降香黄檀与东京黄檀木材解剖特征及抽提物化学成分的可区别性*

刘 衡 施福军 黎韦水 韦中绵 马若克 刘志高李英健 符韵林

(1.广西大学林学院 南宁 530004； 2.南宁树木园 南宁 530031)

降香黄檀(Dalbergiaodorifera)俗称海南黄花梨，是我国明清家具主要用材，同时其心材还是一味名贵中药(Zhengetal., 2011; Wangetal., 2000; Beldjoudietal., 2003; Zhangetal., 2004; Choietal., 2009)。东京黄檀(Dalbergiatonkinensis)木材自20世纪90年代从越南进口，由于其材质、结构、气味等与降香黄檀非常相近，于是市场上将来自于海南的降香黄檀木材称海南黄花梨，把来自越南的东京黄檀木材称为越南黄花梨。起初人们认为越南黄花梨与海南黄花梨有区别，提出了多种区分海南黄花梨和越南黄花梨的方法、经验，如认为海南黄花梨“鬼脸”丰富、颜色较深、降香气味更浓郁，而越南黄花梨“鬼脸”较少、颜色较浅、降香气味较淡等(黄华等, 2004; 严恪, 2015)； 部分专家也认为二者在木射线等木材解剖构造上有差异(李桂兰等, 2008; 罗真付等, 2012)。但以上观点未见进一步的研究佐证。

2012年，在法国、越南发现越南黄花梨的树木标本，学名为“东京黄檀”，也称“越南黄檀”，其拉丁学名与降香黄檀完全不同，属于不同树种(李英健, 2012; 张耀丽, 2012)。即使已发现降香黄檀与东京黄檀的树木模式标本，二者拉丁学名不同，但是二者在木材材色、气味、结构、密度等均非常相似，是否为一种木材仍在争论(邓雪松, 2014)。木材商、生产商及市场上有2种观点：一是认为其为同一树种木材，另一方认为其为不同树种木材。植物学及木材学专家亦有不同观点：从木材构造及解剖特征来看，一是认为二者有区别，但总结不出区别明显的具有重复性检验的特征(李桂兰等, 2008; 罗真付等, 2012)，另一认为其差异不明显(黄向党等, 2018)； 从木材化学成分来看，虽然杨柳等(2016)、张礼行等(2018)以及侯思润等(2018)均通过比较降香黄檀和东京黄檀抽提物化学成分的差异准确鉴别出2种木材，但杨柳等(2016)在东京黄檀中检测到张礼行等(2018)认为不存在的化合物环氧化蛇麻烯，同时，这些研究所用样品均取自家具及工艺品，样品的产地未知，所以并不能排除生长环境对木材化学成分的影响； 从DNA条形码来看，也有不同观点，汪奕衡等(2015)通过测定分析降香黄檀和东京黄檀的ITS序列，认为二者应属于同一物种，而Yu等(2016)研究发现，叶绿体trnH-psbA存在7个稳定的差异位点，可以将降香黄檀和东京黄檀区分开来。

1 材料与方法

1.1 试验材料

降香黄檀和东京黄檀的树木形态研究及木材样品采集在中国海南、广西及越南等地进行，均为成熟林木。具体产地信息见表1。

1.2 仪器和试剂

仪器设备：切片机(Thermo Scientific公司，HM430型)； 荧光显微镜(麦克奥迪实业有限公司，BA400EF-UPR9100型)； 恒温水浴锅(上海博讯实业有限公司医疗设备厂，HHS型)； 万能粉碎机(温岭市林大机械有限公司，DFT-200型)； 万分之一天平(奥克斯仪器有限公司，MS 105DU型)； 真空干燥箱(上海丙林电子科技有限公司，DZF-6050-T型)； 筛网(40目、60目)、索氏提取器(上海欧蒙实业有限公司，OM-6A型)； 旋转蒸发仪(南宁蓝天实验设备有限公司，N-1200B型)； 气质联用仪(美国布鲁克公司，SCION TQ型)； 超高效液相-质谱联用仪(美国Waters公司，UPLCI-CLASS-XEVOG2-XSQTOF型)。试剂：无水乙醇(AR)，超纯水(自制，成都越纯科技有限公司)，番红(AR)，中性树胶(AR)，TO透明液，苯(AR)，甲醇(Optim，美国fisher公司)。

1.3 样品处理

在木材正常生长轮部位截取10 mm(长)×10 mm(宽)×20 mm(高)的木块，用于木材切片。

采集10 g左右样品，粉碎后过40、60目筛，收集40～60目木粉，然后置于真空干燥箱(60 ℃，0.1 MPa)中干燥24 h，得到干燥后的样品。

1.4 木材微观构造特征观察

木材玻片制作流程与工艺参考李桂兰等(2008)的研究。采用荧光显微镜拍摄木材微观图片，其中，切片横切面放大5倍，径切面和弦切面放大40倍。随机拍摄30张完整清晰弦切面切片照片用于统计木射线种类和高度。

1.5 木材抽提物的提取

木材抽提物的提取依据GB/T2677.6—1994《造纸原料有机溶剂抽出物含量的测定》的相关规定进行。抽提液经过滤后，于旋转蒸发仪中蒸干溶剂，然后加入甲醇溶解，在10 mL容量瓶中定容，稀释相应倍数后过0.22 μm滤膜，用于1.6、1.7检测。

1.6 气质联用测定抽提物成分

气相色谱主要用来检测可挥发性化合物。气相色谱表征条件：HP-5色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)； 载气为He； 不分流进样； 流速为1.0 mL·min-1； 进样量为1.0 μL。程序升温：柱温50 ℃，保留3 min，以20 ℃·min-1升至280 ℃，保留2 min。质谱条件：电离方式EI； 电离能量70 eV； 离子源温度230 ℃； 溶剂延迟3 min； 扫描范围5～500 amu。NIST17谱库检索。试验重复3次。采用SPSS23软件进行数据处理。

1.7 超高效液相-质谱联用仪测定抽提物成分

超高效液相-质谱联用仪主要用来检测黄酮类化合物。色谱条件：色谱柱 Waters UPLC C18 柱(2.1 mm×50 mm×1.7 μm)； 流动相A 为 0.1%甲酸水，B为乙腈(100%)； 梯度洗脱，90%～80%A、0～1 min，80%～70%A、1～3 min，70%～55%A、3～7 min，55%～30%A、7～12 min，30%～10%A、12～15 min，10%～90%A、15.1～16 min； 流速0.4 mL·min-1； 柱温40 ℃； 进样量0.2 μL。质谱条件：ESI离子源； 正离子模式； 扫描模SEM，质量扫描范围m/z100～1 500； 质量校正质核比m/z556.277 1。试验重复3次。采用Markerlynx4.1软件进行数据处理。

The authors declare no competing financial interests.

2 结果与分析

2.1 树木形态分析

降香黄檀与东京黄檀的树木形态对比分析如图1、表2所示。

图1 降香黄檀(A)和东京黄檀(B)植物形态Fig. 1 Dalbergia odorifera (A) and D. tonkinensis (B) plant morphology

表2 降香黄檀和东京黄檀树木形态特征比较Tab.2 Morphological differences between Dalbergia odorifera and D. tonkinensis

2.2 木材构造分析

2种木材的构造特征如图2、表3所示。

表3 木材主要构造差异Tab.3 Main structural differences in wood

降香黄檀：具有深褐色条纹。散孔材至半环孔材，单管孔，少数径列复管孔(2～5个)。轴向薄壁组织丰富，环管状、翼状、聚翼状、带状(宽3～6个细胞)。木纤维、导管、轴向薄壁组织、木射线均叠生。木射线单列射线较少，多列射线2～4个细胞； 射线组织同形单列、多列(2～4细胞)，极少数异形Ⅱ型和异形Ⅲ型。波痕可见。具有浓郁辛辣气味。

东京黄檀：偶见深褐色条纹。散孔材至半环孔材，单管孔, 少数径列复管孔(2～3个)。轴向薄壁组织丰富，环管状、翼状、聚翼状、带状(宽2～6个细胞)。木纤维、导管、轴向薄壁组织、木射线均叠生。木射线单列射线较少，多列射线2～4个细胞； 射线组织同形单列、多列(2～4细胞)，极少数异形Ⅱ型和异形Ⅲ型。波痕可见。具有浓郁辛辣气味。

对降香黄檀和东京黄檀的木射线差异已有较多报道，本研究发现，二者心材木射线均为叠生，同形单列、多列(2～4细胞)，极少数异形Ⅱ型、Ⅲ型； 单列射线约占24%～30%，2列射线约占62%～75%，3列及3列以上射线约占1%～4%，并不存在明显差异。图3可以进一步比较二者木射线的差异。从图3A可以看出，无论是降香黄檀还是东京黄檀，木射线类型均以2列木射线为主，单列木射线次之，3列及3列以上木射线较少，只有降香黄檀H3的3列及3列以上木射线平均值超过5%，这可能是生长环境导致的。同时，通过图3A可以发现，降香黄檀和东京黄檀无论是单列木射线、2列木射线还是3列及3列以上木射线，差异微小。从图3B可以看出，降香黄檀和东京黄檀中同形射线组织百分比均在95%以上，异形Ⅱ型射线组织在0～1.99%之间，对于异形Ⅲ型射线组织，东京黄檀心材(1.6%～2.31%)略多于降香黄檀心材(0.04%～1%)。

图3 木射线类型比较Fig. 3 Comparison of wood ray typesSW: 边材; TW: 过渡材; HW: 心材。SW: Sapwood; TW: Transition wood; HW: Heartwood.

2.3 抽提物GC-MS分析

通过计算机NIST谱库检索，从降香黄檀和东京黄檀抽提物中共鉴定出相对百分含量大于0.1%的化学成分31种(表4、表5)，其中，降香黄檀心材共检出25种，东京黄檀心材25种，降香黄檀过渡材25种，东京黄檀过渡材26种，降香黄檀边材22种，东京黄檀边材22种。降香黄檀样品心材含量最高的组分均为反式橙花叔醇(23.13%、20.76%、19.68%)，与之前的研究结果(郭清泉等, 2008)一致； 东京黄檀样品心材含量最高分别为美迪紫檀素(Y1，20.11%)、3,4-二甲氧基苯乙烯(Y2，13.49%)和刺芒柄花素(Y3，16.96%)，同时，反式橙花叔醇含量也处于较高的水平(12.59%、9.27%、4.396%)。降香黄檀过渡材含量最高的组分也为反式橙花叔醇(49.04%、18.5%、22.14%)； 东京黄檀样品过渡材含量最高分别为乔松素(Y1，23.637%)、3,4-二甲氧基苯乙烯(Y2，16.97%； Y3，21.17%)。降香黄檀边材含量最高的组分分别为磷酸三丁酯(H1，74.63%； H2，17.56%)、红没药醇(H3，9.186%)； 东京黄檀样品边材含量最高分别为邻苯二甲酸丁基酯2-乙基己基酯(Y1，23.637%)、棕榈酸(Y2，29.82%)、硬脂酸(Y3，34.30%)。

表4 各谱峰化学成分的确认Tab.4 Identification of compounds of each chromatographic peak

表5 各样品抽提物成分的百分含量测定结果①Tab.5 The composition of each wood extraction %

运用SPSS软件以31种化合物含量为分析变量，采用平方Euclidean distance计算准则，进行聚类分析，样品距离越近说明它们相似度越高(毛运芝等, 2019)。如图4所示，当类间距离di=5时，6个心材样品可分为4类：第1类包括H2和H3，第2类包括Y2和Y3，第3类为Y1，H1聚为第4类。由此可知，H2和H3以及Y2和Y3的较为相似，H1与其他5个样品相似度最低。结合木材产地进行分析，发现H2和H3的纬度相近，Y2和Y3纬度相近，这可能是它们聚为一类的原因，推测木材化学成分的差异与产地纬度密切相关，即使同种树种在不同纬度其化学成分也存在较大差异。6个过渡材样品可分为5类，6个边材样品也可分为5类，但过渡材和边材的聚类没有明显的规律，这可能是因为木材抽提物开始产生时不存在规律，在抽提物不断累积过程中受产地的影响，木材的化学成分逐渐产生较大差异。

图4 降香黄檀和东京黄檀木材抽提物化学组分的聚类分析Fig. 4 Cluster analysis of chemical compositions in D. odorifera and D. tonkinensis wood extractsa: 边材; b: 过渡材; c: 心材。a: Sapwood; b: Transition wood; c: Heartwood.

2.4 抽提物HPLC-TOF-MS分析

因GC-MS对高沸点、挥发性差、高分子量的化合物难以检测，为更全面地分析降香黄檀和东京黄檀抽提物的差异，本研究采用HPLC-TOF-MS对抽提物进一步分析。

直观对比降香黄檀和东京黄檀心材、过渡区和边材的总离子流图(图5、图6、图7)发现，降香黄檀和东京黄檀样品的出峰时间和峰形上基本一致，说明它们的化合物成分相似，同时，种间和种内均存在一些差异，差异不具有明显的规律性，不能够有效区分2种木材。因此采用无监督的主成分(PCA)分析法进一步分析数据。PCA分析能够反映数据的原始状态，可以直观地表达出不同样品的整体差异性(Maetal., 2015)，通过MarkerLynx XS得到2种木材抽提物的PCA得分图(图8)。结果发现，无论在边材、过渡材还是心材抽提物PCA模型中，降香黄檀和东京黄檀均不能较好地分组，有明显的交集，尤其心材样品间的空间距离更为相近，这说明二者不能较好地区分，与GC-MS的分析结果一致。

图5 边材抽提物超高效液相-质谱联用仪总离子流Fig. 5 HPLC-TOF-MS total ion chromatogram of sapwood extraction

图6 过渡材抽提物超高效液相-质谱联用仪总离子流Fig. 6 HPLC-TOF-MS total ion chromatogram of transition wood extraction

图7 心材抽提物超高效液相-质谱联用仪总离子流Fig. 7 HPLC-TOF-MS total ion chromatogram of heartwood extraction

3 讨论

从树木形态分析可以发现，降香黄檀和东京黄檀在花、果、叶的形态特征上相似，不具有明显的可区分性。

从木材构造分析，二者木材构造相似，但在颜色和管孔、木射线方面存在一些微小差异。在纹理方面，降香黄檀样品均具有深褐色条纹，而东京黄檀仅有样品Y2具有深褐色条纹，这可能是降香黄檀“鬼脸”多于东京黄檀的原因； 在管孔类型方面，相较于东京黄檀，降香黄檀的半环孔材趋势更明显； 在木射线方面，降香黄檀和东京黄檀木材的单列木射线、2列木射线、3列及3列以上木射线、同形射线组织及异形Ⅱ型射线组织百分比均在相同区间内，仅异形Ⅲ型射线组织占比东京黄檀心材(1.6%～2.31%)略多于降香黄檀心材(0.04%～1%)。综上，降香黄檀和东京黄檀木材构造虽然存在一些差异，但这些差异过于微小，不具有明显的可区分性。

从抽提物化学成分分析：1)从GC-MS的测定结果来看，虽然降香黄檀和东京黄檀含量最高的组分存在显著差异，但降香黄檀含量最高的组分在东京黄檀中也存在且其含量可能还高于某个降香黄檀样品； 同时，这种差异不仅存在于2种木材之间，不同产地的同种木材也存在显著差异。利用SPSS对数据进行聚类分析，发现不同产地降香黄檀和东京黄檀木材边材、过渡材抽提物聚类没有明显规律，纬度相近的木材心材抽提物聚为一类，与树种关系不明显。2)从HPLC-TOF-MS的测定结果来看，降香黄檀和东京黄檀木材抽提物总离子流图基本一致； 在PCA模型中，降香黄檀和东京黄檀木材分组有明显的交集。因此，根据木材抽提物化学成分不能区别降香黄檀和东京黄檀木材。

4 结论

本文通过比较分析降香黄檀和东京黄檀的树木形态、木材构造以及化学成分的异同，探究二者的可区分性。结果表明：在树木形态上，降香黄檀与东京黄檀的花、果、叶形态近乎一致； 在木材构造上，相较于东京黄檀，降香黄檀纹理略丰富，管孔类型更趋近于半环孔材，心材具有略少的异形Ⅲ型木射线组织，但这些差异难以量化，并不能很好地区别二者，同时，其他构造特征不存在可区别性； 在化学成分上，通过聚类分析发现，相同纬度的木材聚为一类，与树种无关，通过PCA分析发现，二者的分组存在明显交集，不存在可区别性。综上认为，降香黄檀和东京黄檀的树木形态、木材解剖特征和抽提物化学成分方面不存在明显的可区别性。至于降香黄檀和东京黄檀是否同种木材，仍需进一步研究确认。