云南松解剖特征及其對外界刺激的響應

熊 暉，陸雪佳，楊文云，黎思國，高成杰，劉方炎，李 昆

（1.中國林業科學研究院 資源昆蟲研究所，云南 昆明650224；2.云南省雙柏縣梅子箐林場，云南 雙柏675106）

松脂是由松屬Pinus樹種中分泌細胞分泌而成的一種主要由萜烯類化合物構成的無色透明狀次生代謝產物，儲藏在松樹針葉以及枝和莖的木質部與韌皮部的樹脂道系統內［1－6］。松脂可分離出松節油和松香，具有很高的經濟價值和生態價值。松節油具有很強的同分異構能力，是一種良好的溶劑，廣泛應用于油漆、冶金、紡織等工業領域，此外可用于生產一些藥物，如驅蛔腦、冰片、樟腦等，以及聚萜烯樹脂等多種樹脂。松香廣泛用于印刷油墨、絕緣材料、造紙施膠、涂料、油漆、合成橡膠、肥皂、人造甘性油、軟化劑和干燥劑等領域。如今，人們還對松香進行了改性，生產出聚合松香、歧化松香和氫化松香等一系列產品，使松香的價值得到了進一步提高［7－8］。云南松Pinus yunnanensis是松屬的一種常綠喬木，以滇中高原為中心，向四周分布，整個分布區呈現不規則的多角形狀，其分布區面積占云南省森林面積的70%。成林主要分布在海拔1 000～3 200 m的地區，是西南地區主要的采脂樹種［9］。云南松單株之間泌脂量差異明顯，單株年產脂量最高可達11.00 kg，而最低的甚至小于1.00 kg，直接影響了人們對云南松采脂利用的經濟效益。研究表明：高產脂馬尾松Pinus massoniana針葉樹脂道個數明顯高于普通產脂量類型，針葉樹脂道數目與矯正產脂量、日產脂量和10 cm側溝產脂量均存在顯著相關。馬尾松針葉樹脂道個數越多，其產脂力越高［10］。此外，分泌細胞個數與思茅松Pinus kesiya var.langbianensis的產脂力有密切關系，分泌細胞個數越多，其產脂力越高［11］。關于云南松產脂量與針葉及樹干解剖學之間關系的研究較少。鑒于此，本研究以不同產脂量的云南松為對象，研究云南松的解剖學特征及外界刺激對它產生的影響，旨在為選育云南松高產脂優樹和建立高產脂林定向培育技術體系提供依據。

1 研究區概況

研究區位于滇中高原楚雄州雙柏縣（24°19′～24°22′N， 101°34′～101°37′E）， 該區海拔為 1 600～1 800 m，氣候垂直變化比較明顯，屬于北亞熱帶季風氣候。年平均氣溫為15.5℃，極端最高氣溫為42.0℃，極端最低氣溫為－8.4℃。雨熱同季，干濕分明，年平均降水量約為900 mm，日照充足，年平均日照時間為2 355 h。土壤為偏酸性，屬于含鉀、磷元素比較豐富的山地紅壤。研究區以云南松純林為主，其中伴生了少量的麻櫟Quercus acutissima，木荷Schima superba，滇青岡Cyclobalanopsis glaucoides，銳齒槲櫟Q.aliena var.acuteserrata，高山栲Castanopsis delavayi和旱冬瓜Alnus nepalensis等。

2 材料與方法

2.1 采脂

在雙柏縣太和江林場，根據當地脂農提供的該區域云南松多年的產脂情況以及現場實地勘察結果，選擇了松脂產量相對穩定且較高的云南松林地，運用 “S”型布點，在同一等高線附近，選擇胸徑大于20.0 cm并且已采2 a以上的生長狀況基本一致的云南松60株，用鐵皮標牌依次給60株云南松編號。同時，從2015年3月初至10月底對所選60株云南松進行采脂。采脂標準為：采脂面選擇云南松樹干無結疤且向陽面，采割位置距離地面2.2 m，先割中溝且垂直于地面，再割側溝且夾角為70°左右，采割深度到木質部，但不超過0.5 cm，采割面的負荷率不能超過50%并且長度為20.0 cm［12－14］，隔2 d采割1次，每個月統計60株云南松的產脂量，共統計8次，以每株云南松8個月的總產脂量作為單株年產脂量。

2.2 試驗樣品采集

2.2.1 解剖樣品取樣 根據60株云南松產脂分組情況（組數為12組，組距為1.00 kg），各組取1/2該組的株數，若所得是小數，則去除小數點后面取整數株，若該組為1，則取1株，若為0，則不取。共取30株，用人工攀樹和高枝剪相結合的方法在云南松的樹冠中部向陽方向采取1年生針葉，共采取針葉10束·株－1，洗凈，并用吸水紙吸干，用剪刀取5.0 cm針葉中部放入固定液中（20.0 g·kg－1多聚甲醛和12.5 g·kg－1戊二醛，50 mmol·L－11,4哌嗪二乙烷磺酸，pH 7.2）并編號，共30個樣，帶回實驗室制作切片（試驗中所用固定液均與此相同）。在每株樹距離地面3.5 m高的位置，去掉樹皮（軟木層），記號筆畫出2.0 cm×2.0 cm的矩形，用1.0 cm的鑿子，鑿取2.0 cm×2.0 cm的樣品（包括韌皮部、形成層和木質部），分別放入固定液中，共30個樣，帶回實驗室制作切片，用硅膠塞封住取樣所造成的傷口。

2.2.2 茉莉酮酸甲酯實驗取樣 根據年產量大于8.41 kg為高產，小于3.35 kg為低產的標準，在30株云南松中選出高產和低產各5株，根據胸徑位置的周長，將各株云南松樹干均分成3個區域，依次編號A，B，C。第1次取樣：A區域為第1次取樣區域，在A區域距離地面3.5 m高的位置，去掉樹皮，鑿取2.0 cm×2.0 cm的樣品，1塊·株－1，共10塊，分別放入固定液中（2.2.1中已經取過樣品）。在與A區域取樣同一高度，去掉樹皮（軟木層），將配好的100 mmol·L－1茉莉酮酸甲酯溶液（茉莉酮酸甲酯＋1.0 g·kg－1吐溫20）噴在B區域，用棉簽涂抹該區域，防止液體流出，重復上述操作，使該區域保濕5 min。在與A區域和B區域同樣的處理高度，用1.0 g·kg－1吐溫20處理C區域［15－16］。第2次取樣：處理后8 d，在第1次取樣及試劑處理的區域上方5.0～20.0 cm處分別取樣，取樣方法及樣品處理同第1次取樣。第3次取樣：處理后35 d，在第1次取樣及試劑處理的區域下方5.0～20.0 cm處分別取樣，取樣方法及樣品處理同第1次取樣。

2.3 試驗樣品處理

將帶回實驗室的樣品進行修整，針葉切成2.0 cm，木質部和韌皮部切成1.0 cm×1.0 cm，用蒸餾水清洗修正后的樣品，去除樣品上多余的固定液，并用石蠟切片法將樣品制成12.0 μm的切片，經番紅固綠染色后，中性樹膠封片，然后用顯微鏡觀察樣品樹脂道大小及分泌細胞個數。

2.4 數據處理與分析方法

用SPSS 17.0統計軟件，運用Pearson相關系數評價30株云南松產脂量與其針葉和樹干解剖特征之間的相關關系，同時，對所選高、低產脂各5株云南松針葉和樹干解剖特征運用單因素方差分析（oneway ANOVA）比較差異顯著性，并用Excel 2007制圖。

3 結果與分析

3.1 高、低產脂量云南松的確定

從60株云南松年產脂量的直方分布圖（圖1）可以看出：云南松最低年產脂量、最高年產脂量和平均年產脂量分別為0.80，11.70和5.88 kg。經單樣本K-S檢驗，云南松年產脂量呈正態分布（5.88,2.53），年產脂量小于8.41 kg并且大于3.35 kg的概率為68.30%，而年產脂小于2.35 kg或者大于8.41 kg的概率均為15.85%。以此來衡量高、低產脂量的標準，即高產脂量云南松為年產脂量大于8.41 kg，低產脂產脂量云南松為年產脂量小于3.35 kg。

3.2 云南松產脂量與針葉解剖學特征之間的相關分析

相關分析（圖2）表明：云南松產脂量與針葉樹脂道個數、分泌細胞個數達極顯著正相關（P＜0.01），說明針葉樹脂道個數和分泌細胞越多，云南松產脂量越大。同時云南松產脂量與針葉樹脂道面積沒有相關關系（P＞0.05）。

3.3 云南松產脂量與樹干解剖學特征之間的相關分析

相關分析（圖3）表明：云南松產脂量與樹干韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數均達到了極顯著正相關（P＜0.01），說明隨著樹干韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數的增加，云南松的產脂量也隨之增加。云南松產脂量與樹干韌皮部樹脂道直徑和木質樹脂道面積沒有相關關系（P＞0.05）。

圖1 云南松產脂量直方分布圖Figure 1 Oleoresin yield of Pinus yunnanensis histogram distribution

圖2 產脂量與針葉解剖特征之間的關系Figure 2 Correlation between oleoresin yield and anatomical characteristics in leaves

圖3 產脂量與樹干解剖特征之間的關系Figure 3 Correlation between oleoresin yield and anatomical characteristics in branches

3.4 高、低產脂量云南松針葉解剖學特征的比較

高產脂云南松針葉樹脂道個數是低產脂云南松個數的3.9倍，高產脂云南松針葉分泌細胞個數是低產脂云南松的5.4倍（表1），并且高、低產脂量云南松針葉樹脂道個數和分泌細胞個數均差異極顯著（P＜0.01），而高、低產脂量云南松針葉樹脂道平均面積差異不顯著（P＞0.05）。說明高產脂云南松針葉樹脂道個數和分泌細胞個數極顯著高于低產脂云南松。

表1 云南松針葉解剖特征Table 1 Anatomical characteristics of Pinus yunnanensis in leaves

3.5 高、低產脂量云南松樹干解剖學特征的比較

高、低產脂量云南松韌皮部樹脂道個數分別為100.63和56.25個，木質部樹脂道個數分別為88.13和13.13個，分泌細胞個數為別為317.25和31.50個。高產脂云南松韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數分別是低產脂云南松的1.8倍、6.7倍和10.1倍（表2），并且高、低產脂量云南松樹干韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數均差異顯著（P＜0.01），而高、低產脂量云南松樹干韌皮部樹脂道直徑和木質部樹脂道面積差異不顯著（P＞0.05）。說明高產脂云南松樹干韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數極顯著高于低產脂云南松。

3.6 外界刺激對高、低產脂量云南松樹干解剖特征的影響

在云南松受到外界刺激8 d后，機械損傷和茉莉酮酸甲酯處理的高、低產脂量云南松樹干韌皮部樹脂道、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數顯著高于1.0 g·kg-1吐溫20處理的高、低產脂量云南松（P＜0.05），而韌皮部樹脂道直徑和木質部樹脂道面積，3個處理之間差異不顯著（P＞0.05）（表3）。處理35 d后，機械損傷的高產脂云南松樹干韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數分別增加16.50個·cm－2，7.23個·cm－2和5.04個，低產脂云南松樹干韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數分別增加19.65個·cm－2，8.60個·cm－2和5.51個。此外，茉莉酮酸甲酯處理的高產脂云南松樹干韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數分別增加14.25個·cm－2，6.10個·cm－2和2.8個，低產脂云南松樹干韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數分別增加16.58個·cm－2，7.03個·cm－2和3.09個。兩者均顯著高于1.0 g·kg-1吐溫20處理的高、低產脂量云南松（P＜0.05）。機械損傷和茉莉酮酸甲酯處理8 d后，高、低產脂量云南松樹干各指標均比后期變化大，而1.0 g·kg-1吐溫20處理的基本沒變化。

表2 云南松樹干解剖特征Table 2 Anatomical characteristics of Pinus yunnanensis in branches

表3 外界刺激高、低產脂量云南松樹干解剖學特征的變化Table 3 Anatomical characteristics of Pinus yunnanensis in branches between high and low oleoresin yield after the outside stimuli

3.7 云南松解剖學特征的主成分分析

主成分分析表明（表4）：5個主成分的提取量都達80%以上。第1個主成分的特征根為4.832，累積貢獻率達85%以上，所以不需要增加主成分。根據特征根大于或者等于1的原則提取了1個主成分，該成分包含針葉樹脂道個數（x1），針葉分泌細胞個數（x2），韌皮部樹脂道個數（x3），木質部樹脂道個數（x4）和樹干分泌細胞個數（x5）， 與云南松產脂量（y）的關系為：y=0.978x1+0.994x2+0.986x3+0.995x4+0.962x5，其中木質部樹脂道個數所占的載荷值最大為0.993，因此木質部樹脂道個數可作為選取高產脂云南松的重要指標。

表4 主成分分析Figure 4 Principal component analysis

4 結論與討論

樹脂道是廣泛存在于松樹針葉和樹干中的一種解剖器官，主要包括本構性樹脂道和誘導性樹脂道。本構性樹脂道是松樹固有的一種結構，而誘導性樹脂道則是植物受到外界昆蟲入侵或機械損傷時所形成的一種防御結構。本研究表明：高、低產脂量云南松針葉樹脂道個數、韌皮部和木質部樹脂道個數均表現出差異極顯著（P＜0.01），而且，隨著這些樹脂道的增加，云南松產脂量也不斷增加（P＜0.01），這與朱秋云等［10］、王海林等［17］的研究結果相似?？赡苁且驗樗蓸渥陨淼姆烙鶛C制與樹脂道有關，而松脂是松樹分泌的一種次生代謝產物，存儲在樹脂道中，當松樹受到機械損傷或者昆蟲入侵，存儲在本構性樹脂道中本構性樹脂迅速溢出，殺死昆蟲及病菌并封閉傷口，同時誘導形成大量誘導性樹脂道及誘導性松脂［18－19］。

分泌細胞也是植物解剖結構的一個關鍵，它參與了植物體內多種生理生化反應。本研究表明：高產脂云南松針葉及樹干分泌細胞極顯著高于低產脂云南松（P＜0.01），而且，隨著這些分泌細胞個數的增加，云南松產脂量也不斷增加（P＜0.01）。這與穆茹等［11］所得結論相同。松脂是由分泌細胞分泌的［18］，松樹在受到外界刺激時，存儲在本構性樹脂道中的松脂就會大量流出，同時形成大量新的分泌細胞，分泌更多的松脂［19－20］。

主成分分析發現：木質部樹脂道個數可作為選取高產脂量云南松的指標。本研究還發現：機械損傷和茉莉酮酸甲酯處理能增加云南松樹脂道個數和分泌細胞個數，并且，低產脂云南松韌皮部樹脂道個數、木質部樹脂道個數和分泌細胞個數增加的量比高產脂云南松多，但是否能提高云南松產脂量有待進一步研究。

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