化學(xué)/生物型復(fù)合增脂劑對思茅松增脂效果探討

吳春華， 王瑞苓， 林 旭， 劉祥義*， 鄭志鋒

(1.西南地區(qū)林業(yè)生物質(zhì)資源高效利用國家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650224；2.西南林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，云南 昆明 650224； 3.西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，云南 昆明 650224；4.西南林業(yè)大學(xué) 材料工程學(xué)院，云南 昆明 650224； 5.廈門市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物質(zhì)高值化技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；廈門大學(xué) 能源學(xué)院，福建 廈門 361102)

思茅松(PinuskesiyaRoyle ex Gordon)是云南省普洱地區(qū)主要的采脂樹種，也是云南省重要的造紙用材樹種，具有速生、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)脂及生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。云南省發(fā)展松香產(chǎn)業(yè)的主要樹種為云南松和思茅松，其中，云南松5 796萬畝、思茅松2 196萬畝。全省云南松、思茅松的松脂儲藏量約為62萬噸/年[1]。松脂被譽(yù)為“長在樹上的石油”，它的主要成分是松香和松節(jié)油[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國松香產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)119.1億元人民幣，出口創(chuàng)匯6.4億美元，創(chuàng)下歷史新高[3]。松香具有黏合、防潮、乳化、絕緣等性能，廣泛應(yīng)用于造紙、涂料、食品和電氣等工業(yè)領(lǐng)域[4-7]。松節(jié)油是一種價格低、產(chǎn)量大的天然植物精油，在香料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、新材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[8-10]。采集松脂是松香生產(chǎn)中最重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)集技術(shù)、體力、勞動密集為一體，同時又受采脂林的林齡、立地條件、采脂季的氣候條件所影響[11-12]。因此，如何科學(xué)采脂，促進(jìn)松樹資源的健康、可持續(xù)發(fā)展值得深入研究。國內(nèi)外科研人員先后研制了硫酸或硫酸軟膏、亞硫酸鹽酒糟醪液、尿素等化學(xué)增脂劑，乙烯利、α-萘乙酸、苯氧乙酸等植物生長刺激劑，還有以無機(jī)和有機(jī)兩大類物質(zhì)組成的營養(yǎng)型增脂劑。這些增脂劑能夠?qū)ⅠR尾松、濕地松的松脂產(chǎn)率提高20%[13]以上。但對思茅松增脂劑的研究較少，因此，作者課題組開發(fā)了化學(xué)/生物復(fù)合型營養(yǎng)增脂劑，通過測試施用增脂劑后生理指標(biāo)的變化，對增脂劑的增脂機(jī)理進(jìn)行了探討。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試劑及樣樹選擇

在2019年的3月至12月，選擇云南景谷縣的一片思茅松林為實(shí)驗(yàn)采樣地(東經(jīng)100°35′，北緯23°30′，海拔1 549 m)，選擇陽坡上的胸徑在20 cm左右的長勢健壯未割脂的160株思茅松為樣樹。

將硝酸稀土用純凈水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%溶液，其中微量元素的量為0.04%，加入硝酸調(diào)節(jié)pH≤2.0，得到化學(xué)增脂劑。

1.2 思茅松增脂狀況的考察

1.2.1增脂劑的施加 將實(shí)驗(yàn)樹木隨機(jī)分成4組，每組40株。1組為對照組不施藥，2、3、4組分別對應(yīng)實(shí)施方案在離思茅松根部1.8 m處，用鉆頭傾斜于樹干30°打3～5 cm深的小孔，將裝有5 mL化學(xué)增脂劑硝酸稀土溶液瓶口插入小孔中，在瓶底用針頭刺穿一個小孔讓化學(xué)增脂劑能自然流出。30天后，2組繼續(xù)加化學(xué)增脂劑硝酸稀土溶液；3，4組分別施加一定濃度的生物增脂劑乙烯利(B1)和α-萘乙酸(B2)溶液，每30天，化學(xué)、生物增脂劑交替施加，即第一個月施加化學(xué)增脂劑，下個月施加生物增脂劑，如此交替進(jìn)行。在施加增脂劑下方10 cm處開V字型割溝和中溝，安裝受脂器采脂，每個月收脂一次，稱量。

1.2.2采脂 所選樣樹按《思茅松松脂采脂規(guī)程》進(jìn)行下降法采脂，3天加割一刀，割面負(fù)荷率40%，敞口受脂器收脂，記錄30天產(chǎn)脂量，去除單株產(chǎn)脂量100 g以下及500 g以上的樣本，遇雨天順延。采松脂時采集松針，每組隨機(jī)選3棵松樹，測試時選3次測定的平均值。

1.2.3增脂機(jī)理初探 為了探討增脂劑對思茅松增脂的機(jī)理，采集思茅松的松針，測試施用增脂劑后，松針的干質(zhì)量、松針葉綠素含量以及松針可溶性糖含量的變化。

1.3 增脂效果分析

1.3.1增脂率的計(jì)算 按公式(1)計(jì)算平均產(chǎn)量，按公式(2)計(jì)算增脂率：

(1)

(2)

1.3.2各生理指標(biāo)的檢測 將實(shí)驗(yàn)所采集松針測量長度、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量[14]、葉綠素總量、可溶性糖、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)酶活性。葉綠素總量采用分光光度法[15]，可溶性糖含量采用蒽酮法[14]，SOD酶活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)法[16]，POD酶活性采用愈創(chuàng)木酚法[17]，CAT酶活性采用高錳酸鉀滴定法[17-18]。各生理指標(biāo)的變化率按式(3)計(jì)算：

(3)

式中：Q—各生理指標(biāo)的變化率，%;X1—表示施用增脂劑后的生理指標(biāo)值；X0—沒有施用增脂劑的生理指標(biāo)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 增脂劑對思茅松增脂率的影響

按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對思茅松進(jìn)行增脂實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1，思茅松的增脂率按式(2)計(jì)算。

表1 施用增脂劑對思茅松產(chǎn)脂量的影響1)

從表1中可以看出，在最初施加增脂劑的4月份，只施用了化學(xué)增脂劑，產(chǎn)脂量比對照組略低或者稍高一點(diǎn)，說明才施用化學(xué)增脂劑后，樹木有適應(yīng)過程，增脂效果不明顯。但在5月份以后，施用增脂劑的思茅松都比沒有施用增脂劑的產(chǎn)脂量高，而施加了生物增脂劑B1的增脂率大于單純只施用了化學(xué)增脂劑的。而且不同月份的增脂效果不同，這是由于氣候變化，松樹的生理活動受到影響，產(chǎn)脂量也就發(fā)生變化?？傊?，施用增脂劑后，松脂產(chǎn)量明顯提高，而且采用化學(xué)增脂劑硝酸稀土溶液和生物試劑B1復(fù)合效果比單純施用化學(xué)增脂劑效果好，化學(xué)增脂劑硝酸稀土溶液和生物試劑B1復(fù)合施用增脂率高達(dá)29.7%。

2.2 增脂劑對松針的影響

2.2.1對松針干質(zhì)量的影響 思茅松松針干質(zhì)量反應(yīng)了植物干物質(zhì)的積累，體現(xiàn)了植物的營養(yǎng)狀況。本研究采用的化學(xué)增脂劑是一種稀土營養(yǎng)型的物質(zhì)，可以促進(jìn)思茅松松針干物質(zhì)的積累。從表2可知，在10月份復(fù)合增脂劑A+B1增加干質(zhì)量的效果最大，可以使干質(zhì)量增加11.2%。10月份也是采脂產(chǎn)量最高的月份，可能是由于10月份，景谷縣雨季剛過，松樹水分、養(yǎng)分正充足，有利于光合作用，有利于松脂的形成和分泌，因此松針干質(zhì)量增加率最高，松脂產(chǎn)量最大。

表2 增脂劑對松針干質(zhì)量、葉綠素和可溶性糖含量的影響

2.2.2對松針葉綠素含量的影響 葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要物質(zhì)，研究表明植物葉片的葉綠素含量與光合速率之間呈密切的正相關(guān)[19]。增脂劑對葉綠素的影響如表2所示。

由表2可見，施用增脂劑后，松針中葉綠素含量提高，而且葉綠素質(zhì)量增加愈多，松脂產(chǎn)量愈大，松樹長勢好于未施藥樹，施用了化學(xué)/生物復(fù)合增脂劑的好于單純施加化學(xué)增脂劑的。說明施用增脂劑后，葉綠素質(zhì)量增加，光合作用加強(qiáng)，松脂產(chǎn)量增加。

2.2.3對松針可溶性糖含量的影響 可溶性糖在植物的生命周期中具有重要作用，可以為植物的生長發(fā)育提供必要的能量，也可以提供代謝原料?？扇苄蕴且彩侵参锷L發(fā)育和基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)因子。增脂劑對松針可溶性糖含量的影響見表2。

由表2可以看出，施加不同的增脂劑，可溶性糖的質(zhì)量增加率都是呈波動變化，4月份可溶性糖含量不高，是因?yàn)樗济┧?月份春季發(fā)新梢，養(yǎng)分大量用于發(fā)梢，所以可溶性糖含量不高。10月份可溶性糖質(zhì)量增加率最低，而10月份松脂產(chǎn)量最高，可能是由于糖分在思茅松生物體內(nèi)進(jìn)行一系列生化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成了萜烯和樹脂酸，即松脂，從而提高思茅松的產(chǎn)脂能力[20]。

2.2.4對松針SOD酶活性的影響 植物代謝過程中會產(chǎn)生活性氧(ROS)，當(dāng)ROS含量失去平衡將對植物產(chǎn)生氧化脅迫，并對植物細(xì)胞生物膜產(chǎn)生可逆及不可逆的損傷。超氧化物歧化酶(SOD)是存在于生命體中的活性物質(zhì)，SOD能清除多余的ROS，因此，SOD酶活性的高低可以在一定程度上反映植物耐氧化能力的強(qiáng)弱。施用增脂劑后對思茅松SOD酶活性的影響如表3所示。

由表3可知，施加增脂劑的SOD酶活性都比對照組高，而且化學(xué)/生物復(fù)合增脂劑比施用純化學(xué)增脂劑的要高得更多。隨著天氣變暖，SOD酶活性的增加率更高，10月份達(dá)到最高值，施加復(fù)合增脂劑A+B1的SOD酶活性增加率達(dá)到108.6%，純化學(xué)增脂劑也達(dá)到了89.4%，而到12月份，由于天氣變冷，SOD酶活性增加率降低?？傊┯迷鲋瑒┖?，思茅松SOD酶活性增加，能更好地調(diào)節(jié)思茅松體內(nèi)ROS含量的動態(tài)平衡，從而保護(hù)細(xì)胞膜的完整性，增強(qiáng)植物抵抗外界不良環(huán)境影響的能力。

2.2.5對松針POD酶活性的影響 過氧化物酶(POD)是植物在受到過氧化物侵害時，自身所產(chǎn)生的一類氧化還原酶，它們能催化過氧化物氧化分解，可催化體內(nèi)的過氧化物和胺類等多種代謝廢物氧化反應(yīng)，分解為無毒無害或毒性較小的物質(zhì)，降低過剩的自由基，使植物體內(nèi)自由基含量始終維持動態(tài)平衡，以提高植物的抗逆性。施用增脂劑后對思茅松POD酶活性的影響如表3所示。

由表3可知，施加增脂劑的思茅松POD酶活性都比對照組高，而且化學(xué)/生物復(fù)合增脂劑比施用純化學(xué)增脂劑的要高得更多。10月份施加復(fù)合增脂劑A+B1組的POD的酶活性變化率達(dá)到最高值87.3%。由此可推測，增脂劑的施用能明顯提高思茅松POD酶活性，從而提高了思茅松的抗逆性。這與廣西農(nóng)業(yè)大學(xué)梁和等[21]和潘有強(qiáng)等[22]用乙烯利處理甘蔗后，對其過氧化物酶的影響的研究結(jié)果一致。

2.2.6對松針CAT酶活性的影響 過氧化氫酶(CAT)是一種催化過氧化氫分解的催化酶，廣泛分布于細(xì)胞的過氧化物內(nèi)。而過氧化氫是植物體內(nèi)對機(jī)體造成嚴(yán)重?fù)p害的代謝廢物，過氧化氫酶能將過氧化氫快速氧化分解，從而避免這種損害。施用增脂劑后對思茅松CAT酶活性的影響如表3所示。

表3 增脂劑對松針SOD、POD、CAT三種酶活性的影響

由表3可以看出，從4月到12月施加了增脂劑的思茅松的CAT酶活性增加率都是持續(xù)上升的，化學(xué)增脂劑和生物增脂劑B1復(fù)合施用比單純的化學(xué)增脂劑的增加率上升得稍微高一些。12月份達(dá)到最高值(復(fù)合增脂劑A+B1組為104.8%，化學(xué)增脂劑為96.8%)。由此推測化學(xué)增脂劑、生物增脂劑B1復(fù)合施用可提高思茅松CAT酶活性，從而提高思茅松的代謝強(qiáng)度及抗寒、抗病能力，從而有利于提高思茅松的產(chǎn)脂能力[23]。

SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)3大保護(hù)酶，可以提高植物適應(yīng)環(huán)境的能力。施加增脂劑可以使思茅松SOD、POD、CAT酶活性增加，與對照組相比，最大增加率分別為108.6%、87.3%和104.8%。因此，可以推斷施加增脂劑后，思茅松對環(huán)境的抵抗和適應(yīng)能力都有所增加，有利于其形成、分泌松脂。

3 結(jié) 論

通過施加增脂劑能夠提高思茅松的增脂率，特別是當(dāng)含微量元素的硝酸稀土溶液與生物增脂劑B1復(fù)合施用時，可使思茅松年平均增脂量達(dá)到29.7%。思茅松松針的生理指標(biāo)數(shù)據(jù)表明：思茅松施加增脂劑后，可提高思茅松松針干質(zhì)量和葉綠素含量，促進(jìn)光合作用，從而促進(jìn)產(chǎn)脂；提高松針SOD、POD、CAT三大植物保護(hù)酶活性，增強(qiáng)思茅松的抗逆性和環(huán)境適應(yīng)能力，從而提高松樹產(chǎn)脂能力。