思茅松松脂产量及化学组分遗传变异分析

李思广 付玉嫔 许林红 张快富 蒋云东

(云南省林业科学院，云南 昆明 650201)

思茅松 (Pinuskesiyavar.langbianensis)，枝条每年生长2轮以上，是云南省重要的材、脂兼用性树种，具有速生、高产脂和生态适应性强等特点。在云南省主要分布区为思茅市翠云区、宁洱县、澜沧县、景谷县、景东县、镇沅县、江城县、墨江县等区县以及临沧市，景洪市，红河州的部分县。海拔分布范围为600～1 600 m[1]。思茅松林面积约为56.63万hm2，其立木总蓄积量约为6 072.9万m3。思茅松松节油的主要成分为α蒎烯、β蒎烯和3-蒈烯，松节油深加工产品如松油醇、树脂和蒎烷等产品在许多行业中得到了广泛的应用[2]。松香主要成分为枞酸型和海松酸型树脂酸，主要有歧化松香、氢化松香、改性松香、聚合松香和松脂松香[3]。

世界上最大的脂松香及脂松节油生产国是中国。2014年云南省松香产量14万t，松节油产量约3.5万t，思茅松松节油贡献了云南省松节油产量的90%左右。目前，已有很多松脂组分得到开发利用，其中 α-蒎烯、柠檬烯可用做杀虫剂，β-蒎烯可做生物燃料，成为石油燃料的潜在替代品[4]，海松酸型树脂酸 (海松酸、山达海松酸、异海松酸) 可用在医药行业，具有很好的抗菌特性，可用于消炎和抗癌药的制备[5-6]。

我国对思茅松松脂的遗传改良工作主要集中在对松脂产量的改良上，通过研究初步揭示了松脂产量的遗传变异，并为生产选出了一批脂用思茅松优良家系和无性系[7-8]。目前已鉴定了思茅松松脂的化学组分，并对部分单萜类含量进行了无性系的选择[9-14]，也有对湿地松松脂化学组分遗传进行了相关研究[15-16]，而对思茅松松脂品质的遗传改良特别是倍半萜、双萜烯类组分鲜有报道。对这些组分的选择及改良应当建立在高产脂的基础上，因此，本研究利用思茅松高产脂无性系测定林，系统研究松脂化学组分在无性系间的变异以及松脂组分间的相关性，为高产脂思茅松遗传改良工作提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选择思茅松高产脂无性系试验林为研究对象。试验林位于云南省普洱市景谷县云海村的高产脂思茅松研究基地，地处东经100°02′～101°07′, 北纬22°49′～23°52′，海拔1 400～1 600 m；年均气温21.1 ℃，最冷月 (1月) 平均气温13.0 ℃，最热月 (7月) 平均气温24.6 ℃，≥ 10 ℃的活动积温7 360.9 ℃；年降水量1 235.4 mm，5—10月为雨季；土壤主要为红壤。试验林 (造林时间为2001年) 为随机区组设计，共设40个高产脂思茅松无性系及1个商品对照共41个处理，6次重复，6株单列小区，株行距3 m × 3 m，试验林面积2 hm2。

1.2 测定方法

1.2.1产脂量测定方法

2017年2月份进行了无性系的产脂力测定，每重复取1株平均木测定产脂量，同时1～3重复用试管取松脂样品测定松脂化学组分。产脂量测定采用下降采脂法，割脂高度1.3～1.5 m，割面负荷率45%～50%，割沟夹角70°～90°，深入木质部0.3～0.4 cm。每3 d加割一刀，步距0.1 cm，连续割3刀后测定其产脂量[1]。思茅松10 cm侧沟产脂力计算方法：产脂力=产脂量/采割沟水平长 × 10。

1.2.2化学组分测定

测定仪器：美国赛默飞世尔公司 (Thermo Scientific) 生产的Trace GC Ultra ITQ 900气相色谱质谱联用仪。测试药品：无水乙醇；25%四甲基氢氧化铵-甲醇溶液。样品前处理：称取0.05 g松脂至样品瓶中，加0.5 mL乙醇溶解，加50 μL四甲基氢氧化铵溶液反应，反应液待测。气相色谱条件：毛细管柱为KB-5MS色谱柱 (30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)；气相色谱升温程序：80 ℃以3 ℃/min升到180 ℃，以10 ℃/min升到280 ℃；进样口温度250 ℃；氦气流速1.0 mL/min；进样方式为分流进样，分流比50∶1。质谱条件：电子轰击离子源 (EI)；电子能力70 eV；离子源温度230 ℃；气相色谱仪与质谱仪接口温度250 ℃；质量扫描范围10～900 amu。

1.3 分析方法

通过Xcalibur软件处理图谱得到相关数据，与NIST谱库匹配确定未知化合物的名称及相关信息，各组分含量用峰面积归一化法计算得到。

2 结果与分析

2.1 思茅松松脂中主要组分含量变异分析

思茅松松脂主要由松节油和松香2部分组成，其中松节油由单萜烯类与倍半萜烯类组成，松香主要由双萜烯类组成。通过分析40个思茅松无性系松脂中主要组分的组成，结果表明松节油占松脂总量的32.93%，松香占松脂总量的63.07%。从表1可以看出：单萜烯类主要组分共检测出8种，以α-蒎烯、β-蒎烯和β-水芹烯这3种成分为主，占松节油成分含量的78.89%以上；倍半萜烯类组分含量较少，仅检测出3种，分别为长叶烯、石竹烯和衣兰烯，占松脂总量的2.46%。

松香中包含主要组分6种，占松香总量的92.64%左右。长叶松酸含量最高，占松脂总量的27.06%；阿替斯-16-烯含量最低，仅占松脂总量的1.05%。

单萜烯类中β-蒎烯、3-蒈烯和γ-松油烯的变异系数最大，而α-蒎烯、莰烯和柠檬烯变异系数相对较小，说明思茅松无性系间松节油的β-蒎烯、3-蒈烯和γ-松油烯的相对含量差异较大，可以进行有效选择。其中倍半萜的长叶烯、石竹烯、衣兰烯3种成分的变异系数均较高；双萜烯类的所有成分的变异系数均较小，最高仅有33.31%，选择效果也较小。

表1 40个思茅松无性系松脂中主要组分含量统计和变异分析Table 1 Variation analysis and statistics of main resin components of 40 P.kesiya var. langbianensis clones %

注：变异系数=标准差/均值。

2.2 思茅松松脂中主要组分方差分析

对40个思茅松无性系松脂中检出的各组分的百分含量进行方差分析 (仅对含量 > 0.5%以上的成分作分析)，结果见表2。从表2可知：松脂中单萜烯类、倍半萜类与双萜烯类主要化学组分中除脱氢枞酸外其他主要组分无性系间差异均极显著，无性系效应极显著，只有脱氢枞酸无性系间差异呈显著水平。

2.3 思茅松松脂中单萜烯类和双萜烯类各组分遗传力分析

表2 思茅松松脂中主要化学组分的方差分析与遗传力 (h2) 估算Table 2 Variance analysis and heritability (h2) estimation of main resin chemical constituents of P.kesiya var. langbianensis

注：**表示差异极显著 (P< 0.01)，*表示差异显著 (P< 0.05)。

双萜类中化学组分除脱氢枞酸的遗传力较低为0.43外，其他主要成分的遗传力在0.59～0.82之间，处于较高水平。海松酸、湿地松酸等海松酸型树脂酸大多具有降胆固醇、抗菌、消炎、杀虫、抗癌等生物活性，其遗传力分别为0.68和0.82。因此海松酸也可做为一个改良性状，选育出高海松酸型树脂酸含量的思茅松优良无性系。

在思茅松松脂组分选择育种时，可根据生产中需要开展某一种或几种成分的选育，以获得高产脂、某种成分高含量、高抗的优良无性系或家系。

2.4 思茅松松脂中各主要组分间相关分析

2类松脂组分间相关性分析见表3。

在进行林木遗传育种计划前，有必要分析目标性状的遗传相关信息。为测定思茅松松脂中单萜烯类和双萜烯类各主要组分之间的相关关系，对这两类松脂的各主要组分之间分别进行线性相关性分析，从表3可知：α-蒎烯与β-蒎烯、β-水芹烯、及长叶松酸呈极显著的负相关关系，与阿替斯-16-烯呈显著负相关关系，而与莰烯、柠檬烯、长叶烯呈极显著正相关关系。β-蒎烯与β-水芹烯呈极显著正相关关系，与长叶烯、石竹烯呈极显著的负相关关系；β-水芹烯与所有倍半萜及柠檬烯呈极显著正相关关系，而与长叶松酸呈极显著正相关关系。长叶烯与α-蒎烯、莰烯、β-长叶蒎烯呈极显著正相关关系，而与β-蒎烯、β-水芹烯呈极显著的负相关关系。3-蒈烯与γ-松油烯呈极显著的正相关关系 (相关系数0.99)。

双萜类中长叶松酸与β-水芹烯呈极显著的正相关关系，而与α-蒎烯、莰烯和长叶烯极显著的负相关关系。其他主要组分间相关性不大。以上这些化学组分的相关性为思茅松多组分的选择提供参考，但进行无性系选择时需要考虑此消彼长的关系。产脂量与α-蒎烯呈显著的正相关关系，可以α-蒎烯来辅助选择高产脂思茅松优良无性系，与阿替斯-16-烯呈较高的负相关关系但未达显著水平。

3 结论与讨论

研究显示，思茅松松脂组分中除脱氢枞酸外其他各成分在无性系间皆差异极显著，且无性系遗传力为 0.53～0.96，说明对思茅松松脂化学组分进行遗传改良时，通过无性系选择松脂化学组分可取得较好的效果。从思茅松树干木质部松脂中共检出18种已知组分，测定结果表明单萜及倍半萜中α-蒎烯含量最高 (19.14%)，二萜类为松脂中含量最高的组分为长叶松酸 (27.06%)。本研究的松脂主要化学组分及含量与其他文献的报道相类似[9,13]。除脱氢枞酸遗传力为0.43外，其他的成分遗传力均高于0.53以上。这说明化学组分受中高度遗传控制，通过无性系选择，可取得较好的遗传改良效果。

α-蒎烯与β-蒎烯呈极显著的负相关关系，此消彼长。因此如选择出高α-蒎烯的无性系，则其β-蒎烯含量一定很低，反之亦然。α-蒎烯与莰烯呈极显著正相关关系，莰烯对某些昆虫具有较强的拒食性[15]，所以可选择出高α-蒎烯含量且具有较高抗虫性能无性系。

产脂量与α-蒎烯呈显著的正相关关系，这与赵能等[18]的研究结果相类似。因此可以根据α-蒎烯的含量来初步判断出思茅松单株产脂量的高低，可以α-蒎烯来辅助选择高产脂思茅松优良无性系。

在高产脂思茅松的良种选育中，根据生产需要开展某一种或几种成分的选育，以期获得高产脂、某种成分高含量、高抗的优良无性系，如可以选育具有较高抗虫性及β-蒎烯、3-蒈烯含量的高产脂思茅松优良无性系。现阶段，国内对松脂遗传研究基本上注重松脂产量以及松香、松节油等成分上，很少涉及其主要化学组分。本研究较系统地研究思茅松松脂中主要化学组分相对含量在无性系间的相关关系和遗传变异，为松脂更深层次的遗传改良提供依据，为选择具有高附加值的松脂化学组分的高产脂思茅松无性系选择提供参考。

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