江西省濕地松松脂產(chǎn)量及松脂組分季節(jié)動(dòng)態(tài)研究

賈 婷 ，賴 猛 * ，李 釗 ，張 露 ，易 敏 ，劉思羽

（1. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，江西 南昌 330045；2. 江西省新余市渝水區(qū)林業(yè)局，江西 新余 338000）

【研究意義】 通過研究松脂組分季節(jié)性變化規(guī)律，探討松脂成分對(duì)主要?dú)夂蛞蜃蛹竟?jié)性變化的響應(yīng)，為濕地松松脂資源的合理開發(fā)和利用提供指導(dǎo)。松類植物在遇到外界干擾和攻擊時(shí)，會(huì)誘導(dǎo)創(chuàng)傷性樹脂道分泌松脂[1]。松脂由松節(jié)油和松香組成[2]，其用途十分廣泛。到 2018年為止，采脂松林面積為 1439萬(wàn) hm2，我國(guó)松脂年產(chǎn)量近 100 萬(wàn) t，是全球最大的松脂生產(chǎn)和出口國(guó)。濕地松（Pinus elliottii）為松科松屬喬木，原產(chǎn)美國(guó)東南部，是我國(guó)南方主要造林和采脂樹種[3]，其優(yōu)質(zhì)的木材和松脂在工業(yè)中占有重要的地位[4]。研究表明，溫度和降水的脅迫效應(yīng)會(huì)影響松脂合成和分泌的生理過程從而改變松脂產(chǎn)量[5]。了解松脂產(chǎn)量季節(jié)變化規(guī)律及產(chǎn)脂量對(duì)氣候因子的響應(yīng)，據(jù)此可制定科學(xué)采脂計(jì)劃，對(duì)提高濕地松松脂的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。 【本研究切入點(diǎn)】松脂內(nèi)萜烯類化合物的合成受到生物和非生物脅迫等影響[1,6]，目前已鑒定濕地松松脂的部分化學(xué)組分[7]，但局限于對(duì)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的化學(xué)成分分析，而關(guān)于濕地松松脂化學(xué)成分含量季節(jié)動(dòng)態(tài)變化的研究報(bào)道較少。

【擬解決的關(guān)鍵問題】本文研究濕地松的產(chǎn)脂量和松脂成分隨季節(jié)的變化，探討濕地松松脂產(chǎn)量和松脂成分對(duì)外界環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制，了解不同季節(jié)松脂的主要化學(xué)成分含量的差異，確定松脂質(zhì)量最高的采脂季節(jié)，提高松脂在工業(yè)上的利用率，本試驗(yàn)選取江西省 3個(gè)地區(qū)的濕地松，測(cè)定其產(chǎn)脂量及松脂成分。擬解決如下問題： （1）濕地松松脂產(chǎn)量隨季節(jié)的差異變化； （2）在我國(guó)南方地區(qū)濕地松的最適產(chǎn)脂季節(jié)； （3）影響松脂產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃樱?（4）濕地松松脂主要組分含量隨季節(jié)的差異變化； （5）濕地松松脂主要組分含量與氣候因子的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)林概況

1990年春選擇江西省的北部（景德鎮(zhèn)市楓樹山林場(chǎng)）、中部（吉安市白云山林場(chǎng)）和南部（贛州市九龍林場(chǎng)）3個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行濕地松一年生苗造林，株行距為 5 m ×5 m，林地土壤以紅壤（富鐵土）為主，肥力適中，試驗(yàn)林具體情況見表 1。

表1 試驗(yàn)地概況

1.2 松脂產(chǎn)量測(cè)定

在贛北、贛中和贛南試驗(yàn)林中選取 60 株濕地松植株進(jìn)行松脂產(chǎn)量測(cè)定。采用下降式單刀采脂法[9]進(jìn)行割脂。于 2016年4月末、7月末、10月末及 12月末進(jìn)行收脂并計(jì)算松脂產(chǎn)量，其數(shù)值分別代表春季、夏季、秋季和冬季的單株產(chǎn)脂量。

1.3 松脂成分測(cè)定

分別于 2016年4月、7月、10月及 12月天氣晴朗的下午，在 60 株濕地松活樣木胸高約 1.3 m處，用直徑 16 mm的鉆頭進(jìn)行鉆孔，孔深 0.5～0.8 cm，將拗口牢牢地固定在樹體上，將 10 mL 的離心管旋進(jìn)收集器中收集松脂，24 h 后用 Parafilm封口膜（美國(guó)產(chǎn)）封口，螺口塑料蓋密封，帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍。

將收集在試管中的松脂攪拌均勻，取出少許溶于無(wú)水乙醇中，加入酚酞指示劑，用四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH?5H2O]乙醇溶液進(jìn)行滴定，待溶液呈微紅色，可直接進(jìn)行氣相色譜和氣-質(zhì)聯(lián)用分析。色譜條件：60 ℃保持 2 min，5 ℃/min 升到 80 ℃，再 30 ℃/min 升到 230 ℃，最后 5 ℃/min 升到 240 ℃，保持10 min。氣化室和檢測(cè)器溫度均保持在 260 ℃，進(jìn)樣量為 0.4 μL [10]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2016 整理數(shù)據(jù)，通過SPSS Statistics 22 軟件對(duì)3 片試驗(yàn)林溫度、降雨量和光照及濕地松單株產(chǎn)脂量進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，采用獨(dú)立樣本t-檢驗(yàn)分別對(duì)濕地松單株不同季節(jié)的產(chǎn)脂量及化學(xué)組分進(jìn)行差異比較，利用皮爾遜相關(guān)分析得到主要?dú)夂蛞蜃优c松脂產(chǎn)量和松脂化學(xué)成分的相關(guān)系數(shù)，用Origin9.0 制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 松脂產(chǎn)量的季節(jié)性變化

贛北、贛中和贛南 3 點(diǎn)各氣候因子年度變化趨勢(shì)如圖1 所示。從氣溫因子來(lái)看，各地點(diǎn)平均氣溫在夏季達(dá)到最高，春秋兩季次之，冬季氣溫最低。與氣溫因子相似，3 地點(diǎn)光照強(qiáng)度均在夏季達(dá)到最高值。與溫度和光照兩個(gè)氣候因子相比，不同地點(diǎn)降雨量的年變化趨勢(shì)不一，如贛南地區(qū)降雨量在夏季達(dá)到最高值，而贛中地區(qū)的降雨量在夏季較低，說(shuō)明當(dāng)年贛中地區(qū)遇到干旱天氣。

圖1 A溫度、B 光照和 C 降雨量因子季節(jié)性變化

對(duì) 3個(gè)地點(diǎn)不同季節(jié)的松脂產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（圖2），結(jié)果表明，贛北、贛中和贛南 3個(gè)地點(diǎn)的松脂產(chǎn)量季節(jié)性變化趨勢(shì)基本一致。在 4個(gè)季節(jié)中，夏季松脂產(chǎn)量顯著高于其他季節(jié)，3個(gè)地點(diǎn)分別為 8.56，9.20，9.53 kg/株，春季和秋季次之，在6.20～7.7 kg/株范圍間浮動(dòng)，冬季松脂產(chǎn)量顯著低于其他季節(jié)，不足3 kg/株。比較各個(gè)季節(jié)不同地點(diǎn)的松脂產(chǎn)量發(fā)現(xiàn)，贛南地區(qū)松脂產(chǎn)量高于贛北和贛中地區(qū)，尤其在夏季和秋季兩個(gè)產(chǎn)脂高峰季節(jié)?？傮w來(lái)看，贛北、贛中和贛南 3個(gè)地點(diǎn)松脂產(chǎn)量的季節(jié)性變化趨勢(shì)與溫度和光照兩個(gè)氣候因子的變化趨勢(shì)基本一致，夏季最高，冬季最低（贛中除外），而松脂產(chǎn)量與降雨量的季節(jié)性變化趨勢(shì)不一致。

2.2 松脂產(chǎn)量與氣候因子相關(guān)分析

不同地點(diǎn)濕地松松脂產(chǎn)量與氣溫、降雨量和光照等氣候因子的相關(guān)分析結(jié)果如表 2 所示。總體來(lái)看，松脂產(chǎn)量與氣溫及光照因子呈正相關(guān)關(guān)系，其中，與氣溫因子的相關(guān)系數(shù)達(dá) 0.972 以上，均呈顯著性水平。不同地點(diǎn)松脂產(chǎn)量與降雨量的相關(guān)分析結(jié)果不一致，贛北和贛南地區(qū)松脂產(chǎn)量與降雨量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為 0.486 和 0.881，而贛中地區(qū)松脂產(chǎn)量與降雨量呈微弱負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.015。

圖2 不同試驗(yàn)區(qū)松脂產(chǎn)量的季節(jié)變化

表2 松脂產(chǎn)量與氣候因子的相關(guān)系數(shù)

2.3 松脂主要成分的季節(jié)性變化

通對(duì)濕地松松脂進(jìn)行 GC-MS 檢測(cè)，共檢測(cè)到 22種組分，其中 α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、異海松酸、樅酸、左旋海松酸、去氫樅酸和新樅酸等 8種組分的百分含量相對(duì)較高，占松脂中總含量的 90%以上，剩余組分的百分含量不到 10%。因此，松脂組分的季節(jié)性分析選取上述 8種主要組分進(jìn)行。

如圖3 所示，贛北地區(qū)松脂主要成分中，只有左旋海松酸含量存在季節(jié)差異性，其他成分含量的季節(jié)性差異較小。贛南地區(qū)松脂主要成分中，除了樅酸含量百分比存在季節(jié)性差異外，其他主要成分均無(wú)季節(jié)性差異。贛中與贛北和贛南地區(qū)有所不同，共有 4種主要成分含量百分比存在季節(jié)性差異，分別為α-蒎烯、β-蒎烯、左旋海松酸和新樅酸。總體來(lái)看，不同地點(diǎn)松脂組分季節(jié)性分析結(jié)果相似，大部分松脂組分的含量不存在季節(jié)性差異，松脂組分含量受季節(jié)的影響較小。

圖3 A贛北、B 贛中和 C 贛南松脂主要成分含量的季節(jié)性差異

2.4 松脂主要成分與氣候因子相關(guān)分析

對(duì)不同地點(diǎn)松脂主要組分含量與各氣候因子進(jìn)行相關(guān)分析（表 3） ，結(jié)果表明不同地點(diǎn)不同松脂組分與不同氣候因子相關(guān)分析結(jié)果表現(xiàn)不一。如以 a-蒎烯為例，a-蒎烯含量與溫度因子在贛北地區(qū)相關(guān)系數(shù)達(dá) 0.992，表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)關(guān)系，而贛中與贛南地區(qū)的溫度因子相關(guān)性不顯著，且與贛南地區(qū)的溫度因子為負(fù)相關(guān)關(guān)系；再如異海松酸含量百分比在贛北和贛南地區(qū)，與氣候因子均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而在贛中地區(qū)均表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。總體來(lái)看，大部分松脂組分與溫度、降雨量和光照的相關(guān)系數(shù)未達(dá)顯著性水平，間接地反映出松脂組分含量受溫度、降雨量和光照等主要?dú)夂蛞蜃拥挠绊戄^小。

表3 松脂主要成分與氣候因子的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

松脂是由樹脂道的泌脂細(xì)胞形成的一種可再生的自然產(chǎn)物，主要分布于樹脂道內(nèi)[11]，其產(chǎn)量具有季節(jié)性及地域性的變化規(guī)律[12]。本研究結(jié)果表明，不同采脂季節(jié)間濕地松松脂產(chǎn)量存在顯著差異，夏季松脂產(chǎn)量最高，春、秋兩季次之，冬季松脂產(chǎn)量最低。早在 21 世紀(jì)初，就有學(xué)者對(duì)濕地松產(chǎn)脂量年變化規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明，濕地松松脂產(chǎn)量于 6、7月迅速增加，到 8月產(chǎn)脂量達(dá)到最高值，之后產(chǎn)脂量開始下降，在 11月底基本停止產(chǎn)脂[13]，這與本文研究結(jié)果相一致。實(shí)際上，松屬樹種泌脂能力受外界環(huán)境因子的影響較大，適度的高溫和干旱可提高松屬樹種的產(chǎn)脂能力。生長(zhǎng)/分化平衡假說(shuō)（GDBH）對(duì)此的解釋為，松脂屬于次生代謝產(chǎn)物，在高溫、干旱等環(huán)境脅迫條件下，植物體內(nèi)的碳水化合物會(huì)優(yōu)先分配給具有防御功能的次生化合物的合成[14]。因此，在夏季高溫條件下，松屬樹種的產(chǎn)脂量會(huì)高于其他季節(jié)。從生理的角度來(lái)看，松脂是光合作用的產(chǎn)物，光合作用與植物體內(nèi)次生代謝物質(zhì)的積累密切相關(guān)，光合能力是決定松脂產(chǎn)量高低的重要因素。 在贛北、贛中和贛南 3 點(diǎn)中，光照強(qiáng)度均在夏季達(dá)到最高值，在合理范圍內(nèi)，光強(qiáng)越高，植物光合能力就越強(qiáng)，相應(yīng)的其產(chǎn)脂量也越高。

本研究中，不同地點(diǎn)松脂產(chǎn)量的季節(jié)性變化趨勢(shì)與溫度及光照兩個(gè)氣候因子的變化趨勢(shì)基本一致，夏季最高，冬季最低。然而，松脂產(chǎn)量與降雨量的季節(jié)性變化趨勢(shì)不一致。除此之外，相關(guān)分析結(jié)果表明，濕地松松脂產(chǎn)量與溫度及光照因子的相關(guān)系數(shù)高于降水因子，上述結(jié)果說(shuō)明溫度和光照因子對(duì)松脂產(chǎn)量的影響要高于降水因子。此結(jié)論與黃忠叁等[15]曾得出影響馬尾松產(chǎn)脂量主要?dú)夂蛞蜃訛闇囟纫蜃拥慕Y(jié)論基本一致。除溫度和光照因子外，松類樹種的泌脂活動(dòng)亦受濕度和水熱配合狀況的影響[16]，適量的降雨可以為樹體生長(zhǎng)提供充足的水分，而過度的降雨會(huì)使林地內(nèi)土壤氧氣不足，影響濕地松根系吸收養(yǎng)分的能力，減弱濕地松的生長(zhǎng)代謝與光合作用，進(jìn)而限制濕地松產(chǎn)脂[17]。從不同地點(diǎn)平均產(chǎn)脂量變化趨勢(shì)來(lái)看，3個(gè)種植區(qū)濕地松的松脂產(chǎn)量隨緯度增加依次遞減，贛南點(diǎn)的產(chǎn)脂量要高于贛北和贛中，這主要是因?yàn)橼M南點(diǎn)的年平均氣溫要高于贛中和贛北。

濕地松松脂中單萜和雙萜的組分含量在松脂質(zhì)量評(píng)估中起重要作用，單萜組分含量越高，松節(jié)油質(zhì)量越好，二萜組分含量越高，越難熔化皂化，生產(chǎn)肥皂、油漆的成本就越高。工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)松脂的應(yīng)用也更傾向于對(duì)某種單一組分的集中開發(fā)[18]，了解松脂中主要化學(xué)組分含量季節(jié)性變化規(guī)律，對(duì)松脂組分的開發(fā)利用具有重要意義。本研究中，松脂主要成分含量季節(jié)性分析結(jié)果表明，大多數(shù)松脂組分含量在不同季節(jié)間沒有表現(xiàn)出明顯的差異性，說(shuō)明采脂季節(jié)對(duì)松脂主要組分含量沒有太大影響。除此之外，松脂組分與不同氣候因子的相關(guān)分析結(jié)果顯示，大多數(shù)松脂組分與溫度、降雨量和光照因子的相關(guān)性未達(dá)顯著性水平。松類植物體內(nèi)的松脂化學(xué)組分具有遺傳穩(wěn)定性，受外界環(huán)境因子的影響較小，只有在出現(xiàn)極端干旱或者嚴(yán)重缺乏養(yǎng)分的狀況下，松脂化學(xué)組分含量才會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)[19]。有學(xué)者曾對(duì)幾種松科植物進(jìn)行不同季節(jié)的樹脂代謝譜研究，發(fā)現(xiàn)其主要成分含量變化與季節(jié)無(wú)關(guān)，而與品種有關(guān)[20]。

然而，與本文結(jié)論不同，有研究[20-21]發(fā)現(xiàn)，植物合成和釋放的萜烯類化合物組分和含量會(huì)隨著發(fā)育階段、季節(jié)、部位等的變化而變化。 如馬尾松葉片不同季節(jié)間針葉松脂化學(xué)組分相對(duì)含量存在較大差異，不同化學(xué)組分隨季節(jié)變化呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)[22]。事實(shí)上，萜烯的生物合成是個(gè)復(fù)雜的過程，其不僅受到遺傳基因的控制[23]，還同時(shí)受到諸如光照、溫度、降水、生物和非生物脅迫、植物激素及生物周期節(jié)律等環(huán)境和發(fā)育信號(hào)的共同調(diào)控，且該調(diào)控過程在生物化學(xué)、生理及分子層面上均有發(fā)生[6]。萜烯類化合物生物合成的復(fù)雜性是造成不同樹種和不同部位松脂化學(xué)組分在不同季節(jié)性變化趨勢(shì)的原因之一。此外，本文所涉及到的樣本量相對(duì)較少，與氣候因子的關(guān)系分析尚不全面，今后應(yīng)擴(kuò)大樣本量進(jìn)行更深入全面的分析。