濕加松產(chǎn)脂量及松節(jié)油主要成分含量與生長性狀相關(guān)性分析*

廖仿炎 李義良 曾 明 李福明黃 婷 趙奮成 郭文冰 陳利芳

(1.廣東省樟木頭林場，廣東 東莞 523616；2.廣東省森林培育與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省林業(yè)科學(xué)研究院，廣東 廣州510520；3.廣東省臺山市紅嶺種子園, 廣東 臺山 529200)

濕加松Pinus elliottii×Pinus caribaea的培育及研究最早起于澳大利亞，是濕地松P. elliottii和加勒比松P. caribaea通過控制授粉獲得的種間雜交后代，雜種優(yōu)勢突出，具有速生、豐產(chǎn)、松脂產(chǎn)量高、材質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，已成為中國南方地區(qū)主要的工業(yè)原料林樹種，推廣面積達(dá)10 多萬hm2。松脂是由單萜、二萜、倍半萜烯類等化合物組成的混合物，主要儲存在樹脂道中，分布于樹體的莖、桿、針葉[1]，其主要成分為松香和松節(jié)油，是我國主要的可再生自然化工原料，廣泛應(yīng)用于油漆、香料香精、合成橡膠、液體生物燃料和混合化石燃料等方面[2-3]，其性能與柴油，汽油相似[4]。研究表明，松脂產(chǎn)量受中度至高度的遺傳控制[5-6]，產(chǎn)脂力與冠幅、基本密度之間有顯著相關(guān)性，如濕地松松脂基本密度與產(chǎn)脂力之間呈極顯著正相關(guān)(r=0.540,P＜0.01)，且產(chǎn)脂力的家系遺傳力在0.6～0.8 之間[7]。松脂通過水蒸汽蒸餾加工后，非揮發(fā)性的樹脂酸熔合物即為松香，揮發(fā)性的萜烯類物質(zhì)稱為松節(jié)油，松節(jié)油分為單萜烯類的α-蒎烯、β-蒎烯和對傘花烴以及其他萜烯類化合物，其中單萜烯類的α-蒎烯、β-蒎烯為主要成分[8]。不同松樹種類、同種松樹不同產(chǎn)地所產(chǎn)的松節(jié)油成分比例不同，馬尾松所產(chǎn)松節(jié)油標(biāo)準(zhǔn)樣品中α-蒎烯、β-蒎烯含量所占比例分別為84.63%和9.56%[9]。江西安?？h濕地松生產(chǎn)的松節(jié)油中α-蒎烯、β-蒎烯含量所占比例分別61.9%和30.59%[10]。云南思茅松自南向北不同產(chǎn)地生產(chǎn)的松節(jié)油中α-蒎烯含量從91.08%到42.55%遞減，而β-蒎烯含量從2.46%到36.68%遞增[11]。

近年來，濕加松在良種選育與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等領(lǐng)域取得系列重大研究成果[12-13]。但高產(chǎn)脂松樹選育仍面臨諸多困難，包括產(chǎn)脂力等重要性狀遺傳改良周期長，評價(jià)方法滯后，親本選配盲目、早期選擇技術(shù)尚未突破等。為了解濕加松松脂產(chǎn)量和松節(jié)油主要成分與生長性狀的關(guān)系，本研究以41 株11 年生濕加松種質(zhì)為材料，對生長量、產(chǎn)脂量、松節(jié)油主要成分進(jìn)行了測定分析，為濕加松脂材兼用新品選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在臺山市紅嶺種子園內(nèi)(22°11′N,112°49′E)，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫21.8 ℃，年均日照2 006 h，年均降雨量1 936 mm，全年無霜。平均海拔30 m，土層深厚，多為花崗巖發(fā)育的酸性土壤，pH 值為5.0～5.5。

1.2 試驗(yàn)材料

選取臺山市紅嶺種子園11 年生濕加松種質(zhì)資源林開展生長性狀、產(chǎn)脂性狀及松脂成分測定。種質(zhì)資源林于1999 年造林，株行距3 m×3 m。選取同一環(huán)境條件下、生長正常的41 株為試驗(yàn)材料，調(diào)查樹高、胸徑。

1.3 項(xiàng)目測定

1.3.1 產(chǎn)脂量 11 年生時(shí)10 月10 日—11 月10日，對41 株11 年生濕加松種質(zhì)開展割脂試驗(yàn)，割脂采用下將式割脂法，割脂剖面距地面約1.3 m左右，每2 d 割一刀，3 d 稱量一次，30 d 后收集并測定月產(chǎn)脂量。采用鉆孔法采集松脂，在樹高約1.3 m 處的向陽面采用直徑為16 mm 鉆孔器進(jìn)行鉆孔，采用松脂標(biāo)準(zhǔn)化測試收集儀(欒啟福等,2012, 中國專利, N202232379U)收集松脂，分析松節(jié)油成分。鉆孔前先刮去樹干表皮，鉆孔深度為1.5 cm，24 h 后收集并測定微產(chǎn)脂量。

1.3.2 松節(jié)油主要成分 松脂樣品經(jīng)甲酯化處理后注入氣相色譜儀的氣化室，氣化后隨載氣進(jìn)入毛細(xì)管色譜柱達(dá)到有效分離流出，得到的各種松脂成分用氫火焰離子化檢測器(FID)檢測，實(shí)現(xiàn)對松脂中松節(jié)油成分的分析。GC-MS 的氣相條件：色譜柱：HP-5 毛細(xì)管柱(30 mm×0.32 mm×0.25 μm)；氣相色譜儀分析條件：程序升溫初始溫度60 °C (保持2 min)，以4 °C·min-1的升溫速率升至260 °C (保持10 min)，汽化室和檢測器溫度均保持在260 °C。氫火焰離子檢測器(FID)，載氣為高純氮，氮?dú)鈮毫?.1 MPa；氫氣流量50 mL·min-1，空氣流量50 mL·min-1，分流比為1 ∶100，進(jìn)樣量為0.5～1.0 μL。采用面積歸一法計(jì)算松脂各成分含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 軟件分析濕加松種質(zhì)的主要性狀遺傳變異系數(shù)、Pearson 相關(guān)系數(shù)等。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕加松種質(zhì)生長量與產(chǎn)脂量分析

對41 株濕加松種質(zhì)進(jìn)行了樹高、胸徑、產(chǎn)脂量的統(tǒng)計(jì)分析( 表1)。可知，樹高介于11.20～16.30 m 之間，平均為13.74 m；胸徑介于15.40～24.10 cm 之間，平均為19.65 cm；生長性狀中胸徑的變異系數(shù)相對較大，為10.34%，樹高的變異系數(shù)最小，為9.69%。產(chǎn)脂性狀中月產(chǎn)脂量介于175.20～852.40 g 之間，平均為516.49 g，高產(chǎn)與低產(chǎn)單株產(chǎn)脂量差異達(dá)4.8 倍；微產(chǎn)脂量介于2.21～28.53 g 之間，平均為10.06 g，高產(chǎn)與低產(chǎn)單株產(chǎn)脂量差異達(dá)12.9 倍。從結(jié)果來看，各性狀變異系數(shù)較高，特別是微產(chǎn)脂量，變異系數(shù)為65.12%，表明種質(zhì)資源間主要性狀差異較明顯。

表1 濕加松種質(zhì)生長性狀與產(chǎn)脂量變化Table 1 Variation of growth traits and resin yield of Pinus elliottii×Pinus caribaea germplasms

2.2 濕加松生長性狀與產(chǎn)脂量的相關(guān)性分析

對樹高、胸徑、月產(chǎn)脂量、微產(chǎn)脂量間的相關(guān)關(guān)系分析，發(fā)現(xiàn)樹高、胸徑與月產(chǎn)脂量為正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著；樹高與微產(chǎn)脂量為正相關(guān)關(guān)系，胸徑與微產(chǎn)脂量為負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性均不顯著；月產(chǎn)脂量與微產(chǎn)脂量為正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。

2.3 濕加松松節(jié)油主要成分含量變化

對濕加松種質(zhì)松節(jié)油主要成分進(jìn)行測定(表3)，結(jié)果表明，濕加松種質(zhì)α-蒎烯含量最高，平均值為57.87%；其次是β-蒎烯含量和β-水芹烯含量，平均值分別為18.32%、18.94%；α-蒎烯含量分別是β-蒎烯含量和β-水芹烯含量的3.16 倍、3.05 倍。濕加松不同種質(zhì)間β-蒎烯含量差異最大，差異達(dá)19.37 倍；其次是β-水芹烯含量，差異為7.15 倍；α-蒎烯含量最小，差異為1.85 倍。3 個(gè)成分中變異系數(shù)最大的是β-水芹烯含量(37.94%)，最小的是α-蒎烯含量(14.58%)，表明不同種質(zhì)間β-蒎烯和β-水芹烯的含量差異較大。

表2 生長性狀與產(chǎn)脂量的相關(guān)性Table 2 The correlation between growth traits and resin yield

表3 松節(jié)油主要成分含量變化%Table 3 Variation of main component content in turpentine

2.4 濕加松生長性狀與松節(jié)油主要成分含量的相關(guān)性分析

進(jìn)一步對濕加松生長性狀與松節(jié)油主要成分含量的相關(guān)關(guān)系分析(表4)，結(jié)果表明，胸徑與α-蒎烯含量呈極顯著正相關(guān)；主要成分間，α-蒎烯含量與β-蒎烯含量、β-水芹烯含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，β-蒎烯含量與β-水芹烯含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表4 生長量與松節(jié)油主要成分含量的Pearson 相關(guān)性分析Table 4 Analysis of Pearson correlation between growth traits and the main component content of turpentine

3 討論與結(jié)論

遺傳與變異是林木遺傳改良過程中重要組成部分，對目標(biāo)性狀的遺傳變異分析是科學(xué)育種的必要前提[14]，群體內(nèi)豐富的遺傳變異可為育種提供較大的物質(zhì)基礎(chǔ)及選擇潛力[15]。遺傳變異系數(shù)是評估群體內(nèi)某一數(shù)量性狀變異程度的重要指標(biāo)。本研究中，生長性狀中胸徑變異系數(shù)(10.34%)大于樹高的變異系數(shù)(9.69%)，這與王金寧等[16]對落葉松的研究結(jié)果一致，該研究發(fā)現(xiàn)胸徑的變異系數(shù)大于樹高的變異系數(shù)。此外，本研究中月產(chǎn)脂量的變異系數(shù)(29.88%)低于微產(chǎn)脂量變異系數(shù)(65.12%)；松節(jié)油主要成分中，變異系數(shù)最小的是α-蒎烯含量(14.58%)，小于β-蒎烯含量(37.86%)、β-水芹烯含量(37.94%)。這與雷蕾等[17]對高產(chǎn)脂濕地松的研究結(jié)果相似，該研究發(fā)現(xiàn)濕地松松節(jié)油中β-蒎烯和α-蒎烯含量最高，且β-蒎烯含量的變異系數(shù)高于α-蒎烯含量的變異系數(shù)。以上結(jié)果表明，濕加松種質(zhì)生長性狀、產(chǎn)脂性狀均存在廣泛的變異，有很大的選擇潛力，開展優(yōu)樹選擇是可靠的。

松脂作為松科植物的次生代謝產(chǎn)物，其產(chǎn)量會受到樹體生長性狀的影響。以往研究發(fā)現(xiàn)樹體生長越好，產(chǎn)脂量越高[18-19]。松脂產(chǎn)量與樹體因子之間一元線性關(guān)系極顯著[20]。朱永安等[21]研究發(fā)現(xiàn)濕地松松脂產(chǎn)量與直徑的相關(guān)性系數(shù)可達(dá)0.726 1，呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)；杜超群等[22]對11年生濕地松半同胞家系產(chǎn)脂性狀研究中發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)脂量與生長性狀呈顯著正相關(guān)。本研究中，濕加松月產(chǎn)脂量與胸徑的相關(guān)性較高，微產(chǎn)脂量與樹高相關(guān)性最高，但相關(guān)性均不顯著。與李艷[23]、潘顯強(qiáng)[24]研究濕地松產(chǎn)脂量與生長性狀的研究結(jié)果一致。松脂形成后儲存在樹脂道內(nèi)[25]，單位面積內(nèi)樹脂道數(shù)量、樹脂道軸向總面積均會對松脂產(chǎn)量產(chǎn)生影響。樹脂道廣泛分布在樹體的莖、葉、樹干組織中[26]。在相同負(fù)荷割脂強(qiáng)度下，隨著割脂面積越大，胸徑處樹脂道破壞的越多，儲存在樹脂道內(nèi)的松脂分泌量隨之增加[27]。同時(shí)，本研究結(jié)果與安寧等[28]對馬尾松產(chǎn)脂特征的研究結(jié)果一致。本研究中松節(jié)油的主要成分α-蒎烯含量與胸徑極顯著正相關(guān)，另外α-蒎烯與β-蒎烯含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與李彥杰等[7]、毛積鵬等[29]的研究結(jié)果一致。以上研究表明在產(chǎn)脂性狀的改良及松脂主要成分的選擇方面，胸徑都是一個(gè)重要的參考指標(biāo)。

濕加松是脂材兼用的重要工業(yè)原料林樹種，松脂是松樹重要的非木質(zhì)林產(chǎn)品，可加工獲得松節(jié)油等重要化工原料。本研究發(fā)現(xiàn)月產(chǎn)脂量與樹高、胸徑性狀呈正相關(guān)關(guān)系，胸徑與松節(jié)油中的α-蒎烯含量呈極顯著正相關(guān)。且群體內(nèi)胸徑、樹高性狀變異程度較大，具有較優(yōu)的選擇潛力，可基于胸徑、樹高等生長性狀與產(chǎn)脂性狀的相關(guān)性，針對濕加松的產(chǎn)脂性狀進(jìn)行優(yōu)樹選擇和新品種選育。