南方红豆杉活体枝叶芬多精释放特征研究

林静,简毅,李谨宵,王晓东,何家敏,骆宗诗

1.四川省林业科学研究院，四川成都 610081；

2.四川龙门山森林生态系统国家定位观测研究站，四川平武 622550；

3.平武县龙门山国有林场，四川平武 622550

自2012年北京率先引入森林康养概念以来，我国的森林康养产业进入了快车道，森林中的植物杀菌素芬多精(Phytoncidere)，因其独特的康养作用，越来越受到专家和学者的关注[1-3]。目前，国内外关于芬多精的研究主要集中在食用、药用、香料、化学、芳疗和工业这六个方面[4、5]。国内的研究主要集中在芬多精的种类、合成、作用等基础理论[6、7]。由于不同树种在不同时段释放的芬多精差异较大，影响因素众多[8、9]，现有的资料很难解决每日最佳森林康养时段的问题，亟待深入研究。

南方红豆杉(Taxus chinensis)提取物紫杉醇具有独特抗癌活性，是公认最有效的肿瘤化疗药物[10,11]。四川盆地及盆周山地属于亚热带季风气候区，地形特征明显，海拔250 m～1800 m，是适宜人工种植南方红豆杉的主要区域[12]。因此南方红豆杉除被作为药源植物进行开发利用外，也被作为康养树种进行栽培利用。但关于康养基地中南方红豆杉活体枝叶芬多精释放特征的研究鲜少见报，故本研究选取四川盆地崇州市三江镇森林康养基地中的南方红豆杉林，测定其活体枝叶芬多精成分及含量释放规律，通过研究不同时段芬多精成分及含量的差异，试图筛选出南方红豆杉林适合康养的最佳时段，以期为康养基地的规划建设及康养活动的合理安排提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样地概况

样地位于四川省崇州市三江镇(N：103°48′46.40″，E：30°31′22.72″)（见表1），气候属四川盆地亚热带湿润季风气候，四季分明，年平均气温15.9℃，年平均日照时数为1161.5 h，年平均降雨量1012.4 mm。年平均风速为1.3 m/s。平均霜日19 d，平均无霜期为285 d。

表1 南方红豆杉林样地基本情况Tab.1 General information of Taxus chinensis var.mairei forest sample plots

采样地共设置3个采样点，每个采样点选择3株生长良好的标准木作为样本，样木选择连续留圃培育的15年生苗木。样地内共有南方红豆杉200株，径阶分布范围8—14 cm，其中径阶8 cm的最多，有113株；灌木主要有2种：四川冬青(Ilex szechwanensis)、构树(Broussonetia papyrifera)；草本主要有3种：蕨(Pteridium aquilinum)、青蒿(Artemisia carvifolia)和白茅根(Imperata cylindrica)。林龄为幼龄林，林分健康状况良好。采样点距离林缘50 m以上，样本枝下高大于1 m。

1.2 样品采集

1.2.1 采集时间

样品采集在2019年6月进行。选择连续3天晴朗无风或微风天气采样，考虑人们的主要活动时间为每日7:00—19:00，故采样时间定在每日7:00—19:00进行。

1.2.2 采样方法

采样部位选择在树冠离地高度1.5 m处，每次间隔60 min采样一次(需要准备抽取真空和冲入纯净空气时间)，每次循环采样时间为60 min。活体枝叶释放的样品采集方法：使用动态顶空吸附采样法（Dynamic Headspace collection）进行采集[13]。为减少大气干扰，收集附近空旷空白地的大气挥发性物质作为空白对照。

空白对照：在远离南方红豆杉林的空旷地，把采样袋中空气抽尽，然后充入过滤纯净的空气。待袋中空气达2/3体积时连接吸附管，循环采气。对照采集的样品气样与对照空气气样中相同的成分，比较它们的特征质量色谱峰面积，对照样品气样中面积相近的成分进行扣除。

1.3 样品测定

1.3.1 样品前处理及气相色谱质谱（GC/MS）条件

测定仪器：采用美国Agilent公司7890A/5975C型气相色谱质谱仪(GC/MS)进行样品有机挥发物的分析，并根据植物释放的挥发性有机物沸点不同进行分离。

前处理：样品分析之前需要经过热脱附过程。通过温度的提升，利用植物芬多精中有机挥发物组分沸点不同，将其依次分离，再被冷阱装置富集，是现在常用的脱附方法。

色谱分析：采用高纯氮气为载体，流速为1 mL·min–1。毛细管柱为HP-VOC(30 m×0.25 mm×0.25μm)，测定时间为43 min。进样口温度为250 ℃，质量扫描范围为35～550 u[13]。

2 结果与分析

2.1 南方红豆杉活体枝叶植株芬多精含量及组成

研究结果表明（见表2），南方红豆杉活体枝叶中分泌的化学成分以萜烯类、醇类、酯类、醛类、酮类、烷类等7大类挥发性有机物为主。南方红豆杉枝叶中共鉴定比对到约145种主要挥发性有机物（BVOCs），占总挥发物的96.29%。活体枝叶中释放的BVOCs萜烯类相对含量均较高，占总离子流的64.12%～71.30%；最低为醛类，占总离子流的1.28%～2.75%。

表2 南方红豆杉枝叶中BVOCs的组成及其相对含量Tab.2 Constitutesand relativecontent of BVOCsin branchesand leavesof Taxus chinensis var.mairei

2.2 红豆杉活体枝叶单倍萜烯类释放日变化特征

从表3可以看出，南方红豆杉活体枝叶中单萜烯日变化的相对含量为40.69%～69.77%，能分析鉴定出的单倍萜烯类物质共有9种，其中α-蒎烯和β-蒎烯出现在15:00点，测定的相对含量最高值为4.01%和3.00%；三环烯、β-罗勒烯、莰烯、萜品烯和芳樟醇的最高值出现在13:00点，相对含量分别为1.75%、13.63%、2.87%、0.45%和1.56%；桧烯最高值出现在7:00点，相对含量为13.86%；D-柠檬烯最高值出现在11:00点，相对含量为37.77%。总体来看，南方红豆杉释放单倍萜烯主要以D-柠檬烯和桧烯为主，但峰值时间不同。其他单萜类相对含量降低，但基本都呈现早晚低，午后高的变化规律。

表3 南方红豆杉枝叶中单倍萜烯成分及其相对含量Tab.3 Constitutes and relativecontent of monoterpenesin branches and leaves of Taxus chinensis var.mairei

2.3 南方红豆杉活体枝叶倍半萜烯类释放日变化特征

由表4可见，南方红豆杉活体枝叶中倍半萜烯相对含量为3.17%—7.85%，能分析鉴定出的倍半萜烯类物质共有5种，其中柠檬烯和α-依兰烯最高值出现在11:00—12:00，相对含量分别为0.68%和1.10%；侧柏烯最高值出现在11:00—12:00，相对含量为0.68%；α-古巴烯最高值出现在15:00—16:00，相对含量为1.78%；异长叶烯最高值出现在7:00—8:00，相对含量5.35%。南方红豆杉释放倍半萜烯相对含量较低，除异长叶烯外，都呈早晚低，中午高的特征；这可能与异长叶烯在南方红豆杉植株内独特的合成释放生理活动有关。

表4 南方红豆杉芬多精倍半萜烯成分及其相对含量Tab.4 Tab.3 Constitutesand relative content of sesquiterpene in branches and leaves of Taxus chinensis var.mairei

2.4 南方红豆杉活体枝叶芬多精总量释放日变化特征

南方红豆杉释放的总单倍萜烯和倍半萜烯含量最多在11:00—12:00，相对含量分别为69.77%和7.85%；最低在19:00—20:00，相对含量分别为40.69%和3.17%；其他化学成分中包含二倍萜烯，三倍萜烯，其他的酯类、醛类、醇类等，含量最多在19:00—20:00，相对含量为56.14%；最低在11:00—12:00，相对含量为22.38%。将单倍萜烯、倍半萜烯和其他化学成分进行分类统计，由图1可见，在7点到17点，单倍萜烯相对含量均高于其他化学成分，说明南方红豆杉日间释放BVOCs主要以单倍萜烯为主；但19点单倍萜烯相对含量低于倍半萜烯，说明南方红豆杉单倍萜烯的释放对光照条件更为敏感；同时，单倍萜烯的释放还随环境温度、光照强度的升高而增加。其他化学成分的释放在所有检测时间段都变化较小，这可能与其相对含量较低导致变化不明显有关。

图1 南方红豆杉活体枝叶BVOCs的日变化特征Fig.1 Diurnal variation characteristics of BVOCsin living branches and leavesof Taxus chinensis var.mairei

3 讨论与结论

芬多精的主要成分萜烯类化合物是指具有(C5H8)n通式及其含氧和不同饱和程度的衍生物[14]，可以看成是由异戊二烯衍生成的一类天然化合物，有一定的生理活性，如祛痰、止咳、祛风、发汗、驱虫、镇痛作用[15,16]。作为森林康养的关键作用因素之一，大量研究表明，芬多精可以稳定情绪，深度放松调整身心；能够抑制交感神经，改善失眠；能够改善肝脏机能等[17,18]。

植物排放的单萜烯挥发性很强，合成后很快就能释放到大气中，而且排放量大、化学活性高，能参与大气光化学氧化过程，对光化学烟雾的形成起着非常重要的作用，是当前大气化学研究的热点之一[19,20]。王举位等[21]对夏季盆栽中的油松排放单萜烯类质量浓度的日变化规律的研究表明，油松单萜烯在11:00—14:00之间的排放最强，单萜烯质量浓度日变化一般呈现先增加后降低的趋势，为典型的单峰曲线。这与本研究的结果相似。本研究中南方红豆杉活体枝叶中单萜烯在11:00—12:00之间的释放量最多，13:00—14:00次之，单萜烯相对含量变化也呈现先增加后降低的趋势。南方红豆杉释放的单萜烯以D-柠檬烯和桧烯为主，但峰值时间不同。

倍半萜烯是指分子式为(C5H8)n中n=3的天然萜类化合物，具有链状、环状等多种骨架结构[22]。倍半萜烯类化合物分布较广，主要存在于植物的挥发油中，在植物体内常以醇、酮、内酯等等形式存在于挥发油中，是挥发油中高沸点部分的主要组成部分[23,24]。多具有较强的香气和生物活性，是医药、食品、化妆品工业的重要原料[25]。南方红豆杉活体枝叶中倍半萜烯释放量在整个研究时段内变化较小，在11:00—12:00之间释放量最多，19:00以后释放量减少。南方红豆杉释放倍半萜烯以异长叶烯和α-古巴烯为主，峰值时间也不同，这可能与异长叶烯和α-古巴烯在南方红豆杉植株内独特的合成释放生理活动有关。

芬多精的释放是一个相当复杂得多因子作用过程，其变化形式多样，影响因素也十分复杂[26,27]。温度、光强和湿地是影响芬多精释放的3个最主要的因子，其变化对芬多精的释放影响较大[28,29]。梁宝生等[30]对意大利撒丁岛某个自然生态区黄连木(Pistacia lentiscus)排放的12种萜烯类化合物浓度的日变化、排放速率等进行了研究。结果表明，黄连木主要萜烯类化合物排放速率随温度的升高而增加。李金龙等[31]对北京油松所排放的萜烯类化合物中6种单个化合物的浓度日变化及排放速率进行了研究，结果表明油松萜烯化合物的排放与采样时温度、光照强度关系密切，在正午有浓度最高值。这与本研究的结果相似，本研究中南方红豆杉萜烯类物质的释放也随环境温度、光照强度的升高而增加。如果只考虑南方红豆杉芬多精的释放规律，建议可在每日11:00左右进行康养活动。

林静等[13]测定了柏木、马尾松、柳杉、香樟、苦竹5种植物活体枝叶释放的BVOCs，均未检出α-依兰烯和异长叶烯。说明这两种倍半萜烯可能是南方红豆杉枝叶挥发的BVOCs中含有的特有物质，结合南方红豆杉在某些疾病的辅助治疗方面的作用，α-依兰烯和异长叶烯可以在生物制药方面开展进一步研究。