于曉銳 何美清 劉 云 李麗萍 張加研 趙 平

（1.西南林業(yè)大學(xué)西南地區(qū)林業(yè)生物質(zhì)資源高效利用國家林業(yè)和草原局重點實驗室，云南 昆明 650233；2.西南林業(yè)大學(xué)西南山地森林資源保育與利用教育部重點實驗室，云南 昆明 650233）

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我國重要商品用材樹種之一，具有生長快、產(chǎn)量高、材性好、用途廣等特性[1-3]。杉木無性系選育是杉木造林種苗品質(zhì)改良的主要手段，具有保持親本優(yōu)良特性、林分整齊和便于集約育林等優(yōu)點[4-9]。杉木富含杉木精油，其主要成分為柏木醇、α-柏木烯等[10-16]，具有抗螨、抗菌活性、抗白蟻等功效[17-18]。關(guān)于無性系的研究多集中在材性、胸徑等遺傳育種相關(guān)指標(biāo)[4,19]，但是圍繞不同無性系杉木心材揮發(fā)性成分的相關(guān)研究鮮有報道。

近年來，GC-MS聯(lián)用技術(shù)廣泛應(yīng)用于揮發(fā)性成分的定性和定量分析[20-22]，付宇新等[23]對不同化學(xué)類型樟樹（Cinnamomum camphora）葉揮發(fā)性成分進行了GC-MS聯(lián)用分析，發(fā)現(xiàn)不同化學(xué)類型樟樹葉揮發(fā)性成分的組成及含量存在差異。吳青思等[24]通過從構(gòu)造特征和揮發(fā)性成分上對交趾黃檀（Dalbergia cochinchinensis）和微凹黃檀（D.retusa）木進行了辨析。為明確不同無性系杉木心材揮發(fā)性成分的組成特點和含量差異，本研究以浙江省開化縣采集的1993年開化3號和1998年的開化3號、開化13號、F24x那1-1、大壩8號4個無性系杉木心材為研究對象，采用超臨界CO2流體萃取法對其揮發(fā)油進行提取，運用GC-MS聯(lián)用技術(shù)對其揮發(fā)性成分進行分析，以期闡明各無性系杉木心材揮發(fā)性成分的組成特點和成分差異，為杉木資源進一步的綜合開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以2017年11月下旬于浙江省開化縣國有林場采集的1998年種植的4個無性系杉木（開化3號、開化13號、F24x那1-1、大壩8號）為研究對象，同時采集1993年種植的開化3號作為對照（CK）。參考GB/T 1927—2009國家標(biāo)準(zhǔn)[25]進行各無性系樣木采伐，分別截取離地6.5～8.0 m高樹段，去除樹皮后的心材樣品經(jīng)陰干、粉碎，過3號篩處理后備用。

1.2 試劑、藥品和儀器

中藥粉碎機（永歷制藥機械有限公司，中國），BSA 224S-萬分之一電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器有限公司，中國），SPE-ED? SFE-2型二氧化碳超臨界流體萃取裝置（應(yīng)用分離公司，美國），Agilent 7890B氣相色譜系統(tǒng)、5977MSD檢測器、Agilent色譜工作站（安捷倫科技公司，美國）。無水乙醇、正己烷（廣東光華科技股份有限公司，中國）均為分析純，水是重蒸餾水，試劑均為分析純。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

精確稱取杉木心材粉末100 g，置二氧化碳超臨界流體萃取儀反應(yīng)釜中，在壓力30 MPa、溫度50 ℃條件下提取120 min，提取完成后收集萃取樣品，用正己烷萃取，減壓濃縮干燥后稱量，置于4 ℃冰箱遮光保存。每個無性系樣品設(shè)置3個重復(fù)，分析時取樣品適量溶于正己烷，0.45 μm濾頭過濾后備用。

1.3.2 GC-MS分析條件

色譜條件：HP-5MS石英毛細(xì)管柱（30 m×250 μm×0.25 μm），進樣口溫度250 ℃，分流進樣，分流比10∶1；進樣量1.0 μL；載氣為高純氦氣，恒流，柱流速1.0 mL/min；柱溫起始溫度50 ℃（保留2 min），以5 ℃/min升至220 ℃（保留10 min）。

質(zhì)譜條件：離子源為EI，離子化電壓70 V，檢測器電壓0.9 kV，發(fā)射電流60 A，離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃；掃描范圍15～500 amu，溶劑延遲2.5 min。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

根據(jù)GC-MS聯(lián)用儀分析得出的總離子流圖，運用NIST MS數(shù)據(jù)庫對匹配度達(dá)到90%及以上的揮發(fā)性成分進行譜庫檢索并結(jié)合文獻進行分析。使用峰面積歸一化法對揮發(fā)性成分相對百分含量進行計算。應(yīng)用SPSS 24.0軟件對4個無性系5個杉木心材揮發(fā)性成分進行主成分分析（PCA），通過得分圖直觀地描述不同無性系間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 杉木心材揮發(fā)油得率

采用超臨界CO2流體萃取法對1993年開化3號和1998年種植開化3號、開化13號、F24x那1-1、大壩8號心材樣品進行提取，100 g樣品的揮發(fā)油得率分別為1.33%、1.34%、1.26%、1.04%和1.45%。其中，大壩8心材揮發(fā)油的得率最高，F(xiàn)24x那1-1心材揮發(fā)油的得率最低。

2.2 不同無性系杉木心材揮發(fā)性成分分析

4個無性系的5個樣品經(jīng)過GC-MS聯(lián)用分析之后，得到5個樣品揮發(fā)油的總離子流圖，如圖1所示。由圖1可知，主要物質(zhì)的保留時間在20～37 min范圍內(nèi)，樣品檢測基線平穩(wěn)，檢測方法穩(wěn)定，檢測出峰分離度好，信噪比在合理范圍，符合揮發(fā)性成分的檢測要求，可進行數(shù)據(jù)分析。由所得信號可知，4個無性系的成分存在差異，但基本相似。4個無性系的5個心材揮發(fā)油中篩選出匹配度達(dá)到90%及以上的化學(xué)成分并結(jié)合相關(guān)文獻，共鑒定出71種成分（表1）。

圖1 4個無性系杉木心材揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.1 Total ion chromatographic profile of the volatile components from the heartwoods of 4 C.lanceolata clones

表1 4個無性系杉木心材揮發(fā)性成分Table 1 The volatile components in the heartwoods of 4 C.lanceolata clones

續(xù)表1

從表1可知，浙江開化采集的杉木心材所提取鑒定出的揮發(fā)性成分可分為4類（圖2），其中萜烯類53種、萜醇類12種、萜烯酯類4種和其他2種。1998年4個無性系共有33種共有成分，4個無性系5個樣品共有成分31種。1993年與1998年的開化3號樣品共有成分達(dá)到42種。1998年種植的開化3號與同年種植的F24x那1-1共有成分為38種、與開化13號共有成分為41種，與大壩8號共有成分是40種。

續(xù)表1

圖2 4個無性系杉木心材揮發(fā)性成分分類Fig.2 Classification of volatile components in the heartwoods of 4 C.lanceolata clones

1993年開化3號檢出的萜烯類成分有33種（相對含量為20.84%）、萜醇類成分有10種（54.47%）、萜烯酯類成分有4種（1.93%）和其他類成分有1種（0.03%）。1998年開化3號檢出的萜烯類成分有37種（24.46%）、萜醇類成分有7種（45.01%）和萜烯酯類成分有4種（2.15%）。1998年F24x那1-1檢出的萜烯類成分有39種（26.04%）、萜醇類成分有10種（45.01%）和萜烯酯類成分有3種（3.54%）。1998年開化13號檢出的萜烯類成分有36種（27.46%），萜醇類成分有11種（32.13%）、萜烯酯類成分有4種（2.30%）和其他類成分有1種（0.04%）。1998年大壩8號檢出的萜烯類成分有35種（16.00%），萜醇類成分有11種（51.42%）、萜烯酯類成分有3種（4.28%）和其他類成分有1種（0.14%）。對4個無性系5個樣品的主成分含量差異對比中發(fā)現(xiàn)，柏木醇（cedrol）為5個樣品中含量最高的成分，其在1993年的開化3號中含量最高（48.29%），依次為1998年的大壩8號（42.66%）、開化3號（37.78%）、F24x那1-1（34.18%）和開化13號（24.76%）。

1993年、1998年種植的開化3號中鑒定出揮發(fā)性成分均為48種，1993年開化3號中相對含量在1%以上的成分有9種，占總揮發(fā)性成分的66.97%，1998年開化3號共鑒定出相對含量在1%以上的成分有11種，占總揮發(fā)性成分的61.86%，主成分柏木醇、α-可巴烯、β-石竹烯、淚杉醇、乙酸柏木酯的含量排序一致，由1993年與1998年開化3號對比也可以看出，樹齡越長，柏木醇所占比越高。1998年開化13號共鑒定出52種，相對含量在1%以上成分有11種，占總揮發(fā)性成分的51.34%，柏木醇（24.76%）、α-可巴烯（6.77%）、β-石竹烯（3.55%）和淚杉醇（3.04%）這4種成分含量排序與1993年和1998年的開化3號一致。1998年F24x那1-1共鑒定出52種，相對含量在1%以上的有11種，占總揮發(fā)性成分的59.17%，柏木醇（34.18%）、α-可巴烯（5.08%）、α-姜黃烯（3.97%）、乙酸柏木酯（3.33%）、β-石竹烯（2.68%）為其主成分。1998年大壩8號共鑒定出50種，相對含量在1%以上的有9種，占總揮發(fā)性成分的61.27%，主成分為柏木醇（42.66%）、乙酸柏木酯（4.16%）、α-可巴烯（2.89%）和淚杉醇（2.86%），乙酸柏木酯（4.16%）的含量與其他4個無性系相比高于α-可巴烯（2.89%）含量。

2.3 不同無性系杉木心材揮發(fā)性成分的主成分分析

采用SPSS 24.0軟件對4個無性系5個杉木心材揮發(fā)性成分進行主成分分析，結(jié)果表明4個無性系5個杉木心材樣本可以明顯地劃分為3類（圖3）。1993年開化3號、1998年開化3號和開化13號成分較為相似，聚為一類，而1998年大壩8號和F24x那1-1各自單獨聚為一類。

圖3 4個無性系杉木心材揮發(fā)性成分PCA分析Fig.3 The principal component analysis (PCA)diagram of volatile components in the heartwoods of 4 C.lanceolata clones

3 結(jié)論與討論

從4個無性系5個杉木心材揮發(fā)油中共鑒定出71種揮發(fā)性成分，包括萜烯類53種、萜醇類12種、萜烯酯類4種和其他2種，其中萜烯類和萜醇類成分的相對含量占比較高，應(yīng)為杉木心材特殊香氣的主要來源[26]。從1993年開化3號、1998年開化3號、開化13號、F24x那1-1和大壩8號中分別鑒定出48、48、52、52和50種化學(xué)成分，其中共有成分有31種，柏木醇在5個心材樣品中的含量均為最高，依次為48.29%、37.78%、24.76%、34.18%和42.66%。其中，1993年開化、1998年開化3號、1998年開化13號的主要成分按含量依次均為柏木醇、α-可巴烯、β-石竹烯和淚杉醇，而F24x那1-1的主要成分依次為柏木醇、α-可巴烯、α-姜黃烯和乙酸柏木酯，大壩8號中的主要成分依次為柏木醇、乙酸柏木酯、α-可巴烯和淚杉醇，表明不同無性系杉木心材揮發(fā)性成分的組成特點和含量存在較大差異，推測可能是由于其各自的遺傳背景差異所致，值得進一步開展相關(guān)的深入研究。同時通過對4個無性系5個杉木心材揮發(fā)性成分的主成分分析，驗證了開化3號和開化13號的近源性。

在杉木心材揮發(fā)油的主要成分中，柏木醇是一種倍半萜醇，被認(rèn)為是杉木精油抑菌的主要成分[27]，也是非洲瘧疾病媒首次發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)卵引誘劑[28]，具有鎮(zhèn)靜、抗炎、細(xì)胞毒活性[29-30]，促進毛發(fā)生長[31]和中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)[32]等藥理活性。α-可巴烯在神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域具有減輕氧化損傷作用[33]，同時在人淋巴細(xì)胞培養(yǎng)中不具基因毒性[34]，β-石竹烯具有抗炎活性，可通過抗牙周病原菌的抗菌活性改善牙周健康[35-36]，表明杉木心材精油具有良好的應(yīng)用開發(fā)前景。