白木香6個不同種質的樹干木材生理特性研究

李慧婷　徐詩濤　王軍　張夢真　王德立　王露露　李思

關鍵詞：白木香；種質；樹干；生理指標；相關性分析

中圖分類號：S567 文獻標識碼：A

白木香[Aquilaria sinensis （Lour.） Spreng.]為瑞香科（Thymelaeaceae）沉香屬（Aquilaria Lam.）常綠喬木，又稱土沉香、女兒香、莞香，是我國生產(chǎn)正品沉香最主要的植物資源，為我國特有的珍貴藥用植物和二級瀕危保護植物[1]，近年來，被納入海南“六棵樹”中的“第四棵樹”重點發(fā)展。沉香是沉香屬或擬沉香屬（Gyrinops Gaertn.）樹木在自然生長過程中，由于受到逆境脅迫產(chǎn)生的含有樹脂的木材[2]。因其極高的藥用價值、香料價值、文化價值，被譽為“藥中黃金”“香中之王”[3]。

前人在白木香種質資源多樣性方面做了大量研究，其中按照葉的形態(tài)特征，大致可分為：大葉、中葉和小葉種[4]。并發(fā)現(xiàn)不同種質類型在葉片、果實、花粉、重量、發(fā)芽率、地徑、苗高等質量和數(shù)量性狀上具有表型差異性，且差異顯著[5-11]，同時建立了白木香種子質量分級標準[1]。林丹[12]研究了白木香葉長、葉寬等11 個表型性狀的相關性、多樣性和居群的表現(xiàn)變異規(guī)律，并初步構建了白木香核心種質。諸多學者采用RAPD、ISSR分子標記技術，對白木香不同種質及其奇楠種質進行了遺傳多樣性研究，揭示其親緣關系，得知白木香的物種多樣性高于居群間的遺傳多樣性，并可快速區(qū)分鑒定奇楠種質[12-15]。由于不結香的白木香樹干化學成分與沉香成分相差甚遠，到目前為止，對白木香樹干化學成分的研究較少，其化學成分主要包括黃酮類（洋芹素-7，4-二田醚、5-羥基-7，3，4-三田氧基黃酮、木犀草素-7，4-二甲醚、芫花素、5，3-二羥基-7，4-二甲氧基黃酮、桃苷元等）、木脂素（蘇式-醉魚草醇C、赤式-醉魚草醇C、（-）-杜仲樹脂酚、（-）-松脂素、蘇式-愈創(chuàng)木基甘油-β-松柏醇醚等）、三萜類、苯環(huán)衍生物（沉香素A）、倍半萜類（沉香素B）、苯丙素、甾體等[16-22]。

L?PEZ SAMPSON[23]研究了澳大利亞栽培的厚葉沉香（Aquilaria crassna Pierre ex Lecomte）的生長生理、繁殖系統(tǒng)、生長環(huán)境以及葉的形態(tài)特征，以及沉香屬不同植物的形態(tài)特征。研究表明，樹干生理和葉片形態(tài)性狀是預測沉香樹生產(chǎn)力的重要指標，其中包括葉片干物質、葉柄長度、葉面積、新葉數(shù)、葉綠素含量、葉綠度指標等。陳積優(yōu)等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同葉型白木香葉片的可溶性糖、可溶性蛋白等生理生化指標存在顯著性差異，其中可溶性糖含量對于植物的抗逆性選育等方面具有一定的參考意義[25-26]。甘昌濤等[27]在對白木香樹皮纖維的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著樹高的增加，纖維長度先增大后減小，寬度降低，長寬比增大。張興麗等[28]證實了在不同樹齡白木香的木質部以及不同儲藏部位的淀粉和還原性糖含量存在差異。張鵬等[29]研究發(fā)現(xiàn)，茉莉酸、乙烯、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、總酚以及總萜等應激反應的生理生化指標在易結香白木香種質和普通白木香中表現(xiàn)出顯著差異。

木材是天然生長形成的一種有機物，其生長也是次生韌皮部形成的過程，其主要由管狀單元、纖維素、半纖維素、木質素等組成[30-33]。許多木材提取物中包含可溶性的碳水化合物、蛋白，例如糖類、淀粉類、果膠類等。在植物生長中，木材的主要功能包括：為植物樹體生長提供機械支撐和保護；糖分、水分等化合物的貯存場所；將根部和樹冠部之間相連接，將水分和營養(yǎng)從根中長距離運輸?shù)降厣喜糠諿34]。

酸堿性質是木材重要的化學性質之一，影響其加工工藝、力學性質等[35-36]。可溶性糖在植物生長發(fā)育、基因表達和信號傳導過程中起到了重要的作用，也是一類滲透調(diào)節(jié)物質，包括蔗糖、葡萄糖、果糖、半乳糖等[26]。糖類和淀粉等碳水化合物是光合作用產(chǎn)物的主要儲存形式。淀粉主要存在于木材的薄壁組織和木射線內(nèi)，有些木材的髓部也有淀粉的存在[37]。蔗糖是光合產(chǎn)物的主要運輸形式。光合作用中CO₂到蔗糖或淀粉的一系列反應步驟被稱為卡爾文循環(huán)，總糖、淀粉、蛋白質都可以作為植物的呼吸底物[38]。植物生長時，儲藏物質在各種酶的作用下分解成簡單的可溶性化合物，例如淀粉是植物體中最重要的儲存性多糖，可被分解為麥芽糖和葡萄糖；蛋白質可被分解為氨基酸，氨基酸和葡萄糖則進一步被轉化為可運輸?shù)孽０?、蔗糖等化合物，這些可溶性的分解物給植物生長提供營養(yǎng)[38]?？扇苄缘鞍状蠖嗍菂⑴c植物生理代謝的各種酶類[39]，在逆境（高溫、低溫、干旱、紫外線、病原菌、缺氧、化學物質等）下，原有蛋白的合成受到抑制，而新形成一些逆境蛋白（低溫誘導蛋白、熱擊蛋白、鹽逆境蛋白、病原相關蛋白等）[38]。逆境蛋白多數(shù)是高度親水、沸水中穩(wěn)定的可溶性蛋白，因此逆境蛋白的種類和數(shù)量可以作為植物抗逆性的生理生化指標。脯氨酸是最重要和有效的有機滲透調(diào)節(jié)物質，但在逆境中，可以保持膜結構的完整性，脯氨酸與蛋白質相互作用能增加蛋白質的可溶性和減少可溶性蛋白的沉淀，增強蛋白質的水合作用[38]。由于沉香的形成是白木香在逆境脅迫下形成的帶有油脂的木材，因此研究與白木香樹干逆境脅迫相關的可溶性蛋白含量具有重要意義。在諸多因素中，對細胞生長和性狀起決定性作用的是細胞壁，纖維素在原生質膜中合成并沉積在細胞壁的內(nèi)側。質膜中有纖維素合成酶復合體，復合體一邊在膜中移動，一邊合成纖維素。細胞生長又稱為細胞伸展，它需要纖維素等新細胞壁物質的合成與沉積，以維持細胞壁的強度和完整性[38]。

樹干是白木香結香的主要部位，沉香樹脂的形成必然與樹干理化性狀相關。并且樹干pH、淀粉含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、纖維素含量等生理指標都對白木香生長、樹干結香、抗逆性、木材應用和加工工藝等方面起到關鍵性作用，因此對其生理指標的研究具有重要意義。

木材的生理指標會受季節(jié)、溫度、光照、水肥管理條件、樹干部位、土壤pH、生長地域、采伐時間、貯存時間、測試條件和方法等因素的影響，因此在研究時，嚴格控制以上條件，盡量消除各種誤差。本研究以白木香6 個不同種質為對象，測定其樹干木材的pH、淀粉含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、纖維素含量，并進行差異顯著性和相關性分析，探尋其內(nèi)在關聯(lián)性，旨在對白木香的品種選育、資源保護與利用、DUS 測試指南指標制定以及種植產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整升級等方面提供科學數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 種質材料 本研究選取白木香6 個不同種質，其中，3 個已知具有穩(wěn)定形態(tài)特征和結香特性的白木香良種海香1 號、海香2 號、海香3號[40]，3 個待審品種：皮油種、大葉種和囊泡種。均種植于海南省文昌市邁號鎮(zhèn)（110°45′36.19″E，19°32′17.11″N），種植地環(huán)境條件、水肥管理相同。其種質來源及葉片形態(tài)特征見表1、表2 和圖1。

1.1.2 取樣 選擇無病蟲害且健康的未結香白木香樹，并于天氣晴朗的同一時間采集樹段木材樣品。每個種質取樣3 株，每一種質不得少于3 株，每株即為一個重復。在樹干下部（樹高1/5 處）、中部（全長1/3 處）、梢部（直徑大于10 cm）分別均勻截取3～5 cm 厚圓盤各一個，取樣總量（鮮重）不少于1 kg。將樣品保存于網(wǎng)袋中，隨后將圓盤去皮后，通過髓心對剖成四等份，兩對等份作為一份，一份作為試材，另一份保存?zhèn)溆?。晾干后?jīng)過充分混合，于4 ℃保存?zhèn)溆?，隨之進行生理指標的測定，每棵樹的樣品進行3 次重復測量，并取平均值。

1.1.3 樣品制備 將每種試樣用干材粉碎機粉碎，過40～60 目篩，置于通風良好、無酸、堿性氣體的室內(nèi)風干，并將每棵樹的上、中、下三部分木粉均勻混合后取約200 g，置于具有磨口玻塞的廣口瓶中4 ℃?zhèn)溆谩?/p>

1.2 方法

采用《木材pH 的測定》GB/T 6043—2009 測定木材樣品的pH，蘇州科銘生物技術有限公司試劑盒微量法（蒽酮比色法）測定淀粉含量，蘇州科銘生物技術有限公司試劑盒微量法（蒽酮比色法）測定可溶性糖，蘇州科銘生物技術有限公司試劑盒微量法（考馬斯亮藍法）測定可溶性蛋白含量，及硝酸-乙醇法測定纖維素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將白木香6 個不同種質樹干木材的pH、淀粉含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、纖維素含量等指標進行標準化處理后，采用Excel 2010軟件處理試驗數(shù)據(jù)并繪制圖形和表格，采用SPSS26.0 軟件進行方差分析、多重比較（沃勒鄧肯法、LSD 法）分析和Pearson 相關性分析。

2 結果與分析

2.1 白木香不同種質樹干的生理指標

2.1.1 pH 如圖2 所示，白木香不同種質的樹干pH 范圍為5.40～6.06，由高到低依次為：海香3號>海香2 號>海香1 號>皮油種>囊泡種>大葉種。海香1 號和海香3 號、大葉種、囊泡種間，海香2 號和大葉種、囊泡種間，海香3 號和皮油種、大葉種、囊泡種間，皮油種和大葉種、囊泡種間的樹干木材pH 均存在顯著性差異（P<0.05）。

2.1.2 淀粉含量 如圖3 所示，白木香不同種質樹干淀粉含量范圍為13.16～ 33.85 mg/g，由高到低依次為：大葉種＞囊泡種＞皮油種>海香1 號>海香2 號>海香3 號。海香1 號與大葉種、囊泡種間，海香2 號與皮油種、大葉種、囊泡種間樹干木材的淀粉含量均具有顯著性差異（P<0.05）；海香3 號樹干的淀粉含量最低（13.16 mg/g），并與皮油種、大葉種、囊泡種樹干的淀粉含量均具有顯著性差異（P<0.05）；大葉種樹干的淀粉含量最高（33.85 mg/g），并與皮油種、囊泡種樹干的淀粉含量均具有顯著性差異（P<0.05）。

2.1.3 可溶性糖含量 如圖4 所示，白木香不同種質樹干可溶性糖含量范圍為3.60～20.16 mg/g，由高到低依次為：大葉種>囊泡種>皮油種>海香2 號>海香3 號>海香1 號。大葉種和皮油種間，海香1 號和皮油種、大葉種、囊泡種間，海香2號和皮油種、大葉種、囊泡種間，及海香3 號和皮油種、大葉種、囊泡種間樹干木材的可溶性糖均存在顯著性差異（P<0.05）。

2.1.4 可溶性蛋白含量 根據(jù)圖5 結果，白木香6 個不同種質樹干可溶性蛋白含量范圍為0.17～0.25 mg/g，由高到低依次為：海香1 號>海香2 號>囊泡種>海香3 號=大葉種>皮油種，它們之間均無顯著性差異。

2.1.5 纖維素含量 根據(jù)圖6 結果顯示，白木香6 個不同種質樹干中的纖維素含量范圍為0.46～0.61 g/g，由高到低依次為：海香1 號＞皮油種>大葉種>海香3 號>囊泡種>海香2 號。海香1號和海香2 號、海香3 號、大葉種、囊泡種間，海香2 號和皮油種間樹干的纖維素含量均表現(xiàn)出顯著性差異（P<0.05）。

2.2 生理指標的相關性分析

由表3 可知，pH 與淀粉含量、可溶性糖含量之間均呈極顯著負相關，相關系數(shù)分別為–0.774、–0.884。淀粉含量與可溶性糖含量之間呈極顯著正相關，相關系數(shù)為0.882。pH 與可溶性蛋白含量、纖維素含量之間，可溶性蛋白含量與纖維素含量之間均呈正相關，但未達到顯著相關水平。淀粉含量與可溶性蛋白含量、纖維素含量之間，可溶性糖含量與可溶性蛋白含量、纖維素含量之間均呈負相關，但未達到顯著相關水平。

3 討論

前人研究表明：由于木材中含有醋酸、樹脂酸、蟻酸等酸性物質，并且木材在貯藏過程中，會不斷產(chǎn)生酸性物質，因此世界上絕大部分木材呈弱酸性，把pH<6.5 的木材歸屬于酸性木材，把pH>6.5 的木材歸屬于堿性木材，極少數(shù)木材或者心材屬于堿性木材[38]。半纖維素是決定木材pH的一個因子，當樹體受脅迫時，形成愈傷組織，因而加速生長，并降低了半纖維素的含量，木材pH 增加，因此受脅迫的樹體有偏堿性的趨勢[41]。本研究中，白木香6 個不同種質樹干的pH 在5.40～6.06 之間，均屬于酸性木材。

可溶性糖主要來源于淀粉等碳水化合物的分解，以及光合產(chǎn)物的轉化等?？扇苄蕴恰⒌矸凼菢涓蔂I養(yǎng)物質的儲存形式，其含量是植物生長狀態(tài)的判定方式[25]。馬華明[42]發(fā)現(xiàn)，白木香在結香過程中，淀粉向糖轉化，致使可溶性糖含量增加，淀粉含量降低。同時白木香木材具有特殊甜香味，其氣味的來源：一是木材自身所含的某種化學成分所揮發(fā)出的氣味，二是木材中的淀粉、糖類物質被寄生于木材中的微生物進行代謝或分解時而生成的產(chǎn)物具有某種氣味[37]。可溶性糖含量的高低在一定程度上可以反映植物對糖的轉化能力，轉化能力越強，可溶性糖含量越低[43]。木材中部分糖類化合物在結香過程中發(fā)生了降解，結香部分的萜類、芳香族化合物等有機物含量相比白木部分有所增加。呼吸底物的含量（可溶性糖）對呼吸也有顯著影響，即可溶性糖含量高的植物，呼吸作用速率顯著較高?？扇苄蕴强赏ㄟ^調(diào)節(jié)細胞的滲透勢，從而提高植物的抗?jié)B透脅迫能力。當植物遭受非生物脅迫（低溫等）時，植物體內(nèi)淀粉水解，會增加植物體內(nèi)可溶性糖含量，保護酶活性增多，細胞液的濃度增高，冰點降低，可減輕細胞的脫水，保護原生質膠體不致遇冷凝固，從而提高對非生物脅迫的抵抗力[34]。木材中，可溶性糖含量高時，樹木的抗蟲性差，受蟲害狀況越嚴重[41]。本研究中，白木香6 個不同種質樹干的淀粉含量在13.16～33.85 mg/g 之間，可溶性糖含量在3.60～20.16 mg/g 之間，其中大葉種、囊泡種、皮油種樹干的淀粉含量和可溶性糖含量顯著高于海香1號、海香2 號、海香3 號，并且大葉種樹干的淀粉含量和可溶性糖含量最高。同時，未結香白木香部分的淀粉含量和可溶性糖含量之間呈極顯著正相關關系。因此推測皮油種、大葉種和囊泡種3 個白木香種質的抗凍性可能較海香1 號、海香2號、海香3 號更強，可向北推廣栽培。但皮油種、大葉種和囊泡種3 個白木香種質的抗蟲性可能較其他3 個種質更弱，推測海香1 號、海香2 號、海香3 號可作為抗蟲品種推廣使用。并且皮油種、大葉種和囊泡種的呼吸作用、光合作用均可能較為旺盛。同時，在考察取樣過程中發(fā)現(xiàn)，皮油種、大葉種和囊泡種比較容易吸引螞蟻等昆蟲，與其可溶性糖的含量以及抗蟲性可以相互印證。因此淀粉、可溶性糖含量較高的白木香樹種，抗蟲性差，更易造成蟲蛀，可致使白木香在自然條件下形成蟲漏型沉香。其中，皮油種較其他種質更易結香，其樹皮在受脅迫時都會結香。邱乾棟等[44]發(fā)現(xiàn)木材的白度和糖類物質質量分數(shù)之間呈顯著負相關，因此可以根據(jù)木材的顏色粗略對比木材的含糖量。本研究中皮油種、大葉種、囊泡種的樹干顏色較海香1 號、海香2 號、海香3 號更深，與不同種質樹干可溶性糖含量、淀粉含量的測量結果亦可相互印證。

可溶性蛋白也是一種滲透調(diào)節(jié)物質，其含量也是植物代謝過程中蛋白質損傷的一項重要指標[45]。植物中可溶性蛋白含量高，抗逆性就越強[24]。在逆境下植物形態(tài)結構和生理特性發(fā)生明顯變化，多種脅迫都會使自由水含量降低，光合作用減緩，呼吸作用異常，蛋白質、碳水化合物等物質分解大于合成[38]。本研究表明，白木香6個不同種質樹干可溶性蛋白含量范圍為0.17～0.25 mg/g，且均無顯著性差異。由于白木香不同種質在相同生境、相同水肥管理、且無逆境脅迫的條件下，因此其可溶性蛋白含量之間均無顯著性差異。但相對而言，海香1 號、海香2 號樹干的可溶性蛋白含量略高，可推測其抗逆性較其他種質更強。因此在品種選育方面，可偏向抗逆性較強的海香1 號和海香2 號。

木材的物理力學性質主要受纖維素和木質素等生理成分的影響[46]，具有較長纖維的木材細胞排列相對緊密，纖維與纖維之間接觸面積大，且纖維素含量較高，形成的木材密度大，硬度也較大，力學強度高，是理想的建筑用材[39]。木材用于衡量制漿造紙最重要的指標是其纖維素長度和長寬比，纖維細而長在建筑和造紙用材等方面是比較理想的選擇[47-48]。經(jīng)市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有企業(yè)將白木香樹干纖維用于宣紙和衣服的制造，在造紙用材的選擇中，偏向于纖維細長的木材，其韌性較高，抗拉性較強。在制漿造紙方面，白木香樹皮細致且柔韌，其纖維長度主要分布于2.0～4.0 mm，具有較好的形態(tài)條件，可作為高級紙原料[27， 49]。PITRE 等[50-51]發(fā)現(xiàn)植物快速生長次生木質部中的纖維直徑更寬，長度變短，木質素合成減少，往往會造成木材密度低、抗彎性能弱。本研究表明，白木香不同種質樹干中的纖維素含量范圍為46%～61%，其中海香1 號、皮油種樹干木材的纖維素含量相對最高，海香2 號的纖維素含量相對最低，因此在造紙、建筑用材等方面，海香1 號和皮油種是較為理想的選擇。

通過對白木香6 個不同種質樹體的pH、淀粉含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、纖維素含量進行測定分析，以探討以上5 個生理指標在白木香不同種質樹體之間是否存在顯著性差異，并研究5 種生理指標之間的相關性。后續(xù)還將開展上述種質所結沉香的評價，將進一步為白木香品種選育、種質資源保護與利用、種植產(chǎn)業(yè)結構升級調(diào)整和DUS 測試指南指標的制定等方面提供基礎性數(shù)據(jù)。

4 結論

（1）白木香不同種質樹干木材的pH 均呈酸性（5.40～6.06）；淀粉含量為13.16～33.85 mg/g；可溶性糖含量為3.60～20.16 mg/g；可溶性蛋白含量為0.17～0.25 mg/g；纖維素含量為46%～61%。

（2）白木香不同種質樹干的pH 與可溶性糖含量、淀粉含量之間均呈極顯著負相關（P<0.01）；淀粉含量與可溶性糖含量呈極顯著正相關（P<0.01）；可溶性蛋白均無顯著差異，但海香1 號和海香2 號略高；纖維素含量（部分種質）存在顯著差異（P<0.05），其中海香1 號和皮油種的略高。

（3）根據(jù)纖維素含量，推薦海香1 號、皮油種作為造紙、建筑用材；根據(jù)淀粉含量、可溶性糖和可溶性蛋白含量，推測海香1 號、海香2 號、海香3 號抗逆性強，三者的抗蟲性均較強；推測皮油種、大葉種和囊泡種抗蟲性較差，但抗凍性較強。

致謝 楊照劍先生提供相應試驗材料，特致謝忱！