江西省高产脂湿地松松脂成分分析与评价

雷 蕾，潘显强，3，张 露*，易 敏，范国荣，孙世武，赵 衡，苏 恒

(1.江西农业大学 林学院，江西 南昌 330045;2.吉安市青原区白云山林场，江西 吉安 343062;3.南昌市林业局，江西南昌330038)

我国是全球最大的松脂生产和出口国，其产业占全球60%以上的份额。2002年以前我国90%以上的松脂来源于马尾松，近10年来湿地松的松脂产业逐渐发展起来，各地纷纷建立湿地松的釆脂林［1-2］。湿地松具有产脂量大，松脂不易结晶，β-蒎烯含量高的特点，是不同于马尾松的又一优良的松脂资源。研究表明，不同种源的地理变异导致松脂的化学组成差异显著［3］，不同地区的湿地松松脂成分也有所差异［4-6］，这些前期研究为本研究对江西省湿地松松脂资源的评价提供了很好的参考价值，但未见以高产脂湿地松为研究对象的报道。

江西省于20世纪30年代开始引种湿地松，今已成为江西省最主要采脂树种，仅吉安市就有近20.67万hm2的湿地松采脂林，其年产量位居全国之首，但目前存在面积大蓄积量低的问题。为了经营好江西省的松脂产业，本研究通过对高产脂湿地松和普通湿地松松脂成分的测定，分析了高产脂湿地松与普通湿地松之间的差异，产脂量与各化学组分之间的关系，以及各组分之间的相关性，并以此为基础分析了江西省高产脂湿地松松脂资源的优势，提出了江西省湿地松改良的建议，为高产脂湿地松的松脂品质改良及早期选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品来源

试验地位于江西吉安白云山林场，东经115°11′，北纬26°51′，海拔90 m，亚热带气候。造林地属丘陵红壤，林地植被主要是芒属(Miscanthus)植物。试验林采用随机区组设计，共113个美国引进的高产脂湿地松(Pinus elliottii)家系，5次重复，4株小区，1989年春育苗，1990年春造林。

年产脂量的测定:采用下降式割脂法，于2005年5月-10月对林内所有湿地松进行割脂，每日一刀，负荷45%，按月称重，测定全年产脂量，同时测定树高、胸径，计算产脂力(产脂力:指1 cm割口的产脂量)。

选择试验林内高产脂湿地松共186个单株，属于32个家系，试验林内随机取20个家系的60株平均木(非高产脂)作为对照。于2013年7月的晴朗天气下，在树木离地面180 cm处用直径为16 mm的钻头进行钻孔，孔深约0.5 cm，放置松脂标准化测试收集仪［7］收集松脂，24 h后用Parafilm封口膜(美国)封口，螺口塑料盖密封，标号，带回实验室，5 d内分析化学成分。

表1 186个高产脂湿地松的基本特征Tab.1 The basic traits of 186 high resin P.elliottii

1.2 测定方法

收集的松脂样品将松脂在试管内搅拌均匀，取少量松脂溶于无水乙醇中，以酚酞为指示剂，用四甲基氢氧化铵［(CH3)4NOH·5H2O］乙醇溶液滴至微红色，直接进行气相色谱和气-质联用分析。

色谱条件:60℃保持2 min，5℃/min升到80℃，再30℃/min升到230℃，最后5℃/min升到240℃，保持10 min。气化室和检测器温度均保持在260℃，进样量:0.4 μL。

1.3 数据分析

通过化学工作站数据处理系统，各成分分别用NIST08谱库进行检索，用色谱峰面积归一化法，得到松脂各化学成分的相对百分含量，并计算松脂中的单萜类、倍半萜类和二萜类组分的总百分含量，基本特征用Office Excel 2003软件统计。方差分析、协方差分析和回归分析用SAS 8.0软件计算。

2 结果与分析

2.1 高产脂湿地松松脂成分的变异

由于实验中部分样品有挥发现象(管内松脂由流体黄色变成半固体白色，即为松节油挥发)，本研究对其成分进行测定，最终获得146个单株松脂成分测定数据，气-质联用分析GC-MS色谱峰图如图1。从表2分析可知，146个湿地松松脂试样成分中，有19.18%(28株)检测出＞30种成分，80.82%(118株)检测出19～29种成分，对照(普通湿地松)检测出34种成分，可见高产脂湿地松松脂化学成分较均一。本研究将含量＞0.02%的组分的基本特征进行统计(表2)，共25种成分，包括6种单萜类组分、1种倍半萜烯类组分和18种二萜类组分(含量＜0.02%的组分定为痕量，本研究未统计其含量)。

高产脂湿地松松脂单萜类组分总含量平均占松脂总含量的42.91%，其中a-蒎烯和β-蒎烯含量最高，这两项平均占松脂含量的39.71%，占单萜类组分总含量的92.92%。莰烯、双戊烯、对伞花烯和月桂烯的含量相对较少。对照试样(普通湿地松松脂)的单萜类组分含量占松脂总含量的36.18%，a-蒎烯和β-蒎烯占松脂含量的31.24%，占单萜类组分含量的86.35%。这些单萜类组分是湿地松松节油的主要成分，可见，高产脂湿地松松脂的松节油含量较普通湿地松松脂高。

二萜类组分总含量平均占松脂含量的55.10%，其中，左旋海松酸、枞酸、新枞酸的含量最高，分别占松脂含量的 20.39%、11.23%和 10.50%，分别占二萜类组分含量的 37.01%、20.67%和 19.06%。海松酸型树脂酸占松脂含量的5.43%，占二萜类组分含量的9.85%。枞酸型树脂酸占松脂含量的46.91%，占二萜类组分含量的85.14%。对照试样(普通湿地松松脂)的二萜类组分含量占松脂含量的60.87%，海松酸型树脂酸占松脂含量的15.34%，占二萜类组分含量的25.21%，枞酸型树脂酸占松脂含量的49.62%，占二萜类组分含量的81.52%。这些二萜类组分是湿地松松香的主要成分，高产脂湿地松松脂的海松酸型树脂酸含量比普通湿地松低，枞酸型树脂酸含量与普通湿地松松脂相近。

图1 松脂试样的GC-MS色谱峰图Fig.1 GC-MS Chromatographic peak figure of resin sample

表2 高产脂湿地松松脂成分基本特征统计Tab.2 The basic statistics of turpentine composition of high resin P.elliottii

2.2 单萜类物质及其各组分之间的相关性分析

高产脂湿地松松脂样品含单萜类组分较均一，共检测出6种化学成分:a-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、双戊烯、对伞花烯、月桂烯。年产脂量与单萜类组分总含量相关性低，与a-蒎烯呈极显著正相关，与β-蒎烯和月桂烯呈极显著负相关。产脂力与单萜类组分总含量显著相关，与各单一组分含量不相关。单萜类组分含量与a-蒎烯、莰烯、β-蒎烯的含量显著或极显著正相关，相关系数为 0.19～0.52。a-蒎烯与 β-蒎烯、对伞花烯、月桂烯呈显著或极显著负相关，月桂烯与其他3种组分均呈显著或极显著正相关，莰烯与对伞花烯呈显著正相关，β-蒎烯与双戊烯呈显著正相关(表3)。

表3 单萜类物质与各组分之间的相关性分析Tab.3 The correlation of monoterpenoids and its chemical compositions

2.3 倍半萜烯和二萜类物质及其各组分的相关性分析

高产脂湿地松松脂样品含倍半萜烯和二萜类组分较均一，除痕量物质外，共检测出1种倍半萜类和18种二萜类物质(表4)。年产脂量与二萜类组分总含量相关性低，与左旋海松酸、枞酸、新枞酸含量呈极显著正相关。产脂力与二萜类组分总含量呈显著负相关，与异海松酸和新枞酸极显著负相关。二萜类组分含量与异海松酸、左旋海松酸、去氢枞酸、枞酸、新枞酸等10种组分呈显著或极显著正相关，其中与新枞酸含量的相关系数最高(0.831 5)。海松烯与海松醛呈极显著正相关。海松醛、环异长叶烯、海松酸、湿地松酸、山达海松酸之间互呈显著或极显著正相关(除海松酸与山达海松酸之间相关关系不大)。异海松酸、左旋海松酸、长叶松酸、枞酸、新枞酸之间互呈显著或极显著正相关(除异海松酸与纵酸的相关关系不大)。去氢纵醛、6，8，11，13-枞四烯酸、南亚松酸、7，13，15-枞三烯酸、8，14-二氢海松酸、15-羟基去氢枞酸之间互呈显著或极显著正相关。6，8，11，13-枞四烯酸与左旋海松酸呈显著负相关，去氢枞酸与山达海松酸、长叶松酸、15-羟基去氢枞酸呈显著负相关，相关系数-0.19～-0.25。

2.4 单萜类组分与二萜类组分之间的相关性分析

高产脂湿地松松脂样品中单萜类组分含量与二萜类组分含量呈极显著负相关(r2=-0.958 1)。二萜类组分含量与a-蒎烯、β-蒎烯含量呈极显著负相关。单萜类组分含量与12种二萜类组分呈显著或极显著负相关，其中与左旋海松酸和新枞酸的相关性最大，相关性系数分别为-0.726 6和-0.802 2。a-蒎烯与11种二萜类组分呈极显著负相关，相关系数-0.21～-0.40。莰烯与长叶松酸、南亚松酸呈显著或极显著负相关。β-蒎烯与异海松酸、左旋海松酸、新枞酸呈极显著负相关。双戊烯与异海松酸、左旋海松酸、6，8，11，13-枞四烯酸、8，14-二氢海松酸呈显著或极显著负相关(表 5)。

表4 二萜类物质与各组分之间的相关性分析Tab.4 The correlation of diterpenoids and its chemical composition

表5 单萜类物质与二萜类物质各组分之间的相关性分析Tab.5 The correlation of monoterpenoids and diterpenoids compositions

3 结论与讨论

3.1 高产脂湿地松松脂成分较普通湿地松均一

高产脂湿地松的松脂成分主要包括6种单萜类组分、1种倍半萜烯类组分和18种二萜类组分。一般来说，湿地松含7-12种单萜类组分，1-2种倍半萜烯和20种以上二萜类组分［2-8］。本研究对照(普通湿地松)松脂成分包括6种单萜类组分，2种倍半萜烯和26种二萜类组分。高产脂湿地松松脂成分较普通湿地松均一，这可能是产脂量与某些成分相关性高的间接证明，也可能是由于早先的研究设备简陋，导致取脂过程松脂与外界物质反应产生不稳定物质有关。据报道，湿地松松节油质量好，几乎不含倍半萜稀，在本研究中也只有少数样品中有痕量的β-石竹烯，可见高产脂湿地松松节油的品质也非常好，在育种过程中提高松脂的产量并不会降低其松节油的品质。

3.2 高产脂湿地松松节油含量较普通湿地松高

高产脂湿地松单萜类组分含量平均占松脂总含量的42.91%，比对照(普通湿地松)高，其主要成分a-蒎烯和β-蒎烯占单萜类组分含量的百分比也比普通湿地松略高。本研究中，对照(普通湿地松)的单萜类组分含量占松脂的 36.18%，比广西湿地松(18%～22%)［6］和浙江湿地松(10.6%)［2］高，与广东和巴西湿地松(39.3%)［4］相近。我国的湿地松均是美国引种栽培的，引种种源、立地条件及气候因子可能是导致这种差别的原因。相关性分析结果显示，产脂力与单萜类组分含量呈显著正相关(0.287 1)，这些单萜类组分是松节油的主要成分，江西省的高产脂湿地松松节油含量比普通湿地松高，所以，江西省的高产脂湿地松是珍贵的种质资源，可以在高产脂的基础上选择松节油含量高的优良品种。

3.3 高产脂湿地松海松酸型树脂酸较普通湿地松低

高产脂湿地松二萜类组分含量平均占松脂含量的55.10%，海松酸型树脂酸占松脂含量的5.43%，枞酸型树脂酸占松脂含量的46.91%。对照的海松酸型树脂酸占松脂含量的15.34%，比广西、广东、巴西略高，比浙江湿地松低，枞酸型树脂酸占松脂含量的49.62%，比广西和浙江湿地松低，与广东和巴西湿地松略高。高产脂湿地松的海松酸型树脂酸含量比普通湿地松低，枞酸型树脂酸含量与普通湿地松相近。相关性分析结果显示，产脂力与二萜类组分含量和异海松酸含量呈显著负相关。湿地松松香的海松酸型树脂酸含量比马尾松高，松香结晶趋势小，可得到高软化点的浅色松香，但湿地松松香的中性物质含量比马尾松高，对其松香品质有一定的影响，而高产脂湿地松海松酸型树脂酸含量比普通湿地松低，可见在这类用途上，湿地松并不占优势，若要选择出高海松酸型树脂酸含量的湿地松可能要降低高产脂的选择差。

3.4 松树产脂力与单萜和二萜类组份总含量相关，与各单一组分无关

相关性分析结果表明:年产脂量与a-蒎烯、左旋海松酸、枞酸、新枞酸含量呈极显著正相关，与β-蒎烯、月桂烯含量呈极显著负相关，与单萜类和二萜类组分总含量不相关。这与李思广等［9］在高产脂思茅松上的研究结果相一致，但也有文献报道，湿地松产脂量是随着β-蒎烯含量的升高而升高，与a-蒎烯无关［10］，这与本研究结果不符。这可能是因为不同种源的松脂组分含量差异大，变异丰富?也可能与试验材料有关，这是高产脂松树区别于普通松树的特征之一?或是试验过程中a-蒎烯挥发量比β-蒎烯多，导致误差?

为进一步确定松脂产量与其化学组分的关系，用产脂力(松树产脂的能力，单位长度的产脂量，与树木的胸径无关)这一性状与化学组分做了相关性分析，结果表明:年产脂量与产脂力呈极显著负相关(-0.599);产脂力与单萜类组分含量显著正相关(0.287 1)，与二萜类组分含量显著负相关(-0.239 6)，与各单一组分之间相关性低。这一结果显然与以上研究不符，但值得注意的是，年产脂量与含量较高的化学组分相关性高，与含量相对较少的组分关系不大，可以认为是胸径因子增大了这些组分对年产脂量的影响。研究表明，松脂合成过程中单萜类、倍半萜烯类、二萜类物质各组分的前体物质分别由3种不同的酶基因控制合成［11］，这也就解释了松树产脂的能力与单萜和二萜类组分的总含量相关，与各单一组分无关。

3.5 单萜和二萜类物质及其各组分含量之间关系的探讨

本研究相关性分析表明:单萜与二萜类物质的总含量呈极显著负相关(-0.958 1)，而单萜类各组分与二萜类各组分之间多呈负相关。海松酸型树脂酸中除异海松酸外，其余组分之间呈正相关;枞酸型树脂酸各组分之间呈正相关。a-蒎烯和β-蒎烯含量呈极显著负相关(-0.533 0)，这与相关文献报道相一致，松树是含a-蒎烯为主，还是含β-蒎烯为主取决于自身遗传因素［2，9］，有猜想是否这两种组分是由一个等位基因控制［12］，事实上这两种组分分别由不同的基因控制合成［13］，但作者认为，这两种组分的合成酶基因在进化上处于竞争关系，一种基因的表达抑制另一种基因的表达，也可能这两个基因由同一种调控基因控制。a-蒎烯与其他4种单萜类成分均呈负相关，而β-蒎烯与其余4种单萜类组分之间呈正相关，β-蒎烯因合成工业上步骤少的优势，其含量也备受关注，通过对高β-蒎烯的优良单株的选择可能可以同时提高双戊烯和月桂烯的含量。

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