江西省高產(chǎn)脂濕地松松脂成分分析與評價

雷 蕾，潘顯強，3，張 露*，易 敏，范國榮，孫世武，趙 衡，蘇 恒

(1.江西農(nóng)業(yè)大學 林學院，江西 南昌 330045;2.吉安市青原區(qū)白云山林場，江西 吉安 343062;3.南昌市林業(yè)局，江西南昌330038)

我國是全球最大的松脂生產(chǎn)和出口國，其產(chǎn)業(yè)占全球60%以上的份額。2002年以前我國90%以上的松脂來源于馬尾松，近10年來濕地松的松脂產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展起來，各地紛紛建立濕地松的釆脂林［1-2］。濕地松具有產(chǎn)脂量大，松脂不易結(jié)晶，β-蒎烯含量高的特點，是不同于馬尾松的又一優(yōu)良的松脂資源。研究表明，不同種源的地理變異導致松脂的化學組成差異顯著［3］，不同地區(qū)的濕地松松脂成分也有所差異［4-6］，這些前期研究為本研究對江西省濕地松松脂資源的評價提供了很好的參考價值，但未見以高產(chǎn)脂濕地松為研究對象的報道。

江西省于20世紀30年代開始引種濕地松，今已成為江西省最主要采脂樹種，僅吉安市就有近20.67萬hm2的濕地松采脂林，其年產(chǎn)量位居全國之首，但目前存在面積大蓄積量低的問題。為了經(jīng)營好江西省的松脂產(chǎn)業(yè)，本研究通過對高產(chǎn)脂濕地松和普通濕地松松脂成分的測定，分析了高產(chǎn)脂濕地松與普通濕地松之間的差異，產(chǎn)脂量與各化學組分之間的關(guān)系，以及各組分之間的相關(guān)性，并以此為基礎(chǔ)分析了江西省高產(chǎn)脂濕地松松脂資源的優(yōu)勢，提出了江西省濕地松改良的建議，為高產(chǎn)脂濕地松的松脂品質(zhì)改良及早期選擇提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

試驗地位于江西吉安白云山林場，東經(jīng)115°11′，北緯26°51′，海拔90 m，亞熱帶氣候。造林地屬丘陵紅壤，林地植被主要是芒屬(Miscanthus)植物。試驗林采用隨機區(qū)組設(shè)計，共113個美國引進的高產(chǎn)脂濕地松(Pinus elliottii)家系，5次重復，4株小區(qū)，1989年春育苗，1990年春造林。

年產(chǎn)脂量的測定:采用下降式割脂法，于2005年5月-10月對林內(nèi)所有濕地松進行割脂，每日一刀，負荷45%，按月稱重，測定全年產(chǎn)脂量，同時測定樹高、胸徑，計算產(chǎn)脂力(產(chǎn)脂力:指1 cm割口的產(chǎn)脂量)。

選擇試驗林內(nèi)高產(chǎn)脂濕地松共186個單株，屬于32個家系，試驗林內(nèi)隨機取20個家系的60株平均木(非高產(chǎn)脂)作為對照。于2013年7月的晴朗天氣下，在樹木離地面180 cm處用直徑為16 mm的鉆頭進行鉆孔，孔深約0.5 cm，放置松脂標準化測試收集儀［7］收集松脂，24 h后用Parafilm封口膜(美國)封口，螺口塑料蓋密封，標號，帶回實驗室，5 d內(nèi)分析化學成分。

表1 186個高產(chǎn)脂濕地松的基本特征Tab.1 The basic traits of 186 high resin P.elliottii

1.2 測定方法

收集的松脂樣品將松脂在試管內(nèi)攪拌均勻，取少量松脂溶于無水乙醇中，以酚酞為指示劑，用四甲基氫氧化銨［(CH3)4NOH·5H2O］乙醇溶液滴至微紅色，直接進行氣相色譜和氣-質(zhì)聯(lián)用分析。

色譜條件:60℃保持2 min，5℃/min升到80℃，再30℃/min升到230℃，最后5℃/min升到240℃，保持10 min。氣化室和檢測器溫度均保持在260℃，進樣量:0.4 μL。

1.3 數(shù)據(jù)分析

通過化學工作站數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，各成分分別用NIST08譜庫進行檢索，用色譜峰面積歸一化法，得到松脂各化學成分的相對百分含量，并計算松脂中的單萜類、倍半萜類和二萜類組分的總百分含量，基本特征用Office Excel 2003軟件統(tǒng)計。方差分析、協(xié)方差分析和回歸分析用SAS 8.0軟件計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 高產(chǎn)脂濕地松松脂成分的變異

由于實驗中部分樣品有揮發(fā)現(xiàn)象(管內(nèi)松脂由流體黃色變成半固體白色，即為松節(jié)油揮發(fā))，本研究對其成分進行測定，最終獲得146個單株松脂成分測定數(shù)據(jù)，氣-質(zhì)聯(lián)用分析GC-MS色譜峰圖如圖1。從表2分析可知，146個濕地松松脂試樣成分中，有19.18%(28株)檢測出＞30種成分，80.82%(118株)檢測出19～29種成分，對照(普通濕地松)檢測出34種成分，可見高產(chǎn)脂濕地松松脂化學成分較均一。本研究將含量＞0.02%的組分的基本特征進行統(tǒng)計(表2)，共25種成分，包括6種單萜類組分、1種倍半萜烯類組分和18種二萜類組分(含量＜0.02%的組分定為痕量，本研究未統(tǒng)計其含量)。

高產(chǎn)脂濕地松松脂單萜類組分總含量平均占松脂總含量的42.91%，其中a-蒎烯和β-蒎烯含量最高，這兩項平均占松脂含量的39.71%，占單萜類組分總含量的92.92%。莰烯、雙戊烯、對傘花烯和月桂烯的含量相對較少。對照試樣(普通濕地松松脂)的單萜類組分含量占松脂總含量的36.18%，a-蒎烯和β-蒎烯占松脂含量的31.24%，占單萜類組分含量的86.35%。這些單萜類組分是濕地松松節(jié)油的主要成分，可見，高產(chǎn)脂濕地松松脂的松節(jié)油含量較普通濕地松松脂高。

二萜類組分總含量平均占松脂含量的55.10%，其中，左旋海松酸、樅酸、新樅酸的含量最高，分別占松脂含量的 20.39%、11.23%和 10.50%，分別占二萜類組分含量的 37.01%、20.67%和 19.06%。海松酸型樹脂酸占松脂含量的5.43%，占二萜類組分含量的9.85%。樅酸型樹脂酸占松脂含量的46.91%，占二萜類組分含量的85.14%。對照試樣(普通濕地松松脂)的二萜類組分含量占松脂含量的60.87%，海松酸型樹脂酸占松脂含量的15.34%，占二萜類組分含量的25.21%，樅酸型樹脂酸占松脂含量的49.62%，占二萜類組分含量的81.52%。這些二萜類組分是濕地松松香的主要成分，高產(chǎn)脂濕地松松脂的海松酸型樹脂酸含量比普通濕地松低，樅酸型樹脂酸含量與普通濕地松松脂相近。

圖1 松脂試樣的GC-MS色譜峰圖Fig.1 GC-MS Chromatographic peak figure of resin sample

表2 高產(chǎn)脂濕地松松脂成分基本特征統(tǒng)計Tab.2 The basic statistics of turpentine composition of high resin P.elliottii

2.2 單萜類物質(zhì)及其各組分之間的相關(guān)性分析

高產(chǎn)脂濕地松松脂樣品含單萜類組分較均一，共檢測出6種化學成分:a-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、雙戊烯、對傘花烯、月桂烯。年產(chǎn)脂量與單萜類組分總含量相關(guān)性低，與a-蒎烯呈極顯著正相關(guān)，與β-蒎烯和月桂烯呈極顯著負相關(guān)。產(chǎn)脂力與單萜類組分總含量顯著相關(guān)，與各單一組分含量不相關(guān)。單萜類組分含量與a-蒎烯、莰烯、β-蒎烯的含量顯著或極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.19～0.52。a-蒎烯與 β-蒎烯、對傘花烯、月桂烯呈顯著或極顯著負相關(guān)，月桂烯與其他3種組分均呈顯著或極顯著正相關(guān)，莰烯與對傘花烯呈顯著正相關(guān)，β-蒎烯與雙戊烯呈顯著正相關(guān)(表3)。

表3 單萜類物質(zhì)與各組分之間的相關(guān)性分析Tab.3 The correlation of monoterpenoids and its chemical compositions

2.3 倍半萜烯和二萜類物質(zhì)及其各組分的相關(guān)性分析

高產(chǎn)脂濕地松松脂樣品含倍半萜烯和二萜類組分較均一，除痕量物質(zhì)外，共檢測出1種倍半萜類和18種二萜類物質(zhì)(表4)。年產(chǎn)脂量與二萜類組分總含量相關(guān)性低，與左旋海松酸、樅酸、新樅酸含量呈極顯著正相關(guān)。產(chǎn)脂力與二萜類組分總含量呈顯著負相關(guān)，與異海松酸和新樅酸極顯著負相關(guān)。二萜類組分含量與異海松酸、左旋海松酸、去氫樅酸、樅酸、新樅酸等10種組分呈顯著或極顯著正相關(guān)，其中與新樅酸含量的相關(guān)系數(shù)最高(0.831 5)。海松烯與海松醛呈極顯著正相關(guān)。海松醛、環(huán)異長葉烯、海松酸、濕地松酸、山達海松酸之間互呈顯著或極顯著正相關(guān)(除海松酸與山達海松酸之間相關(guān)關(guān)系不大)。異海松酸、左旋海松酸、長葉松酸、樅酸、新樅酸之間互呈顯著或極顯著正相關(guān)(除異海松酸與縱酸的相關(guān)關(guān)系不大)。去氫縱醛、6，8，11，13-樅四烯酸、南亞松酸、7，13，15-樅三烯酸、8，14-二氫海松酸、15-羥基去氫樅酸之間互呈顯著或極顯著正相關(guān)。6，8，11，13-樅四烯酸與左旋海松酸呈顯著負相關(guān)，去氫樅酸與山達海松酸、長葉松酸、15-羥基去氫樅酸呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.19～-0.25。

2.4 單萜類組分與二萜類組分之間的相關(guān)性分析

高產(chǎn)脂濕地松松脂樣品中單萜類組分含量與二萜類組分含量呈極顯著負相關(guān)(r2=-0.958 1)。二萜類組分含量與a-蒎烯、β-蒎烯含量呈極顯著負相關(guān)。單萜類組分含量與12種二萜類組分呈顯著或極顯著負相關(guān)，其中與左旋海松酸和新樅酸的相關(guān)性最大，相關(guān)性系數(shù)分別為-0.726 6和-0.802 2。a-蒎烯與11種二萜類組分呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.21～-0.40。莰烯與長葉松酸、南亞松酸呈顯著或極顯著負相關(guān)。β-蒎烯與異海松酸、左旋海松酸、新樅酸呈極顯著負相關(guān)。雙戊烯與異海松酸、左旋海松酸、6，8，11，13-樅四烯酸、8，14-二氫海松酸呈顯著或極顯著負相關(guān)(表 5)。

表4 二萜類物質(zhì)與各組分之間的相關(guān)性分析Tab.4 The correlation of diterpenoids and its chemical composition

表5 單萜類物質(zhì)與二萜類物質(zhì)各組分之間的相關(guān)性分析Tab.5 The correlation of monoterpenoids and diterpenoids compositions

3 結(jié)論與討論

3.1 高產(chǎn)脂濕地松松脂成分較普通濕地松均一

高產(chǎn)脂濕地松的松脂成分主要包括6種單萜類組分、1種倍半萜烯類組分和18種二萜類組分。一般來說，濕地松含7-12種單萜類組分，1-2種倍半萜烯和20種以上二萜類組分［2-8］。本研究對照(普通濕地松)松脂成分包括6種單萜類組分，2種倍半萜烯和26種二萜類組分。高產(chǎn)脂濕地松松脂成分較普通濕地松均一，這可能是產(chǎn)脂量與某些成分相關(guān)性高的間接證明，也可能是由于早先的研究設(shè)備簡陋，導致取脂過程松脂與外界物質(zhì)反應產(chǎn)生不穩(wěn)定物質(zhì)有關(guān)。據(jù)報道，濕地松松節(jié)油質(zhì)量好，幾乎不含倍半萜稀，在本研究中也只有少數(shù)樣品中有痕量的β-石竹烯，可見高產(chǎn)脂濕地松松節(jié)油的品質(zhì)也非常好，在育種過程中提高松脂的產(chǎn)量并不會降低其松節(jié)油的品質(zhì)。

3.2 高產(chǎn)脂濕地松松節(jié)油含量較普通濕地松高

高產(chǎn)脂濕地松單萜類組分含量平均占松脂總含量的42.91%，比對照(普通濕地松)高，其主要成分a-蒎烯和β-蒎烯占單萜類組分含量的百分比也比普通濕地松略高。本研究中，對照(普通濕地松)的單萜類組分含量占松脂的 36.18%，比廣西濕地松(18%～22%)［6］和浙江濕地松(10.6%)［2］高，與廣東和巴西濕地松(39.3%)［4］相近。我國的濕地松均是美國引種栽培的，引種種源、立地條件及氣候因子可能是導致這種差別的原因。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，產(chǎn)脂力與單萜類組分含量呈顯著正相關(guān)(0.287 1)，這些單萜類組分是松節(jié)油的主要成分，江西省的高產(chǎn)脂濕地松松節(jié)油含量比普通濕地松高，所以，江西省的高產(chǎn)脂濕地松是珍貴的種質(zhì)資源，可以在高產(chǎn)脂的基礎(chǔ)上選擇松節(jié)油含量高的優(yōu)良品種。

3.3 高產(chǎn)脂濕地松海松酸型樹脂酸較普通濕地松低

高產(chǎn)脂濕地松二萜類組分含量平均占松脂含量的55.10%，海松酸型樹脂酸占松脂含量的5.43%，樅酸型樹脂酸占松脂含量的46.91%。對照的海松酸型樹脂酸占松脂含量的15.34%，比廣西、廣東、巴西略高，比浙江濕地松低，樅酸型樹脂酸占松脂含量的49.62%，比廣西和浙江濕地松低，與廣東和巴西濕地松略高。高產(chǎn)脂濕地松的海松酸型樹脂酸含量比普通濕地松低，樅酸型樹脂酸含量與普通濕地松相近。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，產(chǎn)脂力與二萜類組分含量和異海松酸含量呈顯著負相關(guān)。濕地松松香的海松酸型樹脂酸含量比馬尾松高，松香結(jié)晶趨勢小，可得到高軟化點的淺色松香，但濕地松松香的中性物質(zhì)含量比馬尾松高，對其松香品質(zhì)有一定的影響，而高產(chǎn)脂濕地松海松酸型樹脂酸含量比普通濕地松低，可見在這類用途上，濕地松并不占優(yōu)勢，若要選擇出高海松酸型樹脂酸含量的濕地松可能要降低高產(chǎn)脂的選擇差。

3.4 松樹產(chǎn)脂力與單萜和二萜類組份總含量相關(guān)，與各單一組分無關(guān)

相關(guān)性分析結(jié)果表明:年產(chǎn)脂量與a-蒎烯、左旋海松酸、樅酸、新樅酸含量呈極顯著正相關(guān)，與β-蒎烯、月桂烯含量呈極顯著負相關(guān)，與單萜類和二萜類組分總含量不相關(guān)。這與李思廣等［9］在高產(chǎn)脂思茅松上的研究結(jié)果相一致，但也有文獻報道，濕地松產(chǎn)脂量是隨著β-蒎烯含量的升高而升高，與a-蒎烯無關(guān)［10］，這與本研究結(jié)果不符。這可能是因為不同種源的松脂組分含量差異大，變異豐富?也可能與試驗材料有關(guān)，這是高產(chǎn)脂松樹區(qū)別于普通松樹的特征之一?或是試驗過程中a-蒎烯揮發(fā)量比β-蒎烯多，導致誤差?

為進一步確定松脂產(chǎn)量與其化學組分的關(guān)系，用產(chǎn)脂力(松樹產(chǎn)脂的能力，單位長度的產(chǎn)脂量，與樹木的胸徑無關(guān))這一性狀與化學組分做了相關(guān)性分析，結(jié)果表明:年產(chǎn)脂量與產(chǎn)脂力呈極顯著負相關(guān)(-0.599);產(chǎn)脂力與單萜類組分含量顯著正相關(guān)(0.287 1)，與二萜類組分含量顯著負相關(guān)(-0.239 6)，與各單一組分之間相關(guān)性低。這一結(jié)果顯然與以上研究不符，但值得注意的是，年產(chǎn)脂量與含量較高的化學組分相關(guān)性高，與含量相對較少的組分關(guān)系不大，可以認為是胸徑因子增大了這些組分對年產(chǎn)脂量的影響。研究表明，松脂合成過程中單萜類、倍半萜烯類、二萜類物質(zhì)各組分的前體物質(zhì)分別由3種不同的酶基因控制合成［11］，這也就解釋了松樹產(chǎn)脂的能力與單萜和二萜類組分的總含量相關(guān)，與各單一組分無關(guān)。

3.5 單萜和二萜類物質(zhì)及其各組分含量之間關(guān)系的探討

本研究相關(guān)性分析表明:單萜與二萜類物質(zhì)的總含量呈極顯著負相關(guān)(-0.958 1)，而單萜類各組分與二萜類各組分之間多呈負相關(guān)。海松酸型樹脂酸中除異海松酸外，其余組分之間呈正相關(guān);樅酸型樹脂酸各組分之間呈正相關(guān)。a-蒎烯和β-蒎烯含量呈極顯著負相關(guān)(-0.533 0)，這與相關(guān)文獻報道相一致，松樹是含a-蒎烯為主，還是含β-蒎烯為主取決于自身遺傳因素［2，9］，有猜想是否這兩種組分是由一個等位基因控制［12］，事實上這兩種組分分別由不同的基因控制合成［13］，但作者認為，這兩種組分的合成酶基因在進化上處于競爭關(guān)系，一種基因的表達抑制另一種基因的表達，也可能這兩個基因由同一種調(diào)控基因控制。a-蒎烯與其他4種單萜類成分均呈負相關(guān)，而β-蒎烯與其余4種單萜類組分之間呈正相關(guān)，β-蒎烯因合成工業(yè)上步驟少的優(yōu)勢，其含量也備受關(guān)注，通過對高β-蒎烯的優(yōu)良單株的選擇可能可以同時提高雙戊烯和月桂烯的含量。

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