松油醇-4型互叶白千层种植栽培研究进展

何介南，刘 昊，李建安，2，黎显军，杨董琳，许煜东

（1.中南林业科技大学 林学院，湖南 长沙 410004；2.湖南省南方丘陵山地生态经济林产业工程技术研究中心，湖南 长沙 410004；3.水土保持与荒漠化防治实验室，湖南 长沙 410004）

互叶白千层属桃金娘科Myrtales白千层属Melaleucas植物，松油醇-4型是其6种类型中的一种，原产地位于澳大利亚昆士兰州和新南威尔士州[1]，被引种于美国、东南亚、南美洲等地，国内零星分布于福建、两广、云南和湖南等地，其中以湖南省宁远县最多，连片种植有400多hm2人工林。其经济价值主要在于生产TTO，TTO广泛应用于抗癌[2]、杀菌[3]、生物材料[4]、食品防腐[5]等多个领域，商业化前景广阔。互叶白千层也因此被各国关注并引种，由于天然林生产TTO不足以供应市场需求，所以迫切需要人工栽培并进行规模扩大。

虽然在澳大利亚TTO的应用已经长达百年，但对互叶白千层的人工种植起步较晚，国外兴起于20世纪70年代[6]，国内则直到20世纪90年代才有了小规模的引种和研究[7]。近十年来，澳大利亚与欧美等国家对互叶白千层的研究已经有了很多微观领域栽培的经验，而我国目前对互叶白千层的研究多见组培育苗和试验性引种，与国际水平尚有差距。针对目前国内外对互叶白千层的种植栽培技术作出论述，并着眼于缺乏专用肥等研究的空白领域作出展望，以期为我国规模化引种栽培互叶白千层提供理论依据。

1 互叶白千层性状

互叶白千层为乔木或高大灌木，树冠浓密蓬松，树皮纸质，剥落时狭长层薄；叶互生，长10～32 mm，宽0.4～1.0 mm，短柄近乎无柄，叶脉清晰，纵向排列，油腺密集突出；春夏开花，花序穗状，色白，宽20～35 mm，花萼裂片背面无毛，长1.1～1.3 mm；果呈杯状，于各分枝簇生，长2.8～4.0 mm。尽管白千层属植物早在18世纪中叶就已经被发现[8]，但互叶白千层直到1905年才被首次正式描述，植物学家Josep和Ernst将其命名为Melaleuca linariifoliavar.alternifolia[9]，Edwin重新将其命名为Melaleuca alternifolia[10]，其中限定词alternifolia被Brophy认为是来自于拉丁词汇alternus，意为“叶片交替排列”[11]，此后，互叶白千层的6种化学类型由Penfold、Buther、Homer等人完善[12-14]。在互叶白千层的六种化学型中，一种化学型以松油烯-4-醇为主，又称4-萜烯醇、4-松油醇、萜品烯、4-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-环己烯-1-醇[15]，即常称的松油醇-4型互叶白千层，一种为1,8-桉叶素，一种为异松油烯，其余3种化学型均以1,8-桉叶素为主，松油烯-4-醇与异松油烯的含量不同加以区分。目前，松油醇-4型白千层因其提炼的TTO而广受关注，桉叶素型白千层因其高含量的1,8-桉叶素也得以广泛种植，其余几种互叶白千层较为少见[16]。

2 松油醇-4型互叶白千层种苗栽培

2.1 立地条件

松油醇-4型互叶白千层自然生长于河溪与沼泽平原，喜潮湿但排水良好的土壤[17]，土层深厚，能适应不同的坡度坡位，喜阳喜热，怕霜怕低温，无霜期连续时间不超过7 d的区域最为适宜[18]，能很好地适应雨季，开花与春季总降水量有关，开花期与日长或与日长密切相关的环境因子相关，如果将人工林营造在冬季气温较低的地方，并适当灌溉以补充低降雨强度时的水分，将促进人工林快速成熟[19]，这与后来国内学者蔡林的研究相符合，在春夏种植，次年过冬后能有好的收获[20]。

刘瑞仙等[21]在广州设置了淹水试验场，对互叶白千层的耐涝能力进行了研究，发现这是一种耐涝能力强的植物，但长期淹水仍然会对经济产量造成影响，根据互叶白千层的生态特点和此研究，认为互叶白千层在抗洪涝灾害方面应有所应用，如何使松油醇-4型互叶白千层既应用于生态领域，又有极高的TTO产量，将是下一步研究方向。近几年，东南亚学者Uchoi等人[22]采用了植物调节剂来激发种子内的酶活性，以促进种子激发，并建议在此基础上建立一套适应于东南亚气候的栽培标准，他们将研究地设立在北纬11°左右，通过对比发现此纬度最适合于种子萌发，松油醇-4型互叶白千层的亚热带气候适应性限制了推广规模，但建立栽培标准和施肥优化有利于更多地区的引种尝试。

2.2 种植密度

20世纪80年代到本世纪初，是人工培育松油醇-4型互叶白千层的初期，研究人员发现TTO的商业开发受到天然林分的限制，开始关注传统的种苗栽培[23]。松油醇-4型互叶白千层的最佳间距密度27 000 株·hm-2，能够耐受紧密的间距，能够作为行作物进行养殖，同时也能耐受伐后留高至地面的采伐强度而不失去活力[24]。早期的实验中，研究人员在坎伯兰粘壤土的坡地上进行了10 a的种植密度实验，并且只有在初次播种和极度干旱的情况才进行灌溉，实验共有7次收获，测试间距相当于6 727、13 452和26 908株·hm-2的密度，实际密度为6 727、12 725和23 012株·hm-2，这一实验被广泛采用，为后续的研究提供了模板式思路。Russell在描述因互叶白千层移植而需要确认化学型质量的一种分析方法时，便采取该间距建立了人工林，由于移植后叶片中1,8-桉叶素的浓度比移植前幼苗的浓度低1.6倍，因此提出使用种植1,8-桉叶素指示物来从幼苗叶片分析中估算1,8-桉叶素的方法[25]。在生物量分配格局固定的情况下，降低1,8-桉叶素含量相当于提升4-松油醇含量。

国内引种松油醇-4型互叶白千层的合理种植密度大多小于20 000株·hm-2，较为公认的情况是在不同的立地环境下种植密度有较大差异，李恒树等[26]认为22 000株·hm-2的种植密度有最大枝叶收获量，其在广西的研究中设置的行间距高达0.45 m×1.0 m。徐英宝等[27]设置在广东的试验地也采用了20 000株·hm-2的种植密度，但刘海龙等[28]在广西的研究中仅仅设置了0.4 m×0.4 m的行间距，苏建华[29]在福建省的研究中设置了1.0 m×1.0 m的行间距，以上研究均有良好的结果。不同立地条件下有不同种植密度，应该根据种植区域进行深入研究，因地制宜地设置行间距。

2.3 施 肥

施肥是显著提高林木产量的手段，被广泛应用于各类经济林栽培种植[30]。在新兴的商业种植园逐渐成熟起来后，TTO的杀菌功效开始被国际医学所重视，人们必须严谨地对待TTO的性状遗传问题，于是如何通过施肥响应机制保证优良性状遗传至下一代人工林，使种植园保证质量始终如一的产品供应成为了研究热点。TTO中萜烯的产生更多地受基因控制，并不会受到环境因素的影响，使用组合指数选择的方式施肥可以使叶油产量显著增加，并将植物干质量产量保持在当前水平，如果通过实验确定松油醇-4互叶白千层的产油遗传潜力，可以进一步拓展组合指数的选择方式，但也有研究发现其化学成分具有显著差异，这值得进一步讨论[31]。

国内引种后，首次成规模的种苗栽培于20世纪90年代，徐英宝等[27]采取种子栽培的方式，分别进行了互叶白千层对引种区土壤质地、灌溉量、施肥和坡位坡向的适应性实验，同时也发现互叶白千层易引起地力衰退，并需求一定范围的灌溉措施，但该实验并未明确采伐期和间距等培育规范，也并未解释清楚是哪一种类型的互叶白千层。此后，国内松油醇-4型互叶白千层的引种栽培大多集中在两广地区附近，比如李恒树等[26]进行了种子培育实验后认为要在人工造林后进行追肥；陈碧华等[32]于福建进行大规模的人工林施肥研究，发现30 000株·hm-2的种植密度可以获得最高产量，这不仅与前人的研究相符，还更精确地确定了具体规模。

近几年，由于TTO应用的成功，对松油醇-4型互叶白千层的研究需求愈发急迫，大量的研究基本确定了松油醇-4型互叶白千层的施肥标准和追肥条件，但大多研究碎片化，而且遵循常规经济林施肥体系，尚且缺乏松油醇-4型互叶白千层专用肥的研究，如常新民等[33]对人工林施用N、P、K3种大量元素肥料，试图摸清施肥规律，在此基础上刘海龙等[28]采用“311-A”最优混合设计进行了配方施肥实验，讨论了施肥对产油和生物量的影响，并得到了侧枝种受影响最大的N、P、K肥（1∶0.24∶0.37）的最优配比，这也论证了松油醇-4型互叶白千层需要一定量的追肥才能获得最大收益[29]的结论。可以预见基于这一系列研究，此后致力于提高松油醇-4型互叶白千层生物量和产油量的专用肥研究将成为热点。

2.4 病虫害防治

松油醇-4型互叶白千层因其挥发性化学物质并不容易产生虫害，只有白蚁等少数害虫和桃金娘锈病能影响其产油量。研究人员曾致力于通过生物手段来遏制白千层属植物在美国东海岸的扩张[34]，发现只有南非和美国出现了生物入侵现象，而引进到中国和南美的人工林均没有泛滥成灾，也并未出现严重的病虫害现象，人工林只需要防止高温多雨的季节中爆发大规模锈病就可以控制病虫害防治成本。根据近年来松油醇-4型互叶白千层对桃金娘锈菌的抗性变异评估研究，仅有5%的松油醇-4型互叶白千层会出现害虫和疾病情况，并且沿海地带的变异系数比旱地高得多，高温环境的变异系数比低温环境高得多[35]。对松油醇-4型互叶白千层病虫害的研究少有报道，一方面是因为病虫害发生几率较低，另一方面是因为大规模的人工栽培尚且少见，如果能加强技术管理，进一步抑制病虫害对产油量的影响，或能有助于国内松油醇-4型互叶白千层的种植推广。

3 松油醇-4型互叶白千层离体快繁

3.1 组织培养

组织培养和扦插都属于离体快繁，扦插繁殖速度快，成本较低，组织培养慢且昂贵，但是可以大批量繁殖无毒植株，互叶白千层的离体快繁研究在国外一直少有报道，在国内的首次研究是20世纪末期，贾芬等[36]首次在福建省引种并定名后，就立即进行了对幼苗的组织培养，将幼苗切茎，用26 ℃左右的培养基培养，20 d左右即可生根并移入袋中培养。此时互叶白千层的离体快繁技术在国内外均未见有关报道，虽然研究并未解释互叶白千层的类型，但仅仅利用种苗栽培的方式显然不能满足此后市场对TTO的需求，尤其是研究确定了TTO包含的25种化学成分[37]，其浓度与国际标准[38]仅有少量差异，考虑到因为初次引种，环境因素必然会导致性状改变，这也从侧面反映了互叶白千层对国内环境的适应性较好，极大地推进了国内互叶白千层的引种工作。

云南、重庆、广西、广东等地先后引种优良苗种，进行了组织培养和多倍体诱导等试验，取得了一系列成果，充分表明了互叶白千层对国内环境的适应性较强[18,39-42]。但此阶段由于引种刚刚开始，研究人员关注极少，大多数的研究都没能分清互叶白千层的类型，甚至将Melaleuca cajuputi误以为是互叶白千层[43]，未能及时形成标准，造成了栽培方式死板、应用领域单一的问题。

建立在这些研究的基础上，分种类的研究逐渐成为研究人员的首要关注目标，无法生产TTO的种类均被放弃，唯独松油醇-4型互叶白千层受到了极大关注，如莫昭展等人[44-47]对松油醇-4型互叶白千层的栽培做了更深入的研究，他在5 a内对幼苗的光合作用和丛生芽诱导栽培做了对比实验，同时还探讨了冷害与土壤水分胁迫对产油率和TTO品质的影响问题，完善了国内松油醇-4型互叶白千层组织培养技术。但迄今为止，对松油醇-4型互叶白千层的组织培养研究均采用了实验性质的组培，如对游离态氨和硝态氮浓度的探讨[48]，对萘乙酸促进生根作用的探讨[49]，对细胞分裂素促进丛生芽伸长的影响[48]，导致至今都没有找到组织培养栽培方式的最优解，大部分研究都还处于对生长调节剂的优选层次，即便5 a前就已经有学者对松油醇-4型互叶白千层的规范化栽培做了论述[50]，但组织培养技术仍然没能进入高效系统的栽培标准，显著影响了互叶白千层引种栽培的进一步深入。

3.2 扦 插

扦插作为快速繁殖的优势手段，在许多经济林种中有较好的应用[51]，对互叶白千层的扦插试验却没能像组织栽培那样有大量研究基础。在国际上的首次实现是本世纪初期，蔡乙东等[52]在珍珠岩∶黄心土∶泥炭土（1∶1∶1）的基质中对幼苗进行扦插试验，得到了92.3%的生根率。然而，由于白千层属有诸多种，类似Melaleuca leucadendra、Melaleuca cajuputi也能产生天然植物精油，导致许多扦插试验没能选择松油醇-4型互叶白千层[53]，错失了发展良机，直到近几年才有研究人员陆续开展新的扦插试验[54]，目前做得最好的研究是采用网袋进行正交设计，泥屑∶树皮∶红心土=3∶3∶3的基质配比扦插有88%的生根率，不同的插穗下切口也提供了更多的生根情况，适宜大规模推广[55]，但同时也暴露出采用扦插技术进行栽培的缺点，无法像组织培养技术那样产生大批量优良无性系，十分经济却无法弥补高昂的劣性状成本。

3.3 克 隆

对松油醇-4型互叶白千层在微观层次进行栽培研究很早就开始了，最初于20世纪80年代，Southwell就讨论了互叶白千层中单萜类化合物的遗传问题[56]，随后Rossetto通过对大量样本中的5个微卫星序列进行分析，进行了群体遗传研究，认为互叶白千层栽培育种发生近亲繁殖的水平较低，用于人栽培时，可以利用群体中优势个体的再开发来提高优良性状的遗传率[57]。这些研究进一步完善了对互叶白千层的传统林业栽培技术，并将其提高至优良育种与性状遗传控制的层次。此外，Prastyono在Doran研究的基础上，利用选定的克隆幼苗重新建立互叶白千层种植园，并得出了种植面积为33 333或16 667株·hm-2时可以获得最大收益的结论[58-59]，这一发现极大地推动了互叶白千层克隆技术的进展，与种苗培育实验得到的间距结论一致。

3.4 遗传控制

对互叶白千层的生态型变异研究中，其遗传模型表明了不应该因为维持TTO的品质而放弃杂交，油的化学成分和产量应是一种易于控制的遗传性状，这使得常规育种可以在连续几代中获得较大的收益[60]。而互叶白千层的3种化学型中都可以分离出萜烯合成酶（TPS），这些酶的功能特点证明了它们在所有6种化学型的叶片萜烯谱中都可以产生主要化合物[61]，很快就有研究人员意识到TPS的多样性和构成可以反映松油醇-4型互叶白千层的适应性历史，并鉴定出松油醇-4型互叶白千层中TPS的含量要远少于同属植物[62]，如果这是由于其半水生进化产生的遗传性结果，结合其沿着沼泽自然发生的喜湿特点，可以认为松油醇-4型互叶白千层将为自然群体中萜烯生物的合成提供了新的模型，由此衍生的繁殖技术使人工林商业化种植进入规模扩大的阶段。同样的，采用微型切割和微型克隆技术对松油醇-4型互叶白千层进行栽培时，选择在夏季进行繁殖体的收集，暖气候会使死亡率下降至10%[63]，这意味着克隆式小型园林的新兴将在未来打破眼下的营林规模困境。

近年来，国内对松油醇-4型互叶白千层的研究开始向微观领域迈进，研究人员对显微切割与微克隆等技术的关注，表明在栽培种植方面的研究已经进入生物化学领域的尖端行列，比如吴丽君[64]、邱汉杰[65]、常新民[66]、周明珠等[67]通过优化组培技术、无性系扦插育苗和改良施肥配方的方式，研究了高品质TTO互叶白千层的遗传改良，降低了松油醇-4型互叶白千层中1,8-桉叶素含量，提高植株生物量等成果。如果能合理控制遗传性状，抑制“废油”的产生，提高油品油质，将促进这一新兴树种的发展。

4 松油醇-4型互叶白千层规模化栽培

作为一种新型树种，能够快速、经济、高质量完成松油醇-4型互叶白千层人工林营造，是大量生产TTO并投入市场的基础，这就意味着无论是传统的种苗栽培还是离体快繁技术，都必须形成一套规范化的栽培种植流程。最初是广东省在20世纪末摸索出了一整套工厂化育苗程序，获得了112万株的年产量[40]，这一系列研究结合广州地区推出的互叶白千层精油标准[68]，为国内更快地推广松油醇-4型互叶白千层提供了技术指导。在国际上并未见有关报道的前提下，近年来其余省份的研究也开始步入正轨，对松油醇-4型互叶白千层栽培种植技术的研究呈现百花齐放的状态，开始逐渐形成适应当地条件的培养体系，也意味着国内的引种工作有了较大的推进。

但近年规模化栽培的发展情况仍不理想，大部分地区生产标准不够规范，目前比较常用的规范化栽培流程来自广东地区，从播种、幼苗管理、优良植株扦插、苗木种植、土壤选择、除草施肥、病虫害防治、采摘运输等各步流程都有详细的描述[69]，其后有研究人员进行归纳总结，进一步发展成规模化栽培技术体系，尤其是种植间距、采伐留高和采伐季节对死亡率的影响，填补了先前研究中的空缺[70]，但如今商业化有巨大开发潜力，松油醇-4型互叶白千层的栽培种植远远达不到市场基本饱和的要求，尽管当前我国对互叶白千层栽培技术的研究日益成熟，但同时也需要广大研究人员转变思路，从传统的林木育种观念中走出去，采纳前人研究的经验，大力发展尖端科技，进一步深入规模化栽培技术的研究。

5 结 语

5.1 种植栽培研究的问题

不同种植栽培方式对植物的影响不同[71]，尤其是互叶白千层等产油为主的林种，互叶白千层在我国的发展历程仅有不足30 a，从引种成活到组培育苗，都实现了很多突破，综合来看，当前应该正属于持续突破的高峰期，但TTO的日化[72]、养殖[73]等商业应用同样是研究热门，传统的栽培种植技术不被人们所重视，致使近年研究成果的质量逐年下降，结合一些因种植技术不到位而产生经济损失的事例[74]，表明互叶白千层的栽培种植技术还有较大提升潜力，和国际水平相比还有较大差距。

1）种植栽培研究不够深入，部分研究领域处于空白。当前国际上对互叶白千层栽培种植技术的研究已经跨过传统林木育种阶段、遗传改良阶段，进入了生物化学的全新领域，澳大利亚等国家在国际上处于领跑状态，而国内很多研究浮于表面，存在从其他经济作物的研究中套用“模板”的现象，这不利于国内互叶白千层研究的长期发展。另一方面，虽然组织培养、扦插等技术均有研究人员涉及，但转基因技术始终无人关注，松油醇-4型互叶白千层专用肥的研究也几乎没有，这不仅是互叶白千层的推广力度不够，新兴事物还未引起广泛关注，还因为许多研究不够深入，如果国内学者在转基因领域开创新的成果，将是国际上对互叶白千层的重大突破。

2）规模化种植栽培研究不足。各地区的立地环境不同，松油醇-4型互叶白千层的规模化栽培技术不同，各区域应相互借鉴经验，摸清不同立地因子对松油醇-4型互叶白千层的影响。少数学者在意识到这个问题的迫切程度后，进行了规模化栽培技术的研究，却因为推广力度问题不能获得广泛关注，应该在适应于各地区立地环境、经济条件的基础上，制定出能被业界认可的互叶白千层规范化栽培种植标准流程。

3）过度关注TTO的应用，栽培种植技术被忽略。这不仅是商业成功带来的负面效应，也从侧面反映了基础研究不被重视的现状，只有松油醇-4型互叶白千层的栽培种植研究和TTO的应用研究共同进步，相互促进，才能使一种经济作物能被更多人认可。同时，松油醇-4型互叶白千层的经济价值基本体现在TTO的应用，但其本身也有更多应用方向值得发掘，如对生态功能的研究十分缺乏，这都有待于国内广大研究者深入研究。

5.2 种植栽培研究的展望

目前对松油醇-4型互叶白千层种植栽培的研究较少，为了进一步提升松油醇-4型互叶白千层的产量，应当根据此前研究工作重难点和空白领域来制定研究方向，遏制模板化研究，创新思路，合理发展。

1）加大松油醇-4型互叶白千层专用肥的研究力度。施肥是种植栽培中非常重要的一步，以其他经济林种的施肥研究为基础研制专用肥，或能进一步提高枝叶产量、产油率和油质。

2）根据区域立地环境的差异，因地适宜设置种植密度。不同立地环境下的最优种植密度均不同，应加大研究力度以尽快摸清立地环境对其生长规律的影响。另一方面如果作为生产精油的林种，在一年一伐的强度下，林冠层不足以遮挡光照，种植密度可以适当提高；如果作为利用其生态功能的水土保持林，不砍伐的经营特点使其种植密度小很多。

3）扦插试验研究较少，转基因研究有待发展。作为离体快繁手段的一种，提高扦插的生根率是研究热点，但目前松油醇-4型互叶白千层的扦插试验的生根率基本浮动在88%左右，继续深入扦插实验，在培养基质、调节剂方面加大研究，进一步提升扦插的生根率。转基因技术则是近年争议较大的论点之一，如果有选择性的的进行转基因实验，可以填补这一领域的空白。

4）引种后栽培过程中性状差异的研究。因为立地条件不同，引种后植株性状会有差异，但此前的研究更多的关注TTO表现出来的成分与含量差异，对栽培种的性状差异少有研究，应抓住立地条件与性状差异的相关性，改进栽培手段，改良植株生长。

5）深入研究白千层属植物。白千层属植物共有290多种，互叶白千层是其中一种。另外有多种白千层属植物可以产油，成分含量均有不同，我国在引进互叶白千层时出现了混淆种类、混淆化学型的情况，致使一些研究工作受到阻碍，深入研究白千层属植物，可以正确地分辨互叶白千层，并弄清互叶白千层的不同化学型，既可以避免上述错误，也可以拓展研究白千层属植物。

6）开展南方湿地水土保持林建设和荒山造林的种植栽培实验研究。作为两栖植物和速生林种，互叶白千层在生态领域表现良好，能够适应周期性淹水和迅速成材的特点，使其可以作为水土保持林来经营。进行南方湿地水土保持林建设有利于防治水土流失，结合栽培试验，有望为湖南省提供新的水土保持林种。