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        環(huán)境因子對白木香結(jié)香質(zhì)量的影響

        2018-12-27 11:19:44馬惠芬鄭科王衛(wèi)斌肖支葉華梅谷麗萍
        西部林業(yè)科學(xué) 2018年6期
        關(guān)鍵詞:植物質(zhì)量

        馬惠芬,鄭科,王衛(wèi)斌,肖支葉,華梅,谷麗萍

        (1.云南省森林植物培育與開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國家林業(yè)和草原局云南珍稀瀕特森林植物保護(hù)和繁育實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 650201;2.云南省林業(yè)科學(xué)院,云南 昆明 650201;3.西南林業(yè)大學(xué),云南 昆明 650224)

        白木香[Aquilariasinensis(Lour.) Spreng.]又名土沉香,常綠喬木,小枝具軟毛,芽具長柔毛。葉質(zhì)硬,單葉互生,葉片有卵形、倒卵形或者長圓形,長5-10cm,寬2-4cm,葉片前緣逐漸變尖,葉緣光滑。表面有淺灰色軟毛的傘形花序,花梗長4-12cm,花被黃綠色,鐘狀,5裂,具有軟毛,喉部有細(xì)密軟毛10片,雄蕊10個(gè),子房卵形。蒴果,木質(zhì)化,扁平倒卵形,長2.5-3cm,果實(shí)表面有濃密的淺灰色軟毛,在果實(shí)基部附著花被,種子卵形,其底部有長尾狀的東西附著,比種子約長2倍。開花日期在3-5月,結(jié)果日期在6-7月[1]。

        在我國白木香植物資源非常豐富,歷史上有記載道“交干連枝,崗嶺相接,千里不絕”,而且國產(chǎn)沉香的品質(zhì)優(yōu)良[2-3]。但是由于沉香源植物自然繁殖率低、病蟲害和生存環(huán)境破壞致其瀕危,且自古以來人們對野生大樹掠奪、采伐使其種群更新難以順利進(jìn)行。目前已經(jīng)被列為國家珍稀瀕危三級保護(hù)植物、國家二級野生重點(diǎn)保護(hù)植物,2003年被載入《廣東省珍稀顏危植物》[4-6]。其野生及栽培植物資源均分布在北回歸線附近以南,年平均氣溫24-30℃,1月平均氣溫13-20℃,1月最低氣溫8℃,7月平均氣溫26-30℃,7月最高溫35℃,年平均降水量1 200-1 500mm,年均日照時(shí)數(shù)1 562-2 145h,年相對濕度77.9%-83.7%。適宜土壤為磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤等。在我國野生的白木香資源主要分布在廣東、海南、廣西、福建、云南、澳門、香港等地,其中廣東省、海南省最豐富,是這兩地的道地藥材。調(diào)查發(fā)現(xiàn),栽培白木香的種群主要分布于福建省的福州市、詔安縣、廈門市,廣東電白、汕頭、東堯、中山,廣西的桂林市、南寧市,云南省的景洪市等地,種植規(guī)模不斷擴(kuò)大[7-8]。

        很多的白木香種植10多年都沒有結(jié)香,這是由于在正常情況下,健康白木香并不能產(chǎn)香,因白木香結(jié)香必須受到各種物理或化學(xué)及真菌侵染后才能產(chǎn)生[9],但沉香形成過程及其機(jī)制至今尚未闡明。對于目前國內(nèi)外產(chǎn)香機(jī)理方面的研究,主要集中在以下4點(diǎn):病理學(xué)、創(chuàng)傷病理學(xué)、非病理學(xué)及防御反應(yīng)假說。蔣謙才等的研究表明白木香的不同葉型、不同胸徑、鉆孔的高度與通體結(jié)香質(zhì)量差異有一定相關(guān)性[10],高曉霞等認(rèn)為白木香葉中角鯊烯、生育酚及9,12,15-十八烷三烯酸甲酯可作為判斷白木香是否結(jié)香的分子標(biāo)記[11],趙桐等推測白木香氣生根在MeJA處理后,PCD的發(fā)生可能與2-(2-苯乙基)色酮的產(chǎn)生存在正相關(guān)性[12],董雷等發(fā)現(xiàn)沉香(樹脂)形成對白木香果皮揮發(fā)性成分可產(chǎn)生一定影響,但未結(jié)香、已結(jié)香其果皮揮發(fā)性成分的組成未呈顯著性差異[13]。沉香是白木香受傷害后次生代謝的產(chǎn)物,而次生代謝的調(diào)節(jié)和變化是一個(gè)極為復(fù)雜的過程,同時(shí)受到一系列環(huán)境因子的共同影響,揭示環(huán)境因素對次生代謝的影響是認(rèn)識植物次生代謝有效成分變化以及植物種植時(shí)有效成分控制的理論基礎(chǔ)。探索闡明植物次生代謝產(chǎn)物與環(huán)境的關(guān)系,既有利于提高資源植物生物工程的效率和質(zhì)量,也有助于資源植物的標(biāo)準(zhǔn)化和目標(biāo)化種植[14]。戴佳麗等的研究證實(shí)小地形對貴州苦丁茶(Cratoxylumformosum)的產(chǎn)量、生理特性及品質(zhì)的都有顯著影響[15],而目前尚未見環(huán)境因子對白木香結(jié)香質(zhì)量影響的相關(guān)研究報(bào)道。本文通過調(diào)查、取樣、實(shí)驗(yàn)檢測,以期探討環(huán)境因子對白木香結(jié)香質(zhì)量的影響,為探討環(huán)境因子與白木香結(jié)香質(zhì)量相關(guān)性的研究提供思路和參考。

        1 材料與方法

        1.1 野外調(diào)查和取樣

        調(diào)查取樣地點(diǎn)設(shè)在云南省西雙版納傣族自治州勐??h東部偏北勐宋鄉(xiāng)廣順白木香種植基地,地處100°24′48″-100°40′25″E,21°56′54″-22°16′59″N之間。該基地所種植的白木香樹齡在10年以上,選取2013年做過結(jié)香實(shí)驗(yàn),有結(jié)香跡象的白木香樹為調(diào)查、取樣對象,記錄該植株所在位置的海拔,坡向、坡度以及周圍環(huán)境,取植株疑似結(jié)香部分和周圍土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室,備用。

        1.2 土壤樣品

        pH測定值采用電位法︱NY/T 1377-2007,所用儀器pH計(jì)/PHS-3C;有機(jī)質(zhì)測定采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化·容量法︱NY/T 1121.6-2006,所用儀器25mL酸式滴定管/天波;水解性氮測定采用堿解擴(kuò)散法︱LY/T 1228-2015,所用儀器5mL微量滴定管/天波;有效磷測定采用0.50mol/L 碳酸氫鈉浸提·鉬銻抗比色法︱NY/T 149-1990,所用儀器紫外-可見光分光光度計(jì)/752自動;速效鉀和交換性鈣、鎂測定采用1mol/L乙酸銨浸提·原子吸收分光光度法︱NY/T 889-2004,有效鋅、錳、銅、鐵測定采用二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法︱NY/T 890-2004,所用儀器均為原子吸收分光光度計(jì)/990F。

        1.3 揮發(fā)性化學(xué)成分的提取

        將所取白木香樣品粉碎,過40目篩,稱取5g樣品于250mL錐形瓶中,加入分析純乙醚試劑30mL,蓋緊蓋子,超聲提取30min,過濾,濾液揮干后用2mL色譜純甲醇試劑溶解,經(jīng)有機(jī)系13-0.45μm一次性針頭過濾器過濾,所得溶液供試。分析過程中采用的溶劑乙醚為重慶川東化工有限公司分析純,甲醇為北京百靈威公司生產(chǎn)色譜純。

        1.4 氣相色譜-質(zhì)譜測定條件

        揮發(fā)性化學(xué)成分的分析儀器為Trace1310-ISQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國賽默飛公司)。

        GC條件 TR-1 MS石英毛細(xì)管柱(30mm×0.25mm×0.25μm);程序升溫:40℃保留2min,以5℃/min的升溫速率升至310℃,保留20min。溶劑切割時(shí)間為4min;柱流量為1.5mL/min;進(jìn)樣口溫度200℃;柱前壓100kPa,進(jìn)樣量2μL;分流比50︰1;載氣為高純氦氣。

        MS條件 電離方式EI,電壓1.5kV,傳輸線溫度280℃,離子源溫度230℃,質(zhì)量范圍m/z 40-300,amu采用NIST 標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索定性。

        2 結(jié)果和分析

        2.1 沉香樣品檢測結(jié)果

        所取的11個(gè)白木香樣品提取得到的揮發(fā)性成分經(jīng)GC-MS分析,所得色譜圖見圖1。經(jīng)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(NIST標(biāo)準(zhǔn)譜庫)檢索,并結(jié)合譜圖人工解析,查對有關(guān)質(zhì)譜資料,對揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析。

        本次取樣共11個(gè)沉香樣品,取樣環(huán)境記錄及揮發(fā)性成分鑒定結(jié)果見表1。

        圖1 5號沉香樣品總離子流圖

        編號坡向坡度/°海拔/m環(huán)境描述揮發(fā)性成分1355°N南坡18.91 228周圍無雜樹,做過結(jié)香實(shí)驗(yàn),未結(jié)香,土壤較板結(jié)。無2207°SW陰坡30.41 203周圍無雜樹,樹已經(jīng)死亡,螞蟻啃食嚴(yán)重,無明顯結(jié)香,土壤較蓬松。無3228°SW陰坡39.11 214周圍無雜樹,樹已經(jīng)死亡,有螞蟻啃食,樹干木質(zhì)部分還在,無明顯結(jié)香,土壤較板結(jié)。無4260°W陽坡25.41 199周圍無雜樹,樹已經(jīng)死亡,僅剩1m左右樹樁,螞蟻啃食嚴(yán)重,去除腐質(zhì)后無明顯結(jié)香,土壤顏色較深,含水率高。無5277°W陽坡平地1 228周圍有紫荊茶、松樹和桃花心木。做過結(jié)香實(shí)驗(yàn),樹已經(jīng)死,剩余1.5m左右的樹樁,大量螞蟻啃食,去除腐質(zhì)后有約長35cm、寬5cm左右的結(jié)香部分,有明顯香味。土壤較蓬松。鑒定出21個(gè)化合物,其中萜烯類物質(zhì)17個(gè),色酮類物質(zhì)4個(gè)。6277°W陽坡平地1 225周圍無雜樹,樹已經(jīng)死亡,僅剩1m左右樹樁,螞蟻啃食嚴(yán)重,去除腐質(zhì)后有疑似結(jié)香部分。鑒定出3個(gè)化合物,其中萜烯類物質(zhì)2個(gè),色酮類物質(zhì)1個(gè)。71°N陽坡22.11 220周圍無雜樹,做過結(jié)香實(shí)驗(yàn),樹已經(jīng)死亡,樹樁螞蟻啃食嚴(yán)重,去除腐質(zhì)后有疑似結(jié)香部分。無83°N陽坡21.91 238周圍無雜樹,做過結(jié)香實(shí)驗(yàn),樹已經(jīng)死亡,樹樁螞蟻啃食嚴(yán)重,去除腐質(zhì)后有結(jié)香部分,土壤顏色較深,較蓬松。鑒定出10個(gè)萜烯類物質(zhì),未檢出色酮類物質(zhì)。9228°SW陰坡39.11 213周圍無雜樹,多雜草,做過結(jié)香實(shí)驗(yàn),樹已經(jīng)死亡,無螞蟻,去除腐質(zhì)后有疑似結(jié)香部分,土壤較蓬松。檢出2物質(zhì),1個(gè)萜烯類物質(zhì),1個(gè)色酮類物質(zhì)。10226°SW陰坡39.11 214周圍無雜樹,做過結(jié)香實(shí)驗(yàn),樹已經(jīng)死亡,樹樁螞蟻有啃食,去除腐質(zhì)后有疑似結(jié)香部分,土壤疏松,含水率較高。無1114°N陽坡29.41 216周圍有紫荊茶和雜草,做過結(jié)香實(shí)驗(yàn),樹死且倒伏,有螞蟻啃食,有疑似結(jié)香部分,土壤顏色較深,較蓬松。無

        目前已報(bào)道沉香中的揮發(fā)與半揮發(fā)性成分中主要含有多種骨架類型的倍半萜成分、2-(2-苯乙基)色酮類和簡單揮發(fā)性芳香族成分組成[16-19]。由表1可以看出,僅有5號、6號、8號、9號沉香樣品檢出相關(guān)揮發(fā)性化學(xué)成分,其中5號沉香樣品檢出揮發(fā)性物質(zhì)最豐富,倍半萜和色酮類物質(zhì)均有檢出,與感官鑒別相符。6號沉香樣品和9號沉香樣品也檢出微量倍半萜和色酮類物質(zhì),8號沉香樣品僅檢出倍半萜物質(zhì),其它沉香樣品均未檢出相關(guān)化學(xué)成分。因此5號沉香樣品可以確定為品相、等級還不錯(cuò)的沉香,即結(jié)香質(zhì)量較好,而6號、8號、9號沉香樣品品質(zhì)較差,即結(jié)香質(zhì)量較差,其余沉香樣品可視為結(jié)香失敗,檢出的揮發(fā)性成分種類的多少可作為結(jié)香質(zhì)量的判別依據(jù)。

        2.2 土壤樣品檢測結(jié)果及結(jié)香質(zhì)量相關(guān)性

        相關(guān)關(guān)系是一種非確定性的關(guān)系,相關(guān)系數(shù)是研究變量之間線性相關(guān)程度的量。簡單相關(guān)系數(shù):又叫相關(guān)系數(shù)或線性相關(guān)系數(shù),一般用字母r表示,用來度量兩個(gè)變量間的線性關(guān)系。

        表2 土壤和沉香樣品檢測結(jié)果

        注:除有機(jī)質(zhì)的單位為g/kg外,其余指標(biāo)的單位為mg/kg。

        表3 土壤因子與白木香結(jié)香質(zhì)量相關(guān)系數(shù)

        3 討論

        3.1 結(jié)香與土壤因子的關(guān)系

        土壤是植物生長的基礎(chǔ),植物根系和土壤之間不斷進(jìn)行著頻繁的物質(zhì)交換,從而影響其內(nèi)在化學(xué)成分的重要生態(tài)因子[15]。從表3可以看出,與結(jié)香質(zhì)量相關(guān)性較高的土壤因子有pH值、交換性鈣和交換性鎂。結(jié)香質(zhì)量較好的5號樣品,其土壤pH值顯著高于其它樣品,是相對中性的土壤促進(jìn)了結(jié)香質(zhì)量的提升,還是結(jié)香后螞蟻等生物以及微生物的作用使得土壤pH值發(fā)生了改變,這個(gè)問題值得深入系統(tǒng)地研究。

        5號樣品、6號樣品、9號樣品的有效磷、有效錳、有效鐵和交換性鈣相對較低,該4項(xiàng)指標(biāo)相對低的土壤對結(jié)香有利還是結(jié)香后其它生物的入侵消耗了土壤中這幾種元素,這也是后續(xù)研究值得關(guān)注的問題。

        3.2 結(jié)香與地形的關(guān)系

        結(jié)香質(zhì)量較好的樣品中,有3/4的植株生長在陽坡,1/2的植株生長在平地。陽坡光照時(shí)間相對較長,光合速率較高,平地的土壤水分和土壤養(yǎng)分含量較高,這在很大程度上對白木香結(jié)香的效果產(chǎn)生了正面的促進(jìn)作用。

        次生代謝是植物長期適應(yīng)外界環(huán)境的結(jié)果,環(huán)境因子對次生代謝產(chǎn)物含量的影響是由其生態(tài)環(huán)境中各生態(tài)因子,如海拔、溫度、濕度、土壤、光照、大氣以及生物之間的影響程度等綜合決定的,而這些生態(tài)因子并不是孤立地對植物起作用,而是構(gòu)成一種連續(xù)變化的生態(tài)綜合效應(yīng),影響著植物的生長和化學(xué)物質(zhì)形成與變化[21]。白木香結(jié)香過程是一個(gè)比較復(fù)雜的過程,需要外力的傷害,結(jié)合環(huán)境各個(gè)因子的相互作用,以及微生物的介入。本文通過調(diào)查取樣結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析,初步探討了與白木香結(jié)香質(zhì)量相關(guān)的環(huán)境因素,發(fā)現(xiàn)環(huán)境因子與白木香結(jié)香質(zhì)量有一定關(guān)聯(lián)性,為環(huán)境因子與白木香結(jié)香質(zhì)量相關(guān)的研究方法提供了依據(jù)。深入、系統(tǒng)地研究環(huán)境各因素與結(jié)香質(zhì)量的相關(guān)性分析以及白木香結(jié)香的影響機(jī)制,需要選取更大范圍的樣本,選取不同海拔、不同地形的的白木香樹,用統(tǒng)一結(jié)香方法進(jìn)行結(jié)香實(shí)驗(yàn),并在結(jié)香實(shí)驗(yàn)前以及結(jié)香過程中對土壤等相關(guān)環(huán)境因子進(jìn)行跟蹤檢測,從而研究哪些環(huán)境因子與白木香結(jié)香質(zhì)量密切相關(guān)以及影響結(jié)香的機(jī)制,為白木香的種植、結(jié)香提供科學(xué)參考。

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