化学/生物型复合增脂剂对思茅松增脂效果探讨

吴春华， 王瑞苓， 林 旭， 刘祥义*， 郑志锋

(1.西南地区林业生物质资源高效利用国家林业和草原局重点实验室，云南 昆明 650224；2.西南林业大学 化学工程学院，云南 昆明 650224； 3.西南林业大学 林学院，云南 昆明 650224；4.西南林业大学 材料工程学院，云南 昆明 650224； 5.厦门市现代农业生物质高值化技术重点实验室；厦门大学 能源学院，福建 厦门 361102)

思茅松(PinuskesiyaRoyle ex Gordon)是云南省普洱地区主要的采脂树种，也是云南省重要的造纸用材树种，具有速生、优质、高产脂及生态适应性强等特点。云南省发展松香产业的主要树种为云南松和思茅松，其中，云南松5 796万亩、思茅松2 196万亩。全省云南松、思茅松的松脂储藏量约为62万吨/年[1]。松脂被誉为“长在树上的石油”，它的主要成分是松香和松节油[2]。据统计，2013年我国松香产业产值达119.1亿元人民币，出口创汇6.4亿美元，创下历史新高[3]。松香具有黏合、防潮、乳化、绝缘等性能，广泛应用于造纸、涂料、食品和电气等工业领域[4-7]。松节油是一种价格低、产量大的天然植物精油，在香料、医药、农药、新材料等领域有着广泛的应用[8-10]。采集松脂是松香生产中最重要的基础环节，该环节集技术、体力、劳动密集为一体，同时又受采脂林的林龄、立地条件、采脂季的气候条件所影响[11-12]。因此，如何科学采脂，促进松树资源的健康、可持续发展值得深入研究。国内外科研人员先后研制了硫酸或硫酸软膏、亚硫酸盐酒糟醪液、尿素等化学增脂剂，乙烯利、α-萘乙酸、苯氧乙酸等植物生长刺激剂，还有以无机和有机两大类物质组成的营养型增脂剂。这些增脂剂能够将马尾松、湿地松的松脂产率提高20%[13]以上。但对思茅松增脂剂的研究较少，因此，作者课题组开发了化学/生物复合型营养增脂剂，通过测试施用增脂剂后生理指标的变化，对增脂剂的增脂机理进行了探讨。

1 实 验

1.1 试剂及样树选择

在2019年的3月至12月，选择云南景谷县的一片思茅松林为实验采样地(东经100°35′，北纬23°30′，海拔1 549 m)，选择阳坡上的胸径在20 cm左右的长势健壮未割脂的160株思茅松为样树。

将硝酸稀土用纯净水配制成质量分数0.15%溶液，其中微量元素的量为0.04%，加入硝酸调节pH≤2.0，得到化学增脂剂。

1.2 思茅松增脂状况的考察

1.2.1增脂剂的施加 将实验树木随机分成4组，每组40株。1组为对照组不施药，2、3、4组分别对应实施方案在离思茅松根部1.8 m处，用钻头倾斜于树干30°打3～5 cm深的小孔，将装有5 mL化学增脂剂硝酸稀土溶液瓶口插入小孔中，在瓶底用针头刺穿一个小孔让化学增脂剂能自然流出。30天后，2组继续加化学增脂剂硝酸稀土溶液；3，4组分别施加一定浓度的生物增脂剂乙烯利(B1)和α-萘乙酸(B2)溶液，每30天，化学、生物增脂剂交替施加，即第一个月施加化学增脂剂，下个月施加生物增脂剂，如此交替进行。在施加增脂剂下方10 cm处开V字型割沟和中沟，安装受脂器采脂，每个月收脂一次，称量。

1.2.2采脂 所选样树按《思茅松松脂采脂规程》进行下降法采脂，3天加割一刀，割面负荷率40%，敞口受脂器收脂，记录30天产脂量，去除单株产脂量100 g以下及500 g以上的样本，遇雨天顺延。采松脂时采集松针，每组随机选3棵松树，测试时选3次测定的平均值。

1.2.3增脂机理初探 为了探讨增脂剂对思茅松增脂的机理，采集思茅松的松针，测试施用增脂剂后，松针的干质量、松针叶绿素含量以及松针可溶性糖含量的变化。

1.3 增脂效果分析

1.3.1增脂率的计算 按公式(1)计算平均产量，按公式(2)计算增脂率：

(1)

(2)

1.3.2各生理指标的检测 将实验所采集松针测量长度、鲜质量、干质量[14]、叶绿素总量、可溶性糖、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)酶活性。叶绿素总量采用分光光度法[15]，可溶性糖含量采用蒽酮法[14]，SOD酶活性采用氮蓝四唑(NBT)法[16]，POD酶活性采用愈创木酚法[17]，CAT酶活性采用高锰酸钾滴定法[17-18]。各生理指标的变化率按式(3)计算：

(3)

式中：Q—各生理指标的变化率，%;X1—表示施用增脂剂后的生理指标值；X0—没有施用增脂剂的生理指标值。

2 结果与分析

2.1 增脂剂对思茅松增脂率的影响

按照实验设计，对思茅松进行增脂实验，结果如表1，思茅松的增脂率按式(2)计算。

表1 施用增脂剂对思茅松产脂量的影响1)

从表1中可以看出，在最初施加增脂剂的4月份，只施用了化学增脂剂，产脂量比对照组略低或者稍高一点，说明才施用化学增脂剂后，树木有适应过程，增脂效果不明显。但在5月份以后，施用增脂剂的思茅松都比没有施用增脂剂的产脂量高，而施加了生物增脂剂B1的增脂率大于单纯只施用了化学增脂剂的。而且不同月份的增脂效果不同，这是由于气候变化，松树的生理活动受到影响，产脂量也就发生变化。总之，施用增脂剂后，松脂产量明显提高，而且采用化学增脂剂硝酸稀土溶液和生物试剂B1复合效果比单纯施用化学增脂剂效果好，化学增脂剂硝酸稀土溶液和生物试剂B1复合施用增脂率高达29.7%。

2.2 增脂剂对松针的影响

2.2.1对松针干质量的影响 思茅松松针干质量反应了植物干物质的积累，体现了植物的营养状况。本研究采用的化学增脂剂是一种稀土营养型的物质，可以促进思茅松松针干物质的积累。从表2可知，在10月份复合增脂剂A+B1增加干质量的效果最大，可以使干质量增加11.2%。10月份也是采脂产量最高的月份，可能是由于10月份，景谷县雨季刚过，松树水分、养分正充足，有利于光合作用，有利于松脂的形成和分泌，因此松针干质量增加率最高，松脂产量最大。

表2 增脂剂对松针干质量、叶绿素和可溶性糖含量的影响

2.2.2对松针叶绿素含量的影响 叶绿素是植物进行光合作用的主要物质，研究表明植物叶片的叶绿素含量与光合速率之间呈密切的正相关[19]。增脂剂对叶绿素的影响如表2所示。

由表2可见，施用增脂剂后，松针中叶绿素含量提高，而且叶绿素质量增加愈多，松脂产量愈大，松树长势好于未施药树，施用了化学/生物复合增脂剂的好于单纯施加化学增脂剂的。说明施用增脂剂后，叶绿素质量增加，光合作用加强，松脂产量增加。

2.2.3对松针可溶性糖含量的影响 可溶性糖在植物的生命周期中具有重要作用，可以为植物的生长发育提供必要的能量，也可以提供代谢原料。可溶性糖也是植物生长发育和基因表达的重要调节因子。增脂剂对松针可溶性糖含量的影响见表2。

由表2可以看出，施加不同的增脂剂，可溶性糖的质量增加率都是呈波动变化，4月份可溶性糖含量不高，是因为思茅松4月份春季发新梢，养分大量用于发梢，所以可溶性糖含量不高。10月份可溶性糖质量增加率最低，而10月份松脂产量最高，可能是由于糖分在思茅松生物体内进行一系列生化反应，转变成了萜烯和树脂酸，即松脂，从而提高思茅松的产脂能力[20]。

2.2.4对松针SOD酶活性的影响 植物代谢过程中会产生活性氧(ROS)，当ROS含量失去平衡将对植物产生氧化胁迫，并对植物细胞生物膜产生可逆及不可逆的损伤。超氧化物歧化酶(SOD)是存在于生命体中的活性物质，SOD能清除多余的ROS，因此，SOD酶活性的高低可以在一定程度上反映植物耐氧化能力的强弱。施用增脂剂后对思茅松SOD酶活性的影响如表3所示。

由表3可知，施加增脂剂的SOD酶活性都比对照组高，而且化学/生物复合增脂剂比施用纯化学增脂剂的要高得更多。随着天气变暖，SOD酶活性的增加率更高，10月份达到最高值，施加复合增脂剂A+B1的SOD酶活性增加率达到108.6%，纯化学增脂剂也达到了89.4%，而到12月份，由于天气变冷，SOD酶活性增加率降低。总之，施用增脂剂后，思茅松SOD酶活性增加，能更好地调节思茅松体内ROS含量的动态平衡，从而保护细胞膜的完整性，增强植物抵抗外界不良环境影响的能力。

2.2.5对松针POD酶活性的影响 过氧化物酶(POD)是植物在受到过氧化物侵害时，自身所产生的一类氧化还原酶，它们能催化过氧化物氧化分解，可催化体内的过氧化物和胺类等多种代谢废物氧化反应，分解为无毒无害或毒性较小的物质，降低过剩的自由基，使植物体内自由基含量始终维持动态平衡，以提高植物的抗逆性。施用增脂剂后对思茅松POD酶活性的影响如表3所示。

由表3可知，施加增脂剂的思茅松POD酶活性都比对照组高，而且化学/生物复合增脂剂比施用纯化学增脂剂的要高得更多。10月份施加复合增脂剂A+B1组的POD的酶活性变化率达到最高值87.3%。由此可推测，增脂剂的施用能明显提高思茅松POD酶活性，从而提高了思茅松的抗逆性。这与广西农业大学梁和等[21]和潘有强等[22]用乙烯利处理甘蔗后，对其过氧化物酶的影响的研究结果一致。

2.2.6对松针CAT酶活性的影响 过氧化氢酶(CAT)是一种催化过氧化氢分解的催化酶，广泛分布于细胞的过氧化物内。而过氧化氢是植物体内对机体造成严重损害的代谢废物，过氧化氢酶能将过氧化氢快速氧化分解，从而避免这种损害。施用增脂剂后对思茅松CAT酶活性的影响如表3所示。

表3 增脂剂对松针SOD、POD、CAT三种酶活性的影响

由表3可以看出，从4月到12月施加了增脂剂的思茅松的CAT酶活性增加率都是持续上升的，化学增脂剂和生物增脂剂B1复合施用比单纯的化学增脂剂的增加率上升得稍微高一些。12月份达到最高值(复合增脂剂A+B1组为104.8%，化学增脂剂为96.8%)。由此推测化学增脂剂、生物增脂剂B1复合施用可提高思茅松CAT酶活性，从而提高思茅松的代谢强度及抗寒、抗病能力，从而有利于提高思茅松的产脂能力[23]。

SOD、POD、CAT是植物体内3大保护酶，可以提高植物适应环境的能力。施加增脂剂可以使思茅松SOD、POD、CAT酶活性增加，与对照组相比，最大增加率分别为108.6%、87.3%和104.8%。因此，可以推断施加增脂剂后，思茅松对环境的抵抗和适应能力都有所增加，有利于其形成、分泌松脂。

3 结 论

通过施加增脂剂能够提高思茅松的增脂率，特别是当含微量元素的硝酸稀土溶液与生物增脂剂B1复合施用时，可使思茅松年平均增脂量达到29.7%。思茅松松针的生理指标数据表明：思茅松施加增脂剂后，可提高思茅松松针干质量和叶绿素含量，促进光合作用，从而促进产脂；提高松针SOD、POD、CAT三大植物保护酶活性，增强思茅松的抗逆性和环境适应能力，从而提高松树产脂能力。