叶面施氮的影响效果更为突出。生理参数中,净光合速率与幼苗释放BVOCs关系最为密切,其次是气孔导度。施氮主要对土壤pH、NH^(+)_(4)-N和NO^(-)_(3)-N有显著影响,其次是有效磷(Available phosphorous,AP)和总磷(Total phosphorus,TP)。

植物挥发性有机物的作用与释放影响因素研究进展

植物释放的挥发性有机物属于植物次生代谢物质,对环境和人类生存具有正反两方面的作用。一方面,它们具有杀菌抑菌、保健等功能;另一方面,它们还参与对流层大气化学过程,对全球气候变化、碳循环和人类健康等有潜在的负面影响。综述了植物挥发性有机物(BVOCs)的作用、影响BVOCs释放的因素及还有待扩展和深入研究的方面,并对今后的研究进行了展望。结果表明:1)植物挥发性有机物对环境和人类健康有正反两方面的作用,目前大部分研究集中于杀菌抑菌等正面效应,而针对植物VOCs的负面效应研究较少;2)影响植物VOCs释放的因素包括内部因素(树种差异、生理因素、N素)和外部因素(光照、温度、湿度、CO2、臭氧和胁迫),目前研究多集中于单一因素;3)今后应加强植物VOCs释放机理的研究,分析其他因素或几种因素相互作用对植物释放VOCs的影响;建立和完善理论模型,用以模拟各种植物VOCs排放的时空动态,更好地预测全球气候变化。

植物挥发性有机物数据库的建立及应用

通过收集已有植物挥发性有机物信息,利用MDL ISIS Base化学信息管理系统,构建了植物挥发性有机物数据库;同时,运用Discovery Studio模拟结合板块,对数据库进行了虚拟筛选。该数据库包含2 410个挥发性有机物的分子式、结构式、分子质量、CAS号等基本参数;以斜纹夜蛾普通气味结合蛋白Ⅱ(SlitGOBPⅡ)为靶标,应用此数据库对其进行虚拟筛选并得到6个备选活性化合物,其中泼尼松(prednisone)和SlitGOBPⅡ能够结合成稳定的复合物。植物挥发性有机物数据库的构建,以及Discovery Studio的分子模拟对接技术的应用,可为今后新型农药的研制提供理论依据。

电子鼻测定植物挥发性有机物方法研究

建立了电子鼻技术(GC/SAW)快速实时检测植物挥发性有机物(BVOCS)的分析方法。考察了检测器温度、进样温度、柱温、升温速率等因素的影响,确定了电子鼻技术分析BVOCS的最佳条件为:检测器温度60℃、进样口温度100℃、柱温40～145℃(10℃/s)、阀温145℃、预浓缩管250℃、载气流速3mL/min。在上述条件下,测得不同时间(日内、日间)α-蒎烯和异戊二烯分别在0.027～8.580mg·L-1、0.425～68.100mg·L-1范围内线性良好;α-蒎烯和异戊二烯的回收率分别在90.74%～107.41%和91.29%～102.88%之间;相对标准偏差(RSD)均小于5%;检测限在0.2～1.0μg·L-1内。

植物挥发性有机物的初步研究

20 0 0年 1～ 6月期间 ,美国国家大气研究中心 (NCAR)和中国科学院大气物理研究所的科学家发展了一套自动的气相色谱系统和分析方法 ,用于分析大气中的挥发性有机物。此系统性能稳定 ,重复性好 ,对美国大气研究中心附近的大气进行了采样分析。

植物挥发性有机物研究进展

植物挥发性有机物的分析与评价为景观规划和设计提供了参考,对配置植物进行植物造景起着重要的作用,为园林绿地生态功能的发挥提供了重要的依据和保障.以植物挥发性有机物的分析与评价为基础,通过对植物挥发性有机物的成分、植物挥发性有机物的医疗与保健作用、影响植物挥发性有机物释放的因素等方面的分析,探讨了植物挥发性有机物的提取分离方法和应用研究进展,提出了植物挥发性有机物研究目前存在的不足并概括了未来的研究方向.结果显示:当前植物挥发性有机物研究在范围上逐渐从微观尺度发展到宏观尺度,日益强调多物种组合的生态功能,重点关注植物挥发性有机物的医疗与保健作用研究;指出了植物挥发性有机物研究的关键在于研究结果在植物造景和景观规划中的应用,在评价内容和评价方法上应该借助基础研究的长期监测、评价的量化以及多学科交叉.

油松植物挥发性有机物释放动态及其抑菌作用

【目的】植物挥发性有机物(BVOCs)中的一些成分具有净化空气、改善身心健康的生态功能。通过研究夏秋季节油松叶片BVOCs的成分、动态变化及其对于空气微生物的抑制作用,揭示油松叶片释放BVOCs组分与规律,探索其抑菌特性,为森林康养型植物的选择及应用提供理论依据。【方法】利用动态顶空吸附采集法与热脱附−气相色谱−质谱(TDSGC-MS)联用技术,进行油松叶片BVOCs的采集与分析。通过城市微生物采集点与油松样地空气微生物含量测定的对照试验计算油松叶片BVOCs的抑菌率。【结果】(1)油松叶片释放的BVOCs共测定出11类173种化合物,其中,夏季共测定出11类113种化合物,秋季共测定出11类103种化合物。主要组成成分为烷烃与烯烃,夏季含量最高可达70%以上,秋季最高可达90%以上。夏季较秋季油松叶片释放的BVOCs组成成分更丰富且总量高但夏季油松叶片BVOCs释放峰值要滞后于秋季。(2)在环境因子中,油松BVOCs释放量与大气温度呈不显著正相关,与大气湿度呈不显著负相关。(3)油松叶片BVOCs抑菌物质释放量呈现出“一峰一谷”的日变化趋势,夏、秋季抑菌物质释放峰值分别为14:00与12:00,且夏季较秋季抑菌物质释放总量高。油松对空气微生物的抑制作用具有明显的日变化规律,其中以对细菌的抑制作用最显著,且抑菌率表现为早上>中午>晚上。(4)综合考虑油松BVOCs对人体有益及有害影响,夏季在16:00,油松叶片BVOCs中有益于人体健康的成分相对含量达到一天中的最高值,有害物质相对含量为一天中的最低值;在秋季,14:00至16:00油松叶片BVOCs中有益于人体健康的成分相对含量上升,有害物质相对含量下降,且在16:00左右抑菌物质相对含量达到峰值,有害物质相对含量接近于零。【结论】在一天不同时间和一年不同季节(夏季和秋季)油松叶片释放BVOCs的组成及相对含量存在较大差异。油松叶片BVOCs对空气中细菌有明显抑制作用,具有明显的改善空气质量作用。夏秋季节14:00至16:00左右林内对人体有益的油松植物挥发物质较多,对人体产生不利影响的挥发物质较少。研究结果为进一步揭示油松释放BVOCs调节人体健康的生理响应机制提供理论依据。

基于动态模型的四川盆地植物挥发性有机物排放

本文在Guenther提出的经典天然源模型的基础上,结合WRF-CHEM简单天然源算法,针对气象变化和CMAQ模型数据格式特点,对BVOCs的算法进行了适当修正和改良,开发了可直接用于空气质量模型的BVOCs动态排放模型.研究结果表明,四川盆地2015年异戊二烯和单萜烯的年排放量分别为5.79×10^(-5)Tg C和3.05×10^(-5)Tg C,月排放具有显著差异;四川盆地植物异戊二烯、萜烯的排放量空间分布很好地反映了四川盆地的植被分布情况,异戊二烯、萜烯排放主要集中在盆地边缘的高山地区,两个物种的高浓度排放主要集中在气温较高、日照较强的夏季和初秋季节,且均在7月达到月均排放量的最大值.本研究建立的动态排放模型能够为空气质量模型提供一种快速衡算BVOCs排放的方法,具备一定的实用性.

植物挥发性有机物释放对气象因子的响应研究

植物挥发性有机物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)是植物次生代谢产物之一,可以抵御生物和非生物胁迫,具有重要的生理和生态学意义。本文概述了水分、温度、二氧化碳和臭氧浓度及光照变化对BVOCs释放的影响作用以及影响机理。BVOCs总量及其特定组分的释放对水分、温度、二氧化碳和臭氧浓度及光照的响应并不一致,可能呈现出增加、降低、先增加后降低、没有明显变化等不同的响应趋势。针对当前我国在环境胁迫条件下的植物BVOCs释放组分和释放规律等方面的研究现状,对今后的研究方向进行了展望,建议加强探究BVOCs释放的主导因子以及对多个气象因子的综合响应。

基于VOSviewer和CiteSpace的植物源挥发性有机物研究进展分析

植物源挥发性有机物(BVOCs)会影响大气环境质量。近年来全球变化导致的植被覆盖改变,无疑对BVOCs释放及区域大气环境产生深远影响。利用可视化工具VOSviewer和CiteSpace对1981-2023年共8467篇文章进行分析发现,此期间发文数量增加明显,并经历三个数量攀升期。中国、美国的科研成果引用最多,中国科学院是国内研究的重要贡献单位。根据关键词分析可知,BVOCs的检测方法、组分及其生态学效应、与环境因子的关系、释放量模拟是该领域主要研究方向。2010年前后研究热点从原先集中于BVOCs释放规律及其主要物质的生态效应,分化出基于估算区域或全球BVOCs的释放量。未来该领域研究将会围绕各环境因子与BVOCs释放的相关性、不同条件下BVOCs的生态效应以及大尺度下对BVOCs释放量估算模拟等方面展开。

植物源挥发性有机物采样和分析方法研究进展

植物源挥发性有机物(BVOCs)排放量约占全球总VOCs排放的90%,其排放易受环境因子(温度、光照、土壤水分、饱和水汽压差、风速、风向、O_(3)和CO_(2)浓度等)的影响,对采样和分析要求极高,而BVOCs样品的精准采集与分析是获取BVOCs排放因子的基础。该文综述了国内外BVOCs采样和分析方法,根据采样系统是否能控制或模拟环境因子(温度、湿度、光照强度、空气湍流、二氧化碳浓度等),对采样叶室的适用性进行了分析。其中光合仪-动态封闭系统可精准控制温度、光照强度、二氧化碳浓度,易使空气形成自然交换且便于外场测量,适用于大多数植物BVOCs排放测量。依托高塔、系留球、飞机等开展测量的开放式采样系统适用于外场的长期观测。PTR-MS、PTR-TOF-MS、Vocus-PTR-TOF等在线分析系统逐步得到应用。微型传感器已应用于BVOCs的快速检测,碳同位素分析法已应用于BVOCs合成转化过程中组分的探究。对采样和分析系统发展的研究,将为精准获取BVOCs排放因子并评估其环境效应提供依据。

山东省植物源挥发性有机物排放特征

山东省夏季主要大气污染物为臭氧(O_(3)),植物源挥发性有机物(BVOCs)作为O_(3)生成的重要前体物,其排放量的准确计算将在大气污染防治中起到重要作用.本文对山东省9个优势树种降雨前后的BVOCs排放速率和相关气象因子进行实地监测,采用G95光温模型-遥感叶生物量校正法,结合树种蓄积量信息,计算得到山东省BVOCs排放总量.结果表明:(1)山东省2021年BVOCs总排放量为256837.21 t,排放物质以异戊二烯(25.75%)和含氧VOCs(36.61%)为主,单萜烯(18.20%)、倍半萜烯(5.83%)和其他VOCs(13.61%)相对较少.(2)森林和农田是主要的BVOCs排放源,排放量占比分别为58.81%和32.07%.(3)BVOCs排放量较大的4个城市分别为临沂市(11.92%)、潍坊市(9.81%)、济南市(9.53%)和烟台市(9.09%).(4)针叶树种侧柏(Platycladus orientalis)、赤松(Pinus densiflora),阔叶树种白蜡(Fraxinus chinensis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、杨树(Populus tomentosa)、栎树(Quercus mongolica)、柳树(Salix babylonica)7个树种BVOCs排放速率在降雨后均显著降低,降幅在20.71%~93.94%之间.研究显示,山东省夏季BVOCs排放量较高,具有明显的季节性特征;降雨可不同程度地降低植被BVOCs排放量,夏季O_(3)污染高发期可通过人工降雨或洒水降低O_(3)前体物浓度,削减O_(3)生成.

山东省植物源挥发性有机物排放特征及清单构建

为探究山东省植物源挥发性有机物(BVOCs)的排放,利用最新的普查结果——第九次一类植物清查报告,参考其他研究中涉及本研究对象植物的BVOCs排放因子,使用光温模型对2016年山东省植物源挥发性有机物的排放量进行估算,并探究其对区域空气质量的影响。基于对16种优势植被类型的测算,2016年山东省BVOCs排放总量为198.0 Gg/a,异戊二烯排放量为176.5 Gg/a,占比89.1%;单萜烯和OVOCs排放量分别为:16.4和5.1 Gg/a,占比8.3%和2.6%。7月BVOCs排放量最高,占比29.1%,其中异戊二烯、单萜烯和OVOCs的占比分别为90.8%,7.1%和2.1%。BVOCs季节变化明显,除冬季外主要排放异戊二烯,冬季主要排放单萜烯和OVOCs。杨树是主要的异戊二烯和BVOCs排放量的贡献者,排放量为84.2 Gg/a。草地是单萜烯排放量最大的植物,排放量为11.4 Gg/a。BVOCs对臭氧生成潜势的贡献量为1938.9 Gg/a,异戊二烯是主要的贡献者,占比96.6%。BVOCs对二次有机气溶胶(SOA)生成潜势的贡献为8.5 Gg/a,异戊二烯和单萜烯分别占比41.7%和58.3%。

植物挥发性有机物的气候与环境效应研究进展

植物挥发性有机物(Biogenic Volatile Organic Compounds,BVOCs)是大气中挥发性有机化合物(VOCs)的主要组分,具有重要的气候与环境效应。在梳理和总结既有研究成果的基础上,立足于BVOCs的大气化学过程,阐述了BVOCs不同组分的化学反应过程及其在大气臭氧(O3)和二次有机气溶胶(SOA)污染形成中的作用,指出了BVOCs在O_3和SOA污染形成中的重要性,以及BVOCs影响地球气候的2种主要途径:1通过形成SOA以气溶胶的形式影响地球大气辐射平衡;2参与地球碳循环,影响CH_4和CO等温室气体的寿命。进而,分别总结了BVOCs通过上述2个途径对地球气候影响的研究成果;阐述了BVOCs观测技术的现状与排放量估算模型的发展历程,分析了模型的优缺点与模型间的传承关系及其与气候系统模式耦合的现状。同时展望了BVOCs气候与环境效应亟需深入研究的问题,包括BVOCs氧化机制、产物的理化性质、耦合BVOCs排放及大气化学过程的地球系统模式研制等。

雪松挥发性有机物成分分析及动态变化特征研究

【目的】选取世界著名的庭园观赏树种之一雪松(Cedrus deodara),开展植物源挥发性有机物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)排放特征及有益组分分析实验,为城市绿地植物配置及生态康养功能发挥提供理论参考。【方法】采用动态顶空套袋法与热脱附-气相色谱-质谱联用法(TDS-GC-MS),对雪松不同时期释放的挥发性有机物成分及相对含量变化特征进行研究。【结果】结果表明,7—11月雪松挥发性有机物共鉴定出114种化合物,包含烷烃类、烯烃类、芳香烃类、醛类、醇类、酮类、酯类、其他类共8类。从月变化来看,7月化合物数量最多,共鉴定出64种;10月最少,仅检测出47种化合物,夏季化合物数量明显高于秋季。烯烃类化合物占比始终最大,相对含量均超过70%,生长季内趋势为逐渐升高,因此是雪松释放的主要成分。从日变化来看,雪松挥发物中烯烃类物质整体呈现“两峰三谷”型变化趋势,其相对含量下午高于上午。雪松枝叶释放的BVOCs中有多种对人体健康有益的烯烃类,其中(-)-β-蒎烯、(+)-α-蒎烯、(+)-柠檬烯等占比较高,这些成分均具有一定的保健功效。【结论】雪松是营造保健型园林景观的理想树种。

桃叶释放挥发性有机物成分及变化规律

【目的】探究在生长季桃叶片释放植物源挥发性有机物(BVOCs)成分组成和相对含量的动态变化特征。【方法】采用动态顶空采集法收集叶片释放的BVOCs,结合自动热脱附-气相色谱/质谱联用技术进行BVOCs成分的测定。【结果】在整个生长季(5—10月),桃叶共释放12类266种BVOCs,其中烷烃类(44)、烯烃类(41)和醇类(40)种类数量较多,组分总量从大到小的月份分别为:9月(115)、8月(84)、7月(79)、6月(73)、5月(72)、10月(27),以释放烷烃类、烯烃类、芳香烃类、酯类、醛类、酮类和醇类为主;除5月外,各月烯烃类BVOCs相对含量在一天中表现为上午>下午,其他类别BVOCs相对含量峰值会出现在任意时间点,当烯烃类BVOCs相对含量下降时,烷烃类、芳香烃类、酯类、醛类和醇类也会出现明显变化;桃叶共检测出8类45种有益BVOCs成分,主要包括烯烃类、酯类、醛类和醇类BVOCs,有益组分总相对含量为夏季(39.50%)>秋季(36.71%)>春季(35.99%);一天内各时间点有益成分的相对含量和数量随月份增加呈波动下降趋势,一般在10:00和14:00达到最高值,其中春季(5月)08:00释放有益BVOCs的相对含量为全年同时间点最高(77.85%),释放的主要有益BVOCs成分包括α-蒎烯、3-蒈烯、罗汉柏烯、乙酸乙酯、天然壬醛和庚醛。【结论】桃叶释放BVOCs组分存在明显的季节动态变化性和日变化差异,有益BVOCs成分丰富,且桃树林内最佳游憩时间段为08:00—10:00。

苹果叶释放挥发性有机物成分及变化规律

【目的】探究生长季苹果叶片释放植物源挥发性有机物(BVOCs)成分组成和相对含量的动态变化特征。【方法】采用动态顶空采集法收集叶片释放的BVOCs,结合自动热脱附-气相色谱/质谱联用技术进行BVOCs的成分测定。【结果】在整个生长季(4—10月),苹果叶共检测出12类295种BVOCs,其中烷烃类(56)、烯烃类(40)和芳香烃类(34)种类数量较多,组分总数量9月(113)>5月(100)>6月(70)=7月(70)>8月(67)>4月(45)>10月(20),以释放烷烃类、烯烃类、芳香烃类、酯类、醛类和醇类为主;不同月份一天中,烯烃类BVOCs相对含量均表现为上午>下午,其他类别BVOCs相对含量峰值会出现在任意时间点;苹果叶共检测出8类40种有益BVOCs成分,主要释放烯烃类、酯类、醛类和醇类BVOCs,有益组分总相对含量为夏季(47.59%)>春季(35.96%)>秋季(23.13%),在一天中,各时间点有益成分相对含量和数量随月份增加呈波动下降趋势。春季(5月)12:00和16:00释放有益BVOCs相对含量为全年同时间点最高,均超过70%,主要释放有益BVOCs成分包括α⁃蒎烯、对薄荷⁃1(7),3⁃二烯、3⁃蒈烯、罗汉柏烯、乙酸乙酯等。【结论】苹果释放BVOCs组分存在较明显的季节和日动态变化性,释放有益BVOCs能力较强。

北京地区植物源挥发性有机物(BVOCs)排放清单

利用现场连续监测的方法获取或采用专业气象部门资料以及林业资源二类清查数据的植被资料,运用Gl OBEIS模型,对北京地区2011年度植物源挥发性有机物(BVOCs)排放总量进行了估算,同时,也对所研究树种异戊二烯、单萜烯排放量进行了估算.结果表明,BVOCs的排放量分布情况与北京地区植被的分布情况有一定的相关性,并且VOCs的排放情况具有明显的季节依赖性.研究树种类型分为常绿乔木、落叶乔木、灌木、草本花卉,BVOCs排放量最大的依次为油松、苹果树、大叶黄杨和竹.其中,异戊二烯排放量最高为法桐,排放年通量可达313.92μg·(g·h)^(-1);单萜烯排放量最高为苹果树,排放年通量可达726.68μg·(g·h)^(-1).估算过程中的误差主要来自于植物标准排放因子的获取、叶生物量的计算,气象参数的变化也会给排放清单带来较大的不确定性.

热解吸-气相色谱法测定植物源挥发性有机物

以Tenax-TA、Carboxen 1000和Carbosieve SⅢ为采样管填充料,将植物源挥发性有机物吸附于采样管内,样品通过二次热解吸仪解吸后,随载气进入气相色谱仪,采用氢火焰离子化检测器(FID)测定,建立了利用二次热解吸仪与气相色谱联用技术测定植物挥发性有机物的分析方法。载气N2流速为30 mL/min,60℃下吹扫吸附管2 min,然后在250℃下解吸吸附管5 min,冷却1 min后,在275℃下解吸聚焦管3 min,样品经传输线进入气相色谱。气相色谱载气N2压力为190 kPa,FID检测器温度280℃;进样口温度225℃;初始柱温40℃,停留5 min,以2℃/min升温至120℃,保留1 min,然后以20℃/min升温至200℃,保留10 min。方法重现性好,精密度高,线性相关系数大于0.99;检出限均低于9×10-9g/L;解吸效率大于96%,适用于植物源挥发性有机物的测定。