海南尖峰嶺檀香心材比例、精油含量和成分的分布特征

劉小金， 徐大平， 楊曾獎， 張寧南

(中國林業(yè)科學研究院 熱帶林業(yè)研究所， 廣東 廣州　510520)

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海南尖峰嶺檀香心材比例、精油含量和成分的分布特征

劉小金， 徐大平， 楊曾獎， 張寧南

(中國林業(yè)科學研究院 熱帶林業(yè)研究所， 廣東 廣州510520)

摘要：【目的】了解檀香Santalum album人工林在我國海南的結(jié)香和精油分布規(guī)律，為我國大規(guī)模發(fā)展檀香人工林的可行性提供參考?！痉椒ā坎捎秒S機抽樣的調(diào)查方法，分析海南尖峰嶺21年生檀香的心材形成情況、心材大小和比例、心材精油含量和成分的分布規(guī)律?！窘Y(jié)果】抽樣結(jié)果顯示，海南尖峰嶺21年生檀香均已自然形成心材，30 cm高度處心材的平均直徑為10.14 cm，心材比例的平均值為38.01%，精油含量(w)的平均值為4.36%；檀香地徑和心材直徑呈線性正相關(r=0.873)，而與心材比例的相關性不明顯(r=0.279)；檀香心材精油含量在東、南、西、北4個方位上的分布差異不顯著(P=0.197)，但不同徑向部位之間的差異顯著(P<0.05)，邊材的精油含量顯著低于心材；從檀香精油中共分離出56種成分，鑒定出42種；心材的精油成分種類比邊材少，但精油質(zhì)量達到了國際質(zhì)量標準(ISO3518:2002)，而邊材則沒有。【結(jié)論】海南是檀香理想的適生區(qū)域，檀香在此生長表現(xiàn)良好，心材比例和精油含量高。

關鍵詞：檀香； 心材比例； 精油含量； 成分分布

絕大部分樹木的木材可分為邊材和心材2部分，邊材是靠近形成層的次生木質(zhì)部，由具有生理活性的活細胞組成，主要起輸導和貯藏作用，心材位于邊材以內(nèi)，是次生木質(zhì)部的內(nèi)層，由喪失了生理活性的死細胞構(gòu)成，其主要功能是機械支撐和儲存次生代謝物(如樹脂、樹膠、酚類、精油、單寧、色素等)[1-2]。心材和邊材在結(jié)構(gòu)和組成上的差異使得其在應用范圍、經(jīng)濟價值和綜合效益等方面差異懸殊[3-5]。檀香Santalumalbum是檀香科Santalaceae檀香屬Santalum的一種根系半寄生常綠小喬木。檀香心材以及從心材中提取的檀香精油在中藥、香精香料、化妝品、宗教及雕刻行業(yè)等具有廣泛的應用，因此，收獲高產(chǎn)量和高質(zhì)量的檀香心材是種植者的最終目的[6-7]。我國大陸最早于1962年引種檀香，經(jīng)過多年的反復栽培試驗，檀香已在廣東、廣西、福建、海南和云南等省區(qū)成功種植，約6～7年即開始形成心材(俗稱“結(jié)香”)[8-11]，然而各引種地檀香人工林的心材比例、心材精油含量及質(zhì)量等則鮮見系統(tǒng)報道，僅見零星的單株抽樣分析結(jié)果[9, 12-13]。本文以海南尖峰嶺21年生檀香人工林為研究對象，通過測定心材形成情況、心材比例和心材精油含量，并分析精油含量及成分的分布規(guī)律，一方面為我國檀香人工林心材比例和精油含量及質(zhì)量的研究打下基礎，另一方面有助于深入了解檀香心材形成過程，從而為檀香種植業(yè)的發(fā)展提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料取自于海南省樂東黎族自治縣尖峰鎮(zhèn)中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所試驗站的檀香人工林(位于北緯18° 42′ 5″～18° 42′ 55″，東經(jīng)108°47′35″～108°48′25″，海拔88～102 m，年均氣溫24.5 ℃，平均降雨量1 900～2 200 mm),種源為印尼，其種植時間為1989年，株行距為3 m×4 m或3 m×5 m。種植后的管理措施比較粗放，僅前3年開展過撫育管理，受人為盜伐的影響，林分保存率較低，平均樹高6.5 m，平均胸徑14.5 cm，平均地徑16.2 cm。2010年12月，從林分內(nèi)隨機挑選10株伐倒、截取圓盤并提取精油進行含量和成分組成分析。由于檀香樹干30 cm高度處圓盤的精油含量及成分組成和整株產(chǎn)油量大小的相關性較強，可推算出整株精油的產(chǎn)量[14]，因而本試驗中檀香心材的比例估算、精油含量大小分布及成分組成分析特征等均選取30 cm高度處的圓盤。

1.2試驗方法

1.2.1心材形成及比例的測算方法檀香心材為淺黃色，且具特殊香味，而邊材顏色比心材淡得多，心、邊材的界限很明顯，因此可直接用肉眼判別是否形成心材。心材比例根據(jù)圓盤橫截面的面積進行粗略估算[7]。由于心材橫截面多呈不規(guī)則多邊形，為了精確測定其面積，本文采用多個測量軸的二次平均法[15-16]，即首先根據(jù)圓盤的不規(guī)則程度確定4～8個相互垂直的方向軸，然后測定各方向軸上髓心距邊材外邊界的距離，記為Di(i=1，2，3，4，5，6，7，8)，同時測定該方向軸上髓心距心材外邊界(即心邊材的界限)的距離，記為di。圓盤總橫截面面積(ST)、心材橫截面面積(SH)以及心材比例(Q)的計算公式如下：

(1)

(2)

Q=SH/ST×100%，

(3)

式中：n表示測量方向軸的數(shù)量，取決于橫截面的不規(guī)則程度，一般取4，很不規(guī)則時取8。

1.2.2木材樣品的取樣方法木材樣品的取樣參考Brand等[17]方法，以南北方向為縱軸，東西方向為橫軸，用木鑿依次鑿取髓心以及東、南、西、北4個方向上心材中部(即心材半徑的一半)、心材外部(不含邊材)和邊材的樣品各5.0 g，用于提取精油并分析其成分組成，每個圓盤共鑿取樣品13份。

1.2.3精油提取和含量計算方法精油的提取采用乙醚浸漬法[10]，將不同位置提取的樣品分別粉碎、過篩，然后用無水乙醚進行提取，精油含量的計算方法參見文獻[5]。

1.2.4精油成分分析方法應用Finnigan TRACE GC-2000-MSTM氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析上述檀香精油樣品，色譜柱、色譜條件以及各成分結(jié)構(gòu)及含量的判定方法參見文獻[18]。

1.2.5統(tǒng)計分析方法采用SigmaPlot 13.0進行作圖，用SPSS 17.0對檀香不同部位的精油含量、成分含量等進行方差分析，均值的多重比較采用Duncan’s新復極差法(檢驗水平α=0.05)。

2結(jié)果與分析

2.1心材形成和比例分析

抽樣調(diào)查結(jié)果顯示，海南尖峰嶺21年生檀香人工林都自然形成了心材，30 cm高處心材橫截面面積及比例見表1。由表1可看出，檀香心材比例和心材直徑的變異系數(shù)均比地徑大，說明心材直徑和心材比例比地徑的數(shù)值更加離散。地徑與心材比例、心材直徑之間的關系見圖1。由圖1可知，21年生檀香的地徑與心材比例之間沒有明顯的線性關系(r=0.279)，而與心材直徑有較明顯的線性關系，并且呈正相關(r=0.873)。

表1海南尖峰嶺21年生檀香人工林心材比例變化

Tab.1Variation of heartwood proportion of 21-year-old sandal plantation in Jianfeng mountain, Hainan

項目地徑/cm心材直徑/cm橫截面面積/cm2全材心材心材比例/%平均值±標準差15.93±3.1610.14±3.25221.89±95.0486.20±62.9938.01±13.68變化范圍12.60～23.706.32～18.23124.74～455.3932.03～269.3414.65～59.25變異系數(shù)0.200.320.430.730.36

圖1　檀香心材比例、心材直徑與地徑的關系

2.2精油含量分布特征

海南尖峰嶺21年生檀香人工林精油含量在徑向和方位的分布如圖2所示。由圖2可知，檀香心材的精油含量均顯著高于邊材(P<0.05)，但心材不同徑向距離之間的精油含量差異不顯著，這進一步驗證了檀香的精油主要分布在心材，而邊材僅含少量精油這一觀點[5, 19]。檀香心材精油含量在東、南、西、北4個方位的分布差異不顯著(P=0.197)。

2.3精油成分分布特征

檀香木材圓盤不同徑向部位其精油的成分組成和相對含量各不相同， 各組分名稱及相對含量見表2。海南尖峰嶺21年生檀香人工林的木材精油中共鑒定出42種成分， 其中，邊材40種，心材外部18種， 心材中部13種，心材中心(髓)15種。從檀香邊材鑒定出的精油成分種類比心材外部、中部和髓部多122.2%、 207.7%和166.7%， 方差分析及均值的多重比較結(jié)果顯示， 4個不同徑向位置的精油中有以下8種成分的含量差異達顯著水平(P<0.01)：α-檀香醇、β-檀香醇、棕櫚酸、反式-α-香檸檬醇、表-β-檀香醇、 正十七烷、 檀油醇、α-柏木烯。

2.4精油質(zhì)量分析

按照檀香木油的國際質(zhì)量標準(ISO 3518：2002)[20]，α-檀香醇和β-檀香醇相對含量分別滿足41%～55%和16%～24%的檀香木油即達到國際質(zhì)量標準。海南尖峰嶺21年生檀香人工林30 cm高處木材圓盤的髓、心材中部和心材外部的α-檀香醇相對含量依次為46.95%、45.69%和43.60%，β-檀香醇相對含量依次為24.23%、23.49%和23.70%，均達到了國際質(zhì)量標準，而邊材的α-檀香醇和β-檀香醇相對含量分別僅為27.44%和14.57%，未達到該質(zhì)量標準。

柱子上的Bar表示1個標準差，絕對含量(或相對含量)的柱子上方，凡具有一個相同大寫(或小寫)字母者，表示徑向間或方位間差異不顯著(Duncan’s新復極差法，P>0.05)。

圖2檀香人工林木材圓盤不同徑向和方位精油含量的分布特征

Fig.2Radius and azimuth distribution of essential oil content in sandal plantation

表2檀香人工林精油中各成分及含量的徑向分布

Tab.2Radius distribution of essential oil composition and content in sandal plantation

化合物名稱1)分子式相對含量2)/%邊材心材外部心材中部髓α-檀香醇*C15H24O27.44±5.39b43.60±4.77a45.69±2.63a46.95±3.87aβ-檀香醇*C15H24O14.57±2.46b23.70±3.37a23.49±2.24a24.23±1.30a棕櫚酸*C16H32O27.69±1.97a1.39±1.88b…0.31±0.66b反式-α-香檸檬醇*C15H24O5.71±1.07b10.70±1.88a11.01±1.38a9.44±1.71a反油酸C18H34O25.43±3.08………羥甲基三甲基硅烷C4H12OSi4.83±5.532.06±2.163.22±2.702.82±2.3310,12-十八烷二炔酸C18H28O23.79±3.66………硬脂酸C18H36O22.61±1.36………表-β-檀香醇*C15H24O2.11±0.56b3.70±0.80a3.88±0.58a3.40±0.35aβ-檀香烯C15H241.66±2.171.78±0.481.71±0.651.61±0.85α-檀香烯C15H241.34±1.861.11±0.341.16±0.601.07±0.654-羥基-4-甲基-2-戊酮C6H12O21.34±3.04………苯乙烯C8H81.07±1.86………表-β-檀香烯C15H241.02±1.381.10±0.291.10±0.450.98±0.49正十六烷C16H340.83±1.30………順式-澳白檀醇C15H24O0.80±0.341.34±1.521.06±0.750.95±0.88正十七烷*C17H360.47±0.54a0.07±0.03b……月桂醛C12H24O0.41±0.42………植烷C20H420.39±0.61………壬醛C9H18O0.37±0.25………a-香檸烯C15H240.36±0.440.25±0.110.27±0.160.24±0.17月桂酸酐C24H46O30.36±0.34………正二十烷C20H420.35±0.42………檀油醇*C10H16O0.33±0.15a0.14±0.10b0.13±0.07b0.13±0.07bα-姜黃烯C15H220.31±0.380.14±0.080.15±0.070.20±0.16桃醛C14H28O0.28±0.26………乙酸異丙酯C5H10O20.28±0.25………2,6,11-三甲基十二烷C15H320.27±0.28………肉豆蔻酸C14H28O20.27±0.56………

續(xù)表2

Tab.2continued

化合物名稱1)分子式相對含量2)/%邊材心材外部心材中部髓甘油C3H8O30.25±0.26………α-柏木烯*C15H240.21±0.17ab0.28±0.18a0.20±0.09ab0.14±0.07b法尼醇C15H26O0.21±0.240.14±0.11…0.08±0.04癸醛C10H20O0.19±0.07………4,7-二甲基十一烷C13H280.16±0.14………α-甜橙醛C15H22O0.14±0.07………2,6,10,15-四甲基十七烷C21H440.12±0.08………正十一烷C11H240.11±0.10………正二十二烷C22H460.10±0.05………乙縮醛C6H14O20.09±0.03………正十四烷C14H300.09±0.04………2,2,6-三甲基-1-(3-甲基-1,3-丁二烯)-5-甲叉-7-氧雜雙環(huán)[4.1.0]庚烷C15H22O…1.85±3.37……柏木烯醇C15H24O…0.66±1.38……

1) *表示精油中該化合物的相對含量在徑向各部位間的差異達顯著水平(方差分析，α=0.05)；2)表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差；同行數(shù)據(jù)后，凡具有一個相同字母者表示彼此間差異不顯著(Duncan’s新復極差法，P>0.05)； …表示未檢測到。

2.5與其他種植地的比較

抽樣調(diào)查結(jié)果顯示，在管理粗放的經(jīng)營措施下，海南尖峰嶺21年生檀香的自然結(jié)香率約100%；而種植在其天然分布區(qū)——印度班加羅爾(Bangalore)的20齡檀香，調(diào)查發(fā)現(xiàn)其自然結(jié)香率僅為86%[21]；澳大利亞最大的種植區(qū)庫努納拉(Kununurra)14齡檀香的自然結(jié)香率也僅有75%左右[22]，16齡時自然結(jié)香率約為90.1%[17]；我國廣東的6齡檀香，自然結(jié)香率為15%～20%[10]，這很可能表明檀香在我國有較高的自然結(jié)香率。上述各種植地檀香生長、心材比例以及精油含量的比較結(jié)果見表3。

表3檀香在不同種植區(qū)的生長、心材比例及精油含量比較

Tab.3Comparisons of growth, heartwood proportions and essential oil contents of sandal at different locations

種植區(qū)域樹齡/a地徑/cm心材直徑/cm心材比例/%w(精油)/%中國海南2115.9310.1438.014.36印度班加羅爾[21]2011.484.831.67澳大利亞庫努納拉[22]1420.3010.0033.802.90澳大利亞庫努納拉[17]1615.906.6019.205.00

3討論與結(jié)論

盡管樹齡和種植地立地條件存在一定的差異，但總體結(jié)果表明，檀香在海南尖峰嶺的生長表現(xiàn)良好，生長速度快，心材比例和精油含量均較高，而且心材的精油質(zhì)量均達到了國際標準，高于市場貿(mào)易的準入標準[23](α-檀香醇、β-檀香醇相對含量分別不低于43%和18%的檀香油方可在市場交易)，經(jīng)濟價值非?？捎^，種植前景好，是值得大面積推廣種植的經(jīng)濟樹種。

檀香精油主要集中在心材，邊材僅含少量可檢測的精油，這和早期的研究結(jié)果一致[19]，本研究發(fā)現(xiàn)檀香心材的不同徑向位置的精油含量差異不顯著，而Shankaranarayana等[24]發(fā)現(xiàn)檀香精油的含量由心材中心到心邊材交界處逐漸減少，并且遞減量高達70%，這很可能是由于精油的提取方法不一致所引起的，本研究采用溶劑浸提法，Shankaranarayana等[24]則采用蒸餾法；不同方位精油含量差異不顯著很可能表明，檀香精油的形成是一個相對獨立的生理過程，受光照、溫度、水分等小氣候環(huán)境的影響較??；此外，檀香心材直徑和地徑大小呈線性正相關，這點和其他樹種的規(guī)律類似，如柚木Tectonagrandis[15]、黑木相思Acaciamelanoxylon[25]等，意味著地徑生長量越大的檀香，其心材直徑就越大，這個研究結(jié)果為檀香的良種選育工作指明了方向。

檀香邊材精油中正十七烷、檀油醇和棕櫚酸的含量均顯著高于心材，而檀香精油主要成分(如α-檀香醇、反式-α-香檸檬醇、表-β-檀香醇和β-檀香醇等)的含量則顯著比心材低，這表明在檀香的心材形成過程中，正十七烷、檀油醇和棕櫚酸很可能是作為底物或中間體參與到心材形成的次生代謝過程，通過一系列的合成或裂解代謝途徑，最終合成檀香精油，增加心材中檀香精油主要成分的含量，使邊材逐漸轉(zhuǎn)化為心材，這點有待更進一步的深入研究才能證實。

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【責任編輯李曉卉】

收稿日期：2015- 12- 18優(yōu)先出版時間：2016- 07- 05

作者簡介：劉小金(1983—)，男，助理研究員，博士，E-mail: xjliucaf@163.com；通信作者：徐大平(1964—)，男，研究員，博士，E-mail：gzfsrd@163.com

基金項目：中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項(CAFYBB2014QA009, CAFYBB2016QB010)；國家自然科學基金(31170582，31500512)；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項(2014KJCX004-01)

中圖分類號：S723.1

文獻標志碼：A

文章編號：1001- 411X(2016)05- 0066- 06

Heartwood proportion and distributions of essential oil content and composition of Santalum album in Jianfeng mountain, Hainan

LIU Xiaojin, XU Daping, YANG Zengjiang, ZHANG Ningnan

(Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520, China)

Abstract：【Objective】 To investigate rules of heartwood formation and essential oil distribution of Indian sandalwood, Santalum album, plantation in Hainan, and provide reference for development of sandal plantation in large scale in China.【Method】The presence of heartwood, heartwood proportion, and the distribution of essential oil content and composition of 21-year-old sandal plantation in Jianfeng mountain, Hainan were surveyed by random sampling.【Result】The heartwood had formed naturally in all sampled sandals. The average heartwood diameter, heartwood proportion and essential oil content at 30 cm above ground were 10.14 cm, 38.01% and 4.36%, respectively. There was positive linear correlation between ground diameter and heartwood diameter (r=0.873), but no clear correlation was found between ground diameter and heartwood proportion (r=0.279). The distribution of essential oil was not significantly different among different azimuths including east, south, west and north(P=0.197), but was significantly different among different radial positions (P<0.05). The essential oil content in sapwood was significantly lower than that in heartwood. Totally 56 constitutes were isolated from the essential oil, of which 42 were identified. Although the number of constitutes in the essential oil extracted from heartwood was less than that from sapwood, the oil quality of heartwood met the ISO standard (ISO3518:2002) for S. album oil while the oil quality of sapwood did not.【Conclusion】Hainan is considered as a suitable region for sandal growth given the good growth performance, high heartwood proportion and essential oil content.

Key words：Santalum album; heartwood proportion; essential oil content; ingredient distribution

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劉小金， 徐大平， 楊曾獎，等.海南尖峰嶺檀香心材比例、精油含量和成分的分布特征[J].華南農(nóng)業(yè)大學學報，2016,37(5):66- 71.