湖南壶瓶山油脂植物生态学特性及其含油量相关性研究

肖 艳，徐 亮，张代贵，周建军，陈功锡

(吉首大学/植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室，湖南吉首416000)

油脂植物是指以榨油为主要目的的植物资源，植物油脂是植物的储藏物质［1］。目前，我国学者在油脂植物资源的调查和利用，油脂的工业提取技术以及生物柴油开发等方面进行了相关研究［2－3］，但对油脂植物含油量与植物生态学方面的相关性分析尚不十分清楚。

壶瓶山丰富的油脂植物是土著居民植物油脂的主要来源。该区典型的亚热带山地气候孕育了种类丰富多样的植物，现已记录的维管束植物计228科1 026属2 836种，是湖南省维管束植物种类最丰富的地区［4］。笔者通过长期的调查，发现该区亦具有丰富的油脂植物资源［5］。本文在前期调查与文献查阅的基础之上，对油脂植物的含油部位、生活型、收获季节、垂直分布(植被垂直带)等生态学特性及其与含油量的相关性进行了研究，并对油脂成分进行了相关评价，旨在为合理开发和利用该区的油脂植物资源提供科学参考。

1 研究区域概况和方法

1.1 研究区域概况

研究区域为湖南壶瓶山国家级自然保护区(下称壶瓶山)，位于湖南省石门县境内，地处北纬29°50'～39°09'，东经 110°29'～ 110°59'，最低海拔为220 m，最高海拔为2098.7 m，属亚热带山地气候，年均温度9.2℃，年均降水量1 898.5 mm，具有气温偏低、春迟冬早、雨量充沛、湿度较大的特点。该区植物种类丰富多样，并保存有大量的珍稀濒危物种，有“华中地区弥足珍贵的物种基因库”之称［6］。

1.2 研究方法

1.2.1 数据收集

物种确定:物种信息的获取来自于不同的渠道，包括《壶瓶山植物志》及已发表的文献《湖南壶瓶山国家级自然保护区油脂植物资源调查》，植物标本(收藏于吉首大学标本馆JIU)、野外考察和拍摄的数码照片，CVH和CFH。油脂含量及成分主要参考《中国油脂植物》、《中国资源植物》、《中国油脂植物手册》、《开发木本油料植物作为生物柴油原料的研究》等书籍或科技论文［7］。

含油量:根据植物中油脂含量的多少，本文将含油量分为5个不同等级，即低含油量(含油量低于10%)，中低等含油量(含油量介于10% ～20%之间)，中等含油量(含油量介于20% ～30%之间)，中高等含油量(含油量介于30% ～40%之间)，高等含油量(40%以上)。

生活型:植物的生活型分为4种，即乔木、灌木、藤本和草本。灌木是指木本、非攀援、多主干、一般低于5 m的多年生植物。草质附生植物和亚灌木则作为草本。

垂直分布:参照张代贵［5］对该地区植物分布的划分方法。

含油部位:油脂主要集中在植物的果实或种子中［1］，本文将含油部位分为果肉、果核、果实、种子、种仁、假种皮、种皮、米糠8类。

采收季节:本文将采集时间分为四季:春季(3～5月)，夏季(6～8月)，秋季(9～11月)，冬季(12～2月)。

1.2.2 数据分析

采用卡方检验(chi－square test)对含油量与生活型、垂直分布(植被垂直带)、采收季节以及含油部位的相关性进行分析。检验的零假设为含油量在各个植物性状和生态类型中的分布是随机的，无明显相关。考虑到系统发生对这些生态关联性的影响，在植物属的分类水平上又进行了相关分析。使用Excel 2003软件进行数据分析。

2 研究结果

2.1 壶瓶山自然保护区油脂植物生态学特性

2.1.1 油脂植物的生活型

壶瓶山油脂植物按生活型类型可分为草本、乔木、灌木、藤本4种类型。结果表明，草本有22科、58属、78种，种占总数的27.76%;灌木有29科、48属、72种，种占总数的25.62%;乔木有37科、80属、115种，种占总种数的40.93%;藤本有8科、14属、16种，种占总种数的5.69%。壶瓶山油脂植物生活型类型的组成见表1。

表1 壶瓶山油脂植物的生活型

2.1.2 含油部位

油脂在植物的各个部位均有分布，但主要集中在果实和种子中。经调查统计表明壶瓶山油脂植物脂肪酸主要分布在果实、果核、果肉、种仁、种子、种皮、假种皮、米糠中(详见表2)。含油部位为种子的最多，有194种，隶属63科135属，代表物种有黄杞(Engelhardtia roxburghiana)等;为果实的有44种，隶属17科35属，如色木槭(Acer mono)，女贞(Ligu-strum lucidum)等;为种仁的有33种，隶属14科25属，如华榛(Corylus chinensis)等;为果核的有4种，如球核荚蒾(Viburnum propinquum)等;为果肉的仅有木蜡树(Toxicodendron sylvestre)、漆(Toxicodendron vernicifluum)2种;为假种皮的有卫矛(Euonymus alatus)、猴欢喜(Sloanea sinensis)2种。

表2 壶瓶山油脂植物的含油部位

2.1.3 收获季节

由表3知，壶瓶山油脂植物在春季收获的有11科、16属、26种，种占总种数的9.25%;在夏季收获的有52科、86属、112种，种占总种数的39.86%;在秋季收获的有58科、124属、173种，种占总种数的79.36%;在冬季收获的有13科、21属、24种，种占总种数的8.54%。

表3 壶瓶山油脂植物收获季节

2.2 油脂植物的含油量及其与生态学特征的相关性分析

2.2.1 油脂含量

不同植物含油量差异较大，壶瓶山油脂植物中黄芩(Scutellaria hypericifolia)含油量最低为1.0%，猴欢喜(Sloanea sinensis)含油量最高为73.8%。其中含油量超过60%的油脂植物有粗榧(Cephalotaxus sinensis)、山茶(Camellia japonica)、三尖杉(Cephalotaxus fortune)、胡桃(Juglans regia)等。现将含油量分为 0.0% ～ 9.9%、10.0% ～ 19.9%、20.0% ～29.9%、30.0% ～39.9%、大于 40.0%5 个阶段，各阶段油脂植物含油量科属的组成情况见表4。由表4可知含油量处于中等水平的油脂植物明显高于其它各水平，说明壶瓶山油脂植物的含油量主要处于中等水平。

表4 壶瓶山油脂植物含油量科、属组成

2.2.2 含油量与生态特征的相关性

由表5可知，油脂主要分布在种子中，科、属水平均以中低含油量(10%～20%)的物种数量最多，含油部位和含油量高低在种、属水平均存在显著性差异(χ2=69.58，P ＜0.05，n=28;χ2=56.31，P ＜0.05，n=28)。乔木中含油量超过40%的种类远远大于草本和藤本，中低等含油量在乔木、灌木、草本中分布比较均匀，但在藤本中分布较少。生活型和含油量高低在种、属水平均无显著差异(χ2=20.82，P ＞0.05，n=12;χ2=12.91，P ＞ 0.05，n=12)。在常绿阔叶林带和常绿落叶阔叶混交林(海拔小于1 500 m)中，各含油阶段的油脂植物种类和含油量明显高于高海拔地区，即壶瓶山油脂植物主要分布在低于海拔1 500 m的地区。垂直分布(植被垂直带)和含油量高低在种、属水平上均无显著差异，即无明显相关性(χ2=9.12，P ＞ 0.05，n=12;χ2=7.65，P ＞0.05，n=12)。油脂植物的含油器官主要采集季节集中在夏季和秋季，且以秋季为多，采收季节和含油量高低在种、属水平上均无显著差异，即无明显相关性(χ2=16.89，P ＞0.05，n=12;χ2=14.06，P＞0.05，n=12)。

2.3 油脂成分及用途分析

油脂的主要成分是脂肪酸甘油酯，以及少量磷脂、甾醇、蜡、酚类等化合物。植物脂肪酸的工业用途主要有6个方面，即润滑剂、表面活性剂、包埋剂、聚烯类产品、医疗及理疗产品和生物能源原料。目前，世界能源危机严重，生物柴油的研发已成为国际热点，根据德国、欧盟和美国制定的生物柴油标准制定了以碘值、十六烷值和脂肪酸组成等参数作为植物油质量的评价体系。通过四条标准，即51＜十六烷值＜65，碘值＜115，亚麻酸＜12%及十八碳四烯酸＜1%，碳链长度为C12－C2［7］。参考相关数据统计分析可知壶瓶山含油量在30%以上的可作为生物柴油的木本油脂植物有14种，详见表6。

表5 壶瓶山油脂植物含油量与生态学特性的相关性

表6 壶瓶山含油量在30%以上的可作为生物柴油的木本油脂植物

脂肪酸可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。油酸是极具营养价值的食用脂肪酸，长期食用能有效预防动脉血管硬化和心血管疾病。高油酸油除非常适合于作煎炸食品用油外，它的加工产品化学稳定性与从矿物油中加工提取的润滑剂相似，可作为生产工业润滑剂的原料，同时也是生物柴油的重要原料［8］。壶瓶山含油量40%以上的油脂植物中油酸含量在20%以上的有山乌桕(Sapium discolor)、猴欢喜(Sloanea sinensis)、草珊瑚(Sarcandra glabra)、荷花玉兰(Magnolia grandiflora)、白木通(Akebia trifoliate)等9种。

在脂肪酸性质评价中，多不饱和脂肪酸(PUFA)与饱和脂肪酸(SAF)相对含量比值是一个很重要的指标。近代医学实践证明:当PUFA/SAF大于2时，植物油脂才具有降血脂的功能，且PUFA/SAF值越大，油脂降血脂的作用就越明显［9］。壶瓶山油脂植物中含油量在30%以上的114种植物中，除乳浆大戟(Euphorbia esula)、毛叶石楠(Photinia villosa)、宜昌荚蒾(Viburnum erosum)、香榧(Torreya grandis)、亮叶水青冈(Fagus lucida)5种植物的脂肪酸的组成还没有完全获悉外，其余109种植物中，PUFA/SAF大于2的有乌药(Lindera aggregate)、三尖杉(Cephalotaxus fortun)、益母草(Leonurus artemisia)、杜仲(Eucommia ulmoides)等66种。其中PUFA/SAF大于2，且含油量超过50%的油脂植物有青江藤(Celastrus hindsii)、芝麻(Sesamum indicum)、水青冈(Alnus cremastogyne)、油桐(Vernicia fordii)、草珊瑚、湖南山核桃(Carya hunanensis)等共16种，是较有开发价值的具降血脂功能的植物。这16种油脂植物的PUFA/SAF情况如表7。

表7 部分油脂植物的PUFA/SAF

3 结论与讨论

油脂植物种类繁多、资源丰富，能适应多种需求，具有广阔的市场前景，但是目前除了人工栽培的10多种油脂植物外，许多野生油脂植物资源尚未得到充分利用。壶瓶山油脂植物资源丰富(281种，隶属于184属，70科)，在油脂植物的生活型中乔木居多(41%)、草本与灌木其次(28%，25%)，这与亚热带山地气候地区的植被相关。壶瓶山油脂植物的油脂主要分布在种子(194种，占总种数的69.03%)和果实(44种，占总种数的15.66%)中，在种仁、果仁和种皮中也有少量分布。油脂植物含油部位的采集主要集中在夏季(112种，占总种数的51.38%)、秋季(212种，占种总数的97.25%)季节，这是由于夏秋季节大部分含油部位已经完成了物质转换。壶瓶山油脂植物大多分布在1 500 m以下的常绿阔叶林(182种，占总种数的64.77%)和常绿落叶阔叶混交林(64种，占总种数的22.78%)。在油脂植物的利用时要注意其生态学特性，如要根据其主要含油部位、收获季节等特点在合适的季节、部位及时采收以免盲目开发利用，造成不必要的损失。

含油部位与含油量有显著相关性(χ2=69.58，P＜0.05，n=28;χ2=56.31，P ＜0.05，n=28)可能是因为油体一般聚集在胚或胚乳中。生活型(χ2=20.82，P ＞ 0.05，n=12;χ2=12.91，P ＞ 0.05，n=12)、垂直分布(χ2=6.69，P ＞ 0.05，n=12;χ2=7.65，P ＞0.05，n=12)，采收季节(χ2=16.92，P ＞0.05，n=12;χ2=14.04，P ＞0.05，n=12)与含油量无明显相关性，一些具体机制还有待进一步探讨。

壶瓶山油脂植物在生物柴油的开发和医药保健用品的研发方面具有重要意义，可对其进行合理的开发和利用。

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