Welcome to Chinese Journal of Tropical Crops,
Plant Cultivation, Physiology & Biochemistry

Microstructure Research of Agarwood from Cultivated Qinan trees

  • LIU Xinyi 1, 2, 3 ,
  • WANG Lulu 2 ,
  • YUAN Jingzhe 1, 2 ,
  • MEI Wenli 1, 2 ,
  • DAI Haofu , 1, 2, * ,
  • WANG Jun , 1, 2, *
Expand
  • 1. Key Laboratory for Research and Development of Natural Product from Li Folk Medicine of Hainan Province / Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou, Hainan 571101, China
  • 2. Hainan Engineering Research Center of Agarwood, Hainan 571101, China
  • 3. College of Forestry, Hainan University, Haikou, Hainan 570228, China
* DAI Haofu,E-mail: ;
WANG Jun,E-mail: .

Received date: 2021-10-26

  Revised date: 2021-12-27

  Online published: 2022-05-30

Abstract

In order to explore the microstructure characteristics of the agarwood from different cultivated Qinan trees, 15 agarwood samples from cultivated Qinan trees were collected, the anatomical research was carried out by means of wood slicing and microscopic observation. The microstructure characteristics of three sections of the agarwood samples from cultivated Qinan trees were observed, described, counted, compared and analyzed, in the meantime, they were compared with the agarwood from common Aquilaria sinensis. The results indicate that the agarwood samples from cultivated Qinan trees had common characteristics in terms of microstructure, the resin of them were all mainly distributed in the interxylary phloem, wood rays and vessels, what's more, the resin of them were rich and had a tendency to diffuse into the wood fibers, and this characteristic was evident in the agarwood sample from cultivated Qinan Qianlixiang. In contrast, the resin of agarwood from common Aquilaria sinensis sample was mainly concentrated in the vessels and the content was less. There were great differences between two types of agarwood samples. In terms of resin enrichment areas and content, the agarwood samples from cultivated Qinan trees were obviously better than those from common A. sinensis. In addition, a large number of calcium oxalate crystals could be seen in the interxylary phloem and the phloem in the pith of partial agarwood samples from cultivated Qinan trees. Crystals, as a way for trees to resist external damages, which are speculated to be beneficial to the expansion of the resin enrichment areas and the increase of the resin content of the agarwood trees after being wounded and began to form resin. Statistical research on quantitative data of some characteristics indicated that there were great differences between the agarwood samples from cultivated Qinan trees, for example, the density and diameters of pores, the width and density of interxylary phloem as well as rays of Jinsiyou were quite different from other samples. Cluster analysis of quantitative features indicated that ‘Jinsiyou' and ‘Wushenyuanye' were special, located in the root. Qianlixiang, Zhangshaozi, Toudinglü and Aoshenmu are clustered into one clade, and the other nine agarwood samples from cultivated Qinan trees of Lüyouwang, ‘Reke2', Yingtaoye, Tangjie, Ziqi, Lanbaoshi, Xiguaye, Zhitianjiao and Youyezi are clustered into the other one clade. The research could provide basis for varieties breeding, resource utilization, testing, identification, and market standardization of the cultivated Qinan trees. Only by perfecting relevant research as soon as possible can we continue to promote the sound development of the agarwood industry.

Cite this article

LIU Xinyi , WANG Lulu , YUAN Jingzhe , MEI Wenli , DAI Haofu , WANG Jun . Microstructure Research of Agarwood from Cultivated Qinan trees[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2022 , 43(5) : 986 -1000 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.05.014

沉香是瑞香科(Thymelaeaceae)沉香属(Aquilaria Lam.)和拟沉香属(Gyrinops Gaertn.)植物含有树脂的木材,是传统珍贵药材和名贵香料。沉香基源植物多样,共有30余种,主要分布于中国南部及东南亚各国[1],但由于生态环境破坏、人工采伐等原因,野生资源不断减少,已被列入《世界自然保护联盟濒危物种红色名录》(IUCN Red List of Threatened Plants)和《濒危野生动植物种国际贸易公约》(CITES)附录[2]。我国有白木香(土沉香)[Aquilaria sinensis (Lour.) Spreng.]及云南沉香(A. yunnanensis S.C. Huang)2种[3],其中白木香被视为国产药用沉香的唯一来源[4],由于其自然繁殖率低、生存环境破坏、掠夺性的开发利用等原因,野生资源被严重破坏,已被列入《国家重点保护野生植物名录》[5]
奇楠特指高品质沉香,又称棋楠、伽南、伽蓝、伽楠、多伽罗等。据黄圣卓等[6]考证,明代以来,将先前品质佳的沉香称为奇楠,主产于国内的海南、越南的芽庄和柬埔寨等地,据其产地分析,其基源植物应为白木香和柯拉斯那沉香(A. crassna Pierre ex Lecomte)等,其中白木香为国产奇楠的基源植物。谢宗万[7]在《中药材品种论述》中对奇楠描述为“外表油润光滑,油性重,以指甲刻之,如锥画沙,油随即溢出,用刀挂削,能捻捏成丸、成饼,能散发出耐久的幽香,味微苦麻辣,嚼之粘牙,燃之出油”,后逐步形成公认的特征为“削之成卷、捏之成丸、入口即麻、麻后回甘、含之即化、嚼之粘牙”,综上所述,可知奇楠的三大重要特征即“质地软、油脂多和粘性强”。现代国内外学者先后研究过奇楠的化学成分,结果显示其与普通沉香在化学成分类型方面未见明显差异,但奇楠中2-(2-苯乙基)色酮与2-[2-(4-甲氧基苯)乙基]色酮含量均显著高于普通沉香[8-12],并据此申请获批了奇楠鉴定的专利[13]。而由于野生白木香资源的枯竭,野生奇楠更是十分稀缺,现市面上流通的奇楠亦多为栽培奇楠树所产,对栽培奇楠树所产沉香(以下简称:栽培奇楠)的研究表明,其化学成分与野生奇楠相比未见明显差异[14-16],且栽培奇楠树多是将野生植株通过嫁接等方式无性繁育获得,保留了优良结香性状[17-18]
沉香巨大的经济价值和枯竭的野生资源促进了近年来栽培奇楠树的风靡,目前,市场上称为奇楠树的种类多达几十种,早期的有透顶绿、凹身木、西瓜叶等,后逐步有糖结、金丝油、蓝宝石等,新型苗木还在不断出现,这些树种的主要特点有:(1)幼年期即可结香;(2)结香树脂含量高,成色好;(3)结香清闻、加热或焚烧,香气均非常浓郁。中国热带农业科学院热带生物技术研究所沉香研究团队选育的白木香良种‘热科2号',该品种的特性就在于“易结香、产量高、品质优”,大量的化学试验分析证明其沉香特征性成分含量很高,符合奇楠的特征[19]。调查显示,目前奇楠树主要采用枝接的嫁接方式繁育,待小苗高达30 cm后出售,以广东茂名电白观珠镇为中心形成了庞大的奇楠种苗繁育基地与销售产业链;目前,栽培奇楠在广东、广西、海南、云南、福建等地乃至国外均有大量繁育和栽培,据不完全统计,至2020年底栽培规模已经达到十余万亩。但由于奇楠的相关界定、描述、鉴定标准及其他研究均较为缺乏,尚未形成相关体系,缺乏系统性的科学指导,市场鱼目混杂,混乱情形一定程度上制约了奇楠树种及其相关产业的发展。
在显微结构方面,长期以来有较多研究者从不同角度对国产沉香树种及所结沉香进行了研究分析。其中一方面从沉香结香机理角度对其各部位微观形态及结香过程中形态变化进行研究,并从物质转化和进化的角度对各部位功能进行分析,主要研究有:陈树思等[20]从系统进化角度对其显微结构进行分析,并认为内涵韧皮部为结香部位;寿海洋[21]在内涵韧皮部观察到有大量沉积物的异细胞,但未确定其是否为结香部位;张兴丽[22]以不同结香时间样品研究了内涵韧皮部中物质及其转化,观察结香中的结构的动态变化,阐释了沉香形成是物理防御;张玉秀等[23]推断内涵韧皮部有贮藏和运输两种功能;刘培卫等[24]研究表明内涵韧皮部内的薄壁细胞在伤害刺激下脱分化、分裂产生阻隔层阻碍了沉香产生;LUO等[25-26]认为内涵韧皮部是白木香光合产物转运的主要部位;王军等[27]研究表明沉香物质主要积累于内涵韧皮部和木射线中,普通沉香对创伤修复能力强,故而结香体积小且速度慢。另一方面主要从沉香鉴别角度对沉香显微结构进行探究,主要着眼显微结构整体对三切面上各结构形态、排列类型、树脂分布及其他特殊结构进行观察描述,主要研究有:成俊卿等[28]编写的《中国木材志》中对白木香木材显微结构的基本描述;殷亚方[29]对白木香所结沉香三切面微观结构研究发现,内含物在不同部位含量存在差异;高晓霞等[30]、苏娟等[31]、顾小辉等[32]分别对白木香与商品沉香、白木香与云南沉香、虫漏沉香显微结构进行了观察描述;以上两方面的研究各有侧重也紧密结合,推动了沉香显微结构方面的研究。但迄今为止,尚未见前人对栽培奇楠的显微结构进行研究,因此,本文以栽培奇楠为研究对象,收集样品15种,从木材解剖的角度研究其显微结构特征,并与普通白木香所结沉香(以下简称:普通沉香)进行对比分析,弥补前人以同一种内不同品质沉香为研究对象样品少、统计分析不足的问题,研究结果将为后续栽培奇楠树的品种选育及栽培奇楠的检测鉴定等方面提供科学依据,为栽培奇楠树的进一步研究和开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验样品为15份栽培奇楠,为接穗嫁接的奇楠树所结沉香,栽培于广东省茂名市电白区,基源植物均为白木香,接穗通常为1~1.5年,直径0.5~1.0 cm的亲本枝条,枝条上保留有2~3个芽,嫁接于普通白木香,待嫁接苗2~3年龄时,采用打洞法诱导结香,试验样品均在打洞后约10个月采收;对照组普通沉香则为广东省化州市的普通白木香所结沉香,树龄5年结香3年。以上样品经中国热带农业科学院热带生物技术研究所戴好富研究员鉴定,凭证标本现存于中国热带农业科学院热带生物技术研究所。以下为试验样品,括号中分别为编号与凭证标本号:指天椒(A,CQN01)、金丝油(B,CQN02)、糖结(C,CQN03)、紫棋(D,CQN04)、张勺子(E,CQN05)、千里香(F,CQN06)、西瓜叶(G,CQN07)、油叶子(H,CQN08)、绿油王(I,CQN09)、透顶绿(J,CQN10)、乌身圆叶(K,CQN11)、‘热科2号'(L,CQN12)、凹身木(M,CQN13)、蓝宝石(N,CQN14)、樱桃叶(O,CQN15)、普通白木香(P,BMX16),图1为试验样品图片。
图1 15份栽培奇楠试验样品图片

Fig. 1 15 images of agarwood test samples from cultivated Qinan trees

1.2 方法

为尽量减少对树脂的破环与损失,增加切片的完整性和可信度,所有样品均不采用水煮的方式,利用其木材较为柔软的特性将样品直接切片,先将样品处理为约1 cm × 1 cm × 1 cm的正方体,受样品限制,部分样品实际处理略小,利用手摇半自动切片机切取样品的横切面、弦切面及径切面,置于去离子水中展开并洗去碎末残渣,后置于番红染色液中染色,经梯度酒精洗脱后置于组织透明液中透明,再利用中性树胶压片、干燥制成永久切片。利用OlympusIX73倒置显微镜及SC180彩色摄像头对木材三切面进行观察与拍摄。从所拍摄图片中,每种样品三切面分别选取3张代表性图片对各参数进行测量、统计、总结和分析比较。为便于直观地表达样品间的差异,将管孔、内涵韧皮部、木射线、射线细胞和导管等几个方面的部分数量性状特征进行定量分析,表示如下:管孔密度(pore density, PD);管孔弦径最小值(minimum chord diameter of pore, PCDmin);管孔弦径最大值(maximum chord diameter of pore, PCDmax);管孔弦径均值(mean chord diameter of pore, PCDmean);内涵韧皮部长最大值(mean chord diameter of pore, IPLmax);内涵韧皮部宽最大值(interxylary phloem width maximum, IPWRNmax);内涵韧皮部跨射线数最大值(maximum number of wood rays across the interxylary phloem, IPWRNmax);内涵韧皮部密度(interxylary phloem density, IPD);木射线密度(wood ray density, WRD);木射线间距最小值(minimum wood ray spacing, WRSmin);木射线间距最大值(maximum wood ray spacing, WRSmax);木射线间距均值(maximum wood ray spacing, WRSmean);木射线高细胞数最大值(maximum number of cells in the vertical direction of wood rays, WRCNmax);木射线高最小值(minimum wood ray height, WRHmin);木射线高最大值(maximum wood ray height, WRHmax);木射线宽最小值(minimum wood ray width, WRWmin);木射线宽最大值(maximum wood ray width, WRWmax);导管分子长度最小值(minimum vessel element length, VELmin);导管分子长度最大值(maximum vessel element length, VELmax);导管分子长度均值(mean vessel element length, VELmean);射线方形细胞长最小值(minimum ray cell length, WRCLmin);射线方形细胞长最大值(maximum ray cell length, RCLmax);射线方形细胞长均值(mean ray cell length, RCLmean);射线方形细胞宽最小值(minimum ray cell width, RCWmin);射线方形细胞宽最大值(maximum ray cell width, RCWmax);射线方形细胞宽均值(mean ray cell width, RCWmean)。

1.3 数据处理

用Excel软件分析制作柱状图,利用R语言对数据进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 木材显微结构观察结果

15份栽培奇楠样品及对照组普通沉香样品三切面所拍摄图片如图2所示。
图2 栽培奇楠样品三切面图片

A~P为样品编号(同表1),1为横切面,2为弦切面,3为径切面。

Fig. 2 Three-section surface pictures of agarwood samples from cultivated Qinan trees

A-P are the numbers of samples (Same as Tab. 1), 1 represents the cross section, 2 represents tangential section, 3 represents radial section.

2.2 显微结构特征统计及分析结果

笔者统计了以上栽培奇楠样品与普通沉香样品的三切面的显微结构特征,主要包括横切面上的管孔分类、类型、密度、直径,内涵韧皮部分布、密度、大小,木射线密度、间距,树脂多少、分布,轴向薄壁组织,晶体及其他内含物等信息,弦切面上的木射线分类、类型、大小、内含物,导管分子形状、长度、内含物及相关信息,径切面上的射线细胞大小等,并将以上特征分为可定性描述的特征与数量特征两类,以便于统计分析。

2.2.1 样品显微结构特征描述

就定性描述特征而言,样品内涵韧皮部为多孔型(岛屿型),管孔分类为散孔材,管孔类型均为径列复管孔、单管孔与管孔团偶见,且管孔周围极少见有轴向薄壁组织,不同样品略有差异,木射线分类均为异型Ⅲ形,非叠生,主要为单列及双列木射线,部分样品可见多列木射线,射线内几乎都可见树脂分布,导管分子形状为圆柱形,穿孔板为单穿孔板,晶体在部分样品的内涵韧皮部中可见,栽培奇楠样品树脂均较为丰富,主要分布在内涵韧皮部、木射线及管孔中,不同样品的树脂主要分布部位有所差别。其他木材构造特征总体与中国木材志[29]中相似,同时笔者也进行了补充和细化。将栽培奇楠样品与普通沉香样品的定性描述显微结构特征相关数据统计汇总见表1
表1 横切面与弦切面显微结构特征

Tab. 1 Microstructure characteristics of cross and tangential section

样品
Sample
横切面 Cross section 弦切面 Tangential section
管孔类型
Pore types
树脂分布及含量
Resin distribution and content
晶体
Crystals
轴向薄壁组织
Axial parenchyma
木射线类型
Wood ray types
木射线树脂
Resin in wood rays
导管树脂
Resin in vessels
其他内容
Others
指天椒 径列复管孔2~5个,多2~3个,单管孔偶见 内涵韧皮部中较多呈浅褐色至深褐色;木射线中较多呈浅褐色至黄褐色;仅个别管孔中有少量 未见 几无 单列(偶见2细胞) 黄褐色 少量 射线端细胞偶见增大或缩小
金丝油 径列复管孔2~4个,稀4个,单管孔及管孔团偶见 内涵韧皮部中丰富部分呈黑褐色;木射线中较多呈浅褐色;管孔中较少 少见 几无 双列及多列(3细胞,4细胞偶见),稀单列 黄褐色,部分呈黑褐色 管壁富集少量 射线端细胞略有伸长,偶见更短
糖结 径列复管孔2~4个,单管孔及管孔团偶见 内涵韧皮部中丰富呈深褐色至黑褐色;木射线中丰富部分呈黑褐色;大部分管孔中有少量富集,部分管孔边缘少量薄壁细胞内可见 较多 少见,沿管孔1细胞厚 多单列,少双列,偶见多列(3、4细胞) 深褐色,部分呈黑褐色,整体偏红 管壁富集少量,部分导管可见 射线端细胞近三角形,未见明显伸长
紫棋 径列复管孔2~4个,单管孔偶见 内涵韧皮部中丰富呈黑褐色;木射线中丰富部分呈黑褐色;管孔中较少 较丰富 几无 单列,稀双列及多列 部分含深褐色,稀黑褐色,整体偏紫红 极少量 射线端细胞个别明显伸长,部分三角形或略短
张勺子 径列复管孔2~6个,5、6个少见,单管孔偶见 内涵韧皮部中较多,多为黄褐色,部分深褐色;木射线中较多呈黄褐色;仅部分管孔中可见 未见 几无 单列,偶见双列 多呈黄褐色,仅部分呈深褐色 少量 射线端细胞个别有明显伸长,部分略短
千里香 径列复管孔2~4个,单管孔较多,管孔团偶见,常管孔2个垂直于射线排列 内涵韧皮部中丰富深褐色至黑褐色;木射线中丰富深褐色至黑褐色;管孔中较多,大部分管孔或管孔边缘呈黄褐色;部分木纤维中可见少量 少量 几无 单列及双列 黄褐色 少量 个别射线端细胞伸长
西瓜叶 径列复管孔2~5个,单管孔偶见 内涵韧皮部中丰富部分呈黑褐色;木射线中较多黄褐色至深褐色;部分管孔中大量富集,且颜色较深 少量 几无 双列及单列 黄褐色至深褐色 少量 个别射线端细胞伸长
油叶子 径列复管孔2~5个,4、5个少见,单管孔偶见 内涵韧皮部中丰富黄褐色至深褐色;木射线中较多黄褐色;个别管孔中少量 未见 几无 单列及双列 黄褐色至深褐色,部分黑褐色 部分导管内少量 个别射线端细胞伸长或增大
绿油王 径列复管孔2~7个,6、7个少见,单管孔及管孔团偶见 内涵韧皮部中丰富呈深褐色,部分为黑褐色;木射线中较多呈黄褐色至深褐色;管孔中丰富,可填充整个管孔,呈深褐色 少量 少量 单列及双列 黄褐色至深褐色,部分呈黑褐色 少量 部分射线端细胞缩小
透顶绿 径列复管孔2~4个,单管孔及管孔团偶见 内涵韧皮部中较多呈黄褐色至深褐色;木射线中较多呈黄褐色,部分为深褐色;部分管孔中较多呈黄褐色至深褐色,部分管孔边缘薄壁组织中有少量 未见 少量 单列,偶见双列 黄褐色至深褐色 较多 射线端细胞未见明显增大伸长
样品
Sample
横切面 Cross section 弦切面 Tangential section
管孔类型
Pore types
树脂分布及含量
Resin distribution and
content
晶体
Crystals
轴向薄
壁组织
Axial parenchyma
木射线
类型
Wood ray
types
木射线
树脂
Resin in wood rays
导管树脂
Resin in vessels
其他内容
Others
乌身圆叶 径列复管孔2~5个,稀5个,单管孔及管孔团偶见 内涵韧皮部中丰富呈黄褐色至深褐色,部分为黑褐色;木射线中较多呈黄褐色;部分管孔内壁可见少量,部分靠近内涵韧皮部、射线与管孔处的细胞(细胞壁发黑)有少量 少量 偶见 双列及单列 深褐色至黑褐色 管内沿壁少量,部分导管有富集 射线端细胞未见明显增大伸长
热科2号 径列复管孔2~5个,4、5个少见,单管孔偶见 内涵韧皮部中较多呈黄褐色至黑褐色;木射线中较多呈黄褐色至深褐色;部分管孔中少量 少量 偶见 单列及双列 深褐色至黑褐色 少量 射线端细胞未见明显增大伸长
凹身木 径列复管孔2~5个,单管孔偶见 内涵韧皮部中较多呈黄褐色至黑褐色;木射线中较多呈黄褐色至深褐色;部分管孔内少量 少量 极少量 单列及双列 黄褐色至深褐色 少量 射线端细胞未见明显增大伸长
蓝宝石 径列复管孔2~4个,单管孔及管孔团偶见 内涵韧皮部中丰富呈深褐色至黑褐色;木射线中丰富呈深褐色至黑褐色;部分管孔沿壁有少量 少量 极少量 单列,偶见双列 黄褐色至黑褐色 少量 射线端细胞未见明显增大伸长
樱桃叶 径列复管孔2~6个,单管孔偶见,管孔团偶见管孔数较多,常两列管孔并行 内涵韧皮部中较多呈深褐色至黑褐色;木射线中较多呈黄褐色至黑褐色;管孔中较多 偶见 偶见 单列 黄褐色至深褐色 部分导管少量 射线端细胞未见明显增大伸长
普通白
木香
径列复管孔2~ 6个,5、6个少见,单管孔及管孔团偶见 内涵韧皮部与木射线中未见;部分管孔中较多呈深褐色至黑褐色; 偶见 偶见 多双列、单列,偶见多列(3、4细胞) 几无 较多 射线端细胞多有伸长

注:上述晶体指分布于内涵韧皮部中的晶体。

Note: Crystals above refer to crystals distributed in the interxylary phloems.

图3为三切面中各部位显微结构,包括栽培奇楠样品与普通沉香样品中大小、形态、颜色各不相同的内涵韧皮部与各式管孔,长短、粗细差异较大的木射线,导管形态,横卧射线细胞树脂富集状况等,以及树脂含量、结香区域及木纤维中分布的树脂等。
图3 栽培奇楠与普通白木香的显微结构

a1~a10为横切面内涵韧皮部(三角标注)及管孔(虚线圈标注),其中a1、a8圈中为径列复管孔,a3、a7、a10 圈中为管孔团,a5、a9圈中为弦向管孔;b1~b5为弦切面木射线(箭头标注),其中b1中标注为双列木射线,b2中标注为多列木射线(3-4细胞),b3中标注为单列木射线,b4中标注为双列木射线(右)和多列木射线(左),b5可见结香与未结香区域分界(虚线标注),c1~c5为弦切面导管(虚线圈标注),d1~d5为径切面横卧射线细胞(三角标注),e1~e5为弦切面木纤维组织中可见树脂分布(箭头标注),其中a10、c5、d5为普通沉香,其余均为栽培奇楠。

Fig. 3 Microstructure diagram of the agarwood from common A. sinensis and cultivated Qinan trees

a1-a10 show the interxylary phloem (triangle mark) and pores (dotted circle mark) in cross sections, a1 and a8: Radial multiple pores, a3, a7, and a10: Pore clusters, a5 and a9: Chordwise pores; b1-b5 show wood rays (arrow mark) in tangential sections, b1: Biseriate ray, b2: Multiseriate ray (3-4 cells), b3: Uniseriate ray, b4: Biseriate ray (right) and multiseriate ray (left); b5: The boundary between the agarwood and non-agarwood regions can be seen (dotted line mark); c1-c5 show the vessels (dotted circle mark) in the tangential section; d1-d5 are the horizontal ray cells (triangle mark) in the radial section, e1-e5 show the visible resin distribution in the wood fiber structure of the tangential sections (arrow mark). a10, c5 and d5 show the agarwood from common A. sinensis, and the rest are the agarwood from cultivated Qinan trees.

表1相关统计数据及图2图3中,各栽培奇楠样品显微结构在以上各方面均有较多差异,其中管孔类型主要区别在于径列复管孔个数以及单管孔、管孔团的相对多少,个别样品如千里香(a9)、樱桃叶(a7)管孔排列方式特别,射线的长短与粗细差别较大,如金丝油(b2)木射线较宽、凹身木(b1)等木射线则细长,不同样品导管中树脂的富集量差别较大,如绿油王(a4)、樱桃叶(a7))和普通沉香(a10)导管中有树脂富集,其他则少见或未见;但其样品间总体有相似性,树脂主要分布于内涵韧皮部与木射线中,少量分布于导管中,且树脂含量十分丰富,有向木纤维扩散的趋势(e1~5);但就栽培奇楠样品整体与普通沉香对比,其差异主要集中在树脂分布方面,前文P1~3、a10、c5、d5均为普通沉香,其虽生长与结香年限更长,但树脂含量远少于栽培奇楠样品,树脂主要分布于导管内,内涵韧皮部与木射线中几乎没有树脂富集,结合前人的研究结果,推测树脂的产生及富集部位对沉香结香的多少及品质有一定影响。
在本研究发现部分栽培奇楠样品中有较多晶体分布(图4),使用乙酸对其进行定性分析,结果表明其为草酸钙棱晶[4,33],其中部分样品枝干髓心(仅个别样品中有,故表1中未作统计)晶体较为丰富,多数栽培奇楠样品的内涵韧皮部中可见较丰富的晶体。研究表明,晶体可能形成保护层增加植物组织器官硬度、或在防御逆境胁迫方面有一定作用[34],是植物体一种抵御外界伤害的代谢产物,且在试验中发现,在栽培奇楠样品受伤部位有大量晶体分布,推测其通过产生晶体来抵御外界伤害,对结香的能力与结香多少有一定影响,有晶体抵御外界伤害时,其阻隔层生成更晚,因而结香区域更易扩展,结香面积更广,树脂含量更高。
图4 栽培奇楠样品中的晶体

f1~f4为髓心中晶体;f5~f8和f9~f12分别为横切面与弦切面上内涵韧皮部中晶体;f13~f16为受伤部位的晶体。

Fig. 4 Crystals in the agarwood samples from cultivated Qinan trees

f1-f4 show crystals in the pith; f5-f8 and f9-f12 show crystals in the interxylem phloem on the cross and tangential sections respectively; f13-f16 show crystals at the injured parts.

2.2.2 部分特征定量统计分析结果

15份栽培奇楠样品及普通沉香样品显微结构特征相关定量数据统计及分析见图5图6
图5 显微结构特征定量数据统计

Fig. 5 Statistic graph of quantitative data of microstructure characteristics

图6 聚类分析

A~P为样品编号。

Fig. 6 Cluster analysis diagram

A-P is the number of the samples.

图5各统计数据得知,在管孔方面,可看出金丝油管孔密度较小但管孔较大,而张勺子管孔密度大但管孔较小,指天椒则密度与管孔大小均高于均值(图5 a~d);绿油王、紫棋、西瓜叶的内涵韧皮部在长度、宽度等方面均较高于均值,内涵韧皮部密度也较小,但樱桃叶内涵韧皮部长宽上限均高于均值,且密度也高于均值(图5 e~h);凹身木、透顶绿、樱桃叶、千里香、指天椒等总体上木射线分布较密,射线间距较小,金丝油与乌身圆叶的木射线分布则总体较稀疏(图5 i~l);金丝油的木射线较短但较粗,多为多列木射线,乌身圆叶的木射线较细但较长,体现出相对较强的特殊性,指天椒、油叶子、乌身圆叶几个样品木射线高度最小值小于均值,最大值高于均值,且细胞数最大值也相对较高,体现出这些样品木射线更易增长,就木射线宽度总体差异不大,仅金丝油宽度较其他样品区别明显(图5 m~q);千里香与透顶绿导管分子长度较小(图5 r~t);张勺子与千里香的射线细胞总体较小,乌身圆叶射线细胞长度较大,细胞整体较大,指天椒、西瓜叶等的宽度较大(图5 u~z)。
栽培奇楠样品整体各项定量统计数据间差别相对较小,部分样品在不同结构方面差异较为显著,如张勺子内涵韧皮部密度较大,而绿油王与金丝油则较小,乌身圆叶射线细胞长度较长,金丝油的木射线明显宽于其他样品,但其内涵韧皮部密度与管孔密度也明显小于其他样品,绿油王、紫棋和透顶绿的内涵韧皮部长度较长,横跨射线数更多。结合表1中树脂多少及分布,栽培奇楠样品中的树脂主要分布于内涵韧皮部和木射线中,还有少量分布于管孔中,而其中指天椒、透顶绿、樱桃叶3个样品的内涵韧皮部密度、木射线密度、内涵韧皮部横跨射线数及射线间距等方面均高于平均值,显示出其整体结香区域更广、结香面积更大,糖结、千里香、凹身木和热科2号等在这几方面也相对高于均值;就栽培奇楠样品各项定量统计数据及其均值与普通沉香样品对比,并未表现出明显的差异,但就树脂富集面积与含量而言,栽培奇楠样品明显优于普通沉香。
聚类分析结果(图6)表明,金丝油(B)和乌身圆叶(K)处于聚类树的根部,其余种类聚为两大分支,即普通白木香(P)至油叶子(H)(10种)和千里香(F)、张勺子(E)、透顶绿(J)及凹身木(M)(4种),前者又形成3个小的姊妹群,即绿油王(I)、‘热科2号'(L)和樱桃叶(O)(3种);糖结(C)和紫棋(D)(2种);蓝宝石(N)、西瓜叶(G)、指天椒(A)和油叶子(H)(4种)。

3 讨论

栽培奇楠样品中树脂丰富,内涵韧皮部、木射线及管孔中有大量树脂富集,且树脂有向木纤维中扩散的趋势,在千里香的弦切面上表现尤为明显,其他样品如凹身木、西瓜叶等也有类似现象,推测若继续延长栽培奇楠树的结香时间,木纤维中也将有更多的树脂富集,就栽培奇楠样品树脂富集区域与面积而言,明显优于普通沉香;同时研究中发现,草酸钙棱晶在栽培奇楠样品中较为丰富,推测晶体为树体对外界伤害做出抵御的一种方式,且这一方式使得树体阻隔层生成更晚,不易限制其结香区域的延伸,因而结香面积更广,树脂含量更高;就其数量特征进行分析,栽培奇楠样品间有所差别,据此进行聚类分析显示其亲缘关系远近,金丝油与乌身圆叶较为独特,油叶子、千里香、张勺子及凹身木更为相近。
栽培奇楠树种植与结香是新兴的产业,需要有行业引领、科技支撑、市场监管,营造健康可持续的市场氛围,早期的投资者着实收到了丰厚的回报,特别是种苗的售卖。物以稀为贵,随着种植的规模越来越大,未来10~20年,奇楠树所产的沉香及其产品的价格势必会回归到趋于稳定的状态,这也是价值规律的体现。目前,栽培奇楠的产品主要以原材料、精油为主,其次有奇楠酒、奇楠烟、奇楠叶茶等,而可以达到制作工艺品级别的较少,由于种植奇楠树种投资高、风险大,为了尽快收回成本,一般在结香1~3年即收取,使得其好的品质未能得到完全的发挥。栽培奇楠作为高品质沉香,尚为新兴事物,更应重视其引导与发展,尽快完善其相关研究,促使其良性发展,结合国家乡村振兴战略,将奇楠树种植与农村产业、文化、生态建设紧密结合,深入挖掘奇楠的文化、经济价值,推动沉香产业和行业的发展。
[1]
戴好富, 梅文莉. 世界沉香产业[M]. 北京: 中国农业出版社, 2017.

DAI H F, MEI W L. The world agarwood industry[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2017. (in Chinese)

[2]
中华人民共和国濒危物种科学委员会. 濒危野生动植物种国际贸易公约附录Ⅱ[S]. 2010.

Endangered Species Scientific Commission, P. R. China. Convention on international trade in endangered species of wild fauna and flora appendices II[S]. 2010. (in Chinese)

[3]
中国科学院中国植物志编辑委员会. 中国植物志第52(1)卷[M]. 北京: 科学出版社, 1999: 290.

Flora of China Editorial Committee of Chinese Academy of Sciences. Flora of China vol. 52(1)[M]. Beijing: Science Press, 1999: 290. (in Chinese)

[4]
国家药典委员会. 中华人民共和国药典: 一部[M]. 北京: 中国医药科技出版社, 2020.

Chinese Pharmacopoeia Commission. Pharmacopoeia of the People's Republic of China: volume I[M]. Beijing: China Medical Science Press, 2020. (in Chinese)

[5]
国家林业和草原局. 国家重点保护野生植物名录[EB/OL]. [2021-09-08] http://www.forestry.gov.cn/main/3954/20210908/163949170374051.html,.

National Forestry and Grassland Administration. National key protected wild plant list[EB/OL]. [2021-09-08] http://www.forestry.gov.cn/main/3954/20210908/163949170374051.html. (in Chinese)

[6]
黄圣卓, 梅文莉, 曾军, 戴好富. 奇楠本草及其历史渊源考证[J]. 中国热带农业, 2021, 98(1): 41-48.

HUANG S Z, MEI W L, ZENG J, DAI H F. The textual research of Chinese herbal medicine Qinan and its historical origin[J]. China Tropical Agriculture, 2021, 98(1): 41-48. (in Chinese)

[7]
谢宗万. 中药材品种论述(中册)[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1984: 272-276.

XIE Z W. Discussion on varieties of Chinese medicinal materials (middle volume)[M]. Shanghai: Shanghai Scientific & Technical Publishers, 1984: 272-276. (in Chinese)

[8]
LI W, CHEN H Q, WANG H, MEI W L, DAI H F. Natural products in agarwood and Aquilaria plants: chemistry, biological activities and biosynthesis[J]. Natural Product Reports, 2021, 38(3): 528-565.

DOI

[9]
NAKANISHI T, INADA A, NISHI M, YAMAGATA E, YONEDA K. A new and a known derivatives of 2-(2- phenylethyl) chromone from a kind of agarwood (“Kanankoh” in Japanese) originating from Aquilaria agallocha[J]. Journal of Natural Products, 1986, 49(6): 1106-1108.

DOI

[10]
YANG D L, WANG H, GUO Z K, DONG W H, MEI W L, DAI H F. A new 2-(2-phenylethyl) chromone derivative in Chinese agarwood ‘Qinan' from Aquilaria sinensis[J]. Journal of Asian Natural Products Research, 2014, 16(7): 770-776.

DOI

[11]
YANG D L, WANG J, LI W, DONG W H, MEI W L, DAI H F. New guaiane and acorane sesquiterpenes in high quality agarwood Qinan from Aquilaria sinensis[J]. Phytochemistry Letters, 2016, 17: 94-99.

DOI

[12]
杨德兰, 梅文莉, 杨锦玲, 曾艳波, 戴好富. GC-MS分析4种奇楠沉香中致香的倍半萜和2-(2-苯乙基)色酮类成分[J]. 热带作物学报, 2014, 35(6): 1235-1243.

YANG D L, MEI W L, YANG J L, ZENG Y B, DAI H F. GC-MS analysis of the fragrant sesquiterpenes and 2- (2-phenylethyl) chromone derivatives in four types of agarwood “Qinan”[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2014, 35(6): 1235-1243. (in Chinese)

[13]
杨锦玲, 梅文莉, 戴好富. 一种鉴定奇楠沉香真伪的方法: CN106290613B[P]. 2019-06-07.

YANG J L, MEI W L, DAI H F. A method to identify the authenticity of Aquilaria sinensis: CN106290613B[P]. 2019-06-07. (in Chinese)

[14]
王雅丽, 李薇, 曾军, 董文化, 戴好富, 梅文莉. 栽培奇楠沉香精油中致香成分的GC-MS分析[J]. 中国热带农业, 2021(1): 90-97.

WANG Y L, LI W, ZENG J, DONG W H, DAI H F, MEI W L. GC-MS analysis of the fragrant constituents in cultivated “Qi-Nan” agarwood essential oil[J]. China Tropical Agriculture, 2021(1): 90-97. (in Chinese)

[15]
王宇光, 王军, 杨锦玲, 蔡彩虹, 盖翠娟, 梅文莉, 戴好富. 白木香品种‘热科2号'沉香化学成份的GC-MS分析[J]. 热带农业科学, 2020, 40(7): 79-89.

WANG Y G, WANG J, YANG J L, CAI C H, GAI C J, MEI W L, DAI H F. The GC-MS analysis of the chemical composition of agarwood from Aquilaria sinensis ‘Reke2'[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture, 2020, 40(7): 79-89. (in Chinese)

[16]
YANG L, YANG J L, DONG W H, WANG Y L, ZENG J, YUAN J Z, WANG H, MEI W L, DAI H F. The characteristic fragrant sesquiterpenes and 2-(2-phenylethyl) chromones in wild and cultivated “Qinan” agarwood[J]. Molecules, 2021, 26(2): 436.

DOI

[17]
晏小霞. 白木香种质资源遗传多样性研究进展[J]. 中国农学通报, 2010, 26(19): 383-386.

YAN X X. Advance in research on genetic diversity of Aquilaria sinensis[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(19): 383-386. (in Chinese)

[18]
刘军民, 翟明. 国产沉香资源开发利用及化学成分研究进展[J]. 中国新药杂志, 2012, 21(1): 48-51.

LIU J M, ZHAI M. Summary of resources development and utilization and chemical composition studies of Aquilariae lignum Resinatum[J]. Chinese Journal of New Drugs, 2012, 21(1): 48-51. (in Chinese)

[19]
王宇光, 王军, 段瑞军, 覃和业, 梅文莉, 戴好富. 白木香良种‘热科2号'的芽接繁育[J]. 热带农业科学, 2019, 39(10): 34-41.

WANG Y G, WANG J, DUAN R J, QIN H Y, MEI W L, DAI H F. Bud grafting for propagation of Aquilaria sinensis ‘Reke2'[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture, 2019, 39(10): 34-41. (in Chinese)

[20]
陈树思, 马瑞君, 唐为萍. 白木香茎次生木质部结构的研究[J]. 韩山师范学院学报, 2005(6): 11-14.

CHEN S S, MA R J, TANG W P. Study on anatomical structure of Aquilaria sinensis wood[J]. Journal of Hanshan Normal University, 2005(6): 11-14. (in Chinese)

[21]
寿海洋. 土沉香(瑞香科)的分布和生物学特性研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2010.

SHOU H Y. The Distribution and biological characteristics of Aquilaria sinensis (Lour.) Spreng. (Thymelaeaceae)[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2010. (in Chinese)

[22]
张兴丽. 伤害诱导的白木香防御反应与沉香形成的关系研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2013.

ZHANG X L. Studies on relationships between wound-induced defense response and agarwood formation in Aquilaria sinensis[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2013.

[23]
张玉秀, 刘培卫. 木间韧皮部的定义、分布、发育和生理功能[J]. 湖北农业科学, 2015, 54(15): 3589-3592.

ZHANG Y X, LIU P W. Intexylary phloem: definition, distribution, development and function[J]. Hubei Agricultural Sciences, 2015, 54(15): 3589-3592.

[24]
刘培卫, 杨云, 张玉秀, 杨勇, 刘洋洋. 白木香结香过程中阻隔层的形成及其特性研究[J]. 植物研究, 2016, 36(5): 697-704.

LIU P W, YANG Y, ZHANG Y X, YANG Y, LIU Y Y. Barrier zone formation in agarwood formation of Aquilaria sinensis[J]. Bulletin of Botanical Research, 2016, 36(5): 697-704.

[25]
LUO B, OU Y, PAN B, QIU J, Itoh T. The structure and development of interxylary and external phloem in Aquilaria sinensis[J]. International Association of Wood Anatomists, 2017, 39(1): 3-17.

[26]
LUO B, IMAI T, SUGIYAMA J, QIU J. The occurrence and development of intraxylary phloem in young Aquilaria sinensis shoots[J]. International Association of Wood Anatomists, 2018, 40(1): 1-20.

[27]
王军, 王宇光, 杨锦玲, 李薇, 董文化, 梅文莉, 戴好富. 2种白木香所产沉香的木材组织构造和化学成分比较[J]. 林业科学, 2019, 55(7): 146-154.

WANG J, WANG Y G, YANG J L, LI W, DONG W H, MEI W L, DAI H F. Comparison of the anatomy structure and chemical compositions of agarwoods from two kinds of Aquilaria sinensis[J]. Scientia Silvae Sinicae, 2019, 55(7): 146-154. (in Chinese)

[28]
成俊卿, 杨家驹, 刘鹏. 中国木材志[M]. 北京: 中国林业出版社, 1992: 665-666.

CHENG J Q, YANG J J, LIU P. China timber annals[M]. Beijing: China Forestry Publishing House, 1992: 665-666. (in Chinese)

[29]
殷亚方. 白木香属木材的鉴别[J]. 收藏与投资, 2014(8): 110-115.

YIN Y F. Identification of the wood of the genus Aquilaria[J]. Collection & Investment, 2014(8): 110-115. (in Chinese)

[30]
高晓霞, 刘少烽, 陈晓东, 严寒静, 钟兆健, 章卫民, 朱爽. 基于ITS2条形码序列鉴定商品沉香基源植物[J]. 时珍国医国药, 2015, 26(8): 1932-1935.

GAO X X, LIU S F, CHEN X D, YAN H J, ZHONG Z J, ZHANG W M, ZHU S. Studies on the botanical sources and molecular identification of Aquilariae lignum Resinatum based on ITS2 DNA barcode[J]. Lishizhen Medicine and Materia Medica Research, 2015, 26(8): 1932-1935. (in Chinese)

[31]
苏娟, 刘钊, 李荣春, 任春琼, 杨晓君. 云南沉香和白木香的木材结构比较解剖学研究[J]. 热带农业科学, 2016, 36(4): 30-34.

SU J, LIU Z, LI R C, REN C Q, YANG X J. Preliminary study on timber structure of Aquilaria yunnanensis[J]. Chinese Journal of Tropical Agriculture, 2016, 36(4): 30-34. (in Chinese)

[32]
顾小辉, 王国全, 周亚奎, 杨云, 刘洋洋, 刘培卫, 冯剑, 高志晖, 魏建和. 虫漏沉香的基本特征及其品质评价[J]. 中国现代中药, 2017, 19(8): 1064-1070.

GU X H, WANG G Q, ZHOU Y K, YANG Y, LIU Y Y, LIU P W, FENG J, GAO Z H, WEI J H. Study on the characteristics and quality evaluation of agarwood induced by herbivorous insects[J]. Modern Chinese Medicine, 2017, 19(8): 1064-1070. (in Chinese)

[33]
吴艳苹. 植物细胞晶体特征及其在中药鉴别中的应用[J]. 首都医药, 2005(3): 47-49.

WU Y P. The characteristics of plant cell crystals and their application in the identification of traditional Chinese medicine[J]. Capital Medicine, 2005(3): 47-49. (in Chinese)

[34]
付月, 吕艳秋, 梁雪, 邹熙莹, 杨玉辉, 梁爽, 荀二娜, 王光野. 植物草酸钙晶体的研究进展[J]. 分子植物育种, 2021, 19(5): 1681-1686.

FU Y, Y Q, LIANG X, ZOU X Y, YANG Y H, LIANG S, XUN E N, WANG G Y. Research progress of plant calcium oxalate crystals[J]. Molecular Plant Breeding, 2021, 19(5): 1681-1686. (in Chinese)

Outlines

/