湿加松产脂量及松节油主要成分含量与生长性状相关性分析*

廖仿炎 李义良 曾 明 李福明黄 婷 赵奋成 郭文冰 陈利芳

(1.广东省樟木头林场，广东 东莞 523616；2.广东省森林培育与保护利用重点实验室/广东省林业科学研究院，广东 广州510520；3.广东省台山市红岭种子园, 广东 台山 529200)

湿加松Pinus elliottii×Pinus caribaea的培育及研究最早起于澳大利亚，是湿地松P. elliottii和加勒比松P. caribaea通过控制授粉获得的种间杂交后代，杂种优势突出，具有速生、丰产、松脂产量高、材质好等优点，已成为中国南方地区主要的工业原料林树种，推广面积达10 多万hm2。松脂是由单萜、二萜、倍半萜烯类等化合物组成的混合物，主要储存在树脂道中，分布于树体的茎、杆、针叶[1]，其主要成分为松香和松节油，是我国主要的可再生自然化工原料，广泛应用于油漆、香料香精、合成橡胶、液体生物燃料和混合化石燃料等方面[2-3]，其性能与柴油，汽油相似[4]。研究表明，松脂产量受中度至高度的遗传控制[5-6]，产脂力与冠幅、基本密度之间有显著相关性，如湿地松松脂基本密度与产脂力之间呈极显著正相关(r=0.540,P＜0.01)，且产脂力的家系遗传力在0.6～0.8 之间[7]。松脂通过水蒸汽蒸馏加工后，非挥发性的树脂酸熔合物即为松香，挥发性的萜烯类物质称为松节油，松节油分为单萜烯类的α-蒎烯、β-蒎烯和对伞花烃以及其他萜烯类化合物，其中单萜烯类的α-蒎烯、β-蒎烯为主要成分[8]。不同松树种类、同种松树不同产地所产的松节油成分比例不同，马尾松所产松节油标准样品中α-蒎烯、β-蒎烯含量所占比例分别为84.63%和9.56%[9]。江西安福县湿地松生产的松节油中α-蒎烯、β-蒎烯含量所占比例分别61.9%和30.59%[10]。云南思茅松自南向北不同产地生产的松节油中α-蒎烯含量从91.08%到42.55%递减，而β-蒎烯含量从2.46%到36.68%递增[11]。

近年来，湿加松在良种选育与产业化应用等领域取得系列重大研究成果[12-13]。但高产脂松树选育仍面临诸多困难，包括产脂力等重要性状遗传改良周期长，评价方法滞后，亲本选配盲目、早期选择技术尚未突破等。为了解湿加松松脂产量和松节油主要成分与生长性状的关系，本研究以41 株11 年生湿加松种质为材料，对生长量、产脂量、松节油主要成分进行了测定分析，为湿加松脂材兼用新品选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在台山市红岭种子园内(22°11′N,112°49′E)，属于亚热带海洋性季风气候，年平均气温21.8 ℃，年均日照2 006 h，年均降雨量1 936 mm，全年无霜。平均海拔30 m，土层深厚，多为花岗岩发育的酸性土壤，pH 值为5.0～5.5。

1.2 试验材料

选取台山市红岭种子园11 年生湿加松种质资源林开展生长性状、产脂性状及松脂成分测定。种质资源林于1999 年造林，株行距3 m×3 m。选取同一环境条件下、生长正常的41 株为试验材料，调查树高、胸径。

1.3 项目测定

1.3.1 产脂量 11 年生时10 月10 日—11 月10日，对41 株11 年生湿加松种质开展割脂试验，割脂采用下将式割脂法，割脂剖面距地面约1.3 m左右，每2 d 割一刀，3 d 称量一次，30 d 后收集并测定月产脂量。采用钻孔法采集松脂，在树高约1.3 m 处的向阳面采用直径为16 mm 钻孔器进行钻孔，采用松脂标准化测试收集仪(栾启福等,2012, 中国专利, N202232379U)收集松脂，分析松节油成分。钻孔前先刮去树干表皮，钻孔深度为1.5 cm，24 h 后收集并测定微产脂量。

1.3.2 松节油主要成分 松脂样品经甲酯化处理后注入气相色谱仪的气化室，气化后随载气进入毛细管色谱柱达到有效分离流出，得到的各种松脂成分用氢火焰离子化检测器(FID)检测，实现对松脂中松节油成分的分析。GC-MS 的气相条件：色谱柱：HP-5 毛细管柱(30 mm×0.32 mm×0.25 μm)；气相色谱仪分析条件：程序升温初始温度60 °C (保持2 min)，以4 °C·min-1的升温速率升至260 °C (保持10 min)，汽化室和检测器温度均保持在260 °C。氢火焰离子检测器(FID)，载气为高纯氮，氮气压力0.1 MPa；氢气流量50 mL·min-1，空气流量50 mL·min-1，分流比为1 ∶100，进样量为0.5～1.0 μL。采用面积归一法计算松脂各成分含量。

1.4 数据分析

采用SPSS 软件分析湿加松种质的主要性状遗传变异系数、Pearson 相关系数等。

2 结果与分析

2.1 湿加松种质生长量与产脂量分析

对41 株湿加松种质进行了树高、胸径、产脂量的统计分析( 表1)。可知，树高介于11.20～16.30 m 之间，平均为13.74 m；胸径介于15.40～24.10 cm 之间，平均为19.65 cm；生长性状中胸径的变异系数相对较大，为10.34%，树高的变异系数最小，为9.69%。产脂性状中月产脂量介于175.20～852.40 g 之间，平均为516.49 g，高产与低产单株产脂量差异达4.8 倍；微产脂量介于2.21～28.53 g 之间，平均为10.06 g，高产与低产单株产脂量差异达12.9 倍。从结果来看，各性状变异系数较高，特别是微产脂量，变异系数为65.12%，表明种质资源间主要性状差异较明显。

表1 湿加松种质生长性状与产脂量变化Table 1 Variation of growth traits and resin yield of Pinus elliottii×Pinus caribaea germplasms

2.2 湿加松生长性状与产脂量的相关性分析

对树高、胸径、月产脂量、微产脂量间的相关关系分析，发现树高、胸径与月产脂量为正相关关系，但相关性不显著；树高与微产脂量为正相关关系，胸径与微产脂量为负相关关系，但相关性均不显著；月产脂量与微产脂量为正相关关系，但相关性不显著。

2.3 湿加松松节油主要成分含量变化

对湿加松种质松节油主要成分进行测定(表3)，结果表明，湿加松种质α-蒎烯含量最高，平均值为57.87%；其次是β-蒎烯含量和β-水芹烯含量，平均值分别为18.32%、18.94%；α-蒎烯含量分别是β-蒎烯含量和β-水芹烯含量的3.16 倍、3.05 倍。湿加松不同种质间β-蒎烯含量差异最大，差异达19.37 倍；其次是β-水芹烯含量，差异为7.15 倍；α-蒎烯含量最小，差异为1.85 倍。3 个成分中变异系数最大的是β-水芹烯含量(37.94%)，最小的是α-蒎烯含量(14.58%)，表明不同种质间β-蒎烯和β-水芹烯的含量差异较大。

表2 生长性状与产脂量的相关性Table 2 The correlation between growth traits and resin yield

表3 松节油主要成分含量变化%Table 3 Variation of main component content in turpentine

2.4 湿加松生长性状与松节油主要成分含量的相关性分析

进一步对湿加松生长性状与松节油主要成分含量的相关关系分析(表4)，结果表明，胸径与α-蒎烯含量呈极显著正相关；主要成分间，α-蒎烯含量与β-蒎烯含量、β-水芹烯含量呈极显著负相关，β-蒎烯含量与β-水芹烯含量呈极显著负相关。

表4 生长量与松节油主要成分含量的Pearson 相关性分析Table 4 Analysis of Pearson correlation between growth traits and the main component content of turpentine

3 讨论与结论

遗传与变异是林木遗传改良过程中重要组成部分，对目标性状的遗传变异分析是科学育种的必要前提[14]，群体内丰富的遗传变异可为育种提供较大的物质基础及选择潜力[15]。遗传变异系数是评估群体内某一数量性状变异程度的重要指标。本研究中，生长性状中胸径变异系数(10.34%)大于树高的变异系数(9.69%)，这与王金宁等[16]对落叶松的研究结果一致，该研究发现胸径的变异系数大于树高的变异系数。此外，本研究中月产脂量的变异系数(29.88%)低于微产脂量变异系数(65.12%)；松节油主要成分中，变异系数最小的是α-蒎烯含量(14.58%)，小于β-蒎烯含量(37.86%)、β-水芹烯含量(37.94%)。这与雷蕾等[17]对高产脂湿地松的研究结果相似，该研究发现湿地松松节油中β-蒎烯和α-蒎烯含量最高，且β-蒎烯含量的变异系数高于α-蒎烯含量的变异系数。以上结果表明，湿加松种质生长性状、产脂性状均存在广泛的变异，有很大的选择潜力，开展优树选择是可靠的。

松脂作为松科植物的次生代谢产物，其产量会受到树体生长性状的影响。以往研究发现树体生长越好，产脂量越高[18-19]。松脂产量与树体因子之间一元线性关系极显著[20]。朱永安等[21]研究发现湿地松松脂产量与直径的相关性系数可达0.726 1，呈现极显著的正相关；杜超群等[22]对11年生湿地松半同胞家系产脂性状研究中发现，产脂量与生长性状呈显著正相关。本研究中，湿加松月产脂量与胸径的相关性较高，微产脂量与树高相关性最高，但相关性均不显著。与李艳[23]、潘显强[24]研究湿地松产脂量与生长性状的研究结果一致。松脂形成后储存在树脂道内[25]，单位面积内树脂道数量、树脂道轴向总面积均会对松脂产量产生影响。树脂道广泛分布在树体的茎、叶、树干组织中[26]。在相同负荷割脂强度下，随着割脂面积越大，胸径处树脂道破坏的越多，储存在树脂道内的松脂分泌量随之增加[27]。同时，本研究结果与安宁等[28]对马尾松产脂特征的研究结果一致。本研究中松节油的主要成分α-蒎烯含量与胸径极显著正相关，另外α-蒎烯与β-蒎烯含量呈极显著负相关，这与李彦杰等[7]、毛积鹏等[29]的研究结果一致。以上研究表明在产脂性状的改良及松脂主要成分的选择方面，胸径都是一个重要的参考指标。

湿加松是脂材兼用的重要工业原料林树种，松脂是松树重要的非木质林产品，可加工获得松节油等重要化工原料。本研究发现月产脂量与树高、胸径性状呈正相关关系，胸径与松节油中的α-蒎烯含量呈极显著正相关。且群体内胸径、树高性状变异程度较大，具有较优的选择潜力，可基于胸径、树高等生长性状与产脂性状的相关性，针对湿加松的产脂性状进行优树选择和新品种选育。