植物生長調節劑處理對幼齡降香黃檀心材形成的影響

王宏信　李向林　王楠

摘要：為研究植物生長調節劑對幼齡降香黃檀心材形成的影響，以6年生幼齡降香黃檀為試材，采用樹體注入的方法，研究植物生長調節劑乙烯利（ETH）和6-芐氨基腺嘌呤（6-BA）對其樹高、胸徑、心材形成和揮發油成分的影響。結果表明：試驗進行1年之后，在不同植物生長調節劑的作用下，幼齡降香黃檀樹高和胸徑的變化均不顯著，但均可促成幼齡降香黃檀形成顏色不均勻的深紅褐色或紫紅褐色心材，這與自然條件下較為一致。各處理促進形成的心材面積有差異，依次為2%乙烯利（E1）處理>4% 6-BA（B2）處理=2%乙烯利+4% 6-BA（E1B2）處理>4%乙烯利+4% 6-BA（E2B2）處理>2% 6-BA（B1）處理>2%乙烯利+2% 6-BA（E1B1）處理>對照處理（CK）>4%乙烯利（E2）處理=4%乙烯利+2% 6-BA（E2B1）處理；除E1、B1、B2處理之間的心材揮發油相對含量差異不顯著之外，其余各處理差異顯著（P<0.05）；除B2、E2B2、E1B2和E1、B1以及E2、E1B1、E2B1處理之間的心材揮發油絕對含量差異不顯著之外，其余各處理差異顯著（P<0.05）。E1B2處理的心材揮發油含量最高，對照處理的心材揮發油含量最低。利用模糊數學隸屬函數法，對不同處理促進幼齡降香黃檀生成的心材揮發油主要組分進行綜合評價，E1B2處理與33年生的標準品質量最為接近。

關鍵詞：植物生長調節劑；幼齡降香黃檀；心材形成；心材揮發油

中圖分類號： S796.01文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）14-0095-05

降香黃檀（Dalbergia odorifera T. Chen），原產于我國海南島，為蝶形花科（Papilionaceae）黃檀屬，為國家二級保護植物，是我國珍貴紅木之一。降香黃檀心材呈紅褐色到深紅褐色，偶有摻雜黑褐色條紋，新切面有濃郁辛辣刺激性香味[1]。心材中提取的降香油，既可作為香料中的定香劑，同時也具有重要的藥用價值。近年來，隨著其心材資源的日益匱乏，市場需求較大，目前降香黃檀已經作為經濟樹種在我國東南沿海省份以及海南等地區大面積推廣種植。但由于自然條件下降香黃檀成材緩慢，心材形成周期較長，且具有不確定性，人工種植技術不夠成熟，所以成材時間一直成為廣大林農最關注的問題[2-3]。研究發現樹木心材形成過程中由于酶活性、含水量、營養元素等物質的變化以及特殊代謝物的產生導致邊材向心材轉變[4]。國內外學者開展了很多人工促進心材形成的試驗研究，如樹干填充乙烯、氮氣、二氧化碳[5]，樹干注射生長植物生長調節劑、百草枯[6]，采用水分脅迫[7]、真菌菌液等[8]，但效果各不相同。為了加速心材形成，縮短種植周期，目前國內外很多學者針對降香黃檀的心材形成時間，以及人工促進心材的技術做了比較深入的研究。例如，陳水蓮等研究認為，6～7年降香黃檀開始產生心材，在20～40年增長速度較快[9]。在諸多人工促進降香黃檀心材形成的方法中，樹干注射植物生長調節劑是最為成熟，也是最具有應用前景的方法之一，很多學者也對其展開了比較深入的研究。例如，孟慧等選取3種濃度的3種植物生長調節劑，對未形成心材的降香黃檀幼樹進行樹干鉆孔注射，1年后，經過檢測發現受注射部位附近形成心材[10]。賈瑞豐選取不同濃度的4種植物生長調節劑乙烯利、脫落酸、6-芐氨基腺嘌呤、百草枯對未形成心材的降香黃檀幼樹進行鉆孔施藥，處理1年后受刺激部位形成深紫色心材[7]。Radomiljac對5年生檀香（Sanmlum album）幼樹采取樹干注射百草枯（MV）和ETH，結果發現注射MV、ETH以及二者的混合物均能促進檀香心材的形成，生長8個月后測定其心材變化，發現以1% MV+1% ETH處理效果最好[11]。前人對不同植物生長調節劑促進幼齡降香黃檀心材形成的研究中，多采用不同濃度的單一品種植物生長調節劑，缺乏對不同品種植物生長調節劑混合、多頻次注射促進心材形成作用的研究。本試驗為了篩選出1種或者幾種促進幼齡降香黃檀心材生成效果較好的植物生長調節劑，在前人研究的基礎上，選擇了2種單獨作用下表現較好的植物生長調節劑，按照不同質量濃度進行混合，通過分析不同植物生長劑組合對幼齡降香黃檀生長發育、心材的生成狀況及其揮發油成分含量等的影響，為后續人工促進降香黃檀心材的研究提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況及材料

試驗在海南省三亞市三亞學院降香黃檀種植基地（109.57°E、18.33°N）進行，該地區屬熱帶海洋季風氣候區，旱濕季節明顯，夏長冬短。年平均氣溫為25 ℃，年平均降水量1 755 mm，年平均相對濕度78%，受臺風影響平均每年約3次，最大風力在12級以上。試驗地主要土壤類型為磚紅壤，平均全氮含量、全磷含量、全鉀含量、有機質含量分別為0731、0.182、4.135、11.118 g/kg，pH值為4.56。試驗材料為種植于2010年的人工降香黃檀幼林，株行距為4 m×4 m，主要伴生植物為臺灣相思（Acacia confusa Merr.）、飛機草（Eupatorium odoratum L.）等。供試樹木平均胸徑為 6.28 cm，樹高為5.64 m。

1.2試驗方法

前人研究發現，胸徑小于8 cm降香黃檀幼樹未產生心材[7]。2015年10月7—12日，在試驗園區內隨機選擇45株生長狀況良好、長勢一致、胸徑小于8 cm、無心材形成的降香黃檀幼樹用于試驗。

1.2.1試驗設計

根據已有的研究成果[7-8，12]，本試驗采用乙烯利（ETH）和6-芐氨基腺嘌呤（6-BA）2種植物生長調節劑。各種試劑均為分析純，購于Sigma-Aldrich公司。試驗采用完全隨機設計，共計9個處理，每個處理選取5株降香黃檀幼樹，單株重復，共計45株幼樹參加試驗。

1.2.2生長調節劑注射方法endprint

結合前人研究成果，并經過前期觀測，發現降香黃檀的心材是由下至上形成的，即首先在樹體基部形成。因此鉆孔位置選擇距離地面30 cm處，用鉆頭直徑為3 mm的手動電鉆與水平方向呈45°鉆孔，鉆至髓心處。用注射器將植物生長調劑緩慢地注入到樹干內。年施加頻次為4次，首次注射于2015年10月，其余3次分別為2016年1月、2016年4月、2016年7月，每次注射試劑量3 mL，注射完畢后用橡皮泥封住孔洞。試驗開始于2015年10月，結束于2016年10月。

1.2.3形態指標測定

試驗開始前（2015年10月7—12日）分別測量供試的幼齡降香黃檀樹高和胸徑，1年后（2016年10月7—12日）再分別測定相應的樹高和胸徑指標。

1.2.4心材取樣

試驗進行1年后（2016年10月7—17日），以鉆孔位置為中心用內徑5 mm的生長錐，自南向北，上下間隔30 cm鉆取木材樣品。觀察記錄心材發生特征，測定心材寬度和總寬度。由于心材產生的擴展面積不同，在心材擴展范圍較小的情況下，取樣間隔距離逐漸縮小，直至取出心材樣品。每個鉆孔位置均取2個互相垂直的樣品，將所取得樣品的心材部分用于揮發油相對、絕對含量及其主要成分的測定。

1.2.5揮發油的提取與分析

木芯樣品淺色部位為邊材，去除后，剩余的深色部分為心材。提取方法采用石油醚浸漬法[13]，成分分析參考賈瑞豐的方法[7]。

1.2.6數據處理及統計分析

以上所有數據重復測定3次以上，利用Execl 2003對試驗數據進行統計分析，采用SPSS 18.0進行方差分析和Duncans多重比較，并用Excel 2003和Sigmaplot 13.0繪制相關圖表。利用模糊數學隸屬函數法對不同處理促進心材產生的揮發油主要成分指標進行綜合評價，與標準品心材揮發油主要成分指標的平均隸屬值進行比較[14]，標準品為賈瑞豐試驗中采用的廣西憑祥33年生降香黃檀心材[7]。用于比較分析的隸屬函數值[X（U）]計算方程為：

2結果與分析

2.1生長調節劑對幼齡降香黃檀樹高和胸徑的影響

試驗進行1年后，幼齡降香黃檀的樹高及胸徑生長變化情況如圖1、圖2。其中樹高增長最多的是E1B2處理，為102 m，比對照提高41.67%，增長最少的是E2處理，為 044 m，比對照減少38.89%（圖1）。這說明注射到幼齡降香黃檀樹體內的E1B2可以影響到樹高增長，并對樹高具有一定的促進作用。胸徑增長最多的是E1B2處理，為 1.04 cm，比對照提高24.4%；最少的為E1B1處理，為 0.72 cm，比對照減少15.79%（圖2）。這說明E1B2對幼齡降香黃檀的胸徑增長也有一定的促進作用。經過對幼齡降香黃檀的試驗前和試驗后的生長狀況分析表明，各處理影響下的樹高與胸徑的差異均不顯著，原因可能有兩方面：一方面可能是由于生長調節劑注射后，在注射孔兩上下傳導距離有限，因此對幼齡降香黃檀的的樹高和胸徑影響有限，另一方面可能是由于試驗時間較短，在一年的時間內還很難看出生長調節劑對幼齡降香黃檀生長的影響。

2.2生長調節劑對幼齡降香黃檀心材特性及數量的影響

橫坐標數值表示心材橫向擴展的距離占樹干總寬度的百分比，0點表示心材中心位置；縱坐標表示心材沿樹干縱向擴展的距離，0點表示取樣位置。

試驗進行1年后，發現各處理的幼齡降香黃檀均形成了心材，新取樣品具有辛辣氣味。肉眼觀察，邊材與心材界限比較明顯，心材的顏色紅褐色至深紅褐色或者紫紅褐色，深淺不均勻，摻雜有黑色條紋，邊材為灰黃褐色或淺黃褐色。與已有報道的自然條件下形成的心材顏色接近[1]。另外施加生長調節劑的處理產生的心材顏色均比對照深。由此可知，在生長調節劑作用下，促進了幼齡降香黃檀心材的形成。

對各種生長調節劑處理促進形成的心材縱截面擴展范圍進行模擬作圖（圖3）。可以看出，在不同植物生長調節劑處理促進產生的心材中，其中E1處理的面積最大，自鉆孔處向上、向下擴展的平均最遠距離分別為26 cm和27 cm，橫向擴展的最大比例為18%；最小是E2處理，自鉆孔處向上、向下擴展的平均最遠距離均為20 cm，橫向擴展的最大比例為18%。對照處理自鉆孔處向上、向下擴展的平均最遠距離均為24 cm，橫向擴展的最大比例為17%。各處理心材分布范圍均未超過鉆孔上下30 cm范圍。各處理心材數量的統計學大小順序為E1>B2=E1B2>E2B2>B1>E1B1>CK>E2=E2B1。這說明E1、B2、E1B2、E2B2、B1、E1B1處理均可以促進幼齡降香黃檀心材的擴展，而E2和E2B1處理不利于幼齡降香黃檀心材的擴展。

2.3生長調節劑對幼齡降香黃檀心材揮發油含量的影響

如圖4所示，幼齡降香黃檀心材揮發油含量在不同生長調節劑作用下均具有一定程度的變化。

除E1、E2、B2處理的心材揮發油相對含量差異不顯著之外，其余各處理差異顯著（P<0.05）；除B2、E2B2、E1B2處理之間，E1、B1處理之間以及E2、E1B1、E2B1處理之間的心材揮發油絕對含量差異不顯著之外，其余各處理之間差異顯著（P<0.05）。E1B2處理的心材揮發油含量最高，平均相對含量為5.96%，平均絕對含量為7.92%，分別比對照高83.38%和48.59%，并且達到顯著水平，這表明E1B2處理有利于幼齡降香黃檀心材揮發油的增加。所有處理中，對照處理的揮發油含量最低，且與其他處理差異顯著，這表明本試驗所采用不同品種和濃度的植物生長劑均可促進幼齡降香黃檀心材揮發油含量的增加。

2.4生長調節劑對幼齡降香黃檀心材揮發油質量的影響

促進形成的降香黃檀心材揮發油中有6種主要組分，分別為香茅醇、金合歡醇、順式-橙花叔醇、反式-橙花叔醇、橙花叔醇、氧化石竹烯，將它們與33年生降香黃檀心材揮發油相對比[8]，采用模糊數學中的隸屬函數法來判斷其質量。可以看出，標準品心材揮發油的主要組分的平均隸屬函數值是0.440 4，與其相比，E1B2處理促進形成的心材揮發油與33年生的降香黃檀心材揮發油最為接近，而B1處理促進形成的心材揮發油則相差較大（表2）。endprint

3結論與討論

3.1降香黃檀樹木心材形成時間和機理

降香黃檀在人工規模化種植條件下一般是從第6年開始形成心材，此時降香黃檀的胸徑在8～10 cm，而心材的面積與胸徑的大小呈正相關[9]。梁建平等研究發現降香黃檀在 1～6年內胸徑生長保持較高的速度，為1.3 cm/年，第6年達到最大旺盛生長期，此后一直下降，而其心材的出現在第8年前后，且心材的出現具有一定的隨機性，有時在樹體內呈現不連續分布[15]。

樹木心材形成機制的理論或假說有很多種，如內穩態理論[16]、激素調控理論[6-7]和微生物感染假說[17]等。實際上，樹木的種植條件、管理的措施、遺傳因素都會影響到心材的形成，且不同樹木的心材形成原理也不盡相同。

3.2植物生長劑對幼齡降香黃檀心材形成促進作用的機理

研究發現，植物生長劑的注入種類、注入濃度、注入時間、注入次數的不同，所導致形成的心材是不同的。周雙清等將2%濃度的乙烯利注入七年生的降香黃檀體內，1年后對心材揮發油進行分析，其主要成分為橙花叔醇，確證了心材揮發油確實含有降香中藥材的主要有效成分[18]。賈瑞豐將2%和4%濃度的乙烯利、脫落酸、6-芐氨基腺嘌呤，1%和2%濃度的百草枯1年內分2次注入幼齡降香黃檀體內，1年后觀察心材形成情況，并測定心材揮發油主要成分，發現在樹體中注入濃度為4%的脫落酸和6-芐氨基腺嘌呤，促進幼齡降香黃檀形成的心材揮發油與33年生的憑祥降香黃檀心材揮發油最為接近；然后用4%的6-芐氨基腺嘌呤注入幼齡降香黃檀體內，設置了不同注射頻次，結果表明：4次/年處理的幼齡降香黃檀的心材面積及揮發油含量高于其他處理，其促進形成的心材揮發油與標準品最為接近[7]。

本試驗結果表明：不同種類、不同濃度的植物生長調節劑誘導降香黃檀形成的心材大小、心材揮發油含量等各不相同，分析原因可能是植物內部的激素平衡被注入的植物生長劑打破，從而促進心材的形成。此外，對于只注入了蒸餾水的對照處理，注射過程中對幼齡降香黃檀樹體也產生了一定程度的機械性破壞，當樹木韌皮部、形成層或心材受到機械損傷時，組氨酸的合成就會受到阻礙，機械損傷同時也會阻止組氨酸的向心運動，從而導致在機械損傷附近形成心材[7]。

本試驗中選用了乙烯利和6-BA作為供試植物生長調節劑。乙烯是一種氣態的植物調節激素，產生于所有植物組織中，與心材中多酚和抽提物的合成、酶活性的提升等有關[19]。Nilsson等用乙烯、氧氣、二氧化碳來誘導樟子松產生心材，結果發現，3種氣體均誘導了心材的產生，而充施乙烯誘導形成的心材數量最多，推測乙烯參與了心材形成過程中的代謝，參與了邊材向心材的轉化[5]。6-BA是一種參與調控植物生長發育、器官形成及精油積累等生理過程的植物生長調節劑。它的主要作用原理是打破內部部分激素的動態平衡，促使心材形成過程中的一些代謝反應受到干擾，加速心材形成[20]。劉小金研究發現通過在樹干注射生長調節劑乙烯利和6-BA能促進幼齡檀香形成心材，且心材精油含量較高[8]。

通過對植物生長調節劑生物化學特性研究發現，其發揮特定生理功能的機制非常復雜，對于促進樹木心材形成的作用來看，它們進入植物體內，刺激植物內源激素的合成、活性與水平的調節和運輸，以及膜受體結合轉化，從而調控樹木體內的激素平衡和激素反應，從空間和時間上改變植物某些局部組織的微觀結構，促進了邊材向心材的轉化。當2種以上的植物生長調節劑共同作用于植物體時，體內的多種內源激素合成、分解及活性將受到影響，因而2種以上植物生長調節劑混用時，其共同作用的生理效果往往并不是各自效果的簡單相加，有時甚至會產生拮抗的效果。2種不同的植物生長調節劑混用之后，在植物體內也表現出不同的生理效能。不同植物生長調節劑之間存在相互協同或對抗的關系[21]。例如，Peters等在濕地松（Pinus elliottii）莖干上混合施用乙烯利和甲基紫精，兩者會產生協同作用，大大增加濕地松樹脂的產量[22]。這與本試驗結論相一致。

本試驗是根據前人的研究成果，在賈瑞豐試驗的基礎上進行的優化設計，選取2%、4%濃度的ETH、6-BA進行全面試驗組合，在1年內4次對幼齡降香黃檀樹干進行注射，最后發現植物生長劑在本試驗時間內并未對樹高和胸徑生長產生顯著作用，而2% ETH促進形成的心材面積最大，2% ETH+4% 6-BA有利于心材揮發油的累積，并且與降香黃檀心材標準品最為接近。

3.3本試驗中存在的不足之處

本試驗都是在野外進行，存在諸多的不確定因素，尤其是極端天氣對本試驗的影響較大。試驗的周期受到條件的限制，也存在不足的情況。此外受到試驗經費的限制，采取了模擬取樣的方法，必然會存在一定的誤差。此外由于標準樣品的匱乏，僅選擇賈瑞豐試驗中使用的廣西憑祥33年生的降香黃檀樹干心材作為對照，必然會給試驗帶來誤差。因此目前亟待建立比較完善的降香黃檀心材揮發油標準體系，為后續的研究提供參照依據。

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