松脂是松树的副产物，主要加工成松香和松节油等经济产品，用途广泛，是化工、电子、航天、食品、医疗等行业的重要原料，在国民经济中占据重要地位（Neis et al.，2018）。我国是松脂生产及出口大国，湿地松（Pinus elliottii）作为我国重要的采脂树种之一，针对其松脂成分的研究及改良自20世纪80年代就已开始（雷蕾等，2015a）。湿地松松脂的主要成分为非挥发性松香和挥发性松节油，松香中的海松酸具有杀菌作用，可用于制备抗癌药品（Lai et al.，2020）。松节油的含量常常作为判断松脂质量的标准之一，其含量越高代表松脂品质越好。松节油中的一些成分，如β蒎烯，不仅在生物燃料方面有潜在价值还可以合成香料，是重点研究的成分之一（雷蕾等，2015b）。同时，多项研究表明，湿地松单萜及双萜类的主要成分受到中等或较强的遗传因素控制（李彦杰等，2012a; Lai et al.，2020）。因此，针对松脂成分的选择性育种是可行的。

湿地松松脂产量高低常用产脂力来衡量，产脂力受到较强的遗传因素控制（吴东山等，2019；张建忠等，2010）。因此，高产脂良种的选育十分重要。高产脂优树的鉴别是湿地松产脂性状改良的关键一环，传统的方法是通过下降式割脂法来收集个体的产脂量或产脂力数据，但这种方式可能会影响树木的生长，并且耗时费力。Neis等（2019）建立了一种使用树脂质量流速（resin mass flow rate，RMR）分析快速识别高产脂个体的方法，并验证了这一方法的可靠性；Yi等（2020）也证明了其可靠性，这种方法主要是测量树干上的小面积伤口在短时间（4 h）内流出的松脂质量（RMR）；Yi等（2020）研究表明，高产脂无性系的RMR要显著高于低产脂无性系。以上研究虽然探讨了RMR与松脂产量之间的相关性，但未讨论其与松脂组分之间的关系，并且在以往湿地松高产脂良种选育研究中，大多注重产脂力或产脂量数据，很少关注松脂组分，尤其是在以针对不同松脂组分为目标的良种选育研究方面关注更少。

江西省作为全国湿地松种植面积最大的省份，现有良种多以速生、材用等为主，高产脂湿地松良种缺乏。因此，为了开发现有速生材用良种的脂用价值，本研究以江西省峡江县林木良种场第一代湿地松种子园中36个无性系为材料，测定其树脂质量流速、松脂组分与胸径生长量，通过相关性分析、聚类分析的方法，拟探讨：（1）湿地松松脂的组成成分; （2）树脂质量流速与松脂组分之间的关系; （3）产脂性状在湿地松无性系间是否存在差异。

1 材料与方法

1.1 材料

江西省峡江县林木良种场湿地松一代种子园建于1980年，原有55个无性系，现保存有43个无性系，选择其中长势好、干形通直的36个无性系作为研究材料（良种编号为GLS赣湿1号）。种子园位于江西省峡江县水边镇（115°24′ E、27°33′ N），属于中亚热带季风气候，全年日照为1 752 h，年平均气温为17.7℃，10℃以上有效积温持续250 d，年平均降雨量为1 557.9~1 700.0 mm，年蒸发量为1 458.8 mm。该基地气候温和、雨量丰富、光照充分、四季分明，一年无霜期长达277 d，十分适宜湿地松的生长。

1.2 方法

1.2.1 松脂采集及胸径测量

选择种子园内生长较好、干形通直的36个无性系，使用胸径尺测量胸径，并在同一日通过松脂收集装置（李彦杰等，2012b）采集松脂，在树干的胸径处（1.3 m）打3个斜向上的孔，固定1个15 mL离心管用于收集流出的松脂。在4 h后将离心管取下，立即盖上盖子，为了避免因相关成分的挥发而造成影响，需尽快对松脂进行称重，称重后置于4℃冰箱中，用于松脂组分的测定。

1.2.2 松脂组分分析

取大约0.05 g松脂样品进行甲酯化处理，加入无水乙醇和25% 四甲基氢氧化铵溶液，用酚酞作为指示剂直至液体变红，放入PE气相色谱-质谱分析仪（Clair GC 680-MS 600）中。色谱条件为Elite-5MS石英毛细管柱（30 m × 0.25 mm × 0.25 μm）。程序设定起始温度为60℃，持续2 min；首先以5℃·min^-1的速度升温至80℃，然后以30℃·min^-1的速度升温到230℃，最后以5℃·min^-1的速度升到260℃，持续10 min。进样条件：进样口温度为250℃，进样量为1 μL，分流比为30∶1，载气为高纯氦气（1 mL·min^-1）。电子电离质谱分析条件：溶剂延迟3 min，电子能量为70 eV，离子源温度为230℃，传输线温度为280℃，扫描质量范围为35~620 amu。

1.2.3 数据分析

使用气质联用仪自带的数据库和相关文献进行松脂组分的定性分析，各组分的相对含量通过峰面积归一法来计算。用4 h内收集的松脂的质量来表示树脂质量流速（RMR）。用SPSS软件检验数据是否符合正态分布，符合正态分布的数据用皮尔逊相关系数进行相关性计算。使用SPSS软件，采用K-means聚类方法，以定量数据作为标准对样品进行聚类分析。将聚类的各分组数据与总体平均值分别进行多重比较（t检验），P＜0.05时表示两组样本平均值之间差异性显著。

2 结果与分析

2.1 松脂组分及相关性状差异分析

利用GC-MS技术共鉴定出了21种松脂成分，包括8种单萜成分、13种二萜成分。除了柠檬烯和长叶松酸外，其他成分在绝大部分无性系中都能鉴别出来。单萜类物质的含量为13.87%~21.29%，平均值为17.32%。其中，主要成分为α-蒎烯和β-蒎烯，约占单萜类组分的90%。双萜类物质占所有组分的含量为68.11%~80.96%，平均值为74.20%，其中海松酸型树脂酸为8.29%，枞酸型树脂酸为64.30%。从表1可以看出，含量相对较低的成分比含量高的变异系数普遍要高。在含量超过1%的成分中，变异系数最高的3个成分为水芹烯、β-蒎烯、去氢枞酸，这说明它们有较高的选择潜力。从树脂质量流速和胸径这2个性状可以看出，树脂质量流速（RMR）在不同无性系间的差异较大，是适合选择的指标。

2.2 松脂组分与相关性状的相关性分析

将表1中的所有性状进行相关性分析，结果如图1所示，单萜中的主要成分α-蒎烯与蒈烯、水芹烯呈负相关关系，而β-蒎烯与月桂烯、柠檬烯以及单萜含量有明显的正相关关系。在二萜类成分中，与二萜含量有关联的松脂成分为去氢枞醛、异海松酸、长叶松酸、左旋海松酸、去氢枞酸等，其中大部分属于枞酸型树脂酸。这表明二萜含量与枞酸型树脂酸的总含量具有很强的正相关性，相比之下，与海松酸型树脂酸含量的相关性不明显。二萜类成分总含量与单萜类物质含量之间无明显关联。海松酸型树脂酸的总含量与大部分单萜成分虽无显著的相关性，但枞酸型树脂酸的总含量不仅与β-蒎烯、柠檬烯呈显著负相关，还与水芹烯、草蒿脑显著正相关。

RMR与单萜含量呈显著的正相关关系（相关系数为0.63），与二萜类物质的含量具有弱的负相关性（相关系数仅为-0.32）。在所有的松脂组分中，RMR与单萜中的β-蒎烯和月桂烯有显著的正相关关系，与二萜中的新枞酸及枞酸型物质总含量呈较弱的负相关，但与海松酸型树脂酸无明显相关性。胸径与单萜类组分以及树脂质量流速都无明显关联。从图1可以看出，胸径除了与二萜含量具有较弱的关联以外，还与枞酸型树脂酸含量和二氢枞酸呈弱的正相关关系。

注：松脂组分的单位为%。

Note: Unit of turpentine component is %.

2.3 聚类分析

结合树脂质量流速、单萜含量、枞酸型树脂酸含量、海松酸型树脂酸含量这几个指标对36个无性系进行多维度评价。根据4个指标分别进行聚类分析，可以分成高、中、低三类，即第1类为高水平组、第2类为中水平组、第3类为低水平组，并对不同分类进行多重比较，结果如图2和表2所示。从多重比较的结果可以看出，各等级间差异显著，说明分类比较合理。

2.4 湿地松无性系产脂性状综合评价

根据单萜含量的分类，第1类含4个无性系，分别为6-44、4-11-1、1-38、3-64，比总体平均值高15.4%；海松酸型树脂酸的第1类无性系为1-1-1、2-191、4-11-1、3-64、2-0420、3-468，平均值为9.21，比总体平均值高11.1%且显著高于总体平均值；枞酸型树脂酸的第1组无性系的平均值为7.12，与总平均值差异显著，高出1.6%，包含4-44、2-173、2-164、2-198、2-126、3-426、5-72、1-1-1 八个无性系。以树脂质量流速分类，第1类的平均值为15.15，包含17个无性系，比总平均值高42.79%，与其他两类的差异显著。因此，第1类可以视为产脂力高的无性系。在产脂力高的无性系中， 6-44、4-11-1、1-38、3-64四个无性系单萜含量高、4-11-1、3-64、2-0420、3-468四个无性系海松酸型树脂酸含量高，而无性系2-173枞酸型树脂酸含量较高（表2，图2）。

3 讨论与结论

松脂组分是影响松脂质量的关键，也是高产脂选育的一个重要参考指标。本研究中，湿地松无性系共检测出21种成分，包括8种单萜成分、13种二萜成分。单萜含量为13.87%~21.29%，平均值为17.32%，高于Zhang等（2016）的研究结果（9.89%），略低于吴东山等（2018）的研究结果（20.16%~25.76%），而Lai等（2020）研究的湿地松单萜含量为43.42%~45.32%。造成这种差异的原因可能与地理环境不同有关，Zhang等（2016）的材料来自浙江，而吴东山等（2018）的材料采自广西，不同的地理环境造成不同的水热条件，从而影响树脂的生物合成（Neis et al.，2018）。也可能是受遗传因素的影响，如雷蕾（2015b）等研究发现，高产脂湿地松的单萜含量要高于普通湿地松。本研究中，二萜类物质的含量为68.11%~80.96%，含量最高的为左旋海松酸，与多数研究人员的结果一致（雷蕾等，2015b; Zhang et al.，2016）。

本研究中，湿地松单萜中的主要成分β-蒎烯与月桂烯、柠檬烯以及松节油的含量有明显的正相关关系，表明这些性状可以同时得到改良。这种正相关关系在先前的研究中也得到了证实，如高产脂树木中β-蒎烯和柠檬烯的含量较高（Neis et al.，2019），松脂产量越高的个体，β-蒎烯/α-蒎烯的比值越高（Yi et al.，2020）。本研究发现，RMR与β-蒎烯呈显著的正相关关系。因此，β-蒎烯可作为高产脂无性系的选择指标之一。在二萜类组分中，RMR与二萜中的新枞酸及枞酸型物质总含量呈较弱的负相关，与海松酸型树脂酸无明显相关性。这表明在松脂组分定向改良时，提高枞酸型树脂酸含量可能在一定程度上降低了松脂产量。此外，本研究中，胸径与单萜类组分以及树脂质量流速都无明显关联，仅与二萜含量、枞酸型树脂酸含量具有较弱的相关性，这与湿地松家系产脂力的研究结果类似（李彦杰等，2012b）。

本研究单萜中主要成分为α-蒎烯、β-蒎烯，约占单萜类物质总量的90%。β-蒎烯的变异系数要高于α-蒎烯，这与廖仿炎等（2022）对湿加松的研究结果一致，说明β-蒎烯的选择潜力更大。β-蒎烯是湿地松主要组分中个体遗传力最高的，以10%的入选率可以得到较高的遗传增益（Zhang et al.，2016）。除此之外，β-蒎烯在工业上的广泛用途以及抵御小蠹虫攻击的能力也使其成为最具育种潜力的组分。α-蒎烯作为一种重要的单萜成分，具有多种用途，在医学上具有抗炎抗氧化的作用，可以促进伤口愈合、降低血糖，在土耳其民间被用于治疗风湿性疼痛（Tümen et al.，2018; Santos et al.，2023）；在燃料方面可以作为柴油的添加剂，其特殊结构有助于减少柴油燃烧产生的有害气体（Ai et al.，2022）。除此之外，其他单萜类组分也具有一定的价值，如蒈烯可以作香料以及农药的原料（李思广等，2008），莰烯可以抵御松毛虫进食和产卵（Chun et al.，2007）。

湿地松二萜成分中的大多数海松酸和枞酸都处于中度的遗传控制之下（Lai et al.，2020）。因此，对其开展定向选育是有效的。在市场上，松香的价值虽然不如松节油，但其中的一些成分如果单独分离出来，就会有较高的价值，如海松酸是一种可再生的生物聚酯材料，可用于特殊医学用途（Zia et al.，2016）；枞酸对对乙酰氨基酚（APAP）引起的肝损伤具有保护作用，可以抑制APAP诱导的活化，增加Nrf2表达，并且可以在特殊领域用作生物航空燃料，或作为添加剂来改善传统生物喷气燃料的性能（Li et al.，2020）。作为自然界中广泛存在的一种次级代谢物，萜类成分在未来的医药、化工、食品等领域具有广泛的应用前景，尤其是在绿色环保领域具有很大潜力。

在化学工业中，松脂通常是被分离成不同的组分来加以利用，而不是以聚合物的形式进行开发利用。因此，在以改良产脂性状为目的的湿地松育种计划中不能仅以高产脂为目标，在产脂力高的基础上，要注重松脂成分的定向改良。聚类分析可以按照定量数据将无性系分类，在加勒比松的高附加值松脂成分定向选育中，研究人员通过聚类分析筛选出了加勒比松的高α-蒎烯含量组、高β-蒎烯含量组和高β-水芹烯含量组以及高单萜总含量组的无性系（谢俊康等，2022）。本研究通过聚类分析将湿地松36个无性系按照单萜、海松酸型树脂酸、枞酸型树脂酸含量分成高、中、低三类，高含量组比总体平均值分别高15.4%、11.1%和1.6%，分别含无性系4个、6个、8个。通过对树脂质量流速的聚类分析，将36个无性系按照产脂力分成了高、中、低三组，高产脂无性系组含17个无性系，与其他组之间差异显著。依据不同性状之间的相关性分析结果，在湿地松定向育种研究中，可以针对单一性状进行改良，也可以将产脂力和松脂组分结合起来进行性状改良。在长期育种计划中，将多个性状结合能取得更大的经济收益。在产脂力高的17个无性系中，注重单萜含量的可以选择6-44、4-11-1、1-38、3-64；偏重海松酸型树脂酸含量的可以选择4-11-1、3-64、2-0420、3-468这4个无性系；注重枞酸型树脂酸含量的可以选择2-173。本研究结果可以为湿地松松脂组分的定向选育提供参考依据。

参考文献