5种杉科植物不同部位的精气成分_吴敏

第26卷　第3期　2006年6月

中　南　林　学　院　学　报

JO U RN A L OF CENT RA L SOU T H FO REST R Y U NI VER SIT Y V ol. 26　N o. 3Jun . 2006　

[文章编号]1000-2502(2006) 03-0082-05

5种杉科植物不同部位的精气成分

吴　敏

(中南林业科技大学生命科学学院, 湖南长沙410004)

[摘　要]　为了解杉科植物所含精气的化学成分及其相对含量, 在湖南南岳、江西靖安、浙江临安选择柳杉、杉木、水杉、池杉和落羽

杉5个树种的纯林采集各树种的叶片和木材释放的精气, 采用气相色谱/质谱联机法分析、鉴定其所含化学成分及其相对含量. 结果表明:杉科植物所含主要化学成分是A -蒎烯、B -蒎烯、莰烯, 柳杉的叶片和木材单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达96. 89%、98. 84%; 杉木的叶片和木材所含单萜烯与倍半萜烯相对含量之和分别达95. 60%、96. 34%; 水杉的叶片和木材单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达99. 03%、97. 69%; 池杉的叶片和木材所含单萜烯与倍半萜烯相对含量之和分别达98. 83%、94. 91%; 落羽杉的叶片和木材所含单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达95. 77%、96. 71%.

[关键词]　植物精气; 杉科植物; 化学成分; 相对含量; 生理功效[中图分类号]　S759. 9; Q946. 8　　　　[文献标识码]　A

A Study of Chemical Components in the Volatile Gas from 5Taxodiaceae Species

WU M in

(Life S cience Colleg e , Central South Un iversity of Fores try and Tech nology , Changsha 410004, Hunan , China )

Abstract :T he study collected volatile gas from leaves and w ood of 5T axodiaceae species :Cry tomer ia f ortunei , Cumminghamia

lance olata , M etasequoia glyp tostroboedes , T axodiu m ascend eus an d Tax od ium d istinchum , in Nanyue, Jin'an , L in'an, and analyzed the ch emical components and their relative content in the volatile gas by GC /M S /DS . Resu lts show that monoterpene and Sesquiterpene are the m ain components of the gas. T he relative content of the tow componen ts in volatile gas from leaves and w ood of Crytomeria f ortunei is res pectively 96. 89%and 98. 84%; th at of Cumming hamia lance olata is 95. 60%and 96. 34%; th at of M etasequotia g lyp tostr oboede s is 99. 03%and 97. 69%; th at of T ax od ium asc endens is 98. 83%and 94. 91%; and that of Taxodium distichum is 95. 77%and 96. 71%.The results indicate th at the main components of volatile gas of Taxodiaceae species are monoterpene and Sesquiterpene th at are of diverse phys iological fun ctions. It can be concluded that the 5taxodiaceae species are ideal health care tree s pecies and are of tou rism development valu e.

Key words :volatile gas; Taxodiaceae s pecies ; chem ical components; relative con tent; p hysiological functions

人类利用植物释放的气体来消毒、治病距今已有几千年的历史. 早在4、5千年以前, 埃及人就开始用香料消毒、防腐; 欧洲人很早以前就用薰衣草、桂皮油来治疗神经刺激症. 在我国, 许多古代医学著作中介绍了香料的用途, 如香料可防止霉烂、驱虫防腐等. 3000多年前, 中国人还利用艾蒿沐浴焚薰, 以洁身去秽[1].

1930年, 原苏联列宁格勒大学的杜金博士在研究植物的新陈代谢过程中发现, 植物的花、叶、木材、根、芽等的油腺组织不断分泌出的一种浓香的挥发性有机物能杀死细菌和真菌, 从而防止林木中的病虫危害和抑制

[2]

杂草生长. 他将这种挥发性有机物称之为植物的芬多精(phytoncidere) , 其含义为“植物杀菌素”.

1　研究现状

朱亮峰、陆碧瑶等研究了69科185属484种芳香植物精油的化学成分及其相对含量, 从芳香植物中提取精油再分析其化学成分[3]. 在《植物学报》、《天然产物研究与开发》、《东北林业大学学报》、《武汉植物学报》、《林业

X

[收稿日期]2006-01-08　　　　　　[修回日期]2006-04-20

[基金项目]原林业部重点课题(96-24) 和国家林业局重点课题“植物精气研究”中的部分内容. []() , ,

科学》、《国外林业》等国内外10余种期刊发表了224篇相关内容的论文, 其中有222篇报道了植物精油化学成分的. 1997年, 中南林学院吴楚材教授开始国家林业局重点课题“植物精气研究”, 对159种森林植物器官所释放出来的挥发性有机物进行了大量研究, 发现其化学成分多达440种, 而且作用远远超出了杀虫、杀菌功能, 大

[3]

量的植物挥发性有机物有防病、治病、健身、强体等多种功效, 其将“植物的器官和组织在自然状态下释放出

[2]

的气态有机物”定义为植物精气. 吴楚材等的研究是直接从植物体中采集挥发性气体, 再分析其化学成分. 2004年, 该课题通过专家会议鉴定, 认为“该项成果填补了国内外空白, 达到国际同类研究领先水平”. 植物精气主要成分为芳香性碳水化合物, 主要成分有香精油(萜烯) 、酒精、有机酸、醚、酮等. 已知植物中提取的精油含

[2]

有林木散发出来的萜烯类物质, 其碳架构成是由异戊二烯(iso prene ) 聚合而成, 分子式符合(C 5H 8) n , 故又称异戊二烯类化合物(isopreno ids) , 其是一群不饱合的碳氢化合物[2]. 医学实验证明, 萜烯类物质及萜胼类物质具有灭菌、消炎镇痛、驱风利尿、美容护肤、刺激神经、增强体力、消除疲劳、增加臭氧、净化空气、改善环境等功[3, 4]

效. 日本只木良也博士的研究证明, 萜类物质中, 单萜类与倍半萜类化合物均具有很强的生理功效, 并将单萜烯和倍半萜烯相对含量之和作用衡量植物保健作用的指标[5].

研究杉科植物不同部位的植物精气成分及其相对含量, 为更合理地和更深层次地开发利用植物资源提供科学依据, 从而进一步提高森林的多种功能利用价值, 提高林业的社会地位. 研究杉科植物的精气成分, 还能揭示其保健功能, 为保健树种、四旁绿化、小区绿化、室内装饰的选择, 为房屋建筑、家具用具选择木材和为香料工业、医药工业、饮料工业、食品工业的原料选择提供科学依据.

2　研究方法

2. 1　材料

2. 1. 1　采样地点

在湖南南岳、江西靖安、浙江临安远离闹市、人为活动少、空气清洁、污染少的大面积成熟纯林中设置采样点. 每个采样点选择1株生长良好的标准木作为样本砍伐. 采样点距离林缘100m 以上, 样本枝下高大于1m. 2. 1. 2　试验材料

试验材料为柳杉、杉木、水杉、池杉和落羽杉的叶片和木材. 杉树姿雄伟优美, 是很好的风景园林树种. 杉木Cumminghamia lanceolata (Lamb . ) Hoo k 是我国特有的用材树种, 广泛用于建筑、桥梁、造船、电杆、家具、器

[7]

具、医药等各方面. 柳杉Crytomer ia f ortunei Hooibrenk ex Otto et Dietr, 是我国南方优良速生用材树种, 木材可供房屋、桥梁建筑和车辆船舶、家具农具、美术品用材等, 叶可做线香, 皮可葺屋; 水杉Metasequotia

家具、农具、造纸用材; 树形优美, 是一种良好的绿化树种; 池杉glyp tostroboedes Hu et Cheng , 是建筑、

Tax odium ascend ens Brongn, 木材供建筑、枕木、电杆、桥梁、船舶、车辆、家具等用, 为长江中下游湖网地区的河流两岸、湖泊、水库周围、水渠、道路两旁重要造林绿化树种; 落羽杉Tax odium distichum (Linn. ) Rich, 木材可供建筑、电杆、车辆、造船、家具等用, 我国江南低湿河网地区可用为造林树种或栽培作庭园观赏树用. 2. 2　采样方法

木材样采集:取木材5kg , 劈成长5cm 、宽1～2cm 、厚1～2mm 的薄片, 用XAD -4多孔吸附剂吸附8h , 进气量1. 5L/min.

叶片样采集:在林分中摘取叶片3kg , 用XAD-4多孔吸附剂吸附8h, 进气量1. 5L/m in. 2. 3　成分分析方法

2. 3. 1　气相色谱和色谱/质谱联用分析

分析使用的仪器为Pye Unicam GC304毛细管气相色谱仪, 并配有SP4270微处理机和Finnig an 4510型色谱/质谱/计算机联用仪. 气相色谱分析件:检测器为氢火焰离子检测器(FID ) , 色谱柱为SE -54WCOT 石英毛细管柱, 长30m, 内径0. 2mm. 柱温从80℃开始, 保持2min, 然后上升4℃/min, 流比22∶1, 尾吹37. 5mL/min. 色谱/质谱联机分析条件:色谱柱为长25m 、内径0. 25mm 的SE -54WCOT 石英毛细管柱, 柱温80～190℃, 然后上升4℃/min, 汽化室温度220℃, 载气为氦. 质谱分析源为电子轰击源(EI) , 最子能量为70eV. 2. 3. 2　化合物鉴定

样品经色谱/质谱联机分析得到各组分(峰) 的质谱数据, 将这些数据输入计算机中的INCOS 数据系统, 并通过N IH /EPA/M SDC 系统谱库(美国国家标准局谱库NBB LIBRARY) 进行检索, 并查阅《芳香植物及其化学

[3]

成分》, 确定各化合物的成分, 在上述分析鉴定的基础上, 对色谱/质谱/计算机联用所鉴定的主要化合物, 再用气相色谱标样加入法以及保留时间对照作进一步鉴定. 2. 3. 3　化合物含量测定

各化合物(峰) 通过SP-4270微处理机进行定量分析, 应用面积归一法计算各化合物(峰) 的百分含量.

[6]

3　杉科植物不同器官的精气成分

柳杉、杉木、水杉、池杉、落羽杉叶片和木材精气中所含各种化学成分及其相对含量列于表1.

表1　5种杉科植物叶片和木材精气中所含各种化学成分及其相对含量

Table 1　Chemical components and relative content of phytoncidere in leaves and wood of 5Taxodiaceae Species 　%

化学成分A -蒎烯莰烯桧烯B -蒎烯B -月桂烯蒈烯-2-松油烯A

p -伞花烃-松油烯C

反式-桧烯水合物异松油烯三环烯芳樟醇紫苏烯B -罗勒烯(E) 松香芹酮枞油烯氧化-A -蒎烯顺式-3-蒎酮

小　计A -侧柏烯B -侧柏烯柠檬烯吉玛烯D B-榄香烯顺式-A -佛手烯B -石竹烯罗汉柏烯顺式-B -金合欢烯

肉桂烯小　计

2-甲基-6-亚甲基-1, 7-辛二烯-3-酮乙酸龙脑酯1, 8-桉叶油素十二烷十四烷十二烷醇A -阿拉斯加烯韦得醇桃金娘烯醛-龙脑烯醛A

马鞭草烯酮小　计总　计

99. 39

98. 84柳杉叶片40. 804. 0242. 341. 622. 182. 250. 220. 250. 410. 100. 25

0. 180. 661. 51

木材90. 671. 573. 770. 490. 68

叶片81. 840. 950. 261. 771. 09

杉木

木材77. 811. 520. 772. 40

叶片90. 001. 940. 482. 261. 68

0. 71

1. 410. 33

0. 46

2. 951. 32

0. 35

1. 641. 93

0. 090. 31

1. 892. 40

0. 06

0. 39

水杉

木材80. 823. 481. 723. 200. 77

叶片94. 430. 740. 551. 531. 10

池杉

木材71. 692. 081. 165. 264. 35

叶片9. 181. 440. 243. 562. 99

落羽杉

木材78. 132. 111. 613. 751. 60

单萜烯

1. 23

0. 521. 12

0. 080. 08

92. 262. 330. 941. 210. 15

97. 67

88. 26

84. 24

98. 05

94. 78

98. 720. 11

1. 66

7. 000. 24

2. 781. 040. 296. 252. 600. 740. 4614. 16

0. 73

1. 27

6. 8288. 82

95. 040. 061. 71

4. 2791. 88

倍半萜烯

0. 25

1. 64

4. 630. 220. 10

0. 331. 350. 440. 460. 25

0. 240. 35

0. 44

0. 22

1. 22

1. 66

0. 98

2. 91

0. 110. 08

0. 697. 51

1. 77

0. 564. 83

0. 500. 92

0. 57

其它

2. 50

0. 55

0. 040. 03

2. 7398. 33

2. 9998. 99

0. 9599. 98

1. 6699. 35

0. 0898. 91

1. 4296. 33

3. 0699. 87

1. 1297. 83

　　由表1可见, 柳杉叶片与木材中单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达96. 89%、98. 84%; 杉木的叶片与木材中单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达95. 60%、96. 34%; 水杉叶片和木材释放的精气成分94%是单萜烯类物质; 水杉的叶片与木材中单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达99. 03%、97. 69%; 池杉的叶片与木材中单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达98. 83%、94. 91%; 落羽杉的叶片与木材中单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达95. 77%、96. 71%.柳杉、杉木、水杉、池杉、落羽杉叶片和木材精气GC-M S 总离子谱见图

1.

图1　5种杉科植物叶片和木材精气GC-M S 总离子谱

Fig . 1　GC -MS mass spectrum of total ion in leaves and wood of 5Taxodiaceae species

图1进一步说明, 5种杉科植物释放的精气中的化学成分主要是单萜烯与倍半萜烯. 单萜烯和倍半萜烯相对含量之和是衡量植物保健作用的重要指标. 分析结果表明, 5种杉科叶片和木材释放的主要精气成分是单萜烯和倍半萜烯, 其含量均在90%以上, 具有很强的生理功效, 说明柳杉、杉木、水杉、池杉和落羽杉是理想的保健树种.

4　结论与建议

(1) 杉科植物所含主要化学成分是A -蒎烯、-蒎烯、莰烯. 柳杉的叶片和木材单萜烯、倍半萜烯相对含量之B 和分别达96. 89%、98. 84%; 杉木的叶片和木材所含单萜烯与倍半萜烯相对含量之和分别达95. 60%、96. 34%; 水杉的叶片和木材单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达99. 03%、97. 69%; 池杉的叶片和木材所含单萜烯与倍半萜烯相对含量之和分别达98. 83%、94. 91%; 落羽杉的叶片和木材所含单萜烯、倍半萜烯相对含量之和分别达95. 77%、96. 71%.

(2) 单萜烯和倍半萜烯相对含量之和作为衡量植物保健作用的指标. 5种杉科叶片和木材释放的主要精气成分是单萜烯和倍半萜烯, 其含量均在94%以上, 具有很强的生理功效, 说明柳杉、杉木、水杉、池杉和落羽杉是理想的保健树种. 可以在杉科植物的纯林中建立森林浴场、森林保健中心、森林医院, 从而广泛开展森林游憩活动, 此活动有利用旅游者身心健康.

(3) 中国是世界上物种最丰富的国家之一, 有高等植物32000余种. 已分析精气成分及其含量的植物仅159种, 还有大量的植物资源有待进一步研究, 进一步深层次开发利用. 希望有更多的财力、物力、人力投入植物精气研究.

(4) 目前, 仅鉴定分析出159种植物精气的440种化学成分以及各种主要成分的生理功效; 还有更多的化学成分的生理功效有待研究.

(5) 建议今后进一步研究杉科植物精气成分的绝对含量, 更广阔地开辟森林植物新的深层次的利用途径, 提高森林的多种功能利用价值, 促进林业可持续发展.

[参　考　文　献]

[1]　陈培栋. 用植物精气为人类造福[N]. 中国绿色时报, 2005-03-10(4) . [2]　吴楚材, 郑群明. 植物精气研究[J ]. 中国城市林业, 2005(4) :61-63.

[3]　朱亮锋, 陆碧瑶, 李宝灵, 等. 芳香植物及其化学成分[M ]. 海口:海南出版社, 1993. 6. [4]　吴章文, 吴楚材, 石强. 槲树精气的研究[J ]. 中南林学院学报, 1999, 19(4) :38-40.

[5]　只木良也, 吉良龙夫. 人与森林——森林调节环境的作用[M ]. 唐广仪等译. 北京:中国林业出版社, 1992. [6]　祁承经, 林亲众. 湖南树木志[M ]. 长沙:湖南科学技术出版社, 2000. [7]　刘代中. 森林浴——最新潮健身法[M ]. 台北:青春出版社, 1985.

[本文编校:胡曼辉]