生态学报  2014, Vol. 34 Issue (11): 2954-2962

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尹艺凝, 张文辉, 何景峰, 胡晓静
YIN Yining, ZHANG Wenhui, HE Jingfeng, HU Xiaojing
四种类型栓皮栎栲胶含量
The content of tannin extract in four types of Quercus variabilis
生态学报, 2014, 34(11): 2954-2962
Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(11): 2954-2962
http://dx.doi.org/10.5846/stxb201308242145

文章历史

收稿日期:2013-08-24
修订日期:2014-03-04
四种类型栓皮栎栲胶含量
尹艺凝, 张文辉 , 何景峰, 胡晓静    
西北农林科技大学西部环境与生态教育部重点实验室, 杨凌 712100
摘要:为了阐明不同类型(薄皮深裂、薄皮浅裂、厚皮深裂、厚皮浅裂)栓皮栎各器官栲胶含量, 系统采集了秦岭南坡商州区4种类型的栓皮栎不同径级植株根、主干木材、叶片、枝条和树皮样品, 用紫外光分光光度法(UV Spectrophotometry)测定了4种类型栓皮栎不同器官栲胶含量, 分析了林木生长与栲胶含量的关系。结果表明, (1) 4种类型栓皮栎的根、主干木材、叶片、枝条和树皮单宁含量平均值分别为2.64%-3.02%、1.74%-2.02%、6.63%-7.21%、4.69%-5.10%、8.87%-9.46%, 叶片、枝条和树皮均可以作为栲胶生产主要原材料。(2)不同类型各器官单宁含量存在极显著差异(P < 0.01), 4种类型的树皮、叶片、枝条单宁含量均表现为: 厚皮深裂型 > 厚皮浅裂型 > 薄皮深裂型 > 薄皮浅裂型;根部和主干木材在4种类型间单宁含量表现为: 薄皮深裂型 > 薄皮浅裂型 > 厚皮深裂型 > 厚皮浅裂型;厚皮深裂类型的栓皮栎是提取栲胶的最佳类型。(3) 4种类型栓皮栎各器官单宁含量与胸径呈显著正相关, 各器官单宁含量随着栓皮栎胸径增大而增多, 并最终趋于稳定, 在第Ⅳ径级(胸径20.1-25 cm)时,栲胶含量均值最大。因此, 栲胶生产可以高效利用第Ⅳ径级及其以上径级的栓皮栎, 并对第Ⅳ径级以下栓皮栎进行定向培育和重点保护。
关键词栓皮栎    栲胶    单宁    器官    胸径    
The content of tannin extract in four types of Quercus variabilis
YIN Yining, ZHANG Wenhui , HE Jingfeng, HU Xiaojing    
Key Laboratory of Environment and Ecology Education Ministry in West China, Norwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China
Abstract:Tannin extract is one of the significant forestry chemical products. The main component of tannin extract is tannin. Tannin, which is an important chemical material for forestry, can be extracted from the organs of Quercus variabilis widely in China. To illustrate the variation of tannin content, the barks, shell buckets, fruits, roots, stems and leaves of 72 Q. variabilis trees from the four types were sampled based on different diameters at breast height were on the south slopes of Qinling Mountains in October 2012. The content of tannin in the organs were analyzed by UV spectrophotometry, and the influence of tree growth on the tannin content was detected by Pearson correlation and linear regression. The result indicated that there was a great variation between the individuals of the four types. Our aim is to provide an reference and experiment basis for the directive cultivation and effective utilization of Q. variabilis resources. It was showed concretely as follows. (1) The average tannin content of 2.31%-2.72% was found in the roots of the four typesof Q. variabilis, as well as 1.31%-1.72% in the stems, 6.32%-6.89% in the leasves, 4.49%-4.92% in the branches and 8.17%-8.86% in the barks. The content of tannin in the leaves, branches and barks are much higher than that in the roots and stems obviously. Leaves, branches and barks were suggested as the major raw materials of tannin extract. (2) The significant difference of tannin content was observed among the different organs of the four types of Q. variabilis. In the leaves, branches and barks, the content of tannin ranged from high to low as the thick bark deep crack type, the thick bark shallow crack type, the thin bark deep crack type, the thin bark shallow crack type. The tannin content in the roots and stems of the four types ranged from high to low as the thin bark deep crack type, the thin bark shallow crack type, the thick bark shallow crack type, the thick bark deep crack type. Because of the tannin content in the leaves, branches and barks with a high level, the Q. variabilis with the thick bark deep crack type was the best one in the four types for tannin extract. (3) The tannin content of the different organs in the four types augmented with the increasing DBH of the trees, and the top value was observed in the DBH of 20. 1-25cm. The DBH and the height of trees affected the tannin content positively. The suggestion is that the Q. variabilis with DBH above 25cm should be applied fully and efficiently for tannin extraction, or it should be priority for directive cultivation and special protection.
Key words: Quercus variabilis    tannin extract    tannin content    organ    diameter at breast height    

栲胶(Tannin extract)是重要的工业原料,主要成分是单宁。单宁是一种相对分子质量为500—3000 Da的复杂多酚衍生物,在栎类植物的树皮、树叶、果壳、果实、根等器官中广泛存在[1],有较强的生理活性[2, 3],是一种天然可再生资源,具有较大的经济价值。栲胶是我国重要的林业化工产品之一,我国栎类资源丰富,橡碗、树皮栲胶是我国栲胶的主要类型[4],在国民经济中起着不可或缺的作用,主要涉及鞣皮、制革、医药、印染、石油化工、塑料制品、食品、水处理等多个应用领域[5, 6, 7, 8]

栓皮栎(Quercus variabilis)为壳斗科栎属落叶乔木,速生、耐旱、耐瘠薄,是我国著名富含栲胶的树种[9],也是我国暖温带落叶阔叶林和亚热带常绿落叶阔叶混交林的重要建群种,秦巴山区是其核心分布区,黄土高原黄龙山也有少量分布[10, 11]。由于分布区域气候、土壤、空间位置等条件的复杂及差异,栓皮栎天然种群在形态、生长等方面存在着丰富的类型[12, 13]。周建云等[14, 15]对秦巴山区和黄龙山区的栓皮栎天然类型研究发现,秦岭林区栓皮栎树皮厚度和开裂程度存在明显差异,他以胸高处树皮厚度及其开裂方式作为划分指标,将栓皮栎天然类型划分为厚皮深裂、厚皮浅裂、薄皮深裂、薄皮浅裂4种类型,并发现4种类型同工酶差异显著。任耀忠等[16, 17]运用RAPD技术,证实了4种类型栓皮栎间DNA差异显著,与表型类型相一致,完全支持周建云对栓皮栎4个不同的类型划分。他进一步分析了4种类型栓皮栎栓皮的优良特性、子代(家系)苗期高度和地径的速生性等,综合评价发现厚皮深裂型是培育软木等资源的最佳类型,应当作为定向培育和资源保护首选类型。针对栓皮栎4个类型的研究,已经在表型特征、分子和遗传学特征等方面开展研究,但对不同类型各器官栲胶含量尚未测定。栓皮栎作为栎类重要的栲胶资源树种,开展不同类型各器官栲胶含量研究,是栓皮栎资源持续高效利用基础,也是栓皮栎作为珍贵用材树种培育亟待解决的重要问题。

此前国内对栓皮栎栲胶生产利用的研究多集中于橡碗栲胶,重点是提取工艺和橡碗收集[1, 6, 18],而针对栓皮栎不同器官的栲胶提取、以及不同年龄个体各器官单宁含量的报道较少。如何保护现有资源,实现经济效益持续增长是目前人们关注的热点,而高效利用栓皮栎栲胶资源是森林多功能利用的重要方向。栓皮栎根、枝条、叶、树皮等器官均含有栲胶,林木生长不同阶段各器官栲胶含量不同,同一器官在不同时期栲胶含量也会有变化,这些是科学利用林产资源特别是高效利用栲胶资源的基础。深入系统地研究不同类型栓皮栎栲胶含量及其在各器官中的分布特点,对于栓皮栎栲胶资源高效利用具有重要意义。

本研究以秦岭南坡同一生境天然林中栓皮栎不同类型(厚皮深裂、厚皮浅裂、薄皮深裂和薄皮浅裂)林木个体为研究对象,在落叶前(10月)采样采用分光光度法系统测定了不同类型不同径级的栓皮栎根、主干木材、枝条、叶、树皮器官栲胶含量,阐明4种类型栓皮栎根、主干木材、枝条、叶、树皮中栲胶含量,分析不同径级各器官栲胶含量,为栓皮栎栲胶资源高效利用提供参考依据。

1 研究地区、材料与方法 1.1 研究区概况

秦岭南坡是栓皮栎分布重要核心区之一,海拔1500 m以下栓皮栎类型丰富,个体生长发育良好。本研究区域选择在陕西省商洛市山阳县(109°58′28″—110°19′32″E,33°36′13″—33°57′25″N),地处秦岭南坡,属亚热带向暖温带过渡的季风性半湿润气候。平均海拔1100 m—1500 m,年平均气温13.1 ℃,年降水量700—900 mm,年平均日照2133.8 h,年无霜期207 d。土壤以山地黄褐土为主。地带性植被为暖温带落叶阔叶林,主要乔木树种主要为栓皮栎(Quercus variabilis),占林地乔木层80%以上,伴有油松(Pinus tabulaeformis)、华山松(P.armandii)、槲树(Q.dentata)、等;主要灌木物种主要有鼠李(Rhamnus davurica)、黄栌(Cotinus coggygria)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、黄刺玫(Rosa xanthina);主要草本植物有苔草(Carex tristachya)、披碱草(Elymus dahuricus)和败酱(Patrinia scabiosaefolia)等。

1.2 试验材料 1.2.1 不同类型栓皮栎不同器官取样

2012年10月在秦岭南坡商洛市山阳县林区,选择阳坡下部生境,林相均一,郁闭度为0.8,栓皮栎占75%—90%以上,该林地从1988年以来未经任何管理措施,属于天然恢复形成的近成熟林。以不同类型[14, 15, 16, 17](厚皮深裂、厚皮浅裂、薄皮深裂、薄皮浅裂)生长良好、树干通直圆形、平均胸径为20 cm栓皮栎个体为对象,选择标准株后按器官分别采样。树皮: 在标准株上采集主干距离地面1.3 m处树皮(采样至周皮形成层,10 cm ×10 cm);叶片: 采集树冠上部阳面叶片;枝条: 采集树冠上部阳面基部直径≤2 cm枝条;主干木材: 砍取基部直径≥5 cm的主枝(木质部)代替主干木材;根: 在地下挖取直径1—3 cm根系混合取样。每个类型同一胸径选择3株标准木进行生态学和生物学上的重复采样,将采集到的不同部位材料分别包装,标记后带回实验室以备使用。

1.2.2 不同胸径栓皮栎不同器官取样

选取秦岭南坡阳坡下部林相相对较好的栓皮栎天然林中,对不同胸径的栓皮栎进行采样。将栓皮栎划分为5个径级: 胸径在5.0—10.0 cm为第Ⅰ径级,10.1—15.0 cm为第Ⅱ径级,15.1—20.0 cm为第Ⅲ径级,20.1—25.0 cm为第Ⅳ径级,25.1—30.0 cm为第Ⅴ径级,每个径级采集4个类型栓皮栎各3株,方法同1.2.1 。

1.3 测定方法 1.3.1 试剂与仪器

试剂: 单宁酸标准品、钨酸钠(天津市天力化学试剂有限公司);磷钼酸、磷酸、无水碳酸钠(四川西陇化工有限公司)等均为分析纯、无水乙醇(西安三浦化学试剂有限公司)、蒸馏水。

仪器: 日本岛津UV-1800紫外光分光光度、R-1001旋转蒸发仪、SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)、TG16-W微量高速离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司)、SB-5200超声波清洗机(宁波新芝生物科技股份有限公司)、FW135植物粉碎机、101-2AB电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器公司)、筛网(孔径60 mm)、AUY220电子分析天平、HH-6数显恒温水浴锅(图华电器有限公司)。

1.3.2 样品处理与提取

栓皮栎不同器官样品洗净去杂,放入恒温干燥箱中60 ℃条件下烘干至恒重,粉碎后过孔径为60目筛网,冰箱密闭保存备用[19, 20]。精确称取4种类型栓皮栎各器官样品各2.0 g,重复取样10份。加入60%乙醇40 mL,80 ℃回流提取4 h。抽滤得到滤液,60 ℃减压浓缩,定容至250 mL,待用[21]

1.3.3 单宁含量测定

本文测定的是栓皮栎不同器官单宁总量,采用Folin-Denis 分光光度法进行单宁含量的测定[21, 22, 23]。Folin-Denis试剂: 准确称取10 g钨酸钠,2 g磷钼酸溶于20 mL蒸馏水中,加入5 mL磷酸,加热回流2 h,冷却至室温,定容至100 mL。单宁酸标准曲线的绘制: 准确量取0.1 mg/mL的单宁标准液各0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 mL,分别加入F-D显色剂1 mL,摇匀后加入1 mol/l碳酸钠溶液5 mL,加入60%乙醇定容至25 mL,室温静置30 min,4000 r/min离心10 min。以相应试剂作为空白,取上清液在716 nm波长下测得吸光度,得到标准曲线: y=72.909x+0.0026,相关系数R2=0.9998,y为吸光度, x为单宁酸浓度。用移液管移取待测样品原液1.0 mL,根据标准液计算提取液单宁的含量。

1.3.4 吸光度结果检查

吸光度结果检查参照谢久祥的方法[24]进行。

(1)稳定性试验 取栓皮栎厚皮浅裂型叶片样品制备样品溶液,按照1.3.3 测定方法,样品分别放置0、2、4、6、8、10 h测定单宁含量,得到相对标准偏差(RSD)值为0.33%。

(2)精密度试验 取栓皮栎厚皮浅裂型树皮样本制备6份样品溶液,测定单宁含量,RSD值为0.04%。

(3)重现性试验 取相同质量的栓皮栎薄皮浅裂型枝条样本制备10份样品溶液并按照上述测定方法计算单宁含量,RSD值为2.73%。

(4)加样回收试验 取栓皮栎厚皮深裂型树皮单宁含量的样品6份,分别加入200 μL单宁酸标准液,测定单宁含量得到,平均加标回收率为99.89%,具有良好的回收率。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2007进行数据的初步计算及处理,SPSS 13.0软件中单因素方差分析(one-way ANOVA),最小显著差异法(LSD)和Duncan多重比较法,对比4种类型栓皮栎不同器官单宁含量差异(α=0.05),并用Pearson相关系数评价不同类型栓皮栎树体生长与各器官单宁含量的相关关系并作回归分析。

2 结果与分析 2.1 4种类型栓皮栎单宁含量差异

表 1可见,4种类型栓皮栎各器官单宁含量明显不同,单因素方差分析表明,4种类型的根、主干木材、叶片、枝条、树皮中单宁含量均存在极显著差异(P<0.01),4种类型各器官的单宁含量高低表现出一定的规律性,即4种类型间根部和主干木材均表现为: 薄皮深裂型>薄皮浅裂型>厚皮深裂型>厚皮浅裂型;4种类型中树皮、叶片、枝条单宁含量大小均表现为: 厚皮深裂型>厚皮浅裂型>薄皮深裂型>薄皮浅裂型,不同类型栓皮栎各器官单宁含量的差异可能与其进化适应相关,从另一方面支持了周建云、任耀忠等人的观点。厚皮深裂型栓皮栎树皮、叶片、枝条单宁含量栲胶含量均较高,是生产栲胶原料的主要类型,在以生产栲胶为目的的森林定向培育中,应作为主要栽培对象。

表1 4种类型栓皮栎各器官单宁含量与差异分析(平均值±标准误差) Table 1 Tannin content in different organs of Q.variabilis from four types (Mean±SE)
类型 Type单宁含量 Tannin content/%
根Root主干木材Stem叶片Leaf枝条Branch树皮Bark
同一列数字后不同小写字母表示同一器官中的单宁含量在不同栓皮栎类型间差异极显著(P<0.01),同一行数字后不同大写字母表示单宁含量在不同器官间差异极显著,
薄皮深裂Thin bark deep crack3.02±0.05aA2.02±0.05aB6.75±0.06aC4.81±0.09aD8.99±0.09aE
薄皮浅裂Thin bark shallow crack2.85±0.04bA1.83±0.04bB6.63±0.05aC4.69±0.07aD8.87±0.07aE
厚皮深裂Thick bark deep crack2.71±0.04cA1.77±0.03bB7.21±0.08bC5.10±0.09bD9.46±0.06bE
厚皮浅裂Thick bark shallow crack2.81±0.02dA1.74±0.03bB6.96±0.08cC4.86±0.06aD9.18±0.06cE
变异系数 CV/%6.788.794.495.823.45
2.2 栓皮栎不同器官单宁含量差异

同一类型栓皮栎的不同器官中单宁含量明显不同(表 1),方差分析表明同一类型不同器官之间单宁含量存在极显著差异(P<0.01)。4种类型的5个器官单宁含量从高到低变化趋势皆表现为: 树皮>叶片>枝条>根>主干木材。可能是源于器官的功能差异,导致次生代谢产物种类和含量上的不同。通过对比可以发现,栓皮栎各类型树皮、叶片、枝条中单宁含量明显高于其根部和主干木材部。树皮、叶片和枝条便于多次采收,对树木的损害性较小且可以重复利用,这一结论为将树皮、叶片和枝条作为栲胶原料持续利用提供了依据。

2.3 栓皮栎不同径级植株中单宁的含量比较

随着胸径的增加,4种类型栓皮栎不同器官中单宁含量呈现一定的动态变化(表 2),总体上看,4种类型不同径级间各器官单宁含量均表现为极显著差异(P<0.01)。4种类型根部单宁含量都呈递增趋势,均在第Ⅴ径级达到最大,分别增长了27.20%、33.75%、34.84%、37.21%。两种薄皮类型主干木材单宁含量随着胸径增加而增长,均在第Ⅲ径级达到峰值之后呈现下降趋势,而两种厚皮类型则增加至第Ⅳ径级后出现缓慢下降趋势;4种类型的叶片单宁含量随胸径增加均呈现显著上升趋势,分别增长了11.70%、8.20%、9.30%、10.37%,但薄皮浅裂型在第Ⅳ径级达到峰值后略有下降;4种类型的枝条单宁含量随着胸径的增加而增长,但两种厚皮类型上升到第Ⅳ径级后分别下降了6.07%、3.45%;4种类型的树皮单宁含量均随胸径的增加而大幅度增加,且均在第Ⅳ径级达到峰值,分别增加了12.72%、13.28%、14.32%、13.30%,而后出现一定程度下降趋势。以上结果表明4种类型栓皮栎各器官单宁含量随胸径的增加而增加,但到了一定程度后会有小幅度下降,可以看出4种类型栓皮栎各器官单宁含量的增长与胸径的生长趋势是基本一致的,也有不同的生长发育期,幼年期单宁含量增长缓慢,中期增长速度加快,后期又减慢并趋于稳定。因此在培育、经营和利用栓皮栎资源时,应在林木达到第Ⅳ径级及其更大径级时加以充分利用,而对低于第Ⅳ径级的林木应作为定向培育与重点保护的对象。

表2 4种类型栓皮栎不同径级植株不同器官中单宁含量 Table 2 Tannin content in different organs of four types from Q.variabilis with different diameter at breast height (Mean±SE)
类型 Type胸径径级 DBH class胸径 DBH/cm树高 Height/m单宁含量 Tannin content/%
根 Root主干木材 Stem叶片 Leaf枝条 Branch树皮Bark
**极显著水平;*显著水平; 同一列数字后不同小写字母表示单宁含量在不同径级间差异极显著(P<0.01)
薄皮深裂8.12±0.73a7.24±0.98a2.40±0.02a1.48±0.04a6.24±0.05a4.43±0.06a8.10±0.10a
Thin bark deep crack12.46±1.14ab9.52±0.73b2.77±0.03b1.78±0.03b6.47±0.04b4.62±0.03b8.38±0.08a
 16.82±0.79b11.85±1.12c2.94±0.04c2.03±0.06c6.61±0.08b4.73±0.03b8.70±0.13b
 23.14±0.51c12.89±1.00c3.13±0.05d1.89±0.03d6.86±0.05c4.88±0.04c9.13±0.12cd
 26.8±0.36d14.58±0.83d3.21±0.06d1.79±0.03bd6.97±0.07c4.94±0.05c9.04±0.11d
 P0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**
 变异系数 CV/%40.7824.6810.7011.164.424.385.26
薄皮浅裂7.96±0.63a7.22±1.51a2.39±0.02a1.32±0.03a6.23±0.06a4.28±0.08a7.98±0.08a
Thin bark shallow crack11.86±0.54b9.27±1.16b2.55±0.06b1.55±0.03b6.34±0.03a4.47±0.16b8.21±0.08a
 16.50±0.66c11.58±0.69c2.72±0.04c1.84±0.03c6.56±0.07b4.62±0.11bc8.86±0.11b
 22.52±0.47d12.54±0.68c2.95±0.06d1.81±0.02c6.73±0.04c4.75±0.12cd9.04±0.09b
 26.74±0.34e14.18±0.76d3.04±0.06d1.73±0.03d6.69±0.05bc4.82±0.10d8.52±0.09c
 P0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**
 变异系数 CV/%41.2724.369.8112.463.514.955.23
厚皮深裂8.54±0.35a7.76±0.56a2.21±0.04a1.26±0.02a6.67±0.08a4.68±0.08a8.32±0.03a
Thick bark deep crack13.86±0.64b10.24±0.33b2.39±0.03b1.42±0.04b6.94±0.07b4.89±0.04bd8.89±0.13b
 17.08±0.78c12.56±0.56c2.68±0.03c1.76±0.03c7.17±0.10bc5.04±0.08bc9.22±0.11bd
 24.28±0.28d14.64±0.27d2.87±0.02d1.83±0.03c7.26±0.07c5.11±0.09c9.71±0.12c
 28.18±0.76e16.26±0.56e2.98±0.05e1.75±0.03c7.29±0.08c4.80±0.03ad9.43±0.15cd
 P0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**0.0020.000**
 变异系数 CV/%39.7926.4211.1414.654.114.355.95
厚皮浅裂 8.31±0.54a7.64±0.68a2.15±0.03a1.25±0.02a6.46±0.07a4.45±0.08a8.27±0.04a
Thick bark shallow crack13.02±0.69b9.48±1.00a2.33±0.01b1.37±0.03b6.67±0.05b4.65±0.03b8.60±0.08b
 17.28±0.43c12.36±0.49b2.61±0.05c1.73±0.03c6.83±0.04b4.78±0.03bd8.95±0.11c
 23.98±0.67d14.32±0.51c2.78±0.03d1.82±0.02d7.04±0.08c4.93±0.06cd9.37±0.11d
 27.16±0.77e16.08±0.42c2.95±0.04e1.73±0.02c7.13±0.06c4.76±0.04b9.25±0.10d
 P0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**0.000**
 变异系数 CV/%39.7926.4211.9014.864.094.275.18
2.4 栓皮栎不同器官单宁含量与树体生长的相关分析

栓皮栎单宁含量与树体生长密切相关。由表 3可见,总体上,4种类型栓皮栎不同器官单宁含量均与树体生长呈现显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关性,在4种类型的栓皮栎中,根、主干木材、叶片、枝条、树皮单宁含量均随着胸径和树高的增加呈现出显著地增长的趋势,说明在4种类型栓皮栎中,树体生长可能是影响单宁含量的主要指标。

表3 4种类型栓皮栎不同器官单宁含量与树体生长的相关分析 Table 3 Correlation analysis between tannin content and tree growth in different organs of Q.variabilis from four types
类型 Type树体生长 Tree growth 器官 Organs
根 Root主干木材 Stem叶片 Leaf枝条 Branch树皮Bark
薄皮深裂胸径 0.900**0.488*0.908**0.859**0.814**
Thin bark deep crack树高0.880**0.583**0.841**0.843**0.823**
薄皮浅裂 胸径 0.907**0.721**0.805**0.855**0.592**
Thin bark shallow crack树高0.911**0.798**0.837**0.807**0.580**
厚皮深裂 胸径 0.949**0.810**0.762**0.497*0.811**
Thick bark deep crack树高0.930**0.837**0.800**0.428*0.841**
厚皮浅裂胸径 0.935**0.862**0.885**0.604**0.837**
Thick bark shallow crack树高0.885**0.804**0.823**0.772**0.742**

通过逐步回归分析,剔除不重要的自变量后得到4种类型栓皮栎不同器官单宁含量(y)随胸径(D)的变化的最优回归方程(表 4),表明胸径可以代替年龄作为反映栓皮栎各器官单宁含量的重要指标而应用于生产实践。

表4 栓皮栎不同器官单宁含量(y)与胸径(D)的回归方程 Table 4 The regression equation of tannin content (y) and diameter at breast height (D) in different organs of Q.variabilis from four types
类型 Type组分 Component回归方程 Regression equationR2
薄皮深裂y=1.5227+0.1618D-0.0063D2+9.8×10-5D30.846
Thin bark deep crack主干木材y=0.7430+0.1207D-0.0028D2-1.0×10-5D30.680
 叶片y=6.3208-0.0384D-0.0049D2-1.0×10-4D30.829
 枝条y=4.5432-0.0340D+0.0039D2-8.8×10-5D30.745
 树皮y=9.0980-0.2411D+0.0189D2-0.0004D30.693
薄皮浅裂y=2.4418-0.0400D+0.0053D2-0.0001D30.836
Thin bark shallow crack主干木材y=0.8122+0.0694D+0.0003D2-6×10-5D30.792
 叶片y=6.2942-0.0446D-0.0058D2-0.0001D30.693
 枝条y=4.2519-0.0149D+0.0035D2_8×10-5D30.749
 树皮y=8.6181-0.2550D+0.0269D2_0.0007D30.765
厚皮深裂 y=1.8165+0.0384D+0.0011D2_4×10-5D30.917
Thick bark deep crack主干木材y=1.1493-0.0252D+0.0057D2_0.0001D30.837
 叶片y=5.3448+0.2230D_0.0093D2_0.0001D30.667
 枝条y=4.3353+0.0253D+0.0026D2_0.0001D30.663
 树皮y=7.3276+0.1069D+0.0022D2_0.0001D30.767
厚皮浅裂y=2.1003-0.0259D+0.0049D2-0.0001D30.889
Thick bark shallow crack主干木材y=1.2746-0.0532D+0.0073D2_0.0001D30.884
 叶片y=6.1185+0.0329D+0.0011D2_4×10-5D30.803
 枝条y=4.5404-0.0589D+0.0075D2_0.0002D30.635
 树皮y=9.1860-0.2518D+0.0213D2_0.0004D30.788
3 讨论

栓皮栎是生产栲胶的重要经济树种,白超等[25]认为厚皮类型栓皮栎软木优于薄皮类型,任耀忠和张文辉等[17]对4种类型栓皮栎的优良性、速生性和抗旱性的研究表明,其综合优良性为: 厚皮深裂型>厚皮浅裂型>薄皮深裂型>薄皮浅裂型,厚皮深裂型应作为遗传改良和资源保护的首选类型,同时也是软木、栲胶生产的优良类型。本研究结果与其相似,不同类型栓皮栎的树皮、叶片、枝条单宁含量均处于较高水平,其大小顺序表现为: 厚皮深裂型>厚皮浅裂型>薄皮深裂型>薄皮浅裂型,也表明厚皮深裂类型是4种类型栓皮栎中最为优良的类型,因而应作为栲胶资源树种首选类型进行重点培育和利用。

很多研究证明栓皮栎不同器官单宁含量不同,胡芳名[26]、郭利勇等[27]对栎属植物的研究表明栎属植物是可供利用的重要鞣料植物,果实的壳斗(通称橡碗)、树皮、树叶及木材含有较多的单宁,其中栓皮栎壳斗、树皮单宁含量分别达17%—27%、6.2%—10.6%;谢久祥等[24]对油松不同部位单宁的含量进行研究发现叶中最高,根次之,树干中最低。Favre等[28]对欧洲栓皮槠(Q.suber)的研究也发现,树皮、叶片、心材单宁含量较高分别为8.3%、7.2%、6.7%。栓皮栎各器官单宁含量与上述报道基本一致,但也有特殊性,如Hernes等[29]研究显示维管植物中单宁主要存在于植物的根中,其含量可以高达20%;王文杰等[30]也认为兴安落叶松根部单宁含量可达到7.8%。而本研究结果表明4种类型栓皮栎根部单宁含量较低,树皮、叶片和枝条单宁含量较高,是栲胶生产原料的主要器官。树皮、叶片、枝条都是可再生资源,且叶片和枝条便于大量采摘,对树木损害性较小,基本不影响第2年的正常生长,可以重复利用、多年受益,并可以在软木生产加工[31]前对树皮进行采剥用于栲胶的提取,可以充分高效利用栓皮栎资源。

胡云云等[32]研究表明,由于天然林中树木年龄很难测定,因此可用林木胸径结构代替树龄结构。白超等[25]对栓皮栎软木特性分析也表明可用胸径代替年龄反映周皮厚度。本研究也发现栓皮栎各器官单宁含量与树体生长存在极显著的正相关性,可用胸径代替年龄,直接反映不同年龄阶段单宁含量的变化。不同年龄植株对不同器官单宁含量的影响,国内形成较为一致的结论,即随着年龄的增长单宁含量有上升趋势,本研究结果与其一致。罗美娟等[33]研究几种木麻黄单宁含量与年龄的关系,认为木麻黄单宁含量随年龄的增加而增大。林益明等[34]发现红树植物的单宁含量随着年龄增长单宁含量有增加趋势。王跃邦和杨树生等[35]对火炬树提取栲胶表明随着年龄的增加叶片单宁含量也增加,且3—5年生火炬树叶片提取栲胶最好。本研究结果表明,栓皮栎各器官单宁含量随年龄的增加而呈上升趋势,在第Ⅳ径级(胸径20.1—25 cm)达到峰值提取栲胶最佳,建议在经营培育和利用栓皮栎资源时,对林木达到第Ⅳ径级及更大径级加以充分利用,而低于第Ⅳ径级的林木应进行定向培育与重点保护。不同学者的研究结果不尽一致,说明栓皮栎的不同器官、不同年龄的单宁含量高低是一个复杂并具有探索性的问题,有待进一步研究。

参考文献
[1] Sun D W.Vegetable Tannin Extracts Production Technology.Beijing: China Forestry Publishing House, 1995: 1-33.
[2] Shi B, Di Y.Plant Polyphenols.Beijing: Science Press, 2000: 50-146.
[3] Barbehenn R V, Jones C P, Karonen M, Salminen J P.Tannin composition affects the oxidative activities of tree leaves.Journal of Chemical Ecology, 2006, 32(10): 2235-2251.
[4] Zhou Y.The resources and exploitation of Quercus in Yunnan.Guihaia, 2001, 21(4): 330-334.
[5] Wang T K.Development trend of tannin industry.World Forestry Research, 1997, (1): 36-42.
[6] Zhang G C, Wang S M, Ren Y L, Zhou C S.A general survey on study of vegetable tannin extract application.Journal of Shangluo University, 2006, 20(4): 41-45.
[7] Bisandaa E T N, Ogolab W O, Teshac J V.Characterisation of tannin resin blends for particle board applications.Cement and Concrete Composites, 2003, 25(6): 593-598.
[8] Kolodziej H, Kiderlen A F.Antileishmanial activity and immune modulatory effects of tannins and related compounds on Leishmania parasitised RAW 264.7 cells.Phytochemistry, 2005, 66(17): 2056-2071.
[9] Zhou J Y, Lin J, He J F, Zhang W H.Review and perspective on Quercus variabilisresearch.Journal of Northwest Forest University, 2010, 25(3): 43-49.
[10] Lei M D.Forest in Shaanxi.Beijing: Science Press, 1999: 163-164.
[11] Zheng W J.Chinese Journal of Trees.Beijing: China Forestry Press, 1985: 2130-2331.
[12] Zhang W H, Lu Z J, Li J X, Liu G B.Population dynamics of Quercus variabilis on northern slope of Qinling Mountains.Chinese Journal of Applied Ecology, 2003, 14(9): 1427-1432.
[13] Han Z X, Shan L.Variation and adaptive countermeasures of Quercus variabilis population in Shaanxi Province.Scientia Silvae Sinicae, 2005, 41(6): 16-22.
[14] Zhou J Y, Cao X P, Zhang H B, Zhang J.Classification of natural types of Quercus variabilis in Shaanxi Province.Journal of Northwest Forest University, 2009, 24(1): 16-19.
[15] Zhou J Y, Guo J Z, Yang Z S, Zhang W H.Variation of peroxidase isozyme on natural populations of Quercus variabilis.Journal of Northwest Forestry University, 2003, 18(2): 33-36.
[16] Ren Y Z.Genetic Identification and Evaluation of Four Different Variant Types in Quercus variabilis BL Master Degree Thesis[D].Yangling: Northwest A&F University, 2009.
[17] Ren Y Z, Zhang W H, Zhou J Y.Superiority analysis on different variant types of Quercus variabilis.Journal of Central South University of Forestry & Technology, 2013, 33(6): 60-63.
[18] Luo W X, Zhang W H, Huang Y Z.Chinese Cork Oak.Beijing: China Forestry Press, 2009: 313-315.
[19] Li P, Zhang H S, Niu G X.Research on the extraction methods of tannin from persimmon leaf.Science and Technology of Food Industry, 2009, (9): 220-222.
[20] Guan Z Y, Zhao Y, Dong X L.Relationships of syzygium jambos and dracontomelon duperreanum leaf tannin concentration and leaf litter breakdown with the colonization of benthonic invertebrates.Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(10): 2493-2498.
[21] Wu Y Q, Guo Y Y.Determination of tannin in cotton plant.Chinese Journal of Applied Ecology, 2000, 11(2): 243-245.
[22] Ma H L, Liu W L, Gao R, Yang Y S, Sun J.Effects of litters and tannin on forest soil inorganic nitrogen.Chinese Journal of Applied Ecology, 2011, 22(1): 61-65.
[23] Vieira M C, Lelis R C C, Silva B C, Oliveira G L.Tannin extraction from the bark of Pinus oocarpa var.oocarpa with sodium carbonate and sodium bisulfite.Floresta e Ambiente, 2011, 18(1): 1-8.
[24] Xie J X, Lin G H, Du Y R, Yu X F, Suo Y R, Zhang T Z.Comparison of the contents of total polyphenols and tannins in different parts of Pinus sinensis.Bulletin of Botanical Research, 2012, 32(2): 243-247.
[25] Bai C, Zhang W H, Lei Y F.Growth and characteristics of cork from two types of Quercus variabilis in north slopes Qinling Mountains.Scientia Silvae Sinicae, 2013, 49(4): 62-69.
[26] Hu F M, Li J A.Inventory of oak plants in Hunan Province.Economic Forest Researches, 1999, 17(2): 1-3.
[27] Guo L Y, Zhou Z, Guo Y G.Comprehensive utilization and development of Oak plants resources in Henan.Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2008, 36(5): 1830-1831.
[28] Favre J M, Scalbert A, Hervé du Penhoat C L M.Quercus spp.(Oak): In vitro culture and production of tannins.Biotechnology in Agriculture and Forestry, 1993, 24: 300-312.
[29] Hernes P J, Benner R, Cowie G L, Bergamashi B A, Hedges J I.Tannin diagenesis in mangrove leaves from a tropical estuary: a novel molecular approach.Geochimica et Cosmochimica Acta, 2001, 65(18): 3109-3122.
[30] Wang W J, Zu Y G, Li X Y.Seasonal change and organs difference of tannin in Larix gmelinii.Chemistry and Industry of Forest Products, 2007, 27(2): 81-84.
[31] Yang L.Research on stripping, regenerative experiment and the properties of physics and chemistry of Quercus subera kind of new model and raw cork materials.Hubei Forestry Science and Technology, 1996, (1): 63-65.
[32] Hu Y Y, Kang X G, Zhao J H.Variable relationship between tree age and diameter at breast height for natural forests in Changbai Mountains.Journal of Northeast Forestry University, 2009, 37(11): 38-42.
[33] Luo M J, Huang Z P, Ye G F, Lin Y M, Zhang L H.Tannin content of different Casuarina species and its distribution law.Journal of Fujian Forestry Science and Technology, 2009,36(1): 62-66.
[34] Lin Y M, Xiang P, Lin P.Studies on tannins of mangroves-a review.Marine Sciences, 2005, 29(3): 59-62.
[35] Wang Y B, Yang S S, Sun C S, Zhang H J, Li T.Study on extraction of tannin extract from Torchtree.Soil and Water Conservation in China, 1995, (8): 8-10.
[1] 孙达旺.栲胶生产工艺学.北京: 中国林业出版社, 1995: 1-33.
[2] 石碧, 狄莹.植物多酚.北京: 科学出版社, 2000: 50-146.
[4] 周元.云南栎属植物资源及开发利用.广西植物, 2001, 21(4): 330-334.
[5] 王体科.栲胶生产发展动向.世界林业研究, 1997, (1): 36-42.
[6] 张国春, 王书民, 任有良, 周春生.栲胶应用研究综述.商洛学院学报, 2006, 20(4): 41-45.
[9] 周建云, 林军, 何景峰, 张文辉.栓皮栎研究进展与未来展望.西北林学院学报, 2010, 25(3): 43-49.
[10] 雷明德.陕西植被.北京: 科学出版社, 1999: 163-164.
[11] 郑万钧.中国树木志.北京: 中国林业出版社, 1985: 2130-2331.
[12] 张文辉, 卢志军, 李景侠, 刘国彬.秦岭北坡栓皮栎种群动态的研究.应用生态学报, 2003, 14(9): 1427-1432.
[13] 韩照祥, 山仑.栓皮栎种群变异与适应对策研究.林业科学, 2005, 41(6): 16-22.
[14] 周建云, 曹旭平, 张宏勃, 张进.陕西栓皮栎天然类型划分研究.西北林学院学报, 2009, 24(1): 16-19.
[15] 周建云, 郭军战, 杨祖山, 张文辉.栓皮栎天然群体过氧化物酶同工酶遗传变异分析.西北林学院学报, 2003, 18(2): 33-36.
[16] 任耀忠.栓皮栎4个不同类型遗传测定及其评价 [D].杨凌: 西北农林科技大学, 2009.
[17] 任耀忠, 张文辉, 周建云.栓皮栎不同变异类型的优良性分析.中南林业科技大学学报, 2013, 33(6): 60-63.
[18] 罗伟祥, 张文辉, 黄一钊.中国栓皮栎.北京: 中国林业出版社, 2009: 313-315.
[19] 李鹏, 张海生, 牛国霞.柿叶单宁提取技术研究.食品工业科技, 2009, (9): 220-222.
[20] 官昭瑛, 赵颖, 董晓立.蒲桃和人面子叶片单宁含量与凋落物分解速率及底栖动物定殖 的关系.应用生态学报, 2009, 20(10): 2493-2498.
[21] 武予清, 郭予元.棉花植株中的单宁测定方法研究.应用生态学报, 2000, 11(2): 243-245.
[22] 马红亮, 刘维丽, 高人, 杨玉盛, 孙杰.凋落物与单宁酸对森林土壤无机氮的影响.应用生态学报, 2011, 22(1): 61-65.
[24] 谢久祥, 林恭华, 都玉蓉, 余雪峰, 索有瑞, 张同作.油松不同部位多酚与单宁的含量比较研究.植物研究, 2012, 32(2): 243-247.
[25] 白超, 张文辉, 雷亚芳.秦岭北坡2种类型栓皮栎软木生长及特性.林业科学, 2013, 49(4): 62-69.
[26] 胡芳名, 李建安.湖南省栎类资源开发利用研究.经济林研究, 1999, 17(2): 1-3.
[27] 郭利勇, 周洲, 郭豫光.河南省栎树资源的综合开发利用.安徽农业科学, 2008, 36(5): 1830-1831.
[30] 王文杰, 祖元刚, 李雪莹.兴安落叶松单宁含量的器官差异与季节变化.林产化学与工业, 2007, 27(2): 81-84.
[31] 杨柳.新型软木原料栓皮栎原料栓皮槠的采剥、再生试验及理化性能研究.湖北林业科技, 1996, (1): 63-65.
[32] 胡云云, 亢新刚, 赵俊卉.长白山地区天然林林木年龄与胸径的变动关系.东北林业大学学报, 2009, 37(11): 38-42.
[33] 罗美娟, 黄志萍, 叶功富, 林益明, 张立华.几种木麻黄单宁含量及其分布规律研究.福建林业科技, 2009, 36(1): 62-66.
[34] 林益明, 向平, 林鹏.红树林单宁的研究进展.海洋科学, 2005, 29(3): 59-62.
[35] 王跃邦, 杨树生, 孙传生, 张军海, 李涛.火炬树提取栲胶研究.中国水土保持, 1995, (8): 8-10.