一種增脂劑對(duì)云南松增脂效果及生理活性的影響

王瑞苓， 吳春華， 劉祥義， 劉建祥， 鄭志鋒

(1.西南林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 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) 生態(tài)與環(huán)境工程學(xué)院,云南 昆明 650224; 4.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)，福建 廈門 361102)

松脂是松屬植物光合作用產(chǎn)生的次生代謝物[1-2]，是一種重要的林產(chǎn)化工原料。由松脂水蒸氣蒸餾得到的松香、松節(jié)油廣泛用于造紙、清漆、香精香料、合成橡膠、消毒劑、涂料、印刷油墨及防水材料等領(lǐng)域[3-9]。據(jù)報(bào)道，我國(guó)林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值350～400億元/年，其中，松香產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值150～200億元/年[10]。云南松(PinusyunnanensisFranch.)是我國(guó)西南地區(qū)最主要的采脂樹種，其占可采脂松樹總量的43.3%[11]，云南省云南松松脂儲(chǔ)藏量約為38萬(wàn)噸/年。但2018年云南省松香產(chǎn)量?jī)H為7萬(wàn)噸左右[12]，主要原因?yàn)樵颇纤善毡楫a(chǎn)脂能力比較低，采脂生產(chǎn)率低下。據(jù)此，本研究將一種營(yíng)養(yǎng)型松樹增脂劑施用在云南松樹上，每月檢測(cè)其增脂效果，并對(duì)施加增脂劑后云南松的各生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，分析這種營(yíng)養(yǎng)型增脂劑對(duì)云南松生長(zhǎng)生理指標(biāo)的影響，以期為增脂劑的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣樹選擇

2018年3月至10月選擇云南省楚雄州雙柏縣縣城20 km處的一片云南松林為實(shí)驗(yàn)樣地(東經(jīng)101°03′，北緯24°14′，海拔2 005 m)。樣地屬北亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均降雨量927 mm，年平均氣溫15 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)為2 355 h。該樣地為一片成熟的云南松人工林，選擇陽(yáng)坡上的胸徑(20±1)cm的長(zhǎng)勢(shì)健壯未割脂的160株云南松為樣樹，進(jìn)行編號(hào)。對(duì)各樣樹進(jìn)行兩個(gè)月的預(yù)割脂試驗(yàn)，收集各樣樹產(chǎn)脂總量，根據(jù)收集到的產(chǎn)脂總量相等的原則將這些云南松分為對(duì)照組(80株)和實(shí)驗(yàn)組(施加增脂劑，80株)進(jìn)行增脂劑施用試驗(yàn)。

1.2 增脂劑的施加方法

以稀土和多種植物必需微量元素為主要成分的微肥營(yíng)養(yǎng)型增脂劑對(duì)樣樹進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2018年5月1日，將實(shí)驗(yàn)組樣樹用電鉆在割口上方10 cm處向上傾斜于樹干30°打3～5 cm深的小孔，將裝有5 mL增脂劑瓶頸插入小孔中，在瓶底用針頭刺穿一個(gè)小孔讓增脂劑能自然流出。對(duì)照組只鉆孔不加增脂劑。每月初施加一次增脂劑，至10月初，共計(jì)6次。

1.3 松脂的收集

所選樣樹按《松脂采脂規(guī)程》進(jìn)行下降法Y型采脂，3天加割一刀，割面負(fù)荷率40%，敞口受脂器收脂。每月收脂一次，稱質(zhì)量。

1.4 增脂效果分析

1.4.1增脂率的計(jì)算 按照下式進(jìn)行增脂率的計(jì)算：

P=(y-y0)/y0×100%

式中：P—施加增脂劑后的增脂率，%；y—施加增脂劑后每30 d平均每株云南松松脂產(chǎn)量，g；y0—對(duì)照組每30 d平均每株云南松松脂產(chǎn)量，g。

1.4.2各生理指標(biāo)的檢測(cè) 在施加增脂劑后的6月、 8月、 10月底，采集各組的松針(每組隨機(jī)選擇 6株)，檢測(cè)各生理指標(biāo)。檢測(cè)指標(biāo)包括：鮮質(zhì)量、干質(zhì)量，葉綠素總量，可溶性糖，可溶性蛋白，超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)酶活性，丙二醛(MDA)含量及相對(duì)電導(dǎo)率。

葉綠素總量測(cè)定采用分光光度法[13]，可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮法[14]，可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[15]，采用氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定SOD酶活性[16]，采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定CAT酶活性[17]；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD酶活性[18]；采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定MDA含量[18]；采用電導(dǎo)儀法測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率[19]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析通過(guò)SPSS 16.0軟件完成，所有數(shù)據(jù)由平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示，方差分析采用Duncan多重比較法分析差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 增脂劑對(duì)云南松產(chǎn)脂的影響

施加增脂劑對(duì)云南松產(chǎn)脂量和增脂率的影響如表1所示。由表1可知，施加了增脂劑的云南松各月松脂產(chǎn)量均顯著高于未施加增脂劑的對(duì)照組。施加增脂劑后增脂效果逐漸增大，在7月份增脂效果達(dá)到最大，增脂率可達(dá)41.08%。8月份開始增脂效果有所下降，在10月份增脂率最低，但仍有29.84%的增脂效果。此6個(gè)月的平均增脂率為34.76%，表明該增脂劑有較穩(wěn)定的增脂效果。

表1 增脂劑對(duì)云南松產(chǎn)脂量和增脂率的影響1)

2.2 增脂劑對(duì)云南松松針的影響

2.2.1對(duì)松針鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響 松針鮮質(zhì)量、干質(zhì)量能反映植物水分吸收和干物質(zhì)積累的能力，體現(xiàn)了植物的營(yíng)養(yǎng)狀況。施加增脂劑對(duì)云南松松針鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響如表2所示。

表2 增脂劑對(duì)云南松松針鮮質(zhì)量、干質(zhì)量的影響

由表2可知，在10月份鮮質(zhì)量的增加率最高，可達(dá)11.02%。10月份開始?xì)鉁刂饾u降低，松樹即將進(jìn)入生長(zhǎng)緩慢的階段，而施加增脂劑可以促進(jìn)水分代謝，增加細(xì)胞代謝活力，此時(shí)云南松還能保持很高的產(chǎn)脂量，單株平均產(chǎn)脂量仍在170 g以上。干質(zhì)量在8月份增加率最高，比對(duì)照增加10.26%。8月份是云南松光合作用最大的月份，而施加增脂劑可以提高參與光合作用的葉綠素總量(見表3)，從而加強(qiáng)松針的光合作用，增加干物質(zhì)積累。這表明該增脂劑是一種營(yíng)養(yǎng)型的物質(zhì)，施加后可以促進(jìn)云南松進(jìn)行滲透吸水，顯著提高植物的鮮質(zhì)量，并能顯著提高松針干物質(zhì)的積累量。

2.2.2對(duì)松針葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響 葉綠素是植物進(jìn)行光合作用時(shí)吸收和傳遞光能的主要物質(zhì)，其含量的多少直接可以影響植物光合作用的大小，光合作用的提高可以促進(jìn)松樹分泌松脂[20-21]。云南松的葉綠素總量與產(chǎn)脂量呈正相關(guān)[22]。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的體現(xiàn)者，絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)也是蛋白質(zhì)，故蛋白質(zhì)的含量與植物生命活動(dòng)和代謝的旺盛程度直接相關(guān)。增脂劑對(duì)云南松松針葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響見表3。

表3 增脂劑對(duì)松針葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

由表3可知，施加增脂劑可以使云南松松針的葉綠素總量顯著增加，且隨著增脂劑施加次數(shù)的增加，葉綠素的增加量也逐漸增大，在10月份達(dá)到最大增加值13.03%，2.1節(jié)也顯示7～9月份云南松產(chǎn)脂量逐漸增加，這說(shuō)明增脂劑通過(guò)增加葉綠素總量而促進(jìn)松樹增強(qiáng)光合作用，進(jìn)而促進(jìn)松樹產(chǎn)脂。進(jìn)入10月份，由于溫度降低，云南松的產(chǎn)脂量都有所下降，但施加了增脂劑組的云南松葉綠素含量仍然增加，有利于云南松在寒冷的天氣里正常的光合作用。

施加增脂劑后，含可溶性蛋白的量也顯著增加，10月份比對(duì)照提高40.96%?？扇苄缘鞍鬃鳛槊傅闹饕M成部分，其含量增加代表施加增脂劑后云南松細(xì)胞代謝活性比對(duì)照有顯著增加。此外，在10月 份可溶性蛋白含量增加也可以作為細(xì)胞抗凍性的一個(gè)重要指標(biāo)，可溶性蛋白作為細(xì)胞內(nèi)的可溶性物質(zhì)可以提高細(xì)胞液濃度，增加滲透壓，降低冰點(diǎn)，增加云南松抵御寒冬的能力，提高植物的抗凍性[22]。可溶性蛋白含量增加后，相關(guān)酶活性增加，酶的活性與松脂的產(chǎn)量呈正相關(guān)[23]，可以促進(jìn)光合產(chǎn)物糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為松脂。

在6月和8月份松針含可溶性糖的量均顯著低于對(duì)照組，分別減少了6.73%和8.68%。松針經(jīng)過(guò)光合作用形成糖類，在云南松體內(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[24-25]。施加了增脂劑后產(chǎn)脂量增加而可溶性糖含量減少，這說(shuō)明增脂劑會(huì)促進(jìn)可溶性糖轉(zhuǎn)化為松脂，從而導(dǎo)致松針可溶性糖含量降低，進(jìn)而促進(jìn)松脂的產(chǎn)生和分泌。但在10月份，云南松含可溶性糖的量卻比對(duì)照增加了 7.54%，而松脂產(chǎn)量仍高于對(duì)照組近30%。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)6個(gè)月施加增脂劑的累積效果，可促使云南松產(chǎn)生較多可溶性糖，一方面促進(jìn)這些糖轉(zhuǎn)化為松脂，另一方面使植株積累一些可溶性糖，與植物細(xì)胞內(nèi)的可溶性蛋白共同作用降低冰點(diǎn)，抵御寒冷天氣。

2.2.3對(duì)松針三大保護(hù)酶含量的影響 超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶(POD)是植物體內(nèi)三大保護(hù)酶，可以清除氧自由基和過(guò)多的過(guò)氧化氫而維持細(xì)胞代謝平衡，其含量可以作為植物抗逆性的重要指標(biāo)[26-27]。施加增脂劑對(duì)云南松SOD、CAT和POD酶活性的影響如表4所示。

表4 增脂劑對(duì)松針SOD、CAT和POD酶活性的影響

由表4可知，施加增脂劑可以使云南松松針SOD、CAT、POD活性均顯著增加，且均在10月份達(dá)到最大，SOD、CAT、POD這3種酶的酶活性增加率分別為81.55%、 31.74%和45.87%，說(shuō)明施加增脂劑后，云南松對(duì)環(huán)境的抵抗和適應(yīng)能力都有所增加?？梢灶A(yù)測(cè)經(jīng)過(guò)寒冬后施加了增脂劑的云南松比對(duì)照組更為健壯，有利于云南松產(chǎn)脂業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

2.2.4對(duì)松針丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率的影響 丙二醛(MDA)作為生物過(guò)氧化的標(biāo)志物，是自由基在生物體內(nèi)產(chǎn)生脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程的最終產(chǎn)物[28]，MDA的積累可對(duì)生物膜和細(xì)胞造成一定的傷害。故MDA含量反映了植物生物膜受傷害的程度。當(dāng)植物受到逆境環(huán)境影響時(shí)，細(xì)胞膜遭到破壞，膜透性增大，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，從而使植物細(xì)胞浸提液的相對(duì)電導(dǎo)率增大。因此，相對(duì)電導(dǎo)率是反映植物細(xì)胞膜透性的一項(xiàng)基本指標(biāo)，也是衡量生物膜穩(wěn)定性、細(xì)胞生命活動(dòng)能否正常進(jìn)行的重要指標(biāo)。施加增脂劑對(duì)云南松MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率的影響如表5所示。

由表5可知，施加增脂劑可以使云南松MDA含量顯著減少，降低了生物膜受損的程度，大大提高了生物膜的穩(wěn)定性。施加增脂劑后的云南松相對(duì)電導(dǎo)率也顯著低于對(duì)照組，這說(shuō)明增脂劑能有效降低不良環(huán)境對(duì)云南松的影響，保護(hù)云南松的膜系統(tǒng)和內(nèi)含物的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高云南松抵御逆境的能力，保障各項(xiàng)生命活動(dòng)正常有序進(jìn)行。

表5 增脂劑對(duì)云南松MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率的影響

3 結(jié) 論

3.1通過(guò)韌皮部施用一種以稀土元素和多種植物必需微量元素為主要成分的微肥營(yíng)養(yǎng)型增脂劑可以大幅度地增加云南松5～10月份的松脂產(chǎn)量，增脂率最高可達(dá)41.08%，平均增脂率34.76%。

3.2施加增脂劑后可以顯著提高云南松松針鮮質(zhì)量、干質(zhì)量，最高分別為11.02%和10.26%，云南松生長(zhǎng)更為健壯、長(zhǎng)勢(shì)更好；可以顯著提高葉綠素總量，最高為13.03%，促使云南松光合作用增加；可以提高含可溶性蛋白的量，最高為40.96%，促進(jìn)光合產(chǎn)物糖類物質(zhì)轉(zhuǎn)化為松脂；可以提高三大保護(hù)酶SOD、CAT、POD的活性，最高分別為81.55%、 31.74%和45.87%，從而增強(qiáng)了云南松的抗性和適應(yīng)性；可以降低松針中丙二醛(MDA)含量和相對(duì)電導(dǎo)率，保證了植物細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高云南松抵御逆境的能力。施加了增脂劑的云南松在原本產(chǎn)脂量比較低的季節(jié)仍然有較高的產(chǎn)脂量，可以延長(zhǎng)云南松的年采脂時(shí)間，優(yōu)化云南松松針的各項(xiàng)生理指標(biāo)，從而有利于云南松的高產(chǎn)脂和可持續(xù)性發(fā)展。