思茅松松脂產(chǎn)量及化學組分遺傳變異分析

李思廣 付玉嬪 許林紅 張快富 蔣云東

(云南省林業(yè)科學院，云南 昆明 650201)

思茅松 (Pinuskesiyavar.langbianensis)，枝條每年生長2輪以上，是云南省重要的材、脂兼用性樹種，具有速生、高產(chǎn)脂和生態(tài)適應(yīng)性強等特點。在云南省主要分布區(qū)為思茅市翠云區(qū)、寧洱縣、瀾滄縣、景谷縣、景東縣、鎮(zhèn)沅縣、江城縣、墨江縣等區(qū)縣以及臨滄市，景洪市，紅河州的部分縣。海拔分布范圍為600～1 600 m[1]。思茅松林面積約為56.63萬hm2，其立木總蓄積量約為6 072.9萬m3。思茅松松節(jié)油的主要成分為α蒎烯、β蒎烯和3-蒈烯，松節(jié)油深加工產(chǎn)品如松油醇、樹脂和蒎烷等產(chǎn)品在許多行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[2]。松香主要成分為樅酸型和海松酸型樹脂酸，主要有歧化松香、氫化松香、改性松香、聚合松香和松脂松香[3]。

世界上最大的脂松香及脂松節(jié)油生產(chǎn)國是中國。2014年云南省松香產(chǎn)量14萬t，松節(jié)油產(chǎn)量約3.5萬t，思茅松松節(jié)油貢獻了云南省松節(jié)油產(chǎn)量的90%左右。目前，已有很多松脂組分得到開發(fā)利用，其中 α-蒎烯、檸檬烯可用做殺蟲劑，β-蒎烯可做生物燃料，成為石油燃料的潛在替代品[4]，海松酸型樹脂酸 (海松酸、山達海松酸、異海松酸) 可用在醫(yī)藥行業(yè)，具有很好的抗菌特性，可用于消炎和抗癌藥的制備[5-6]。

我國對思茅松松脂的遺傳改良工作主要集中在對松脂產(chǎn)量的改良上，通過研究初步揭示了松脂產(chǎn)量的遺傳變異，并為生產(chǎn)選出了一批脂用思茅松優(yōu)良家系和無性系[7-8]。目前已鑒定了思茅松松脂的化學組分，并對部分單萜類含量進行了無性系的選擇[9-14]，也有對濕地松松脂化學組分遺傳進行了相關(guān)研究[15-16]，而對思茅松松脂品質(zhì)的遺傳改良特別是倍半萜、雙萜烯類組分鮮有報道。對這些組分的選擇及改良應(yīng)當建立在高產(chǎn)脂的基礎(chǔ)上，因此，本研究利用思茅松高產(chǎn)脂無性系測定林，系統(tǒng)研究松脂化學組分在無性系間的變異以及松脂組分間的相關(guān)性，為高產(chǎn)脂思茅松遺傳改良工作提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選擇思茅松高產(chǎn)脂無性系試驗林為研究對象。試驗林位于云南省普洱市景谷縣云海村的高產(chǎn)脂思茅松研究基地，地處東經(jīng)100°02′～101°07′, 北緯22°49′～23°52′，海拔1 400～1 600 m；年均氣溫21.1 ℃，最冷月 (1月) 平均氣溫13.0 ℃，最熱月 (7月) 平均氣溫24.6 ℃，≥ 10 ℃的活動積溫7 360.9 ℃；年降水量1 235.4 mm，5—10月為雨季；土壤主要為紅壤。試驗林 (造林時間為2001年) 為隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)40個高產(chǎn)脂思茅松無性系及1個商品對照共41個處理，6次重復(fù)，6株單列小區(qū)，株行距3 m × 3 m，試驗林面積2 hm2。

1.2 測定方法

1.2.1產(chǎn)脂量測定方法

2017年2月份進行了無性系的產(chǎn)脂力測定，每重復(fù)取1株平均木測定產(chǎn)脂量，同時1～3重復(fù)用試管取松脂樣品測定松脂化學組分。產(chǎn)脂量測定采用下降采脂法，割脂高度1.3～1.5 m，割面負荷率45%～50%，割溝夾角70°～90°，深入木質(zhì)部0.3～0.4 cm。每3 d加割一刀，步距0.1 cm，連續(xù)割3刀后測定其產(chǎn)脂量[1]。思茅松10 cm側(cè)溝產(chǎn)脂力計算方法：產(chǎn)脂力=產(chǎn)脂量/采割溝水平長 × 10。

1.2.2化學組分測定

測定儀器：美國賽默飛世爾公司 (Thermo Scientific) 生產(chǎn)的Trace GC Ultra ITQ 900氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。測試藥品：無水乙醇；25%四甲基氫氧化銨-甲醇溶液。樣品前處理：稱取0.05 g松脂至樣品瓶中，加0.5 mL乙醇溶解，加50 μL四甲基氫氧化銨溶液反應(yīng)，反應(yīng)液待測。氣相色譜條件：毛細管柱為KB-5MS色譜柱 (30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)；氣相色譜升溫程序：80 ℃以3 ℃/min升到180 ℃，以10 ℃/min升到280 ℃；進樣口溫度250 ℃；氦氣流速1.0 mL/min；進樣方式為分流進樣，分流比50∶1。質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源 (EI)；電子能力70 eV；離子源溫度230 ℃；氣相色譜儀與質(zhì)譜儀接口溫度250 ℃；質(zhì)量掃描范圍10～900 amu。

1.3 分析方法

通過Xcalibur軟件處理圖譜得到相關(guān)數(shù)據(jù)，與NIST譜庫匹配確定未知化合物的名稱及相關(guān)信息，各組分含量用峰面積歸一化法計算得到。

2 結(jié)果與分析

2.1 思茅松松脂中主要組分含量變異分析

思茅松松脂主要由松節(jié)油和松香2部分組成，其中松節(jié)油由單萜烯類與倍半萜烯類組成，松香主要由雙萜烯類組成。通過分析40個思茅松無性系松脂中主要組分的組成，結(jié)果表明松節(jié)油占松脂總量的32.93%，松香占松脂總量的63.07%。從表1可以看出：單萜烯類主要組分共檢測出8種，以α-蒎烯、β-蒎烯和β-水芹烯這3種成分為主，占松節(jié)油成分含量的78.89%以上；倍半萜烯類組分含量較少，僅檢測出3種，分別為長葉烯、石竹烯和衣蘭烯，占松脂總量的2.46%。

松香中包含主要組分6種，占松香總量的92.64%左右。長葉松酸含量最高，占松脂總量的27.06%；阿替斯-16-烯含量最低，僅占松脂總量的1.05%。

單萜烯類中β-蒎烯、3-蒈烯和γ-松油烯的變異系數(shù)最大，而α-蒎烯、莰烯和檸檬烯變異系數(shù)相對較小，說明思茅松無性系間松節(jié)油的β-蒎烯、3-蒈烯和γ-松油烯的相對含量差異較大，可以進行有效選擇。其中倍半萜的長葉烯、石竹烯、衣蘭烯3種成分的變異系數(shù)均較高；雙萜烯類的所有成分的變異系數(shù)均較小，最高僅有33.31%，選擇效果也較小。

表1 40個思茅松無性系松脂中主要組分含量統(tǒng)計和變異分析Table 1 Variation analysis and statistics of main resin components of 40 P.kesiya var. langbianensis clones %

注：變異系數(shù)=標準差/均值。

2.2 思茅松松脂中主要組分方差分析

對40個思茅松無性系松脂中檢出的各組分的百分含量進行方差分析 (僅對含量 > 0.5%以上的成分作分析)，結(jié)果見表2。從表2可知：松脂中單萜烯類、倍半萜類與雙萜烯類主要化學組分中除脫氫樅酸外其他主要組分無性系間差異均極顯著，無性系效應(yīng)極顯著，只有脫氫樅酸無性系間差異呈顯著水平。

2.3 思茅松松脂中單萜烯類和雙萜烯類各組分遺傳力分析

表2 思茅松松脂中主要化學組分的方差分析與遺傳力 (h2) 估算Table 2 Variance analysis and heritability (h2) estimation of main resin chemical constituents of P.kesiya var. langbianensis

注：**表示差異極顯著 (P< 0.01)，*表示差異顯著 (P< 0.05)。

雙萜類中化學組分除脫氫樅酸的遺傳力較低為0.43外，其他主要成分的遺傳力在0.59～0.82之間，處于較高水平。海松酸、濕地松酸等海松酸型樹脂酸大多具有降膽固醇、抗菌、消炎、殺蟲、抗癌等生物活性，其遺傳力分別為0.68和0.82。因此海松酸也可做為一個改良性狀，選育出高海松酸型樹脂酸含量的思茅松優(yōu)良無性系。

在思茅松松脂組分選擇育種時，可根據(jù)生產(chǎn)中需要開展某一種或幾種成分的選育，以獲得高產(chǎn)脂、某種成分高含量、高抗的優(yōu)良無性系或家系。

2.4 思茅松松脂中各主要組分間相關(guān)分析

2類松脂組分間相關(guān)性分析見表3。

在進行林木遺傳育種計劃前，有必要分析目標性狀的遺傳相關(guān)信息。為測定思茅松松脂中單萜烯類和雙萜烯類各主要組分之間的相關(guān)關(guān)系，對這兩類松脂的各主要組分之間分別進行線性相關(guān)性分析，從表3可知：α-蒎烯與β-蒎烯、β-水芹烯、及長葉松酸呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系，與阿替斯-16-烯呈顯著負相關(guān)關(guān)系，而與莰烯、檸檬烯、長葉烯呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。β-蒎烯與β-水芹烯呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與長葉烯、石竹烯呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系；β-水芹烯與所有倍半萜及檸檬烯呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而與長葉松酸呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。長葉烯與α-蒎烯、莰烯、β-長葉蒎烯呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而與β-蒎烯、β-水芹烯呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系。3-蒈烯與γ-松油烯呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系 (相關(guān)系數(shù)0.99)。

雙萜類中長葉松酸與β-水芹烯呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與α-蒎烯、莰烯和長葉烯極顯著的負相關(guān)關(guān)系。其他主要組分間相關(guān)性不大。以上這些化學組分的相關(guān)性為思茅松多組分的選擇提供參考，但進行無性系選擇時需要考慮此消彼長的關(guān)系。產(chǎn)脂量與α-蒎烯呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，可以α-蒎烯來輔助選擇高產(chǎn)脂思茅松優(yōu)良無性系，與阿替斯-16-烯呈較高的負相關(guān)關(guān)系但未達顯著水平。

3 結(jié)論與討論

研究顯示，思茅松松脂組分中除脫氫樅酸外其他各成分在無性系間皆差異極顯著，且無性系遺傳力為 0.53～0.96，說明對思茅松松脂化學組分進行遺傳改良時，通過無性系選擇松脂化學組分可取得較好的效果。從思茅松樹干木質(zhì)部松脂中共檢出18種已知組分，測定結(jié)果表明單萜及倍半萜中α-蒎烯含量最高 (19.14%)，二萜類為松脂中含量最高的組分為長葉松酸 (27.06%)。本研究的松脂主要化學組分及含量與其他文獻的報道相類似[9,13]。除脫氫樅酸遺傳力為0.43外，其他的成分遺傳力均高于0.53以上。這說明化學組分受中高度遺傳控制，通過無性系選擇，可取得較好的遺傳改良效果。

α-蒎烯與β-蒎烯呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系，此消彼長。因此如選擇出高α-蒎烯的無性系，則其β-蒎烯含量一定很低，反之亦然。α-蒎烯與莰烯呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，莰烯對某些昆蟲具有較強的拒食性[15]，所以可選擇出高α-蒎烯含量且具有較高抗蟲性能無性系。

產(chǎn)脂量與α-蒎烯呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，這與趙能等[18]的研究結(jié)果相類似。因此可以根據(jù)α-蒎烯的含量來初步判斷出思茅松單株產(chǎn)脂量的高低，可以α-蒎烯來輔助選擇高產(chǎn)脂思茅松優(yōu)良無性系。

在高產(chǎn)脂思茅松的良種選育中，根據(jù)生產(chǎn)需要開展某一種或幾種成分的選育，以期獲得高產(chǎn)脂、某種成分高含量、高抗的優(yōu)良無性系，如可以選育具有較高抗蟲性及β-蒎烯、3-蒈烯含量的高產(chǎn)脂思茅松優(yōu)良無性系?，F(xiàn)階段，國內(nèi)對松脂遺傳研究基本上注重松脂產(chǎn)量以及松香、松節(jié)油等成分上，很少涉及其主要化學組分。本研究較系統(tǒng)地研究思茅松松脂中主要化學組分相對含量在無性系間的相關(guān)關(guān)系和遺傳變異，為松脂更深層次的遺傳改良提供依據(jù)，為選擇具有高附加值的松脂化學組分的高產(chǎn)脂思茅松無性系選擇提供參考。

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