范國榮，張文元，肖復明 ，朱新傳，江香梅，李燕山

(1．江西農(nóng)業(yè)大學 林學院/江西農(nóng)業(yè)大學植物天然產(chǎn)物化學與林產(chǎn)化研究所，江西 南昌 330045;2．江西省林業(yè)科學院，江西 南昌 330032;3．江西省安?？h陳山林場，江西 安福 343200)

陳山紅心杉(Chenshan Red-heart Chinese fir)主產(chǎn)于江西安?？h西南部的陳山林區(qū)，是我國木材中不可多得的珍稀品種，是江西特有的具有地方特色的優(yōu)良杉木種源，因其近髓心木質(zhì)部相當大的比例成油亮的栗褐色而得名［1-2］。其具有外觀圓滿通直、紋理美觀、紅心芳香、色澤獨特、材質(zhì)堅韌、抗壓性強、不翹不裂、生長速度快、紅心比率高等優(yōu)良品質(zhì)，是建筑、家具、裝潢等上乘的環(huán)保之材。木材、葉子、樹皮、枝干上的結(jié)節(jié)、球果、杉木油(木材瀝出的油脂)及其根皮均可入藥［3-4］。嚴平勇［5］用紅心杉與普通杉木造林對比試驗，結(jié)果表明紅心杉比普通杉木更具有抗逆性、適應性，形質(zhì)更優(yōu)，生長更快。正因為其抗逆性、適應性都更好，所以江西省內(nèi)外許多地區(qū)林場引種了陳山紅心杉，且性能表現(xiàn)很優(yōu)良。

人們對紅心木材的熱愛和廣泛地應用，使得我國對紅心木材的遺傳與繁育等方面進行了大量的研究［6］，其中對陳山紅心杉也有不少研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)陳山紅心杉的紅心性狀是可遺傳的，因此南方許多林場大量引進陳山紅心杉，隨著種植面積越來越大，它的栽培繁殖與應用研究也顯得尤為迫切。張勰等［7］對紅心杉單親子代優(yōu)良遺傳型進行選擇，選出生長、材性兼優(yōu)的優(yōu)良家系8個，優(yōu)良單株14株。曾志光等［8］研究了陳山紅心杉材性遺傳變異規(guī)律，認為安福陳山紅心杉引種外地不會導致材性變異，可在杉木主產(chǎn)區(qū)推廣應用。伍艷芳等［9］以陳山紅心杉花粉為材料，對其花粉形態(tài)、離體培養(yǎng)萌發(fā)率以及不同儲藏溫度下的生活力進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陳山紅心杉新鮮花粉的生活力可達96%以上;紅心杉花粉在25℃恒溫，15%蔗糖+10mg/L硼酸+1%瓊脂的固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)6 h時萌發(fā)率可達83．3%。張運根［10］對福建省將樂國有林場引種陳山紅心杉研究發(fā)現(xiàn)，偏心率、心材偏心率、木材基本密度不受立地條件影響。江香梅等［11］建立了陳山紅心杉組培高效繁育體系，生根率達89．3%。黃寶祥等［12］研究不同激素對陳山紅心杉胚性愈傷組織生長的影響，探討了胚性愈傷組織的培養(yǎng)條件。伍艷芳等［13］采用SDS法、改良的CTAB法、檸檬酸鈉法和尿素法等4種方法提取陳山紅心杉基因組DNA并進行了對比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)改良的CTAB法較適合陳山紅心杉基因組DNA提取，這為今后提取陳山紅心杉基因組DNA方法提供參考。李燕山等［3］、楊先鋒等［14］認為陳山紅心杉種質(zhì)基因資源質(zhì)量面臨日益退化趨勢。在對陳山紅心杉種質(zhì)資源保護和保存的同時，必須對其進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，滿足社會需求，實行保護與開發(fā)并舉的滾動式發(fā)展戰(zhàn)略。

木材紅心材的形成機理研究也因研究手段的進步而不斷深入，前人從化學成分、細胞壁結(jié)構(gòu)、根際土壤養(yǎng)分、木材紅外光譜、分子生物學等途徑進行了探討。宋坤霖［15］研究了杉木邊心材轉(zhuǎn)變過程中細胞壁結(jié)構(gòu)與性能的變化，杉木邊心材轉(zhuǎn)變過程中，無論是細胞壁結(jié)構(gòu)、化學成分、物理和力學性能均發(fā)生了明顯變化，細胞壁基質(zhì)中木質(zhì)素化學結(jié)構(gòu)差異是細胞壁粘彈性能變化的關鍵，心材細胞壁中抽提物是吸濕性能改變的主要原因。殷立新［16］對紅心杉林根際土壤與非根際土壤養(yǎng)分差異進行了研究，發(fā)現(xiàn)不同樹齡的紅心杉林分，其根際土壤與非根際土壤的養(yǎng)分均存在差異，林分樹齡與土壤類型的交互效應均極顯著。張勰等［17］采用傅里葉變換紅外光譜技術對紅心杉與普通杉木的化學官能團進行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種木材紅外光譜特征吸收峰的位置、數(shù)目及形狀相似，有3個位置特征吸收峰存在差異，分析發(fā)現(xiàn)紅心杉中木質(zhì)素和半纖維素含量低于普通杉，而綜纖維素含量大于普通杉。紅心杉木質(zhì)素中愈創(chuàng)木基單元比例較高，且纖維素結(jié)晶度大于普通杉。但對陳山紅心杉的紅心形成機理與其化學組成方面研究較少，僅有范國榮等［18］研究發(fā)現(xiàn)紅心杉的紅色物質(zhì)與木質(zhì)素，苯醇抽提物和1%NaOH抽提物有關。

本文選取30～40年生陳山紅心杉，不同樹高部位的心、邊材的主要化學成分進行測定，以研究和揭示陳山紅心杉主要化學組成在株內(nèi)縱向的變異規(guī)律和關系，并進行對比分析，探討紅心杉化學組成的變異特點，其目的是為進一步深入研究陳山紅心杉的紅心形成機理，代謝途徑及其化學方面的特殊性提供基礎數(shù)據(jù)，并為進一步的開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

1．1．1 樣品的采集與處理 試驗材料于2011年8月采自于安福陳山林場，選取無明顯病蟲害、生長健壯的 30～40 年生代表樣株 4 株。按照距地 1．3，3．3，5．3，7．3 m 分別鋸 10 cm 厚的圓盤，帶回置于實驗室通風陰涼處，3月后鋸切后粉碎，篩分，取40-60目的粉樣密封備用。

1．1．2 試驗儀器 臺式連續(xù)投料粉碎機DF-20(浙江溫嶺市林大機械有限公司);數(shù)顯鼓風干燥箱GZX-9140 MBE(上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠);電子天平FA2004N型(上海民橋精密科學儀器有限公司);箱式電阻爐SX-2．5-10型(天津市泰斯特儀器有限公司);數(shù)顯恒溫水浴鍋HH-4(國華電器有限公司);循環(huán)水真空泵SHZ-ⅢD型(上海亞榮生化儀器廠);玻璃儀器氣流烘干器KQ-C(鞏義市予華儀器有限責任公司)。

1．1．3 試驗試劑 氫氧化鈉，醋酸，甲基橙，苯，硫酸，亞氯酸鈉，冰醋酸，丙酮，無水乙醇等，均用分析純。

1．2 測定方法

1．2．1 水分測定方法 參照GB 02677．2-1993進行測定。

1．2．2 木材pH值測定方法 參照GB/T6043 2009進行測定。

1．2．3 綜纖維素含量測定方法 參照GB 02677．10-1994進行測定。

1．2．4 纖維素含量測定方法 采用硝酸—乙醇法進行測定。

1．2．5 水抽出物測定方法 參照GB 02677．4-1993進行測定。

1．2．6 苯-醇抽出物含量測定方法 參照GB 02677．6-1994進行測定。

Zhu等[24]通過反向pcr克隆了從Penicillium sp.D-1的殼聚糖酶編碼，對其進行cDNA序列分析，在基因中并未發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子，因此推斷酶由250個氨基酸組成，其中包括由20個氨基酸所組成的信號肽，并且該蛋白序列與Talaromyces stipitatus B8M2R4中的GH75家族的殼聚糖酶相似度達到了83.6%，且這種酶已在Escherichia coli中實現(xiàn)了大量表達。

1．2．7 1%NaOH抽出物測定方法 參照GB 02677．5-1993進行測定。

1．2．8 木質(zhì)素含量測定方法 采用Klason法進行測定，測定酸不溶木質(zhì)素含量。

1．2．9 灰分測定方法 參照GB 02677．3-1993進行測定。

以上所有測定均重復3次，取平均值。

1．3 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)用Office Excel 2007軟件統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 陳山紅心杉的pH值縱向變異規(guī)律

從圖1可見，陳山紅心杉心、邊材的pH值均呈酸性，在4．505%～5．86%變化，從心邊材pH值來看，邊材均高于心材，并且心、邊材的pH值均隨著樹高的增加而升高，1．3m心材的pH均值為4．959，到7．3m處pH 均值升為5．049;1．3邊材的 pH 均值為5．556，到7．3 m處 pH 均值升為 5．725。從紅心杉整體來看，其pH值均低于7，呈現(xiàn)弱酸性，其酸性成分主要可能與杉木中的各種無機鹽、次生化合物等酸性成分有關，而且從所測pH值樹高方向的變化趨勢來說，紅心杉基部所含酸性成分的數(shù)量比梢部多。

圖1 陳山紅心杉的pH值縱向變化Fig．1 Longitudinal variation of pH value in Chenshan red-heart Chinese fir

圖2 陳山紅心杉的綜纖維素縱向變化Fig．2 Longitudinal variation of content of holocellulose in Chenshan red-heart Chinese fir

2．2 陳山紅心杉的綜纖維素縱向變異規(guī)律

從圖2可見，陳山紅心杉心、邊材的綜纖維素含量均較高，在70．21%～82．73%變化，邊材均顯著高于心材，與秦特夫等［19］研究的杉木結(jié)果相符，邊材綜纖維素含量是3．3m處最低為78．93%，之后隨樹高增加而增加，至7．3 m處升高為79．91%;心材綜纖維素平均含量也是3．3 m處最低為74．1%，而最高是5．3 m 處為 75%。

2．3 陳山紅心杉的纖維素縱向變異規(guī)律

從圖3可見，陳山紅心杉心、邊材的纖維素含量均較高，在47．142%～54．61%變化，邊材均高于心材，樹中部心、邊材的纖維素含量比樹基部高，3．3 m和5．3 m處的纖維素含量高于其它部位，與陳瑞等［20］黧蒴栲纖維素含量的變異趨勢一致。纖維素是綜纖維素的主要成分，因此，紅心杉纖維素含量在橫向上與綜纖維素含量變異規(guī)律一致，都是邊材高于心材，在樹高方向上，兩者含量變異規(guī)律存在差異。

圖3 陳山紅心杉的纖維素縱向變化Fig．3 Longitudinal variation of content of cellulose in Chenshan red-heart Chinese fir

圖4 陳山紅心杉的冷水抽出物縱向變化Fig．4 Longitudinal variation of content of cold water extractives in Chenshan red-heart Chinese fir

2．4 陳山紅心杉的冷水抽出物縱向變異規(guī)律

從圖4可見，陳山紅心杉心、邊材的冷水抽出物含量在1．269%～1．775%變化，心材均高于邊材，不同樹高心、邊材的冷水抽出物含量變化規(guī)律為樹基部基本高于樹中部，樹中部比樹梢部高。紅心杉顏色中部比梢部深，基部又比中部深，心材顏色顯著比邊材深，因此，存在木材顏色越深，冷水抽出物含量就越高的規(guī)律。

2．5 陳山紅心杉的熱水抽出物縱向變異規(guī)律

從圖5可見，陳山紅心杉心、邊材的熱水抽出物含量在1．872%～3．389%變化，心材均高于邊材，不同樹高心、邊材的熱水抽出物含量變化規(guī)律為樹基部基本高于樹中部，樹中部比樹梢部高。熱水抽出物含量比冷水抽出物含量要大，其變異規(guī)律與冷水抽出物基本一致。徑向變異規(guī)律與程琳［22］在江南榿木上的研究結(jié)果一致，而軸向上熱水抽出物含量變異規(guī)律與程琳在江南榿木上有差異，江南榿木隨著樹高的增加呈先下降后上升的變化趨勢，于5．3 m樹高處降到最小值。

圖5 陳山紅心杉的熱水抽出物縱向變化Fig．5 Longitudinal variation of content of hotwater extractives in Chenshan red-heart Chinese fir

圖6 陳山紅心杉的苯醇抽出物縱向變化Fig．6 Longitudinal variation of content of benzene-ethanol extractives in Chenshan red-heart Chinese fir

2．6 陳山紅心杉的苯醇抽出物縱向變異規(guī)律

從圖6可見，陳山紅心杉心、邊材的苯醇抽出物含量在0．62%～4．5748%變化，心材顯著高于邊材，隨著樹高的增加，陳山紅心杉心、邊材的苯醇抽出物含量均呈現(xiàn)下降趨勢。心、邊材平均含量最低在7．3 m處分別為 3．827%、0．79%，而在 1．3 處最高分別為 4．264%、1．268%。紅心杉苯醇抽出物含量比普通杉木要高，如王宗德等［21］測定江西省普通杉木苯醇抽出物含量在1．92%～2．79%變化。紅心杉的心材比邊材顏色更紅更深，由此可見，紅心杉的心材可能有大量易溶于有機溶劑的顯色成分。陳山紅心杉心材苯醇抽出物與心材紅色顯色成分的關系如何，值得深入研究。

2．7 陳山紅心杉的1%NaOH抽出物縱向變異規(guī)律

從圖7可見，陳山紅心杉心、邊材的1%NaOH抽出物含量在8．267%～13．408%變化，心材高于邊材，隨著樹高的增加，陳山紅心杉心、邊材的1%NaOH抽出物含量均呈現(xiàn)下降趨勢，紅心杉基部的1%NaOH抽出物含量均值比中部高，而中部比梢部高，這個變化趨勢與pH值(本文2．1)變化相呼應，基部pH值最底，其酸性物質(zhì)含量最高。

圖7 陳山紅心杉的1%NaOH抽出物縱向變化Fig．7 Longitudinal variation of content of 1%NaOH extractives in Chenshan red-heart Chinese fir

圖8 陳山紅心杉的木質(zhì)素縱向變化Fig．8 Longitudinal variation of content of lignin in Chenshan red-heart Chinese fir

2．8 陳山紅心杉的木質(zhì)素縱向變異規(guī)律

從圖8可見，陳山紅心杉心、邊材的酸不溶木質(zhì)素含量在29．53%～34．907%變化，邊材略高于心材，5．3 m處是心材的酸不溶木質(zhì)素含量均值高于邊材，其它都是邊材高于心材，這個結(jié)果與秦特夫等［19］在普通杉木上的研究結(jié)果基本一致。軸向變異規(guī)律與陳瑞等［20］在黧蒴栲的酸不溶木質(zhì)素含量變化研究結(jié)果一致。

2．9 陳山紅心杉的灰分縱向變異規(guī)律

從圖9可見，陳山紅心杉心、邊材的灰分含量在0．221%～0．326%變化，心材略高于邊材，隨著樹高的增加，陳山紅心杉心、邊材的灰分含量均呈現(xiàn)下降趨勢。

3 結(jié)論

圖9 陳山紅心杉的灰分縱向變化Fig．9 Longitudinal variation of content of ash in Chenshan red-heart Chinese fir

(1)陳山紅心杉心、邊材的pH值均呈酸性，邊材pH值均高于心材，并且心邊材的pH值均隨著樹高的增加而升高。pH值變異規(guī)律與1%NaOH抽出物含量變化相對應，pH值與酸性物質(zhì)含量、1%NaOH抽出物含量之間的關系值得進一步深入研究。

(2)陳山紅心杉心、邊材的綜纖維素含量均較高，邊材均顯著高于心材，邊材是3．3 m處最低，之后隨樹高增加而增加，心材也是3．3 m處最低，而最高是5．3 m處。

(3)陳山紅心杉心、邊材的纖維素含量均較高，邊材均高于心材，樹中部心邊材的纖維素含量比樹基部高，3．3 m和5．3 m處的纖維素含量高于其它。

(4)陳山紅心杉心材的冷水抽出物、熱水抽出物、苯醇抽出物、灰分、1%NaOH抽出物含量均高于邊材，且隨著樹高的增加，陳山紅心杉心、邊材的這5種化學組成含量均呈現(xiàn)下降趨勢。木材浸提物的成因比較復雜，成分多樣，有的是樹木正常生理活動和新陳代謝的產(chǎn)物，有的是受到外界條件的刺激引起的應激物，存在一定的不確定性。在樹木生長過程中，由于薄壁細胞的死亡而逐漸形成心材，在心材形成過程中，木材發(fā)生了許多復雜的生理生化反應，產(chǎn)生大量浸提物沉積在木材心材細胞組織中，因此，木材浸提物含量一般心材高于邊材。

(5)陳山紅心杉心、邊材的酸不溶木質(zhì)素含量在29．53%～34．907%變化，邊材略高于心材，與秦特夫等［19］研究結(jié)果基本一致。

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