凹葉厚樸樹體厚樸酚、和厚樸酚含量變化模型的研究

王曉明 ，楊碩知 ，裴 剛 ，蔣麗娟 ，宋慶安 ，蔡 能 ，李永欣 ，曾慧杰

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，長沙 410004；2.湖南省林木無性系育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410004；3.中南林業(yè)科技大學(xué)，長沙 410004；4.湖南中醫(yī)藥大學(xué)，長沙 410208)

凹葉厚樸樹體厚樸酚、和厚樸酚含量變化模型的研究

王曉明1，2，3，楊碩知1，2，裴 剛4，蔣麗娟3，宋慶安1，2，蔡 能1，2，李永欣1，2，曾慧杰1，2

(1.湖南省林業(yè)科學(xué)院，長沙 410004；2.湖南省林木無性系育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410004；3.中南林業(yè)科技大學(xué)，長沙 410004；4.湖南中醫(yī)藥大學(xué)，長沙 410208)

為了研究凹葉厚樸樹厚樸酚、和厚樸酚的積累分布規(guī)律，以10年生凹葉厚樸為試驗(yàn)材料，建立了凹葉厚樸樹體解析木高度與厚樸酚、和厚樸酚及樹皮厚度含量的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明：解析木高度與總酚含量、厚樸酚含量、和厚樸酚含量關(guān)系最優(yōu)模型依次為y=─0.053 636x3+0.665 503x2─2.543 869x+3.964 848，y=─0.008 939x3+0.110 233x2─0.419 464x+0.693 864，y=─0.044 697x3+0.555 271x2─2.124 405x+3.270 985；樹體解析木高度與樹皮厚度關(guān)系最優(yōu)模型為y=─0.008 965x3+0.031 331x2─0.143 492x+4.941 212，可用于凹葉厚樸樹體厚樸酚、和厚樸酚含量的預(yù)測(cè)，為科學(xué)采收厚樸皮提供了理論依據(jù)。

凹葉厚樸；數(shù)學(xué)模型；厚樸酚；和厚樸酚；樹皮厚度

凹葉厚樸(Magnolia officinalis subsp. biloba)是我國重要的藥材兩用經(jīng)濟(jì)林樹種之一，主要分布區(qū)是浙江南部、福建西部、江西西南部、湖南南部、廣東東北部、廣西北部及貴州的東部[1]，其藥用主要活性成分是樹皮中所含的厚樸酚、和厚樸酚等酚類物質(zhì)[2]，其藥材品質(zhì)優(yōu)劣主要反映在這2種成份的差異上[3]。

種源、樹齡、產(chǎn)地和立地條件等與厚樸產(chǎn)量及厚樸酚、和厚樸酚含量關(guān)系密切[4-6]，是影響其栽培經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。有關(guān)凹葉厚樸的厚樸酚、和厚樸酚含量測(cè)定及影響樹皮厚度的因子和不同藥用部位中酚類成分的含量分析等方面已有研究報(bào)道[7-10]，涂育合等[11]也建立了凹葉厚樸樹皮產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型，但凹葉厚樸樹體不同部位中厚樸酚、和厚樸酚積累分布規(guī)律至今尚未見研究報(bào)道。為了更好地評(píng)價(jià)凹葉厚樸人工林的生產(chǎn)潛力，探討其主要活性成分含量的積累分布規(guī)律,筆者嘗試建立凹葉厚樸樹體解析木高度與厚樸酚、和厚樸酚含量及樹皮厚度之間的相關(guān)數(shù)學(xué)模型，旨在為凹葉厚樸樹體厚樸酚、和厚樸酚含量預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)，從而科學(xué)指導(dǎo)凹葉厚樸的生產(chǎn)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在湖南省永州市道縣洪塘營瑤族鄉(xiāng)海拔1 200 m處。所處地理位置屬溫、熱帶結(jié)合部，既具陽光豐富的大陸性季風(fēng)氣候特點(diǎn)，又有雨量充沛、空氣濕潤的海洋性氣候特征。全年平均氣溫在17.6℃～18.6℃之間，一月平均氣溫7.4℃，七月平均氣溫26.5℃，極端高溫36℃。極端最低氣溫在-4.9 ～ -8.4℃之間。年平均日照時(shí)數(shù)為1300～1740 h，無霜期年均285～311 d，年降雨量1290～1900 mm。試驗(yàn)地士壤為花崗巖發(fā)育的山地黃壤為主，土層深厚，土壤質(zhì)地好，微酸性至中性。

2 材料與方法

1.1 材 料

以湖南省永州市道縣10年生凹葉厚樸為調(diào)查對(duì)象及試驗(yàn)材料，測(cè)定樹體不同高度的樹皮厚度及厚樸酚、和厚樸酚和厚樸總酚含量。

1.2 方 法

1.2.1 采樣方法

在同一坡面的上、中、下坡選擇大小一致的5株樹為試驗(yàn)對(duì)象，分別伐倒，先測(cè)定其樹高、胸徑，然后以1 m為一段，按陰、陽面分段采割樹皮，測(cè)定樹皮厚度。將新鮮厚樸皮運(yùn)回室內(nèi)，自然通風(fēng)陰干備用。

1.2.2 測(cè)定方法

(1) 儀器 Agilent 1200 HPLC四元泵，Agilent 1200工作站。

(2) 色譜條件 色譜柱：迪馬DIKMA C18柱(250 mm ×4.6 mm，5 μm)；流動(dòng)相：甲醇∶水(73∶27)；波長：294 nm；柱溫：30℃；流速：1.0 mL/min；理論塔板數(shù)以厚樸酚峰計(jì)不低于4 000。

(3) 對(duì)照品溶液的制備及標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定：用甲醇分別制成濃度為厚樸酚標(biāo)準(zhǔn)品溶液0.08 mg/mL、和厚樸酚標(biāo)準(zhǔn)品溶液 0.096 mg/mL測(cè)厚樸酚、和厚樸酚各自的回歸方程。

(4) 供試品溶液的制備：分別取不同的厚樸樣品0.1g，粉碎(過三號(hào)篩)，精密稱定，置50 mL的磨口錐形瓶中，精密加入甲醇25 mL，稱重，超聲處理20 min，取出放冷至室溫，稱重，用溶劑補(bǔ)足減少的甲醇量，搖勻，濾過，取續(xù)濾液再用0.45 μm的微孔濾膜濾過，濾液即為供試品溶液。

(5) 精密度、穩(wěn)定性和加樣回收率測(cè)定：按同樣色譜條件進(jìn)行HPLC分析，每次進(jìn)樣10 μL，連續(xù)進(jìn)樣5次，計(jì)算厚樸酚、和厚樸酚的含量后，衡量儀器的穩(wěn)定性。

分別在0、2、4、6、8、24 h 測(cè)定厚樸酚對(duì)照溶液和和厚樸酚對(duì)照品溶液混合液，計(jì)算厚樸酚、和厚樸酚的含量，衡量二者穩(wěn)定性。

精密加入厚樸酚、和厚樸酚至已知含量的厚樸原藥材中，按樣品溶液制備方法操作，制備樣品液，按色譜條件測(cè)定厚樸酚、和厚樸酚的含量，計(jì)算加樣回收率。

(6) 樣品溶液的制備取樣品粉末（過三號(hào)篩）約0.2 g, 精密稱定，置具塞錐形瓶中，精密加入甲醇25 mL，搖勻，密塞，浸漬24 h，濾過，精密量取續(xù)濾液5 mL，置于25 mL 容量瓶中，加甲醇至刻度，搖勻，即得。

1.2.3 建模方法

對(duì)收集到的數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件分析，以解析木高度為自變量(x, m)，樹皮厚度或酚類物質(zhì)的含量為因變量(y, cm, %)，采用線性方程、二次方程、三次方程、指數(shù)方程、對(duì)數(shù)方程、乘冪曲線、復(fù)合曲線、S曲線模型、Logostic生長曲線、反響曲線、等比級(jí)數(shù)曲線11種曲線進(jìn)行擬合，以期找到適宜的該凹葉厚樸樹體解析木高度與樹皮厚度及厚樸總酚、厚樸酚與和厚樸酚含量的數(shù)學(xué)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 凹葉厚樸解析木不同高度與厚樸酚、和厚樸酚含量的模型擬合

曲線擬合結(jié)果表明: 線性方程模型式(1)、二次方程模型式(2)、三次方程模型式(3)及復(fù)合曲線模型式(4)均達(dá)到極顯著水平(r0.01=0.87400,r0.05=0.70700,下同)，指數(shù)方程、對(duì)數(shù)方程等其它模型沒有達(dá)到顯著水平。根據(jù)模型擬合結(jié)果(見表1、2、3)，在凹葉厚樸解析木不同高度分別與同一高度陰面、陽面的平均總酚含量、厚樸酚含量、和厚樸酚含量的回歸關(guān)系中，其相關(guān)系數(shù)按模型式(3)、(2)、(4)、(1)的順序依次減小，其中模型式(3)的相關(guān)系數(shù)最大，總酚含量-解析木高度模型、厚樸酚含量-解析木高度模型、和厚樸酚含量-解析木高度模型的相關(guān)系數(shù)分別為0.950 50、0.938 97、0.952 61。從精度來說, 三次方程模型式(3)為最優(yōu)的擬合模型，可以用作凹葉厚樸樹體不同高度的厚樸酚、和厚樸酚、總酚含量分布規(guī)律的預(yù)測(cè)依據(jù)。

表1 凹葉厚樸解析木總酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 1 The predictive model of correlation between height and total phenol content for Magnolia officinalis subsp. biloba

表2 凹葉厚樸解析木厚樸酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 2 The predictive model of correlation between height and magnolol content for Magnolia officinalis subsp. biloba

表3 凹葉厚樸解析木和厚樸酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 3 The predictive model of correlation between height and honokiol content for Magnolia officinalis subsp. biloba

樹體陰面、陽面的光照時(shí)間和強(qiáng)度不同，其樹皮活性成分累積也有差異。凹葉厚樸解析木陰面、陽面數(shù)據(jù)分別擬合的結(jié)果(見表4、5、6、7、8、9)與陰陽面平均數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果一致(見表1、2、3)，只有線性方程模型、二次方程和三次方程模型、復(fù)合曲線模型達(dá)到極顯著水平，其它模型均沒有達(dá)到顯著水平。模型式(3)、(2)、(4)、(1)的相關(guān)系數(shù)依次減小，以三次方程模型式(3)的相關(guān)系數(shù)最大，為各模型中的最佳擬合模型。從凹葉厚樸解析木樹體高度與陰面、陽面的總酚、厚樸酚、和厚樸酚擬合模型式(3)中的殘差平方和可看出，陽面數(shù)據(jù)擬合度都優(yōu)于陰面數(shù)據(jù)的擬合效果，其中陽面的厚樸酚—樹木高度、和厚樸酚—樹木高度的模型殘差平方和分別比陽面的減少13.49%和12.45%。這可能與凹葉厚樸樹體陰面比陽面的光照時(shí)間較短，光照強(qiáng)度較弱，酚類物質(zhì)的累積較小有關(guān)，從而導(dǎo)致曲線擬合的效果也較差。

表4 凹葉厚樸解析木陽面總酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 4 The predictive model of correlation between height and total phenols content for Magnolia officinalis subsp. biloba (sunny side)

表5 凹葉厚樸解析木陽面厚樸酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 5 The predictive model of correlation between height and magnolol content for Magnolia officinalis subsp. biloba (sunny side)

表6 凹葉厚樸解析木陽面和厚樸酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 6 The predictive model of correlation between height and honokiol content for Magnolia officinalis subsp. biloba (sunny side)

2.2 凹葉厚樸解析木不同高度與樹皮厚度的模型擬合

利用解析木不同高度與樹皮陰陽面平均厚度的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合(表10)，結(jié)果表明，線性方程模型、二次方程和三次方程模型、復(fù)合曲線模型達(dá)到極顯著水平，其它模型均沒有達(dá)到顯著水平。但以三次方程模型(3)的相關(guān)系數(shù)（0.99644）最大，其殘差平方和（0.0391）最小，是4種擬合模型中的最優(yōu)模型，適合作為凹葉厚樸樹皮陰陽面平均厚度的預(yù)測(cè)模型。

表7 凹葉厚樸解析木陰面總酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 7 The predictive model of correlation between height and total phenols content for Magnolia officinalis subsp. biloba (night side)

表8 凹葉厚樸解析木陰面厚樸酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 8 The predictive model of correlation between height and magnolol content for Magnolia officinalis subsp. biloba (night side)

表9 凹葉厚樸解析木陰面和厚樸酚含量相關(guān)性預(yù)測(cè)模型Table 9 The predictive model of correlation between height and honokiol content for Magnolia officinalis subsp. biloba (night side)

分別將凹葉厚樸解析木陰面和陽面的樹皮厚度與樹體不同高度的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，其擬合模型的相關(guān)系數(shù)大小排序與陰陽面平均數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果相似，全部達(dá)到極顯著水平(見表11、12)，且以三次方程模型式(3)相關(guān)系數(shù)最大。以模型式(3)分析比較陰面、陽面數(shù)據(jù)模型的相關(guān)系數(shù)和殘差平方和的差異，陰面的相關(guān)系數(shù)大于陽面的，其殘差平方和比陽面減小164.34%，說明陰面數(shù)據(jù)模型的擬合效果比陽面的好些。這可能與樹體陰面一天內(nèi)光照較為穩(wěn)定，樹皮厚度較均勻，而陽面從早到晚接受光照強(qiáng)度以及角度有較大的變化有關(guān)，故而，陽面樹皮厚度均勻性較差，從而導(dǎo)致其數(shù)據(jù)模型擬合效果不如陰面。

表10 凹葉厚樸解析木樹皮厚度預(yù)測(cè)模型Table 10 The predictive model of bark thickness for Magnolia officinalis subsp. biloba

表11 凹葉厚樸解析木陽面不同高度樹皮厚度預(yù)測(cè)模型Table 11 The predictive model of bark thickness for Magnolia officinalis subsp. biloba (sunny side)

表12 凹葉厚樸解析木陰面樹皮厚度預(yù)測(cè)模型Table 12 The predictive model of bark thickness for Magnolia officinalis subsp. biloba (night side)

3 結(jié)論與討論

本文中，采用曲線擬合法對(duì)10年生凹葉厚樸解析木高度與樹皮厚度及厚樸酚含量、和厚樸酚等含量進(jìn)行了曲線擬合，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。從結(jié)果來看，在已采用的11種曲線模型中，擬合效果均以三次方程模型為最佳。其中，解析木高度與總酚含量、厚樸酚含量、和厚樸酚含量的最優(yōu)模型分別為：

解析木高度與樹皮厚度相關(guān)性最優(yōu)模型為：

y =－0.008 965x3+0.031 331x2-0.143 492x+4.941 212。

有報(bào)道凹葉厚樸樹體不同部位的厚樸酚與和厚樸酚含量有顯著差異，根皮的酚含量遠(yuǎn)高于干皮和枝皮;干皮自下而上酚含量逐漸降低;枝皮的酚含量比中上部干皮的高[7，10]。本的研究結(jié)果表明，凹葉厚樸樹皮厚度雖然隨著樹體高度增加而逐步遞減趨勢(shì)，但并非線性均勻減少，總酚、厚樸酚與和厚樸酚含量隨著樹體高度增加而呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，但其中反復(fù)增減的變化。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，凹葉厚樸樹體基部1 m以內(nèi)主要活性成分含量最高，1 m以上解析木各段最高含量僅為基部段的40%。有研究認(rèn)為，陽坡對(duì)厚樸皮厚生長有利，陰坡厚樸的皮往往比較薄[5]。本研究也發(fā)現(xiàn)凹葉厚樸樹體各個(gè)主，度段的陽面樹皮厚度均比陰面略厚，兩者的研究結(jié)論相似。

本文中，對(duì)凹葉厚樸樹皮厚度與厚樸酚、和厚樸酚含量關(guān)系也進(jìn)行了曲線擬合，但結(jié)果均未達(dá)到顯著水平。多數(shù)研究者認(rèn)為凹葉厚樸樹皮越厚品質(zhì)越好，但有報(bào)道稱樹皮厚度隨年齡不斷增加，但其此生代謝強(qiáng)度到一定年齡會(huì)開始降低，因此樹皮厚度與厚樸酚、和厚樸酚含量相關(guān)性不密切[6]，本研究結(jié)論與該觀點(diǎn)一致。

綜上所述，本研究建立了凹葉厚樸樹體不同高度與厚樸酚、和厚樸酚、厚樸總酚含量以及樹皮厚度的數(shù)學(xué)模型，揭示了凹葉厚樸樹體不同部位的主要活性成分及樹皮厚度的變化規(guī)律，為科學(xué)預(yù)測(cè)凹葉厚樸產(chǎn)量及主要活性成分含量提供了的理論依據(jù)，從而有利于科學(xué)地指導(dǎo)凹葉厚樸生產(chǎn)，提高凹葉厚樸種植的經(jīng)濟(jì)效益，增加山區(qū)農(nóng)民收入，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

若要進(jìn)一步提高凹葉厚樸樹體主要活性成分含量分布預(yù)測(cè)的可靠性，應(yīng)該調(diào)查研究各種樹齡的樹體，全面把握凹葉厚樸不同年齡階段的主要活性成分分布規(guī)律。本文由于材料限制，在此未及詳述。

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Study on content variation model of magnolol and honokiol in Magnolia officinalis subsp. biloba

WANG Xiao-ming1,2,3，YANG Shuo-zhi1,2，PEI Gang4，JIANG Li-juan3，SONG Qing-an1,2，CAI Neng1,2，LI Yong-хin1,2，ZENG Hui-jie1,2
(1. Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，China；2.Hunan Key Laboratory of Trees Clones Breeding Technology，Changsha 410004，China；3.Central South Forestry and Technology University，Changsha 410004，China；4.Hunan Traditional Chinese Medicine University，Changsha 410007，China)

Ten-year-old Magnolia officinalis subsp. biloba were used as the eхperimental material for the purpose of studying on the regularity of accumulation and distribution of magnolol and honokiol in trees, and mathematical models were established. The results show that the best model of relation between the tree’s height and total phenol, magnolol, honokiol are y= -0.053 636x3+0.665 503x2-2.543 869x+3.964 848, y= -0.008 939x3+0.110 233x2-0.419 464x+0.693 864, y= -0.044 697x3+0.555 271x2-2.124 405x+3.270 985, the best model of relation between the tree’s height and bark thickness is y= -0.008 965x3+0.031 331x2-0.143 492x+4.941 212. These models can be used in forecasting magnolol and honokiol content and providing scientific basis in bark harvesting of Magnolia officinalis subsp. biloba.

Magnolia officinalis subsp. biloba; mathematic model; magnolol; honokiol; bark thickness

S794.08; S759.8

A

1673-923X(2012)02-0001-05

2011-11-24

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng) “金銀花、厚樸優(yōu)良新品種創(chuàng)制及利用技術(shù)研究”（201104023）

王曉明(1964—)，男，湖南永興人，研究員，主要從事木本藥用植物及觀賞植物育種與栽培研究；E-mail：wхm1964@163.com

[本文編校：邱德勇]