陳云霞,史洪飛,薛曉明,潘 彪
(1.南京林業(yè)大學(xué),江蘇 南京 210037;2.南京森林警察學(xué)院,江蘇 南京 210023)
楠木,素有“木中貴族”之稱,其材質(zhì)優(yōu)良,為上等建筑、家具和雕刻用材,是我國(guó)珍貴用材樹種。在木材流通領(lǐng)域,楠木通常包括楠屬PhoebeNees和潤(rùn)楠屬M(fèi)achilusNees木材,按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)主要木材名稱》(GB/T16734—2007),楠木類木材主要來自于楠屬的樹種[1-2]。楠木(楠屬)對(duì)生長(zhǎng)條件的要求較為苛刻,主要分布在四川、貴州、湖北、安徽和浙江等地區(qū),因其生長(zhǎng)速度緩慢,樹木成材時(shí)間較長(zhǎng),天然資源較為稀少。同時(shí),楠木作為珍貴的木材資源在我國(guó)的利用有著悠久的歷史,在各個(gè)朝代都曾大量使用,尤其是明清兩朝的大量采伐,導(dǎo)致現(xiàn)在楠木的大樹資源非常稀缺。而更令人痛心的是由于巨大經(jīng)濟(jì)利益的誘惑,現(xiàn)存有限的野生楠木資源仍不斷遭到不法分子的覬覦和破壞,近年來楠木盜伐的案件一直時(shí)有發(fā)生。
楠屬在我國(guó)共有34種3變種,但只有楠木、閩楠和浙江楠3個(gè)物種為國(guó)家Ⅱ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)樹種[3],所以在楠木盜伐類案件中,楠木種屬的來源認(rèn)定決定了案件的性質(zhì)與量刑。木材種屬鑒別一直是傳統(tǒng)的形態(tài)識(shí)別法占據(jù)主導(dǎo)地位,但通常只能確定到屬,很難鑒定到種。而對(duì)于楠屬木材,其解剖構(gòu)造極為相似,將其鑒定到種的現(xiàn)實(shí)困境尤為明顯。眾所周知,樟科木材均具有特殊氣味,而該氣味皆因其木材中的揮發(fā)性成分的不同而形成,本研究利用GC-MS技術(shù)分析不同楠屬木材中揮發(fā)成分的組成與含量,試圖尋求楠木種屬識(shí)別的新途徑,為更好地保護(hù)我國(guó)楠木資源,為打擊相關(guān)犯罪活動(dòng)提供技術(shù)支持與保障。
供試浙江楠Phoebe chekiangensis、閩楠Phoebe bournei、紫楠Phoebe sheareri、細(xì)葉楠Phoebe hui木材樣本來自南京森林警察學(xué)院司法鑒定中心木材標(biāo)本室保存的木材標(biāo)本,均為案件受理過程中收集的經(jīng)枝葉形態(tài)準(zhǔn)確鑒定的木材樣本,并經(jīng)樹齡測(cè)算均為成年大樹。本研究供試樣本取自木材心材部位,且每種木材取3個(gè)重復(fù)樣本。
1.2.1 雙液相提取揮發(fā)油成分
將4種楠木木材進(jìn)行刨片后用冷凍研磨儀粉碎,分別稱取粉末樣品1 g,置于10 mL離心管中,分別加入體積比為1∶1的無水乙醇/正己烷雙液相萃取液5 mL,混勻,65℃溫浴輔助提取30 min,而后再進(jìn)行超聲輔助提取2 h,結(jié)束后室溫靜置30 min,收集液相,備用[4-5]。
1.2.2 GC-MS分析條件
色譜條件:采用安捷倫7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜儀和TR5MS石英彈性毛細(xì)管柱[30 m × 0.25 mm (ID)×0.25 μm]。升溫程序:柱起始溫度40 ℃,保持3 min,以3 ℃/min升溫至170 ℃,再以每分鐘15℃升溫至300℃,載氣He(≥99.999%),流量1 mL/min,分流進(jìn)樣,分流比20∶1,進(jìn)樣口溫度220 ℃,接口溫度230 ℃;溶劑延遲3 min[10-14]。
質(zhì)譜條件:電離方式EI,離子源溫度280 ℃,電離能70 eV,倍增電壓400 V,掃描質(zhì)量范圍40~650 amu,溶劑延遲3 min[4-6]。
1.2.3 樣品的測(cè)定
通過HP MSD化學(xué)工作站的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖庫DATABASE/NIST2005進(jìn)行檢索,并結(jié)合有關(guān)質(zhì)譜圖文獻(xiàn)解析,確認(rèn)樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)成分[4-6];同時(shí)利用工作站的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),按照峰面積歸一化法進(jìn)行計(jì)算,求出各揮發(fā)性物質(zhì)成分的相對(duì)百分含量。
通過GC-MS聯(lián)用技術(shù)對(duì)4種楠屬木材的揮發(fā)性代謝組分進(jìn)行了分析,4種木材木質(zhì)部的總離子色譜質(zhì)譜見圖1。通過檢索比對(duì)得到的揮發(fā)性化學(xué)成分及含量見表1。
從浙江楠木質(zhì)部樣品中共分離出22個(gè)組分,解析出揮發(fā)油中的19種成分,占揮發(fā)油總量的63.433%。其中,主要成分(>1%)有沉香螺萜醇(27.125 2%)、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮(3.040 0%)、1,2,3,5,6,8a-六氫-1-異丙基-4,7-二甲基萘(3.004 9%)、石竹烯(2.033 7%)、α-古巴烯(1.769 2%)、1,3-二叔丁基苯(1.355 4%)、正十七烷(1.242 4%)、正十四烷(1.167 4%)、1-碘代十三烷(1.154 6%)、2,4-二叔丁基苯酚(1.004 8%)等(表1)。
從閩楠的木質(zhì)部樣品中共分離出25個(gè)組分,解析出揮發(fā)油中的20種成分,占揮發(fā)油總量的70.803%。其中,含量較高的有沉香螺萜醇(33.188 2%)、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮(3.048 3%)、α-古巴烯(2.428 2%)、β-桉葉醇(2.418 8%)、石竹烯(2.070 4%)、正十七烷(1.815 3%)、δ-杜松烯(1.709 5%)、2,4-二叔丁基苯酚(1.533 7%)、α-蓽澄茄油烯(1.484 3%)、1-碘代十四烷(1.411 8%)、1,3-二叔丁基苯(1.318 6%)、右旋大根香葉烯(1.192 6%)、正二十一烷(1.009 1%)等成分(表1)。
從紫楠的木質(zhì)部樣品中共分離出40個(gè)組分,解析出揮發(fā)油中的26種成分,占揮發(fā)油總量的60.505%。含量較高的有1-羥基環(huán)己基苯基甲酮(9.954 6%)、正十七烷(5.068 5%)、2,4-二叔丁基苯酚(4.282 7%)、1-碘代十三烷(3.976 0%)、1,3-二叔丁基苯(3.952 5%)、2,3-二甲基-癸烷(3.644 2%)、沉香螺萜醇(3.415 9 %)、2-溴-十二烷(3.002 4%)、1-碘代十八烷(2.927 6%)、正十四烷(2.545 4%)、正十六烷(2.076 9%)、1-碘代癸烷(2.034 1%)、石竹烯(1.879 7%)、鄰苯二甲酸二丁酯(1.089 6%)等成分(表1)。
圖1 GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram (TIC) of volatile oils
表1 4種楠屬木材揮發(fā)油化學(xué)成分Table 1 Chemical constituents in the volatile oil from the wood of four species of Phoebe
續(xù)表1Continuation of table 1
從細(xì)葉楠的木質(zhì)部樣品中共分離出29個(gè)組分,解析出揮發(fā)油中的18種成分,占揮發(fā)油總量的44.986 0%。其中,含量較高的有4-三甲基- 1-叔甲醇基- 4-乙烯基- 3-異丙烯基環(huán)已烷(5.703 6%)、β-桉葉醇(4.202 2%)、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮(1.711 1%)、沉香螺萜醇(2.2613 %)、α-杜松醇(1.758 4%)、2,4-二叔丁基苯酚(1.167 6%)、1-碘代十三烷(1.398 0%)等成分(表1)。
楠木作為我國(guó)名貴木材資源,一直以來都是經(jīng)常涉案的一類木材。但由于存在楠屬木材結(jié)構(gòu)相似、親緣關(guān)系較近、木材DNA提取困難等問題,使得傳統(tǒng)的形態(tài)識(shí)別與DNA分子技術(shù)在楠屬木材的種屬鑒別中具有較大局限性,在缺乏枝、葉、花、果的情況下,甚至很難將其與親緣關(guān)系較近的其他屬木材進(jìn)行區(qū)分,楠屬木材一直存在難以鑒定到種的現(xiàn)實(shí)困境[7]。
近年來,不少學(xué)者開始關(guān)注楠屬木材來源的識(shí)別問題,在化學(xué)鑒別方面也開展了相關(guān)研究工作[8-12]。莊琳等[13]利用傅里葉自去卷積圖譜、共有峰率和變異峰率雙指標(biāo)序列法初步鑒別了楠屬和潤(rùn)楠屬的4種木材;薛曉明等[14]通過紅外光譜的二階導(dǎo)數(shù)譜對(duì)香樟和楠木進(jìn)行了有效區(qū)分;徐斌等[15]利用GC-MS技術(shù)對(duì)楠木和潤(rùn)楠的木材進(jìn)行了分析,二者的總離子色譜圖譜存在明顯差異,為這2種木材的種間識(shí)別提供了新的思路;陳云霞等[4]通過GC-MS分析比對(duì)了楠木和香樟木材中的揮發(fā)油成分,雖然兩者之間揮發(fā)油成分相似度較高,但主要成分依然存在明顯差異;王天石等[16]利用GC-MS技術(shù)建立了楨楠指紋圖譜,研究發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地楨楠木材揮發(fā)性成分基本相同。這些研究主要集中于楠屬楨楠與樟科其他屬種的鑒別,但針對(duì)楠屬種間的化學(xué)識(shí)別方法尚未涉及。本研究選擇經(jīng)常涉案的浙江楠、閩楠、紫楠、細(xì)葉楠4種楠屬木材作為研究對(duì)象,利用GC-MS技術(shù)對(duì)其揮發(fā)性化學(xué)成分進(jìn)行了分析比較。
1)4種楠木均含有1,3-二叔丁基苯、1-羥基環(huán)己基苯基甲酮、1-碘代十三烷、2,4-二叔丁基苯酚、沉香螺萜醇、正十六烷、正十四烷等主要揮發(fā)油成分。
2)4種楠木分別具有其特征物質(zhì)組分,如浙江楠中的1,2,3,5,6,8a-六氫-1-異丙基-4,7-二甲基萘(3.004 9%)、閩楠的α-蓽澄茄油烯(1.484 3%)與右旋大根香葉烯(1.192 6%)、紫楠中的鄰苯二甲酸二丁酯(1.089 6%)與細(xì)葉楠中的α-杜松醇(1.758 4%),均為其特征性化學(xué)成分。4種楠屬木材中主要揮發(fā)性化學(xué)成分相似度較高,但仍具明顯差異,并且各自含有特征性化學(xué)組分,通過此類特征性化合物的差異性分析可將4種楠木進(jìn)行種間識(shí)別。該研究為楠屬木材的化學(xué)輔助識(shí)別提供了新的參考依據(jù)。但由于樣本數(shù)量有限,此研究結(jié)果仍有一定局限性:1)本研究只針對(duì)楠屬4種楠木進(jìn)行了分析,如果樣本種類擴(kuò)大,該方法是否仍能進(jìn)行種間鑒別還需進(jìn)一步驗(yàn)證;2)本研究供試木材樣本比較單一,沒有涉及不同產(chǎn)地、樹齡及保存時(shí)間等因素對(duì)其化學(xué)成分組成的影響;3)本研究只對(duì)供試樣本進(jìn)行了定性分析,定量分析是否同時(shí)也可用于種間識(shí)別,還需大量數(shù)據(jù)進(jìn)一步確認(rèn)。所以該研究只是前期基礎(chǔ)性的探索研究,后續(xù)仍需在擴(kuò)大樣本的基礎(chǔ)上,結(jié)合產(chǎn)地、樹齡、取樣部位等因素進(jìn)一步深入研究與驗(yàn)證,建立指紋圖譜,形成完整的楠屬木材GC-MS鑒定體系,為打擊相關(guān)犯罪活動(dòng)及為我國(guó)楠木資源的保護(hù)提供技術(shù)支持。