高產(chǎn)油脂無患子優(yōu)樹的選擇

范輝華，張?zhí)煊睿ο婷?，林秀琴，湯行昊，馬麗珍

（1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；2.福建省順昌縣林業(yè)科學(xué)技術(shù)中心，福建 順昌 353200；3.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350002；4.建甌市林業(yè)科技推廣中心，福建 建甌 353100）

高產(chǎn)油脂無患子優(yōu)樹的選擇

范輝華1，張?zhí)煊?，姚湘明2，林秀琴3，湯行昊1，馬麗珍4

（1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；2.福建省順昌縣林業(yè)科學(xué)技術(shù)中心，福建 順昌 353200；3.福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州 350002；4.建甌市林業(yè)科技推廣中心，福建 建甌 353100）

利用無患子種仁制備生物柴油，是當前生物質(zhì)資源產(chǎn)業(yè)化的熱點領(lǐng)域之一。為篩選出無患子油脂高產(chǎn)優(yōu)樹，對分布在福建、江西、浙江、安徽、湖南、廣西和云南等7省區(qū)的61株優(yōu)樹進行種仁含油率測定，并對種仁含油率在平均水平之上的29株優(yōu)樹進行了聚類分析，同時還采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法分析了樹齡、樹高、胸徑、冠幅面積以及優(yōu)樹所處區(qū)域的年平均氣溫、年降水量、海拔高度等因素對無患子種仁含油率的影響。結(jié)果表明，含油率最高的優(yōu)樹為位于江西大余的98#優(yōu)樹，達58.60%，無患子種仁含油率與各影響因素之間的關(guān)聯(lián)度最大的是優(yōu)樹所處區(qū)域的年平均氣溫，其次是海拔高度，再其次分別是優(yōu)樹的樹高、胸徑、樹齡、優(yōu)樹所在區(qū)域的年降水量、優(yōu)樹的冠幅面積。

無患子； 油脂；生物柴油；高產(chǎn)優(yōu)樹；優(yōu)樹選擇

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，化石燃料的消費日益增加，由此而引發(fā)的空氣污染、酸雨等環(huán)境問題成為制約社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的一個重要因素。在此背景下，生物質(zhì)能源以其可再生性、對環(huán)境友好性、永續(xù)性和多樣性等重要特點而備受人們青睞。因而，尋找能直接代替石油的烴類或油脂類樹種，開發(fā)“石油人工林”，已成為當今國際上的一大熱點。無患子Sapindus mukurossiGaertn.為無患子科無患子屬落葉喬木，又名肥皂樹，是集園林綠化、水土保持、原生藥用、環(huán)保型皂素制劑等多用途于一身的優(yōu)良經(jīng)濟樹種，廣泛分布于我國淮河以南地區(qū)[1]。無患子種仁含有豐富的植物油脂，其含油率高達40%以上，可用于制備生物柴油和高檔潤滑油，是極具開發(fā)前景的生物柴油原料[2]。長期以來，無患子多作為園林綠化觀賞樹種種植，規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化利用較少。國內(nèi)外學(xué)者對無患子的研究主要集中在繁育技術(shù)、化學(xué)成分和分離技術(shù)及產(chǎn)品的研發(fā)等方面[3-13]，以果用為目標的良種選育及培育研究尚處起步階段。本研究對初選優(yōu)樹開展年度調(diào)查采樣和種仁油脂含量測定分析，探討種仁含油率與各影響因素的相關(guān)性，進而篩選出一批油脂高產(chǎn)優(yōu)樹，以期為后續(xù)無性繁殖利用和優(yōu)良無性系選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 測試材料

2011年11月中旬至2011年12月中旬，開展了無患子種質(zhì)資源調(diào)查。在產(chǎn)果量、樹勢、冠形、樹姿、樹冠透光度、樹冠內(nèi)膛豐滿度、株型緊湊度、枝干顏色等多個指標的綜合評價基礎(chǔ)上，初步篩選了福建、江西、浙江、安徽、湖南、廣西和云南等7省區(qū)61株優(yōu)樹。初選優(yōu)樹情況列于表1。

1.2 樣品采集與預(yù)處理

采集選定優(yōu)樹充分成熟的果實，每株5 kg以上，按優(yōu)樹號分裝并標記。采集后及時帶回，在70℃烘干箱內(nèi)烘干至恒質(zhì)量后，用自封袋密封避光存儲備用。

表1 無患子初選優(yōu)樹地理位置Table 1Geographical positions for S. mukurossi plus trees from primary selection

1.3 樣品測定

委托福建省林產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心采用索氏提取法對無患子種仁含油量進行測定[9]。

1.3.1 工藝流程

前處理→果核分離→粉碎→石油醚浸提→石油醚回收→干燥。

1.3.2 實驗方法

前處理：取無患子果實，去除果皮和種皮，得其種仁，放入攪拌機中粉碎至60目左右，將所得核仁末放人廣口瓶中密封備用。

油脂浸提：稱取無患子核仁粉末4～5 g（稱準0.0002 g）用濾紙將其包裹后放入索氏提取管中，安裝實驗裝置，用石油醚（60～90℃）的水浴中進行油脂抽提，抽提時間8 h。

石油醚的去除：對上步得到的提取液進行蒸餾，回收其中石油醚，直至石油醚基本蒸完；放入干燥箱105℃干燥，去除燒瓶中殘余石油醚。同時測定核仁粉末的水分質(zhì)量。

計算公式：種仁含油率=[種仁油脂質(zhì)量/ (種仁粉末質(zhì)量－水分質(zhì)量)]×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 無患子優(yōu)樹的種仁含油率情況

無患子果實中的油脂主要蘊藏在種仁里，對福建、江西、浙江、安徽、湖南、廣西和云南等7省區(qū)61株優(yōu)樹的種仁含油率進行測定，結(jié)果見表2。由表2可以看出，61株無患子優(yōu)樹種仁含油率的平均值為38.41%，種仁含油率超過平均水平的優(yōu)樹有29株。種仁含油最高的優(yōu)樹是位于江西大余的98#優(yōu)樹，油脂產(chǎn)出率高達58.60%，超出平均水平20.19%。98#優(yōu)樹也是61株優(yōu)樹中唯一一株種仁含油率超過50%的優(yōu)樹。種仁含油率在40%～50%之間的優(yōu)樹有19株，約占優(yōu)樹總數(shù)的31.15%；種仁含油率在30%～40%之間的優(yōu)樹有41株，約占優(yōu)樹總數(shù)的67.21%，其中以位于江西南昌的90#優(yōu)樹最低，含油率僅為32.20%，較平均水平低了6.21%。

表2 無患子初選優(yōu)樹的種仁含油率Table 2Oil contents in seed kernels of S. mukurossi plus trees from primary selection

2.2 高含油優(yōu)株的聚類分析

對含油率在平均水平之上的29株優(yōu)樹進行聚類分析，結(jié)果如圖1所示。從圖1和表3可知，29株優(yōu)樹根據(jù)含油率可以分為5類。第一類優(yōu)樹的含油率最高，僅1株，為位于江西大余的98#優(yōu)樹，是61株優(yōu)樹含油率平均值的1.53倍；第二類優(yōu)樹的含油率次高，共2株，分別是位于江西宜春的87#優(yōu)樹和位于浙江金華的67#優(yōu)樹，其含油率的平均值為45.82%，是總體平均值的1.19倍；第三類優(yōu)樹有5株，分別是湖南醴陵86#、福建三明25#、福建順昌1#、安徽合肥71#和江西新余89#優(yōu)樹，平均含油率為43.70%，較總體平均水平高13.77%；第四類優(yōu)樹的株數(shù)最多，為12株，平均含油率為40.90%、較總體平均水平高6.5%；第五類優(yōu)樹為有9株，平均含油率為39.02%，略微高于總體平均水平。這說明，在61株優(yōu)樹中，98#優(yōu)樹可作為高含油無性系的最優(yōu)種質(zhì)，以該優(yōu)樹為母本的無性系可在生產(chǎn)實踐中大力推廣；第二類的江西宜春87#、浙江金華67#和第三類的湖南醴陵86#、福建三明25#、福建順昌1#、安徽合肥71#及江西新余89#優(yōu)樹，則可作為高含油無性系的基調(diào)種質(zhì)，適宜在生產(chǎn)實踐中進行推廣；第四、五類21株優(yōu)樹可作為高含油無性系的備選種質(zhì)，進行中試篩選或適當嫁接繁殖推廣種植。

圖1 無患子優(yōu)樹含油率聚類分析Fig.1Cluster analysis of oil contents for plus trees of S. mukurossi

表3 無患子優(yōu)樹含油率平均值對比Table 3Average values comparison of oil contents of plus trees of S. mukurossi

2.3 影響無患子油脂產(chǎn)出率的因素分析

選取福建、江西、浙江、安徽、湖南、廣西和云南等7省區(qū)種仁含油率最高的優(yōu)樹，對這7株優(yōu)樹的樹齡（X1）、樹高（X2）、胸徑（X3）、冠幅面積（X4）以及優(yōu)樹所處區(qū)域的年平均氣溫（X5）、年降水量（X6）、海拔高度（X7）等因素進行調(diào)查，將調(diào)查所得的數(shù)據(jù)與含油率（Y）進行標準化處理（見表4）后，再進行灰色關(guān)聯(lián)分析，結(jié)果見表5。由表5可以看出，含油率（Y）對各因素的關(guān)聯(lián)序為年平均氣溫（X5）＞海拔高度（X7）＞樹高（X2）＞胸徑（X3）＞樹齡（X1）＞年降水量（X6）＞冠幅面積（X4），這表明無患子種仁含油率與各影響因素之間的關(guān)聯(lián)度最大的是優(yōu)樹所在區(qū)域的年平均氣溫，其次是海拔高度，再其次分別是優(yōu)樹的樹高、胸徑、樹齡、優(yōu)樹所在區(qū)域的年降水量和優(yōu)樹的冠幅面積。

表4 數(shù)據(jù)標準化處理結(jié)果Table 4Results of data standardization

3 結(jié)論與討論

對國內(nèi)7省區(qū)初步篩選的61株無患子優(yōu)樹的種仁油脂產(chǎn)出率進行測定，結(jié)果表明，所有優(yōu)樹的種仁含油率平均為38.41%，種仁含有率在平均水平之下的優(yōu)樹約占總數(shù)的52.46%。采用聚類分析的方法將復(fù)選出的含油率在平均水平之上的29株優(yōu)樹分為5類，進而篩選出含油率最高的優(yōu)樹是位于江西大余的98#優(yōu)樹，其種仁含油率達58.60%，是61株優(yōu)樹平均值的1.53倍，是遺傳改良和品種化栽培的優(yōu)良繁殖材料。然而該優(yōu)樹位于大余縣郊外的天然林中，樹齡已經(jīng)達300余年，可供利用的穗條數(shù)量有限，應(yīng)充分利用其有限的繁殖材料營建采穗圃，以便為苗木生產(chǎn)或進一步的研究提供大量優(yōu)質(zhì)穗條；同時，可大力繁育應(yīng)用第二、三類含油率較總體平均水平高11.6～20.0%的7株優(yōu)樹，以解決制約無患子原料林基地建設(shè)缺乏優(yōu)良無性系苗木的瓶頸問題。

通過采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法分析樹齡、樹高、胸徑、冠幅面積以及優(yōu)樹所處區(qū)域的年平均氣溫、年降水量、海拔高度等因素對無患子油脂產(chǎn)出率的影響，發(fā)現(xiàn)優(yōu)樹所在區(qū)域的年平均氣溫與油脂產(chǎn)出率聯(lián)系最為緊密，兩者之間關(guān)聯(lián)系數(shù)達到0.495 0，其次是優(yōu)樹所在區(qū)域的海拔高度，該因素與油脂產(chǎn)出率的關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.457 2，此外，優(yōu)樹的樹高與油脂產(chǎn)出率的關(guān)聯(lián)系數(shù)為也超過了0.4000。除優(yōu)樹的冠幅面積這個影響因子與油脂產(chǎn)出率的關(guān)聯(lián)系數(shù)小于0.3000外，優(yōu)樹胸徑、樹齡、所在區(qū)域的年降水量這3因素與油脂產(chǎn)出率的關(guān)聯(lián)系數(shù)則均在0.3500左右，且相互之間差別不大，說明這3個因素對油脂產(chǎn)出率的影響力大致相當，雖略強于優(yōu)樹冠幅面積這個因素，但較關(guān)聯(lián)系數(shù)均超過0.4000的年平均氣溫、海拔高度和樹高這3個因素要弱。這說明在今后無患子油脂高產(chǎn)優(yōu)樹種質(zhì)資源調(diào)查時，應(yīng)在無患子適生區(qū)域中，尋找海拔和年平均氣溫均較高的地區(qū)，選取樹高較高、胸徑較大的優(yōu)樹。無患子皂苷高產(chǎn)優(yōu)樹種質(zhì)基地也應(yīng)建立在海拔和年平均氣溫較高的地區(qū)。

無患子在中國適生范圍廣、種植栽培技術(shù)較成熟、經(jīng)濟效益顯著，優(yōu)樹種質(zhì)資源十分豐富，

因受人力物力及研究經(jīng)費的制約，本研究僅對7省區(qū)的61株優(yōu)樹進行了調(diào)查，并選擇了7個較為易于測定收集且與優(yōu)樹植株生長密切的因素進行分析，更多的優(yōu)樹還有待以后進行調(diào)查和篩選，更多其它因素與無患子油脂產(chǎn)出率的關(guān)系還有待以后的研究加以完善。

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Selection of superior individuals of Sapindus mukurossi for high yield of oil

FAN Hui-hua1, ZHANG Tian-yu2, YAO Xiang-ming2, LIN Xiu-qin3, TANG Xing-hao1, MA Li-zhen4
(1.Fujian Research Institute of Forestry , Fuzhou 350012 , Fujian , China ; 2. Shunchang County Forestry Science and Technology Center of Fujian Province , Fuzhou 353200, Fujian , China; 3. College of Forestry, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002 , Fujian , China; 4.Jianou Forestry Science and Technology Promotion Center, Jianou 353100, Fujian , China)

Using the seed kernel ofSapindus mukurossiproducing biodiesel is one of the hot areas in biomass resources industry at present. In order to select high oil yield plus trees, the oil contents in seed kernels from 61S. mukurossiplus trees were measured, which come from Fujian, Jiangxi, Zhejiang, Anhui, Hunan, Guangxi and Yunnan provinces. The cluster analyses were carried outon 29 plus trees that oil contents in seed kernels were above the average of the 61 plus trees. Meanwhile, the effects of tree-age, height, diameter,crown area and the annual mean temperature, annual precipitation, altitude in the regional of plus tree on oil contents in seed kernels ofS.mukurossiwere investigated by applying grey correlation analysis method. The results show that the highest oil-yield tree is the 98# plus tree locating in Daiyu county, Jiangxi province, which oil content was 58.60%; The annual mean temperature is the highest correlation with the oil content of the seed kernels ofS. mukurossi, next was altitude, and in turn, followed by tree height, diameter, age, annual precipitation and crown area.

Sapindus mukurossi; oil; bio-diesel; high yield plus tree; plus tree selection

S794.9

A

1673-923X(2014)05-0004-05

2013-08-21

國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項“果用無患子良種選育及高效栽培技術(shù)研究”（201104100）

范輝華（1963-），男，福建建甌人，教授級高級工程師，從事森林培育與林木遺傳育種研究；E-mail：jofhh@163.com

[本文編校：吳毅]