貴州石阡縣楠木資源單株形態(tài)特征及揮發(fā)性成分分析

趙 丹， 謝 娜， 趙德剛，2*, 夏玉芳

(1．貴州大學(xué) 農(nóng)業(yè)生物工程研究院/生命科學(xué)學(xué)院， 山地植物資源保護(hù)與保護(hù)種質(zhì)創(chuàng)新教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 貴州 貴陽(yáng) 550025； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，貴州省植物保育技術(shù)應(yīng)用工程研究中心， 貴州 貴陽(yáng) 550006； 3.貴州大學(xué) 新農(nóng)村發(fā)展研究院， 貴州 貴陽(yáng) 550025)

0 引言

【研究意義】楠木為樟科(Lauraceae)楠屬(Phoebe)高大喬木，是我國(guó)特有的珍貴木材樹(shù)種，主要分布于四川、重慶、湖北和貴州等地[1]。楠木作為“楠、樟、梓、椆”四大名木之首，素有“木中金子”之稱，其木質(zhì)細(xì)膩，材質(zhì)耐腐，紋理淡雅，被廣泛用作建筑、裝飾、雕刻等[2]。楠屬植物主要包括閩楠[Phoebebournei(Hemsl.) Yang]、楨楠(PhoebezhennanS.Lee et F.N.Wei)、浙江楠(PhoebechekiangensisC.B.Shang)等，有的楠屬植物其成熟木材在太陽(yáng)光下能看到波紋狀金絲，稱為“金絲楠”，木材價(jià)值高。貴州是我國(guó)楠木資源主產(chǎn)區(qū)之一，主產(chǎn)楨楠和閩楠，均為產(chǎn)生金絲的主要楠屬植物，是國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物。由于其生長(zhǎng)緩慢和人類的亂砍濫伐使得資源日益枯竭。鑒于楠木資源的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如何對(duì)楠木資源進(jìn)行保護(hù)和開(kāi)發(fā)利用，使其成為鄉(xiāng)村振興主戰(zhàn)場(chǎng)的“金山銀山”，是目前楠木產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需解決的問(wèn)題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】貴州的楠木主產(chǎn)區(qū)在北部和西北部，其中銅仁市石阡縣是楠木資源密集分布區(qū)，現(xiàn)存楠木資源年代久遠(yuǎn)[3-4]。石阡縣閩楠和楨楠資源豐富，且有較強(qiáng)的林木種質(zhì)資源保護(hù)意識(shí)，建立了自然保護(hù)區(qū)并對(duì)楠木實(shí)施古樹(shù)名木(樹(shù)齡100年以上并依法認(rèn)定的稀有、珍貴樹(shù)木和具有歷史、文化價(jià)值以及具有重要紀(jì)念意義的樹(shù)木)掛牌保護(hù)?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前石阡縣對(duì)資源利用和開(kāi)發(fā)缺乏有效的辦法，對(duì)境內(nèi)楠木資源也未作詳細(xì)調(diào)查和記錄[5-6]?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為更好地保護(hù)石阡縣楠木資源以及開(kāi)發(fā)利用，從石阡縣境內(nèi)掛牌的楠木古樹(shù)名木入手，調(diào)查記錄石阡縣境內(nèi)楠木的生境情況、形態(tài)特征和揮發(fā)性成分測(cè)定，初步篩選楠木資源的優(yōu)良單株，為優(yōu)良家系培育提供母樹(shù)信息，并為楠木深加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查對(duì)象及方法

2018年10-11月以貴州省石阡縣境內(nèi)楠木古樹(shù)名木作為調(diào)查對(duì)象，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料[4-6]和調(diào)查走訪相結(jié)合方式，調(diào)查石阡縣境內(nèi)掛牌保護(hù)的楠木古樹(shù)資源。利用GPS確定楠木古樹(shù)自然分布區(qū)的經(jīng)、緯度及海拔等地理分布信息。

1.2 楠木古樹(shù)指標(biāo)測(cè)定

1.2.1 單株形態(tài)及果實(shí)和種子特征 參照黃承石等[7]的方法，采取每木記賬調(diào)查法，記錄楠木的胸徑、株高、冠幅等形態(tài)指標(biāo)，采用樹(shù)木測(cè)高測(cè)距儀(Haglof，Vertex5)測(cè)定株高。采集單株帶果實(shí)枝條制作標(biāo)本，記錄果實(shí)橫徑和縱徑、表觀特征和剝?nèi)スず蠓N子百粒重等指標(biāo)，計(jì)算果形指數(shù)(縱徑/橫徑)。果實(shí)縱徑和橫徑采用游標(biāo)卡尺測(cè)定，分別測(cè)果實(shí)果基到果頂?shù)拈L(zhǎng)度和果實(shí)最粗處的直徑，各測(cè)定3次取平均值。另外，分別稱量19株楠木30粒鮮果質(zhì)量，隨機(jī)測(cè)定種子沙藏前后質(zhì)量，重復(fù)3次取平均值。

1.2.2 揮發(fā)性成分 選取石阡縣龍鳳村龍洞組的楠木(樹(shù)高33 m，莖圍5.16 m，胸徑1.64 m)，分別取其主干樹(shù)皮、枝條、葉、果皮、種子進(jìn)行揮發(fā)性成分測(cè)定。稱取1 g樣品鮮樣置于頂空瓶中，加入氯化鈉3 g后密封，置于80℃水浴中平衡30 min，用固相微萃取針萃取30 min，萃取結(jié)束后用萃取針在進(jìn)樣口解吸5 min，利用GC-MS對(duì)楠木各部位揮發(fā)性成分進(jìn)行分析。色譜和質(zhì)譜條件：進(jìn)樣口溫度240℃，離子源溫度230℃，載氣流速1.0 mL/min；升溫程序：起始溫度40℃，以5℃/min的速率升至140℃，保持10 min，再以5℃/min的速率升至210℃，保持12 min。色譜柱為HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Ecxel 2016 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。形態(tài)指標(biāo)采用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析，利用Shimadzu GC-MS Postrun Analysis 和NIST2008 /NIST2008S /wiley 2008 質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)檢索進(jìn)行樣品揮發(fā)性成分的定性分析，按照面積歸一化法計(jì)算總離子流圖各成分的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 石阡縣楠木古樹(shù)類型與地理分布

從表1看出，在石阡縣境內(nèi)共調(diào)查19株楠木古樹(shù)，經(jīng)形態(tài)學(xué)鑒定，14棵為閩楠、5棵為楨楠。主要分布在國(guó)榮鄉(xiāng)、中壩鎮(zhèn)、湯山鎮(zhèn)、五德鎮(zhèn)、平山鄉(xiāng)、石固鄉(xiāng)和泉都街道辦等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分布地海拔450～850 m，多為散生單株大樹(shù)，以村前寨后分布居多。

表1 石阡縣楠木采種單株的地理位置

2.2 楠木古樹(shù)生長(zhǎng)特征

從表2看出，楠木古樹(shù)樹(shù)形表現(xiàn)為橢圓形、倒卵形、圓形、半圓形、錐形和圓傘形，其中橢圓形為主要樹(shù)形。19株楠木古樹(shù)的樹(shù)高在18～35 m，其中，20 m以下的有3株，20～30 m的有13株，30 m以上的有3株。莖圍在132～516 cm，其中，200 cm以下有3株，200～300 cm有13株，300 cm以上3株。胸徑在38～126 cm，其中，50 cm以下有2株，50～100 cm的有14株，100 cm以上的有3株。冠幅最小的為8 m×6 m，最大的達(dá)35 m×32 m，其中，以龍鳳村(SQ18-07)的楠木莖圍、胸徑以及冠幅最大，推測(cè)其年代久遠(yuǎn)，樹(shù)齡較長(zhǎng)。

表2 石阡縣楠木采種單株的生長(zhǎng)特征

2.3 果實(shí)的形狀特征及沙藏前后種子百粒重

從表3看出，楠木古樹(shù)的果實(shí)形狀為橢圓形，表面光滑，顏色為褐黑色和棕色混雜。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，楠木果實(shí)特征和沙藏前后種子百粒重在不同株系間均存在差異。30粒果實(shí)鮮重最大為28.35 g，最小為15.76 g；果實(shí)縱徑為12.75～16.46 mm，橫徑為7.07～9.40 mm；果形指數(shù)最小為1.43，最大為2.33。SQ18-01和SQ18-162沙藏后的種子百粒重比沙藏前更輕，推測(cè)是種子表面部分水分被沙子吸收導(dǎo)致；其余17個(gè)單株沙藏后的種子百粒重比沙藏前重，推測(cè)沙藏過(guò)程中種子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，存在種子萌發(fā)現(xiàn)象。

表3 不同單株楠木果實(shí)的特性與種子百粒重

19個(gè)楠木單株果實(shí)的形狀特征和種子百粒重均存在較大差異，以中壩街道雙溪村2組的楠木單株(SQ18-09)果實(shí)及種子表觀發(fā)育情況較好。

2.4 楠木古樹(shù)的揮發(fā)性成分

2.4.1 揮發(fā)性成分組成 SQ18-07單株葉片、果皮、種子、樹(shù)皮和枝條的揮發(fā)性成分總離子流色譜見(jiàn)圖1，經(jīng)計(jì)算機(jī)質(zhì)譜庫(kù)自動(dòng)檢索、解析，從楠木葉片、果皮、種子、樹(shù)皮和枝條中分離鑒定的化合物分別為48種、47種、49種、47種和44種。

圖1 楠木葉片、果皮、種子、樹(shù)皮、枝條揮發(fā)性成分的離子流色譜

2.4.2 揮發(fā)性成分的相對(duì)含量 從表4看出，楠木葉、枝條、果皮、種子、樹(shù)皮中揮發(fā)性成分及相對(duì)含量存在較大差異。楠木古樹(shù)的果皮和種子中主要揮發(fā)性成分為α-Cubebene，相對(duì)含量分別為31.14%和25.60%；其次是Naphthalene,1,2,3,5,6,8a-hexahydro-4,7-dimethyl-1-(1-methylethyl)-, (1S-cis)-，相對(duì)含量分別為14.33%和13.00%；第三是β-律草烯，相對(duì)含量分別為5.27%和4.54%。楠木古樹(shù)葉片的主要揮發(fā)性成分為Naphthalene,1,2,3,5,6,8a-hexahydro- 4,7-dimethyl-1-(1-methylethyl)-,(1S-cis)-，相對(duì)含量為11.06%；其次是3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯，相對(duì)含量為7.80%；第三是羅漢柏烯，相對(duì)含量為6.06%。楠木古樹(shù)樹(shù)皮的主要揮發(fā)性成分為Naphthalene,1,2,3,4-tetrahydro-1,5,7-trimethyl-，相對(duì)含量為12.80%；其次是1H-Cyclopropa[a]naph thalene,1a,2,3,5,6,7,7a,7b-octahydro-1,1,7,7a-tetramethyl-,[1aR-(1a.α.,7.α.,7a.α.,7b.α.)]-，相對(duì)含量為10.71%；第三是Naphthalene,decahydro-4a-methyl-1-methylene-7-(1-methy lethylidene)-,(4aR-trans)-，相對(duì)含量為10.15%。楠木枝條的主要揮發(fā)性成分為α-蒎烯，相對(duì)含量為25.73%；其次是α-Cubebene，相對(duì)含量為25.73%；第三是α-Cubebene和1-石竹烯，相對(duì)含量分別為10.91%和10.48%。

表4 楠木葉、莖、果皮、種子的揮發(fā)性成分及其含量

續(xù)表4

續(xù)表4

3 討論

石阡縣境內(nèi)分布的楠木古樹(shù)資源有閩楠、楨楠以及紫楠[6-7]，其中楨楠是在1979年從閩楠分離出來(lái)，命名人為廣西植物研究所李樹(shù)剛與韋發(fā)南[8]，楨楠與閩楠的主要區(qū)別在葉背細(xì)脈是否清晰及花序長(zhǎng)短，而李娟等[9]認(rèn)為葉背細(xì)脈清晰程度與植株生長(zhǎng)環(huán)境有關(guān)，光照充足或環(huán)境較為干燥時(shí)細(xì)脈清晰。吳大榮[10]指出，用以區(qū)別楨楠與閩楠兩者的特征極為相近，分布區(qū)也相互交錯(cuò)。李娟等[11]通過(guò)DNA檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，閩楠與楨楠遺傳距離較小，遺傳相似系數(shù)較高，結(jié)合外觀形態(tài)，建議應(yīng)合并。本次研究中也發(fā)現(xiàn)楨楠和閩楠相似度極高，用形態(tài)特征準(zhǔn)確區(qū)分比較困難，在19株楠木古樹(shù)中，經(jīng)形態(tài)分類學(xué)初步鑒定為閩楠14株、楨楠5株，但需進(jìn)一步通過(guò)ISSR或SSR分析，評(píng)價(jià)閩楠和楨楠在分子水平是否一致。

為開(kāi)發(fā)楠木除材用以外的商業(yè)價(jià)值，研究人員從精油提取和揮發(fā)性成分入手進(jìn)行研究。程偉等[12]在潤(rùn)楠中分離出21種化合物，其中包括8種丁內(nèi)酯類、8種木脂素類和5種萜類化合物。龍夏穎[13]在楨楠樹(shù)梢、樹(shù)干、樹(shù)根精油中分別鑒定出50種、45種和41種化合物，所含化合物有安定、鎮(zhèn)咳、消炎的作用，提取的精油有抗腫瘤活性。毛運(yùn)芝等[14]對(duì)縉云山5 種野生鄉(xiāng)土楠木植物資源葉片精油進(jìn)行提取和成分鑒定，分析5 種楠木植物精油揮發(fā)性成分組成差異和親緣關(guān)系，為野生鄉(xiāng)土楠木類資源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用與分類提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究對(duì)19株楠木古樹(shù)中最大單株的揮發(fā)性成分進(jìn)行測(cè)定分析，在其葉片、樹(shù)皮、枝條、果皮和種子中分別分離出48種、47種、49種、47種和44種化合物，如α-萜品烯、欖香烯、橙花醇、α-水芹烯、氧化石竹烯、月桂烯等化合物有藥理性機(jī)制，α-萜品烯可用于配制人造檸檬和薄荷精油，存在于葉片和種子中；在葉片和樹(shù)皮中含有β-桉葉醇影響交感神經(jīng)的活動(dòng)[15]，可用于鎮(zhèn)痛凝神類藥物的開(kāi)發(fā)[16]；葉片、果皮、枝條中均具有欖香烯，可用于抗癌藥物的開(kāi)發(fā)[17]；在果皮中含有橙花醇，有滅菌、殺菌作用[18]；α-水芹烯在楨楠果皮和種子中的相對(duì)含量分別為3.66%、3.69%，在免疫方面起重要的作用[19]；在葉片中含有氧化石竹烯，有祛風(fēng)除濕、消炎抗菌等功效[20]；果皮和種子中的月桂烯影響脂質(zhì)膜的性質(zhì)[21]。

4 結(jié)論

2018年10-11月在石阡縣境內(nèi)調(diào)查并采集到19株楠木古樹(shù)，經(jīng)形態(tài)學(xué)初步鑒定為閩楠14株、楨楠5株。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，石阡縣氣候、土壤等環(huán)境條件非常適宜楠木的栽培和生長(zhǎng)，可開(kāi)展楠木資源的良種選育和人工栽培。但在形態(tài)學(xué)鑒定中發(fā)現(xiàn)，閩楠和楨楠極為相似，受環(huán)境影響較大，需進(jìn)一步開(kāi)展遺傳多樣性分析，從分子水平區(qū)分閩楠和楨楠，為貴州省楠木資源發(fā)掘、開(kāi)發(fā)及利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在楠木古樹(shù)的葉、樹(shù)皮、枝條、果皮和種子中分別鑒定到48種、47種、49種、47種和44種揮發(fā)性成分，各部位中成分和相對(duì)含量存在較大差異，但以萜類居多，其中α-萜品烯、β-桉葉醇、欖香烯、橙花醇、α-水芹烯、氧化石竹烯、月桂烯等化合物具有重要的藥用價(jià)值，可用于藥物開(kāi)發(fā)。同時(shí)揮發(fā)性成分中的香味物質(zhì)可用于精油開(kāi)發(fā)。

致謝：抽樣調(diào)查得到石阡縣長(zhǎng)榮聯(lián)合投資有限公司的大力支持；貴州大學(xué)植物學(xué)博士曹威進(jìn)行標(biāo)本采樣和鑒定協(xié)助；貴州大學(xué)碩士研究生張松、梁德盟、王超、梅德洪，本科生程偉等提供采樣幫助，在此一并表示感謝！