环境因子对白木香结香质量的影响

马惠芬，郑科，王卫斌,肖支叶，华梅，谷丽萍

(1.云南省森林植物培育与开发利用重点实验室,国家林业和草原局云南珍稀濒特森林植物保护和繁育实验室，云南 昆明 650201；2.云南省林业科学院，云南 昆明 650201；3.西南林业大学，云南 昆明 650224)

白木香[Aquilariasinensis(Lour.) Spreng.]又名土沉香，常绿乔木，小枝具软毛，芽具长柔毛。叶质硬，单叶互生，叶片有卵形、倒卵形或者长圆形，长5-10cm，宽2-4cm，叶片前缘逐渐变尖，叶缘光滑。表面有浅灰色软毛的伞形花序，花梗长4-12cm，花被黄绿色，钟状，5裂，具有软毛，喉部有细密软毛10片，雄蕊10个，子房卵形。蒴果，木质化，扁平倒卵形，长2.5-3cm，果实表面有浓密的浅灰色软毛，在果实基部附着花被，种子卵形，其底部有长尾状的东西附着，比种子约长2倍。开花日期在3-5月，结果日期在6-7月[1]。

在我国白木香植物资源非常丰富，历史上有记载道“交干连枝，岗岭相接，千里不绝”，而且国产沉香的品质优良[2-3]。但是由于沉香源植物自然繁殖率低、病虫害和生存环境破坏致其濒危，且自古以来人们对野生大树掠夺、采伐使其种群更新难以顺利进行。目前已经被列为国家珍稀濒危三级保护植物、国家二级野生重点保护植物，2003年被载入《广东省珍稀颜危植物》[4-6]。其野生及栽培植物资源均分布在北回归线附近以南，年平均气温24-30℃，1月平均气温13-20℃，1月最低气温8℃，7月平均气温26-30℃，7月最高温35℃，年平均降水量1 200-1 500mm，年均日照时数1 562-2 145h，年相对湿度77.9%-83.7%。适宜土壤为砖红壤、赤红壤、红壤、黄壤等。在我国野生的白木香资源主要分布在广东、海南、广西、福建、云南、澳门、香港等地，其中广东省、海南省最丰富，是这两地的道地药材。调查发现，栽培白木香的种群主要分布于福建省的福州市、诏安县、厦门市，广东电白、汕头、东堯、中山，广西的桂林市、南宁市，云南省的景洪市等地，种植规模不断扩大[7-8]。

很多的白木香种植10多年都没有结香，这是由于在正常情况下，健康白木香并不能产香，因白木香结香必须受到各种物理或化学及真菌侵染后才能产生[9],但沉香形成过程及其机制至今尚未阐明。对于目前国内外产香机理方面的研究，主要集中在以下4点：病理学、创伤病理学、非病理学及防御反应假说。蒋谦才等的研究表明白木香的不同叶型、不同胸径、钻孔的高度与通体结香质量差异有一定相关性[10]，高晓霞等认为白木香叶中角鲨烯、生育酚及9，12，15-十八烷三烯酸甲酯可作为判断白木香是否结香的分子标记[11]，赵桐等推测白木香气生根在MeJA处理后，PCD的发生可能与2-(2-苯乙基)色酮的产生存在正相关性[12]，董雷等发现沉香(树脂)形成对白木香果皮挥发性成分可产生一定影响,但未结香、已结香其果皮挥发性成分的组成未呈显著性差异[13]。沉香是白木香受伤害后次生代谢的产物，而次生代谢的调节和变化是一个极为复杂的过程，同时受到一系列环境因子的共同影响，揭示环境因素对次生代谢的影响是认识植物次生代谢有效成分变化以及植物种植时有效成分控制的理论基础。探索阐明植物次生代谢产物与环境的关系，既有利于提高资源植物生物工程的效率和质量，也有助于资源植物的标准化和目标化种植[14]。戴佳丽等的研究证实小地形对贵州苦丁茶(Cratoxylumformosum)的产量、生理特性及品质的都有显著影响[15],而目前尚未见环境因子对白木香结香质量影响的相关研究报道。本文通过调查、取样、实验检测，以期探讨环境因子对白木香结香质量的影响，为探讨环境因子与白木香结香质量相关性的研究提供思路和参考。

1 材料与方法

1.1 野外调查和取样

调查取样地点设在云南省西双版纳傣族自治州勐海县东部偏北勐宋乡广顺白木香种植基地，地处100°24′48″-100°40′25″E，21°56′54″-22°16′59″N之间。该基地所种植的白木香树龄在10年以上，选取2013年做过结香实验，有结香迹象的白木香树为调查、取样对象，记录该植株所在位置的海拔，坡向、坡度以及周围环境，取植株疑似结香部分和周围土壤样品带回实验室，备用。

1.2 土壤样品

pH测定值采用电位法︱NY/T 1377-2007，所用仪器pH计/PHS-3C；有机质测定采用油浴加热重铬酸钾氧化·容量法︱NY/T 1121.6-2006，所用仪器25mL酸式滴定管/天波；水解性氮测定采用碱解扩散法︱LY/T 1228-2015，所用仪器5mL微量滴定管/天波；有效磷测定采用0.50mol/L 碳酸氢钠浸提·钼锑抗比色法︱NY/T 149-1990，所用仪器紫外-可见光分光光度计/752自动；速效钾和交换性钙、镁测定采用1mol/L乙酸铵浸提·原子吸收分光光度法︱NY/T 889-2004，有效锌、锰、铜、铁测定采用二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法︱NY/T 890-2004，所用仪器均为原子吸收分光光度计/990F。

1.3 挥发性化学成分的提取

将所取白木香样品粉碎，过40目筛，称取5g样品于250mL锥形瓶中，加入分析纯乙醚试剂30mL，盖紧盖子，超声提取30min，过滤，滤液挥干后用2mL色谱纯甲醇试剂溶解，经有机系13-0.45μm一次性针头过滤器过滤，所得溶液供试。分析过程中采用的溶剂乙醚为重庆川东化工有限公司分析纯，甲醇为北京百灵威公司生产色谱纯。

1.4 气相色谱-质谱测定条件

挥发性化学成分的分析仪器为Trace1310-ISQ气相色谱-质谱联用仪(美国赛默飞公司)。

GC条件 TR-1 MS石英毛细管柱(30mm×0.25mm×0.25μm);程序升温：40℃保留2min,以5℃/min的升温速率升至310℃，保留20min。溶剂切割时间为4min;柱流量为1.5mL/min;进样口温度200℃;柱前压100kPa，进样量2μL;分流比50︰1;载气为高纯氦气。

MS条件 电离方式EI，电压1.5kV，传输线温度280℃，离子源温度230℃，质量范围m/z 40-300，amu采用NIST 标准谱库检索定性。

2 结果和分析

2.1 沉香样品检测结果

所取的11个白木香样品提取得到的挥发性成分经GC-MS分析，所得色谱图见图1。经质谱数据库(NIST标准谱库)检索，并结合谱图人工解析，查对有关质谱资料，对挥发性成分进行定性分析。

本次取样共11个沉香样品，取样环境记录及挥发性成分鉴定结果见表1。

图1 5号沉香样品总离子流图

编号坡向坡度/°海拔/m环境描述挥发性成分1355°N南坡18.91 228周围无杂树,做过结香实验,未结香,土壤较板结。无2207°SW阴坡30.41 203周围无杂树,树已经死亡,蚂蚁啃食严重,无明显结香,土壤较蓬松。无3228°SW阴坡39.11 214周围无杂树,树已经死亡,有蚂蚁啃食,树干木质部分还在,无明显结香,土壤较板结。无4260°W阳坡25.41 199周围无杂树,树已经死亡,仅剩1m左右树桩,蚂蚁啃食严重,去除腐质后无明显结香,土壤颜色较深,含水率高。无5277°W阳坡平地1 228周围有紫荆茶、松树和桃花心木。做过结香实验,树已经死,剩余1.5m左右的树桩,大量蚂蚁啃食,去除腐质后有约长35cm、宽5cm左右的结香部分,有明显香味。土壤较蓬松。鉴定出21个化合物,其中萜烯类物质17个,色酮类物质4个。6277°W阳坡平地1 225周围无杂树,树已经死亡,仅剩1m左右树桩,蚂蚁啃食严重,去除腐质后有疑似结香部分。鉴定出3个化合物,其中萜烯类物质2个,色酮类物质1个。71°N阳坡22.11 220周围无杂树,做过结香实验,树已经死亡,树桩蚂蚁啃食严重,去除腐质后有疑似结香部分。无83°N阳坡21.91 238周围无杂树,做过结香实验,树已经死亡,树桩蚂蚁啃食严重,去除腐质后有结香部分,土壤颜色较深,较蓬松。鉴定出10个萜烯类物质,未检出色酮类物质。9228°SW阴坡39.11 213周围无杂树,多杂草,做过结香实验,树已经死亡,无蚂蚁,去除腐质后有疑似结香部分,土壤较蓬松。检出2物质,1个萜烯类物质,1个色酮类物质。10226°SW阴坡39.11 214周围无杂树,做过结香实验,树已经死亡,树桩蚂蚁有啃食,去除腐质后有疑似结香部分,土壤疏松,含水率较高。无1114°N阳坡29.41 216周围有紫荆茶和杂草,做过结香实验,树死且倒伏,有蚂蚁啃食,有疑似结香部分,土壤颜色较深,较蓬松。无

目前已报道沉香中的挥发与半挥发性成分中主要含有多种骨架类型的倍半萜成分、2-(2-苯乙基)色酮类和简单挥发性芳香族成分组成[16-19]。由表1可以看出，仅有5号、6号、8号、9号沉香样品检出相关挥发性化学成分，其中5号沉香样品检出挥发性物质最丰富，倍半萜和色酮类物质均有检出，与感官鉴别相符。6号沉香样品和9号沉香样品也检出微量倍半萜和色酮类物质，8号沉香样品仅检出倍半萜物质，其它沉香样品均未检出相关化学成分。因此5号沉香样品可以确定为品相、等级还不错的沉香，即结香质量较好，而6号、8号、9号沉香样品品质较差，即结香质量较差，其余沉香样品可视为结香失败，检出的挥发性成分种类的多少可作为结香质量的判别依据。

2.2 土壤样品检测结果及结香质量相关性

相关关系是一种非确定性的关系，相关系数是研究变量之间线性相关程度的量。简单相关系数：又叫相关系数或线性相关系数，一般用字母r表示，用来度量两个变量间的线性关系。

表2 土壤和沉香样品检测结果

注：除有机质的单位为g/kg外，其余指标的单位为mg/kg。

表3 土壤因子与白木香结香质量相关系数

3 讨论

3.1 结香与土壤因子的关系

土壤是植物生长的基础，植物根系和土壤之间不断进行着频繁的物质交换，从而影响其内在化学成分的重要生态因子[15]。从表3可以看出，与结香质量相关性较高的土壤因子有pH值、交换性钙和交换性镁。结香质量较好的5号样品，其土壤pH值显著高于其它样品，是相对中性的土壤促进了结香质量的提升，还是结香后蚂蚁等生物以及微生物的作用使得土壤pH值发生了改变，这个问题值得深入系统地研究。

5号样品、6号样品、9号样品的有效磷、有效锰、有效铁和交换性钙相对较低，该4项指标相对低的土壤对结香有利还是结香后其它生物的入侵消耗了土壤中这几种元素，这也是后续研究值得关注的问题。

3.2 结香与地形的关系

结香质量较好的样品中，有3/4的植株生长在阳坡，1/2的植株生长在平地。阳坡光照时间相对较长，光合速率较高，平地的土壤水分和土壤养分含量较高，这在很大程度上对白木香结香的效果产生了正面的促进作用。

次生代谢是植物长期适应外界环境的结果，环境因子对次生代谢产物含量的影响是由其生态环境中各生态因子，如海拔、温度、湿度、土壤、光照、大气以及生物之间的影响程度等综合决定的，而这些生态因子并不是孤立地对植物起作用，而是构成一种连续变化的生态综合效应，影响着植物的生长和化学物质形成与变化[21]。白木香结香过程是一个比较复杂的过程，需要外力的伤害，结合环境各个因子的相互作用，以及微生物的介入。本文通过调查取样结合实验分析，初步探讨了与白木香结香质量相关的环境因素，发现环境因子与白木香结香质量有一定关联性，为环境因子与白木香结香质量相关的研究方法提供了依据。深入、系统地研究环境各因素与结香质量的相关性分析以及白木香结香的影响机制，需要选取更大范围的样本，选取不同海拔、不同地形的的白木香树，用统一结香方法进行结香实验，并在结香实验前以及结香过程中对土壤等相关环境因子进行跟踪检测，从而研究哪些环境因子与白木香结香质量密切相关以及影响结香的机制，为白木香的种植、结香提供科学参考。