湖南壺瓶山油脂植物生態(tài)學(xué)特性及其含油量相關(guān)性研究

肖 艷，徐 亮，張代貴，周建軍，陳功錫

(吉首大學(xué)/植物資源保護與利用湖南省高校重點實驗室，湖南吉首416000)

油脂植物是指以榨油為主要目的的植物資源，植物油脂是植物的儲藏物質(zhì)［1］。目前，我國學(xué)者在油脂植物資源的調(diào)查和利用，油脂的工業(yè)提取技術(shù)以及生物柴油開發(fā)等方面進行了相關(guān)研究［2－3］，但對油脂植物含油量與植物生態(tài)學(xué)方面的相關(guān)性分析尚不十分清楚。

壺瓶山豐富的油脂植物是土著居民植物油脂的主要來源。該區(qū)典型的亞熱帶山地氣候孕育了種類豐富多樣的植物，現(xiàn)已記錄的維管束植物計228科1 026屬2 836種，是湖南省維管束植物種類最豐富的地區(qū)［4］。筆者通過長期的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該區(qū)亦具有豐富的油脂植物資源［5］。本文在前期調(diào)查與文獻查閱的基礎(chǔ)之上，對油脂植物的含油部位、生活型、收獲季節(jié)、垂直分布(植被垂直帶)等生態(tài)學(xué)特性及其與含油量的相關(guān)性進行了研究，并對油脂成分進行了相關(guān)評價，旨在為合理開發(fā)和利用該區(qū)的油脂植物資源提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域概況和方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域為湖南壺瓶山國家級自然保護區(qū)(下稱壺瓶山)，位于湖南省石門縣境內(nèi)，地處北緯29°50'～39°09'，東經(jīng) 110°29'～ 110°59'，最低海拔為220 m，最高海拔為2098.7 m，屬亞熱帶山地氣候，年均溫度9.2℃，年均降水量1 898.5 mm，具有氣溫偏低、春遲冬早、雨量充沛、濕度較大的特點。該區(qū)植物種類豐富多樣，并保存有大量的珍稀瀕危物種，有“華中地區(qū)彌足珍貴的物種基因庫”之稱［6］。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)收集

物種確定:物種信息的獲取來自于不同的渠道，包括《壺瓶山植物志》及已發(fā)表的文獻《湖南壺瓶山國家級自然保護區(qū)油脂植物資源調(diào)查》，植物標(biāo)本(收藏于吉首大學(xué)標(biāo)本館JIU)、野外考察和拍攝的數(shù)碼照片，CVH和CFH。油脂含量及成分主要參考《中國油脂植物》、《中國資源植物》、《中國油脂植物手冊》、《開發(fā)木本油料植物作為生物柴油原料的研究》等書籍或科技論文［7］。

含油量:根據(jù)植物中油脂含量的多少，本文將含油量分為5個不同等級，即低含油量(含油量低于10%)，中低等含油量(含油量介于10% ～20%之間)，中等含油量(含油量介于20% ～30%之間)，中高等含油量(含油量介于30% ～40%之間)，高等含油量(40%以上)。

生活型:植物的生活型分為4種，即喬木、灌木、藤本和草本。灌木是指木本、非攀援、多主干、一般低于5 m的多年生植物。草質(zhì)附生植物和亞灌木則作為草本。

垂直分布:參照張代貴［5］對該地區(qū)植物分布的劃分方法。

含油部位:油脂主要集中在植物的果實或種子中［1］，本文將含油部位分為果肉、果核、果實、種子、種仁、假種皮、種皮、米糠8類。

采收季節(jié):本文將采集時間分為四季:春季(3～5月)，夏季(6～8月)，秋季(9～11月)，冬季(12～2月)。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

采用卡方檢驗(chi－square test)對含油量與生活型、垂直分布(植被垂直帶)、采收季節(jié)以及含油部位的相關(guān)性進行分析。檢驗的零假設(shè)為含油量在各個植物性狀和生態(tài)類型中的分布是隨機的，無明顯相關(guān)?？紤]到系統(tǒng)發(fā)生對這些生態(tài)關(guān)聯(lián)性的影響，在植物屬的分類水平上又進行了相關(guān)分析。使用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 研究結(jié)果

2.1 壺瓶山自然保護區(qū)油脂植物生態(tài)學(xué)特性

2.1.1 油脂植物的生活型

壺瓶山油脂植物按生活型類型可分為草本、喬木、灌木、藤本4種類型。結(jié)果表明，草本有22科、58屬、78種，種占總數(shù)的27.76%;灌木有29科、48屬、72種，種占總數(shù)的25.62%;喬木有37科、80屬、115種，種占總種數(shù)的40.93%;藤本有8科、14屬、16種，種占總種數(shù)的5.69%。壺瓶山油脂植物生活型類型的組成見表1。

表1 壺瓶山油脂植物的生活型

2.1.2 含油部位

油脂在植物的各個部位均有分布，但主要集中在果實和種子中。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計表明壺瓶山油脂植物脂肪酸主要分布在果實、果核、果肉、種仁、種子、種皮、假種皮、米糠中(詳見表2)。含油部位為種子的最多，有194種，隸屬63科135屬，代表物種有黃杞(Engelhardtia roxburghiana)等;為果實的有44種，隸屬17科35屬，如色木槭(Acer mono)，女貞(Ligu-strum lucidum)等;為種仁的有33種，隸屬14科25屬，如華榛(Corylus chinensis)等;為果核的有4種，如球核莢蒾(Viburnum propinquum)等;為果肉的僅有木蠟樹(Toxicodendron sylvestre)、漆(Toxicodendron vernicifluum)2種;為假種皮的有衛(wèi)矛(Euonymus alatus)、猴歡喜(Sloanea sinensis)2種。

表2 壺瓶山油脂植物的含油部位

2.1.3 收獲季節(jié)

由表3知，壺瓶山油脂植物在春季收獲的有11科、16屬、26種，種占總種數(shù)的9.25%;在夏季收獲的有52科、86屬、112種，種占總種數(shù)的39.86%;在秋季收獲的有58科、124屬、173種，種占總種數(shù)的79.36%;在冬季收獲的有13科、21屬、24種，種占總種數(shù)的8.54%。

表3 壺瓶山油脂植物收獲季節(jié)

2.2 油脂植物的含油量及其與生態(tài)學(xué)特征的相關(guān)性分析

2.2.1 油脂含量

不同植物含油量差異較大，壺瓶山油脂植物中黃芩(Scutellaria hypericifolia)含油量最低為1.0%，猴歡喜(Sloanea sinensis)含油量最高為73.8%。其中含油量超過60%的油脂植物有粗榧(Cephalotaxus sinensis)、山茶(Camellia japonica)、三尖杉(Cephalotaxus fortune)、胡桃(Juglans regia)等。現(xiàn)將含油量分為 0.0% ～ 9.9%、10.0% ～ 19.9%、20.0% ～29.9%、30.0% ～39.9%、大于 40.0%5 個階段，各階段油脂植物含油量科屬的組成情況見表4。由表4可知含油量處于中等水平的油脂植物明顯高于其它各水平，說明壺瓶山油脂植物的含油量主要處于中等水平。

表4 壺瓶山油脂植物含油量科、屬組成

2.2.2 含油量與生態(tài)特征的相關(guān)性

由表5可知，油脂主要分布在種子中，科、屬水平均以中低含油量(10%～20%)的物種數(shù)量最多，含油部位和含油量高低在種、屬水平均存在顯著性差異(χ2=69.58，P ＜0.05，n=28;χ2=56.31，P ＜0.05，n=28)。喬木中含油量超過40%的種類遠遠大于草本和藤本，中低等含油量在喬木、灌木、草本中分布比較均勻，但在藤本中分布較少。生活型和含油量高低在種、屬水平均無顯著差異(χ2=20.82，P ＞0.05，n=12;χ2=12.91，P ＞ 0.05，n=12)。在常綠闊葉林帶和常綠落葉闊葉混交林(海拔小于1 500 m)中，各含油階段的油脂植物種類和含油量明顯高于高海拔地區(qū)，即壺瓶山油脂植物主要分布在低于海拔1 500 m的地區(qū)。垂直分布(植被垂直帶)和含油量高低在種、屬水平上均無顯著差異，即無明顯相關(guān)性(χ2=9.12，P ＞ 0.05，n=12;χ2=7.65，P ＞0.05，n=12)。油脂植物的含油器官主要采集季節(jié)集中在夏季和秋季，且以秋季為多，采收季節(jié)和含油量高低在種、屬水平上均無顯著差異，即無明顯相關(guān)性(χ2=16.89，P ＞0.05，n=12;χ2=14.06，P＞0.05，n=12)。

2.3 油脂成分及用途分析

油脂的主要成分是脂肪酸甘油酯，以及少量磷脂、甾醇、蠟、酚類等化合物。植物脂肪酸的工業(yè)用途主要有6個方面，即潤滑劑、表面活性劑、包埋劑、聚烯類產(chǎn)品、醫(yī)療及理療產(chǎn)品和生物能源原料。目前，世界能源危機嚴(yán)重，生物柴油的研發(fā)已成為國際熱點，根據(jù)德國、歐盟和美國制定的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)制定了以碘值、十六烷值和脂肪酸組成等參數(shù)作為植物油質(zhì)量的評價體系。通過四條標(biāo)準(zhǔn)，即51＜十六烷值＜65，碘值＜115，亞麻酸＜12%及十八碳四烯酸＜1%，碳鏈長度為C12－C2［7］。參考相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知壺瓶山含油量在30%以上的可作為生物柴油的木本油脂植物有14種，詳見表6。

表5 壺瓶山油脂植物含油量與生態(tài)學(xué)特性的相關(guān)性

表6 壺瓶山含油量在30%以上的可作為生物柴油的木本油脂植物

脂肪酸可分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸。油酸是極具營養(yǎng)價值的食用脂肪酸，長期食用能有效預(yù)防動脈血管硬化和心血管疾病。高油酸油除非常適合于作煎炸食品用油外，它的加工產(chǎn)品化學(xué)穩(wěn)定性與從礦物油中加工提取的潤滑劑相似，可作為生產(chǎn)工業(yè)潤滑劑的原料，同時也是生物柴油的重要原料［8］。壺瓶山含油量40%以上的油脂植物中油酸含量在20%以上的有山烏桕(Sapium discolor)、猴歡喜(Sloanea sinensis)、草珊瑚(Sarcandra glabra)、荷花玉蘭(Magnolia grandiflora)、白木通(Akebia trifoliate)等9種。

在脂肪酸性質(zhì)評價中，多不飽和脂肪酸(PUFA)與飽和脂肪酸(SAF)相對含量比值是一個很重要的指標(biāo)。近代醫(yī)學(xué)實踐證明:當(dāng)PUFA/SAF大于2時，植物油脂才具有降血脂的功能，且PUFA/SAF值越大，油脂降血脂的作用就越明顯［9］。壺瓶山油脂植物中含油量在30%以上的114種植物中，除乳漿大戟(Euphorbia esula)、毛葉石楠(Photinia villosa)、宜昌莢蒾(Viburnum erosum)、香榧(Torreya grandis)、亮葉水青岡(Fagus lucida)5種植物的脂肪酸的組成還沒有完全獲悉外，其余109種植物中，PUFA/SAF大于2的有烏藥(Lindera aggregate)、三尖杉(Cephalotaxus fortun)、益母草(Leonurus artemisia)、杜仲(Eucommia ulmoides)等66種。其中PUFA/SAF大于2，且含油量超過50%的油脂植物有青江藤(Celastrus hindsii)、芝麻(Sesamum indicum)、水青岡(Alnus cremastogyne)、油桐(Vernicia fordii)、草珊瑚、湖南山核桃(Carya hunanensis)等共16種，是較有開發(fā)價值的具降血脂功能的植物。這16種油脂植物的PUFA/SAF情況如表7。

表7 部分油脂植物的PUFA/SAF

3 結(jié)論與討論

油脂植物種類繁多、資源豐富，能適應(yīng)多種需求，具有廣闊的市場前景，但是目前除了人工栽培的10多種油脂植物外，許多野生油脂植物資源尚未得到充分利用。壺瓶山油脂植物資源豐富(281種，隸屬于184屬，70科)，在油脂植物的生活型中喬木居多(41%)、草本與灌木其次(28%，25%)，這與亞熱帶山地氣候地區(qū)的植被相關(guān)。壺瓶山油脂植物的油脂主要分布在種子(194種，占總種數(shù)的69.03%)和果實(44種，占總種數(shù)的15.66%)中，在種仁、果仁和種皮中也有少量分布。油脂植物含油部位的采集主要集中在夏季(112種，占總種數(shù)的51.38%)、秋季(212種，占種總數(shù)的97.25%)季節(jié)，這是由于夏秋季節(jié)大部分含油部位已經(jīng)完成了物質(zhì)轉(zhuǎn)換。壺瓶山油脂植物大多分布在1 500 m以下的常綠闊葉林(182種，占總種數(shù)的64.77%)和常綠落葉闊葉混交林(64種，占總種數(shù)的22.78%)。在油脂植物的利用時要注意其生態(tài)學(xué)特性，如要根據(jù)其主要含油部位、收獲季節(jié)等特點在合適的季節(jié)、部位及時采收以免盲目開發(fā)利用，造成不必要的損失。

含油部位與含油量有顯著相關(guān)性(χ2=69.58，P＜0.05，n=28;χ2=56.31，P ＜0.05，n=28)可能是因為油體一般聚集在胚或胚乳中。生活型(χ2=20.82，P ＞ 0.05，n=12;χ2=12.91，P ＞ 0.05，n=12)、垂直分布(χ2=6.69，P ＞ 0.05，n=12;χ2=7.65，P ＞0.05，n=12)，采收季節(jié)(χ2=16.92，P ＞0.05，n=12;χ2=14.04，P ＞0.05，n=12)與含油量無明顯相關(guān)性，一些具體機制還有待進一步探討。

壺瓶山油脂植物在生物柴油的開發(fā)和醫(yī)藥保健用品的研發(fā)方面具有重要意義，可對其進行合理的開發(fā)和利用。

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