張北紅，肖祖飛，王顏波，張海燕，李 鳳，程慧娟，金志農(nóng)

（1.南昌工程學(xué)院水利與生態(tài)工程學(xué)院,江西南昌 330099；2.江西省樟樹繁育與開發(fā)利用工程研究中心，江西南昌 330099；3.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江西南昌 330045）

香樟（Cinnamomum camphora）為樟科（Lauraceae）樟屬植物，又名樟、芳樟、樟木、栳樟、臭樟、烏樟和瑤人柴等[1]，屬于國家二級保護植物，主要分布于亞洲的熱帶和亞熱帶地區(qū)，在中國、印度[2]、老撾、越南[3]、日本[4]和古巴[5]等地均有分布，其他國家也有引種分布。在中國，香樟主要分布于福建、江西、廣東、廣西、湖南、湖北、四川、重慶、云南、貴州、浙江和臺灣等地[6-7]。香樟是我國亞熱帶常綠闊葉林的主要建群種或優(yōu)勢種，樹冠為廣卵形，樹形高大，樹干通直優(yōu)美，是良好的園林綠化及珍貴用材樹種；屬于深根性樹種，萌芽力強，抗性強，是護岸抗洪的理想水保樹種；其根、莖、枝、葉和果中均富含精油[8-9]，被譽為龐大的“化學(xué)化工寶庫”。香樟油含有多種化學(xué)成分，具有廣闊的市場需求和經(jīng)濟價值。關(guān)于香樟精油的研究很多，精油主要化學(xué)成分的分析、化學(xué)型的劃分、精油代謝的規(guī)律及影響因素、精油提取方法的優(yōu)化、生物活性等方面均有涉及。其中精油提取分離[10-11]、主要化學(xué)成分[12-13]和生物活性[14-15]等方面已有相關(guān)綜述，本文選擇香樟的化學(xué)型及精油代謝規(guī)律方面的研究進行梳理，以期為香樟精油的深入研究提供可參考的依據(jù)。

1 香樟化學(xué)型

1.1 香樟的化學(xué)型命名

香樟存在種內(nèi)分化，其精油的化學(xué)成分十分多樣，有芳樟醇、檸檬醛、龍腦、桉葉油素、黃樟素、甲基丁香酚、松油醇和樟腦等，這些化學(xué)成分在香精香 料[16-17]、食 品 加 工[18-19]、醫(yī) 藥 化 工[20-21]、殺 蟲 趨避[22-23]和抗菌[24-26]等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。香樟存在種內(nèi)分化現(xiàn)象，僅依據(jù)外部形態(tài)進行植物分類已不能滿足研究和生產(chǎn)的需求，所以植物分類學(xué)者打破了由傳統(tǒng)的僅參照植物外在形態(tài)特征（葉、花和果實等）進行分類的局限，將香樟精油作為劃分香樟不同化學(xué)型或生化類型的重要依據(jù)[1,27]。

關(guān)于香樟化學(xué)型的命名，乃至樟屬植物化學(xué)型的命名尚沒有統(tǒng)一的方法。目前，有兩種常用的命名方法，一種是以精油主要化學(xué)成分或其氣味特征命名，如將左旋芳樟醇型的香樟稱為“芳樟”，左旋及右旋龍腦型的香樟均稱為“龍腦樟”，檸檬醛型的香樟和黃樟（C.parthenoxylon）均稱為“姜樟”[28]；另一種是學(xué)名法，如將左旋芳樟醇型的香樟命名為C.camphoravar.linaloolifera，將樟腦型的香樟（又稱“本樟”或“栳樟”）命名為C. camphoravar.nominale[29-30]，桉葉油素型的香樟命名為桉油樟（C.camphoravar.cineoliferum）[31-32]。

1.2 香樟化學(xué)型劃分

《中國植物志》[1]中，將香樟劃分為本樟型（主含樟腦）、芳樟醇型（主含芳樟醇）和油樟型（主含松油醇）3 個化學(xué)型，各省也進行了香樟化學(xué)型的劃分研究。石皖陽等[27]對164 株香樟363 個精油樣品進行分析，將江西省的香樟主要分為芳樟醇型（主含芳樟醇）、樟腦型（主含樟腦）、桉油素型（主含桉油素）、龍腦型（主含龍腦）和異橙花叔醇型（主含異橙花叔醇）5 個化學(xué)型；Luo 等[33]也對江西省的香樟進行化學(xué)型劃分，得出了相同的結(jié)論；張國防[34]對329個香樟精油樣品進行分析，將福建省的香樟主要分為芳樟醇型、腦樟型、桉樟型、黃樟型（主含黃樟油素）和雜樟型（無明顯主成分）5 個化學(xué)型；黃艷等[35]對64個香樟精油樣品進行分析，將廣西的香樟主要為芳樟醇型、橙花叔醇型、桉葉油素型、樟腦型和蒎烯-萜烯醇型（主含α-蒎烯和4-萜烯醇）5 個化學(xué)型。隨著研究的深入，越來越多的新化學(xué)型被發(fā)現(xiàn)，如檸檬醛型[36]。目前，已報道的香樟的化學(xué)型主要有9 個，即樟腦型、1,8-桉葉油素型、芳樟醇型、龍腦型、檸檬醛型、異橙花叔醇型、黃樟油素型、Sepuiterpene型和Sesquiterpenealcohol型[37-38]。

1.3 化學(xué)型分化機制

香樟的無性繁殖后代能較好地保持母本的化學(xué)型特性，但有性繁殖后代的葉精油出現(xiàn)了與母本化學(xué)型分離的特性。這種化學(xué)型分化的現(xiàn)象引起了研究人員的關(guān)注。香樟為異花授粉植物，其有性繁殖后代的化學(xué)型性狀分離程度與周圍香樟的化學(xué)型有直接關(guān)系[27]，化學(xué)型性狀分離的直接原因是不同化學(xué)型的香樟花粉雜交或其本身變異。有性繁殖后代的化學(xué)型性狀分離程度還可能與母株的主要化學(xué)成分類別及其分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[37]。母株的主要化學(xué)成分為直鏈單萜類或倍半萜類，則其有性繁殖后代保持母本化學(xué)型性狀的比例較低，芳樟醇型、香葉醇型和金合歡醇型香樟的有性繁殖后代只有50%～70%保持母本化學(xué)型性狀；母株的主要化學(xué)成分為環(huán)萜類的香樟，如1,8-桉葉油素型、樟腦型和黃樟素型等，其有性繁殖后代保持母本化學(xué)型性狀的比例較高。母本植株葉精油中主要化學(xué)成分的相對含量與有性繁殖后代葉精油的化學(xué)型分化有一定關(guān)系[34]。母株主要化學(xué)成分芳樟醇的相對含量為93.20%時，60%的有性繁殖后代保持母本性狀；母株主要化學(xué)成分樟腦的相對含量為88.67%時，60%的有性繁殖后代保持母本性狀；母株主要化學(xué)成分黃樟素的相對含量為42.25%時，只有30%的有性繁殖后代保持母本性狀；母株主要化學(xué)成分桉葉油素的相對含量為49.57%時，45%的有性繁殖后代保持母本性狀。還有學(xué)者認為有性繁殖后代的化學(xué)型性狀分離是由于多基因控制的遺傳效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)的作用，控制的酶不同，不同化學(xué)成分的積累也不同；也可能是由于個體發(fā)育的差異性或微生物等內(nèi)環(huán)境的差異[39]。

2 香樟精油積累及影響因素

精油屬于植物次生代謝產(chǎn)物，與植物本身的新陳代謝活動息息相關(guān)。精油的形成和積累受生理變化（器官和葉片的位置）、環(huán)境條件、地理變化和遺傳因素等多重因素的影響[40]，在多重因素的長期共同作用下，精油代謝呈現(xiàn)出一定的積累規(guī)律。

2.1 香樟精油隨時間積累的研究

葉精油的含量與植物代謝活動密切相關(guān)?？傮w來說，葉精油主要化學(xué)成分在生長季節(jié)含量較高，非生長季節(jié)含量較低，但不同化學(xué)型香樟的葉精油主要化學(xué)成分含量變化規(guī)律不同（表1）。精油產(chǎn)量受主要化學(xué)成分相對含量與精油含量共同影響，通常綜合考慮這兩個因素最終確定精油收獲時間。一天當中精油的含量也有一定的變化規(guī)律，桉葉油素型香樟葉片的含油率在傍晚最高，早晨最低，這是由于光照和溫度綜合作用的結(jié)果[41]。實際生產(chǎn)中，應(yīng)遵循所培育的化學(xué)型的葉精油時間積累規(guī)律，制定相應(yīng)的收割和精油提取方案。

表1 幾種常見化學(xué)型香樟主要化學(xué)成分相對含量變化規(guī)律Tab.1 Changes of relative contents of main chemical compounds in several common chemotypes of C.camphora

2.2 香樟精油隨空間積累的研究

植物在生長發(fā)育過程中，為了更好地適應(yīng)環(huán)境，會把有限的資源進行合理地分配和轉(zhuǎn)移，以順利完成生長、發(fā)育和繁殖，這是植物本身的內(nèi)在進化因素和外在環(huán)境因素長期共同作用的結(jié)果。胡文杰[43]比較了桉葉油素型香樟、樟腦型香樟和異橙花叔醇型香樟3種不同化學(xué)型香樟的葉、當年生枝、老枝、干、主根和側(cè)根6個部位精油的出油率及主要化學(xué)成分，結(jié)果顯示，3 種化學(xué)型香樟的出油率均為主根和側(cè)根最高，其次是葉。于程偉[46]研究香樟不同器官的精油含量發(fā)現(xiàn)，葉油含量為1.41%，枝油含量為0.45%，種子油含量為1.72%。覃子海等[47]研究表明香樟鮮葉的出油率明顯高于枝干，鮮葉是提取天然芳樟的主要組織器官。吳學(xué)文等[48]提取香樟花、嫩葉和根的精油，并進行體外抗氧化試驗，研究表明清除自由基及過氧化物的效果為根皮＞嫩葉＞香樟花。腦樟的各部位精油組成不同，在空間各部位中，精油成分分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律，樟腦、1,8-桉葉油素和黃樟油素的相對含量呈兩端（葉和根）少、中間（樹干）高的趨勢[49]?？梢?，香樟精油成分組成在空間上具有一定的規(guī)律及特征，空間分布規(guī)律可為精油成分的形成和轉(zhuǎn)送機制的深入研究提供參考。

2.3 香樟精油隨子代變化的研究

香樟有性繁殖后代葉精油代謝差異較大，無性繁殖后代則能較好地保持母本的特性[34]。研究表明，芳樟醇型香樟60%左右的有性繁殖后代植株保持了母本的特性（化學(xué)型為芳樟型）[50]；龍腦型香樟60%左右的有性繁殖后代植株保持了母本的特性（化學(xué)型為龍腦型）[39]；異橙花叔醇型香樟50%以上的有性繁殖后代植株保持了母本的特性（化學(xué)型為異橙花叔醇型）[34]?？筛鶕?jù)香樟子代葉精油的變化規(guī)律，對不同子代資源進行開發(fā)與利用。對香樟進行無性繁殖，建立不同化學(xué)型香料原料植物培育林，實現(xiàn)油用香樟定向繁殖和矮林培育，是油用香樟規(guī)?；_發(fā)利用的有效途徑。有性繁殖后代發(fā)生了化學(xué)型性狀分離，進行有性繁殖是香樟維持生物多樣性的理想途徑。

2.4 生長期及發(fā)育階段對香樟精油積累的影響

不同生長期或發(fā)育階段對香樟精油的積累有一定影響。龍腦型香樟3個月的實生幼苗共包含黃樟油素型和丁香酚甲醚型兩種化學(xué)型，生長至12個月時，精油的主要化學(xué)成分發(fā)生變化，分化為龍腦型、樟腦型、桉葉油素型和異橙花叔醇型等[39]。生長期和發(fā)育階段對精油積累的影響，在其他植物中也存在。細毛樟（C. tenuipile）有性繁殖后代1年生幼苗主要化學(xué)成分不顯著，2年生幼苗主要化學(xué)成分顯著，分化為明確的化學(xué)型[34]；玫瑰（Rosa rugosa）花精油出油率在初花期和末花期較高，盛花期相對較低[51]。不同生長期或不同發(fā)育階段對香樟精油積累的影響可能是由于葉片生長發(fā)育過程中葉面積、葉厚和角質(zhì)層等葉片結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得葉片吸收營養(yǎng)物質(zhì)的能力、光合速率和代謝速率發(fā)生改變，葉精油作為香樟的次生代謝產(chǎn)物，與香樟的代謝活動緊密相關(guān)。

2.5 立地條件對香樟精油積累的影響

立地條件對香樟精油的形成和貯存有直接或間接的影響。張國防[34]將福建省按照不同的地理經(jīng)緯度進行分區(qū)，研究各區(qū)香樟精油的主要化學(xué)成分，研究表明精油主要化學(xué)成分及其相對含量在地理分布上有一定差異，優(yōu)良的芳樟醇型、桉葉油素型、樟腦型和黃樟油素型香樟存在于不同交叉區(qū)域內(nèi)，根據(jù)各優(yōu)良化學(xué)型的主要分布區(qū)域，確定出福建省各化學(xué)型香樟的優(yōu)株篩選重點區(qū)域。張雷[52]研究不同種源香樟的精油含量，發(fā)現(xiàn)不同種源香樟的葉精油成分不同，精油含量存在較大差異，其中，湖南種源的出油率最高，廣東種源的出油率最低。段博莉[42]對香樟主要分布區(qū)內(nèi)43 個種源的香樟葉片精油性狀進行分析，結(jié)果顯示香樟葉片精油的各性狀均與地理氣候因素有一定的相關(guān)性，但地理聚集性不明顯。還有研究表明，生長在陽坡的香樟較陰坡的出油率更高[34]，香樟精油的形成屬于次生代謝過程，代謝活動受溫度和光照等綜合因素影響，適宜的光照和溫度更有利于精油的形成和積累[53]，香樟的光合作用在低溫的11— 12月和高溫的6— 8月受到抑制，影響了精油的合成，9 — 10月出油率較高[44,47]。

2.6 微生物對香樟精油積累的影響

植物的內(nèi)生菌在特定的環(huán)境和生理條件下，能將植物體內(nèi)和外源的化學(xué)物質(zhì)進行轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生另一類化合物[54]。陳美蘭[39]分離和培養(yǎng)了5個化學(xué)型香樟的內(nèi)生菌，提取內(nèi)生菌精油并分析其主要化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)在不同化學(xué)型中存在特異內(nèi)生真菌，其中“吉12”精油化學(xué)成分含量達到12.91%，內(nèi)生菌可能影響龍腦型香樟精油的積累，但還有待于進一步研究。

2.7 人工經(jīng)營措施對香樟精油積累的影響

研究表明[34]，不同密度對芳樟醇型香樟的葉精油得率及主要化學(xué)成分芳樟醇的形成和積累影響不顯著，但單位面積經(jīng)濟效益受精油得率、主要化學(xué)成分和單位面積生物量的影響，在人工經(jīng)營培育中，應(yīng)以單位面積生物量為出發(fā)點，尋求最佳種植密度。不同施肥處理對精油積累影響顯著，于靜波等[55]研究芳樟醇型香樟葉精油對不同施肥處理的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不同施肥處理對芳樟醇型香樟葉精油的產(chǎn)量和含量影響顯著，氮對精油含量影響極顯著，鉀和磷的影響分別為顯著和不顯著。陳曉明等[56]通過盆栽試驗研究氮、磷和鉀肥對芳樟醇型香樟枝葉產(chǎn)量和出油率的影響，結(jié)果表明氮有利于枝葉產(chǎn)量提高，鉀有利于含油率的增加，氮、磷和鉀最佳的施肥配比為1∶0.29∶1.15。香樟矮林培育中，伐樁涂抹植物生長調(diào)節(jié)劑6-BA，對萌條和高生長等有一定促進作用，濃度為150 mg/L 時，單株葉片生物量最大，通過6-BA 調(diào)節(jié)葉生物量，可間接提高香樟矮林的精油產(chǎn)量[57]。

2.8 遺傳因素對香樟精油積累的影響

香樟精油的形成和積累是遺傳因素與環(huán)境因素等綜合長期作用的結(jié)果。江香梅等[58]采用Illumina Hi Seq?2000高通量測序技術(shù)，對樟腦型、芳樟醇型、桉葉油素型、異橙花叔醇型和龍腦型5種化學(xué)型香樟葉片的轉(zhuǎn)錄組進行測序，與其他核酸和蛋白數(shù)據(jù)庫的Blast 進行比對，共有55 955 條Unigene 獲得了基因注釋，其中參與單萜、二萜、倍半萜和萜類骨架合成的Unigene 有424個，在單萜合成的代謝通路中，有9條Unigene可能編碼芳樟醇合成酶基因。

3 香樟精油的主要特點

3.1 多樣性

香樟精油具有豐富的多樣性，其出油率存在個體差異，主要化學(xué)成分多樣（表2），含有橙花叔醇、芳樟醇、1,8-桉葉油素、樟腦、吉馬酮、龍腦、α-蒎烯、4-萜烯醇、乙酸愈創(chuàng)醇酯、檸檬醛、對傘花烴、黃樟油素、6-芹子烯-4 醇和異丁香酚甲醚等多種化學(xué)成分[16]。這可能是由于遺傳因素、樹種年齡、種源、種植地立地條件、環(huán)境條件、精油提取時間和提取方法等條件不同造成的，種內(nèi)化學(xué)型多樣性在香樟中比較常見，這也是人們研究香樟的主要原因之一。

表2 香樟葉精油常見的主要化學(xué)成分及相對含量Tab.2 Main chemical compounds and relative contents of essential oil from C.camphora leaves

3.2 個體差異性

同一樹種相同化學(xué)型的葉片精油主要化學(xué)成分含量存在差異。香樟中的主要化學(xué)成分為芳樟醇的個體，其相對含量各不相同（表3）。江西省芳樟醇型香樟已報道的芳樟醇含量高的達90%以上[62]，低的僅為32.40%[63]；即使是同一母株的扦插后代，其精油得率及主要化學(xué)成分的相對含量差異雖不顯著，但也不完全一致[34]。說明在香樟的種內(nèi)變異過程中，會趨同于幾個大的方向（幾大類化學(xué)型），但個體變異并不完全一致。由于種內(nèi)個體的差異性，在研究和實際生產(chǎn)當中，優(yōu)良單株的選擇和良種選育尤為重要。

表3 芳樟醇型香樟中化學(xué)成分的相對含量Tab.3 Relative chemical content of chemical compounds in C.camphora of linalool chemotype

3.3 精油成分具有普遍性

香樟經(jīng)常與其他木本和草本植物含有同一種主要化學(xué)成分，很少有某一種主要化學(xué)成分是專屬于香樟的。芳樟醇存在于香樟、油樟（C.longepaniculatum）、黃樟[74]和細毛樟（C.tenuipilum）[37]等多個樹種的葉精油中。檸檬醛存在于樟、山蒼子（Litsea cubeba）、檸檬草（Cymbopogon citratus）、馬鞭草（Verbena officinalis）和柑橘（Citrus reticulata）等植物中[16]。這可能是在光合代謝過程中，不同樹種（植物）選擇了相同的代謝途徑，產(chǎn)生了相同的次生代謝產(chǎn)物。

3.4 精油含量具有波動性

葉精油的含量和成分與植物代謝活動密切相關(guān)，同一株香樟葉精油的出油率及主要化學(xué)成分含量在不同時期會發(fā)生變化。總體來說，葉精油出油率及主要化學(xué)成分在生長季節(jié)含量較高，非生長季節(jié)含量較低。不同化學(xué)型香樟葉精油含量變化規(guī)律不同，在研究和生產(chǎn)中，掌握不同化學(xué)型香樟葉精油的變化規(guī)律十分重要。

3.5 精油化學(xué)成分間的關(guān)系

香樟精油中包含多種化學(xué)成分，化學(xué)成分間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系，如α-pinene可向龍腦轉(zhuǎn)換，而氧化后的龍腦可以在脫氫酶的作用下轉(zhuǎn)化為樟腦[75]。精油中化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度也有差別，黃樟油素、樟腦、桉油素和菲蘭烴等化學(xué)成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜且較為“古老”，醛酮等結(jié)構(gòu)比較簡單的化學(xué)成分則較“年輕”[76]?！肮爬稀钡幕瘜W(xué)成分可能是在較古老的歷史條件下形成的，“年輕”的則是在較近代的歷史條件下形成的，可以根據(jù)這一特性，推測各化學(xué)型的演化關(guān)系。

4 結(jié)論與討論

精油是香樟生長過程中產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，受環(huán)境、生理變化和遺傳等多種因素的影響，在多種因素的長期共同作用下，香樟精油具有一定的代謝規(guī)律，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)掌握其代謝規(guī)律及影響因素，結(jié)合合理的人工經(jīng)營措施，提高精油產(chǎn)量。

香樟種內(nèi)具有多樣性的特征，分化為多個化學(xué)型，其次生代謝過程較復(fù)雜，關(guān)于香樟精油的形成、轉(zhuǎn)移、積累以及化學(xué)型的分化機制等方面仍有很大的研究空間。依據(jù)香樟多化學(xué)型的特性，非木質(zhì)化香樟的選種應(yīng)制定合理的選種策略。