于晓锐 何美清 刘 云 李丽萍 张加研 赵 平

（1.西南林业大学西南地区林业生物质资源高效利用国家林业和草原局重点实验室，云南 昆明 650233；2.西南林业大学西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室，云南 昆明 650233）

杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国重要商品用材树种之一，具有生长快、产量高、材性好、用途广等特性[1-3]。杉木无性系选育是杉木造林种苗品质改良的主要手段，具有保持亲本优良特性、林分整齐和便于集约育林等优点[4-9]。杉木富含杉木精油，其主要成分为柏木醇、α-柏木烯等[10-16]，具有抗螨、抗菌活性、抗白蚁等功效[17-18]。关于无性系的研究多集中在材性、胸径等遗传育种相关指标[4,19]，但是围绕不同无性系杉木心材挥发性成分的相关研究鲜有报道。

近年来，GC-MS联用技术广泛应用于挥发性成分的定性和定量分析[20-22]，付宇新等[23]对不同化学类型樟树（Cinnamomum camphora）叶挥发性成分进行了GC-MS联用分析，发现不同化学类型樟树叶挥发性成分的组成及含量存在差异。吴青思等[24]通过从构造特征和挥发性成分上对交趾黄檀（Dalbergia cochinchinensis）和微凹黄檀（D.retusa）木进行了辨析。为明确不同无性系杉木心材挥发性成分的组成特点和含量差异，本研究以浙江省开化县采集的1993年开化3号和1998年的开化3号、开化13号、F24x那1-1、大坝8号4个无性系杉木心材为研究对象，采用超临界CO2流体萃取法对其挥发油进行提取，运用GC-MS联用技术对其挥发性成分进行分析，以期阐明各无性系杉木心材挥发性成分的组成特点和成分差异，为杉木资源进一步的综合开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以2017年11月下旬于浙江省开化县国有林场采集的1998年种植的4个无性系杉木（开化3号、开化13号、F24x那1-1、大坝8号）为研究对象，同时采集1993年种植的开化3号作为对照（CK）。参考GB/T 1927—2009国家标准[25]进行各无性系样木采伐，分别截取离地6.5～8.0 m高树段，去除树皮后的心材样品经阴干、粉碎，过3号筛处理后备用。

1.2 试剂、药品和仪器

中药粉碎机（永历制药机械有限公司，中国），BSA 224S-万分之一电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司，中国），SPE-ED™ SFE-2型二氧化碳超临界流体萃取装置（应用分离公司，美国），Agilent 7890B气相色谱系统、5977MSD检测器、Agilent色谱工作站（安捷伦科技公司，美国）。无水乙醇、正己烷（广东光华科技股份有限公司，中国）均为分析纯，水是重蒸馏水，试剂均为分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

精确称取杉木心材粉末100 g，置二氧化碳超临界流体萃取仪反应釜中，在压力30 MPa、温度50 ℃条件下提取120 min，提取完成后收集萃取样品，用正己烷萃取，减压浓缩干燥后称量，置于4 ℃冰箱遮光保存。每个无性系样品设置3个重复，分析时取样品适量溶于正己烷，0.45 μm滤头过滤后备用。

1.3.2 GC-MS分析条件

色谱条件：HP-5MS石英毛细管柱（30 m×250 μm×0.25 μm），进样口温度250 ℃，分流进样，分流比10∶1；进样量1.0 μL；载气为高纯氦气，恒流，柱流速1.0 mL/min；柱温起始温度50 ℃（保留2 min），以5 ℃/min升至220 ℃（保留10 min）。

质谱条件：离子源为EI，离子化电压70 V，检测器电压0.9 kV，发射电流60 A，离子源温度230 ℃，接口温度250 ℃；扫描范围15～500 amu，溶剂延迟2.5 min。

1.3.3 数据处理与统计分析

根据GC-MS联用仪分析得出的总离子流图，运用NIST MS数据库对匹配度达到90%及以上的挥发性成分进行谱库检索并结合文献进行分析。使用峰面积归一化法对挥发性成分相对百分含量进行计算。应用SPSS 24.0软件对4个无性系5个杉木心材挥发性成分进行主成分分析（PCA），通过得分图直观地描述不同无性系间的关系。

2 结果与分析

2.1 杉木心材挥发油得率

采用超临界CO2流体萃取法对1993年开化3号和1998年种植开化3号、开化13号、F24x那1-1、大坝8号心材样品进行提取，100 g样品的挥发油得率分别为1.33%、1.34%、1.26%、1.04%和1.45%。其中，大坝8心材挥发油的得率最高，F24x那1-1心材挥发油的得率最低。

2.2 不同无性系杉木心材挥发性成分分析

4个无性系的5个样品经过GC-MS联用分析之后，得到5个样品挥发油的总离子流图，如图1所示。由图1可知，主要物质的保留时间在20～37 min范围内，样品检测基线平稳，检测方法稳定，检测出峰分离度好，信噪比在合理范围，符合挥发性成分的检测要求，可进行数据分析。由所得信号可知，4个无性系的成分存在差异，但基本相似。4个无性系的5个心材挥发油中筛选出匹配度达到90%及以上的化学成分并结合相关文献，共鉴定出71种成分（表1）。

图1 4个无性系杉木心材挥发性成分总离子流图Fig.1 Total ion chromatographic profile of the volatile components from the heartwoods of 4 C.lanceolata clones

表1 4个无性系杉木心材挥发性成分Table 1 The volatile components in the heartwoods of 4 C.lanceolata clones

续表1

从表1可知，浙江开化采集的杉木心材所提取鉴定出的挥发性成分可分为4类（图2），其中萜烯类53种、萜醇类12种、萜烯酯类4种和其他2种。1998年4个无性系共有33种共有成分，4个无性系5个样品共有成分31种。1993年与1998年的开化3号样品共有成分达到42种。1998年种植的开化3号与同年种植的F24x那1-1共有成分为38种、与开化13号共有成分为41种，与大坝8号共有成分是40种。

续表1

图2 4个无性系杉木心材挥发性成分分类Fig.2 Classification of volatile components in the heartwoods of 4 C.lanceolata clones

1993年开化3号检出的萜烯类成分有33种（相对含量为20.84%）、萜醇类成分有10种（54.47%）、萜烯酯类成分有4种（1.93%）和其他类成分有1种（0.03%）。1998年开化3号检出的萜烯类成分有37种（24.46%）、萜醇类成分有7种（45.01%）和萜烯酯类成分有4种（2.15%）。1998年F24x那1-1检出的萜烯类成分有39种（26.04%）、萜醇类成分有10种（45.01%）和萜烯酯类成分有3种（3.54%）。1998年开化13号检出的萜烯类成分有36种（27.46%），萜醇类成分有11种（32.13%）、萜烯酯类成分有4种（2.30%）和其他类成分有1种（0.04%）。1998年大坝8号检出的萜烯类成分有35种（16.00%），萜醇类成分有11种（51.42%）、萜烯酯类成分有3种（4.28%）和其他类成分有1种（0.14%）。对4个无性系5个样品的主成分含量差异对比中发现，柏木醇（cedrol）为5个样品中含量最高的成分，其在1993年的开化3号中含量最高（48.29%），依次为1998年的大坝8号（42.66%）、开化3号（37.78%）、F24x那1-1（34.18%）和开化13号（24.76%）。

1993年、1998年种植的开化3号中鉴定出挥发性成分均为48种，1993年开化3号中相对含量在1%以上的成分有9种，占总挥发性成分的66.97%，1998年开化3号共鉴定出相对含量在1%以上的成分有11种，占总挥发性成分的61.86%，主成分柏木醇、α-可巴烯、β-石竹烯、泪杉醇、乙酸柏木酯的含量排序一致，由1993年与1998年开化3号对比也可以看出，树龄越长，柏木醇所占比越高。1998年开化13号共鉴定出52种，相对含量在1%以上成分有11种，占总挥发性成分的51.34%，柏木醇（24.76%）、α-可巴烯（6.77%）、β-石竹烯（3.55%）和泪杉醇（3.04%）这4种成分含量排序与1993年和1998年的开化3号一致。1998年F24x那1-1共鉴定出52种，相对含量在1%以上的有11种，占总挥发性成分的59.17%，柏木醇（34.18%）、α-可巴烯（5.08%）、α-姜黄烯（3.97%）、乙酸柏木酯（3.33%）、β-石竹烯（2.68%）为其主成分。1998年大坝8号共鉴定出50种，相对含量在1%以上的有9种，占总挥发性成分的61.27%，主成分为柏木醇（42.66%）、乙酸柏木酯（4.16%）、α-可巴烯（2.89%）和泪杉醇（2.86%），乙酸柏木酯（4.16%）的含量与其他4个无性系相比高于α-可巴烯（2.89%）含量。

2.3 不同无性系杉木心材挥发性成分的主成分分析

采用SPSS 24.0软件对4个无性系5个杉木心材挥发性成分进行主成分分析，结果表明4个无性系5个杉木心材样本可以明显地划分为3类（图3）。1993年开化3号、1998年开化3号和开化13号成分较为相似，聚为一类，而1998年大坝8号和F24x那1-1各自单独聚为一类。

图3 4个无性系杉木心材挥发性成分PCA分析Fig.3 The principal component analysis (PCA)diagram of volatile components in the heartwoods of 4 C.lanceolata clones

3 结论与讨论

从4个无性系5个杉木心材挥发油中共鉴定出71种挥发性成分，包括萜烯类53种、萜醇类12种、萜烯酯类4种和其他2种，其中萜烯类和萜醇类成分的相对含量占比较高，应为杉木心材特殊香气的主要来源[26]。从1993年开化3号、1998年开化3号、开化13号、F24x那1-1和大坝8号中分别鉴定出48、48、52、52和50种化学成分，其中共有成分有31种，柏木醇在5个心材样品中的含量均为最高，依次为48.29%、37.78%、24.76%、34.18%和42.66%。其中，1993年开化、1998年开化3号、1998年开化13号的主要成分按含量依次均为柏木醇、α-可巴烯、β-石竹烯和泪杉醇，而F24x那1-1的主要成分依次为柏木醇、α-可巴烯、α-姜黄烯和乙酸柏木酯，大坝8号中的主要成分依次为柏木醇、乙酸柏木酯、α-可巴烯和泪杉醇，表明不同无性系杉木心材挥发性成分的组成特点和含量存在较大差异，推测可能是由于其各自的遗传背景差异所致，值得进一步开展相关的深入研究。同时通过对4个无性系5个杉木心材挥发性成分的主成分分析，验证了开化3号和开化13号的近源性。

在杉木心材挥发油的主要成分中，柏木醇是一种倍半萜醇，被认为是杉木精油抑菌的主要成分[27]，也是非洲疟疾病媒首次发现的产卵引诱剂[28]，具有镇静、抗炎、细胞毒活性[29-30]，促进毛发生长[31]和中枢神经系统调节[32]等药理活性。α-可巴烯在神经退行性疾病领域具有减轻氧化损伤作用[33]，同时在人淋巴细胞培养中不具基因毒性[34]，β-石竹烯具有抗炎活性，可通过抗牙周病原菌的抗菌活性改善牙周健康[35-36]，表明杉木心材精油具有良好的应用开发前景。