（植物学专业论文）尾巨桉挥发油含量测定及hmgr基因的克隆与表达分析.pdf

摘要 曼 i i i i 鼍曼量曼量量量奠舅 量曼舅曼曼曼曼皇曼量量皇量 鲁量 量皇曼 尾巨桉挥发油含量测定及h m g r 基因的克隆 与表达分析 植物学专业硕士研究生彭江 指导教师孙敏教授 摘要 桉树挥发油是世界产量最大的精油之一 广泛运用于制药 香料和工业行业 目前 国 际市场的桉树挥发油基本全部由中国提供 一方面人们对桉树挥发油的需求越来越大 另一 方面桉树挥发油的产率却低至1 左右 目前通过基因工程提高桉树挥发油产率是一个有效的 措施之一 因此 本研究提取尾巨桉不同组织的挥发油并对其中的1 8 桉叶素和p 一桉叶醇含量 进行测定 同时克隆了尾巨桉树挥发油代谢途径上的相关基因 为尾巨桉遗传转化和挥发油 含量检测提供理论依据 本研究使用c l e v e n g e ra p p a r a t u s 分别提取尾巨桉根 茎和叶组织挥发油 结果表明叶的挥 发油产量最高 其总油量为2 5 2 6 m g l o o g 1 出油率为0 2 5 茎的总油量为1 8 2m g l o o g 1 出油率为0 0 1 8 根中没有挥发油存在 经高效液相色谱检测表明 1 8 桉叶素在叶和茎挥 发油总量中分别占0 0 6 和0 0 4 1 3 桉叶醇在叶和茎挥发油总量中分别占6 6 9 和1 1 5 说明p 桉叶醇是尾巨桉挥发油的主要成分之一 1 8 一桉叶素含量相对较低 桉树挥发油由单萜和倍半萜类化合物组成 通过甲羟戊酸 m v a 途径和甲基赤藓醇4 磷酸 m e p 途径可形成单萜类化合物的前体物质香叶基二磷酸和倍半萜类化合物的前体物 质法呢基二磷酸 香叶基二磷酸和法呢基二磷酸在其它酶的作用下发生去磷酸化 异构 环 化和原子重排等反应形成挥发油的各种成分 本实验通过e d n a 末端快速扩增技术克隆了甲 羟戊酸途径上的第一个关键限速酶3 羟基 3 甲基戊二酰c o a 还原酶 h m g r 基因 该基因 全长1 9 5 5b p 包含6 6b p 的5 u t r 3 2 9b p 的3 u t r p o l ya 尾巴和1 5 6 0b p 的开放阅 读框 该基因编码5 1 9 个氨基酸组成的蛋白质 其分子质量为5 5 1 2 0 2k d 理论等电点p i 为 5 3 7 通过在线n c b i 中的b l a s tp 比对分析表明 尾巨桉h m g r 基因与青钱柳 橡胶树 喜 树 沙梨的h m g r 基因同源性均达1 0 0 尾巨桉h m g r 生物信息学分析表明 h m g r 为 疏水性蛋白质 位于a 6 0 a 6 2 a 6 3 a 8 3 a l l l a 1 2 l a 1 4 7 a 1 4 9 a 1 9 1 a 2 8 2 a 3 4 4 a 3 6 3 3 7 a 5 l o a 5 l l 共1 5 个丝氨酸残基 a l a 1 9 7 a 2 3 7 a 3 5 0 a 3 6 2 共5 个苏氨酸残基和a 1 2 0 a 1 5 8 a 1 7 2 共3 个酪氨酸残基是蛋白质翻译后磷酸化修饰位点 存在1 个信号肽 由位于a l a 2 s 氨基酸残组成 信号肽最有可能的酶剪切位于a 2 5 s e r 残基与第a 2 6 l e u 残基之间 亚细 胞定位分析表明 h m g r 属于次生代谢途径上的分泌型酶 具有一信号肽 存在1 个跨膜结 构域位于a 5 v 一a 2 7 i 残基之间 位于a 1 6 7 a 1 7 6 氨基酸残基和a 1 9 6 a 2 0 3 氨基酸残基分别存 在一个h m g c o a 结合m o t i f e m p v g y v q l p 和t t e g c l v a 其中t t e g c l v a 中的谷氨酸 两南大学硕十学位论文 g l u 在h m g r 催化中起着重要作用 位于a 2 9 2 a 2 9 8 氨基酸残基和a l a 7 氨基酸残基 分别存在一个n a d p h 结合m o t i f ir c d g h e h 和g t v g g g t 分子系统进化树显示 尾 巨桉h m g r 类聚于植物群 表明所得到的h m g r 准确可靠 二级结构由4 7 4 0 的a 螺旋 1 5 4 l 的延伸链 7 1 3 的d 转角 3 0 0 6 的无规卷曲组成 以人的h m g r 为基础进行同源 建模得到尾巨桉h m g r 三维空间构象呈 v 形 包含了n 结构域 s 结构域和l 结构域 h m g r 基因结构分析表明 h m g r 基因在基因组中存在一个大小为3 1 9b p 的内含子 尚 不明确此内含子的作用 实时定量p c r 分析表明 h m g r 基因在枝中的表达量最高 茎次之 在根中表达量最低 原核表达表明 h m g r 基因能够在大肠杆菌m 1 5 中通过i p t g 诱导表达 约5 5k d 的目的蛋白 关键词 尾巨桉挥发油h m g r 实时定量p c r 原核表达 l i a b s t r a c t c o n t e n td e t e r m i n a t i o no fv o l a t i l eo i l m o l e c u l a rc l o n i n ga n de x p r e s s i o n a n a l y s i so ft h eg e n ee n c o d i n gh m g c o ar e d u c t a s ef r o me u c a l y p t u s u r o p h y l l ax e g r a n d i s m a j o r b o t a n y p o s t g r a d u t e p e n gj i a n g s u p e r v i s o r p r o f s u nm i n a b s t r a c t e u c a l y p t u se s s e n t i a lo i l w h i c hi so n eo ft h em o s tv o l a t i l eo i lo u t p u ti nt h ew o r l d i su s e df o r m e d i c i n a l p e r f u m e r ya n di n d u s t r i a lp u r p o s e s n o w t h ee u c a l y p t u se s s e n t i a lo i li sm a i n l ys u p p l i e d b yc h i n ai ni n t e r n a t i o n a lm a r k e t o no n eh a n dt h ep e o p l e sr e q u i r e m e n ti si n c r e a s i n g o nt h eo t h e r h a n dt h ee u c a l y p t u se s s e n t i a lo i ly i e l di sa b o u t1 l o w l y i t sa l le f f e c t i v em e t h o dt oi m p r o v et h e y i e l db yg e n e t i ce n g i n e e r i n g s o t h ev o l a t i l e o i lf r o md i f f e r e n tt i s s u ew e r ei s o l a t e da n dt h e c o m p o s i t i o nc o n t e n t s 1 8 c i n e o la n d1 3 e u d e s m o l w e r ed e t e r m i n e d s i m u l t a n e o u s l yt h er e l a t i v e h m g rg e n ew a sc l o n e di nt h ee s s e n t i o no i lm e t a b o l i cp a t h w a yi nt h i ss t u d y i tc a np r o v i d es o m e i n f o r m a t i o nt ot r a n s f o r m a t i o no fe u c a l y p t u sa n dd e t e r m i n a t i o no fe s s e n t i a lo i lc o m p o s i t i o n e u c a l y p t u se s s e n t i a lo i lf r o mr o o t s t e ma n di e a fo fe u c a l y p t u su r o p h y l l a x e g r a n d i sw e r e e x t r a c t e db yc l e v e n g e ra p p a r a t u s t h er e s u l ti n d i c a t e dt h et o t a l o i lf r o ml e a fw a sm o r et h a na n y o t h e rt i s s u ea n dt h e r ew a s h te s s e n t i a lo i li nr o o t t h eo i lq u a n t i t yf r o ml e a fa n ds t e mw a s2 5 2 6 m g l o o g a n d18 2m g 1 0 0 9 r e s p e c t i v e l y c o r r e s p o n d i n gt h eo i ly i e l dw a s0 2 5 a n do 018 t h ep r o p o r t i o no f1 8 c i n e o li n t o t a l o i lf r o ml e a fa n ds t e mw a s0 0 6 a n d0 0 4 a n dt h e p r o p o r t i o no f1 3 e u d e s m o li n t o t a lo i lf r o ml e a fa n ds t e mw a s6 6 9 a n d11 5 r e s p e c t i v e l yb y h p l c t h er e s u l ti n d i c a t e d1 3 e u d e s m o lw a st h em a i n l yc o m p o s i t i o ni ne u c a l y p t u su r o p h 7 l l a x e g r a n d i sv o l a t i l eo i lw h i l e1 8 c i n e o lw a sl o wr e l a t i v e l y m o n o t e r p e n e sa n ds e s q u i t e r p e n e sc o n s t i t u t eo ft h ee u c a l y p t u se s s e n t i a lo i l g p pa n df p p w h o s ep r e c u r s o r so fm o n o t e r p e n e sa n ds e s q u i t e r p e n e s a r es y n t h e s i z e di nb o t hm e v a l o n a t ep a t h w a y a n dm e t h y l e r y t h r i t o l4 p h o s p h a t ep a t h w a y t h ep r e c u r s o r sg e n e r a t et h e d i f f e r e n tc o m p o s i t i o nb y a b s c i s i n gp h o s p h o r y l a t i o n i s o m e r i z a t i o n c y c l i z a t i o na n da t o mr e a r r a n g e m e n t t h eg e n ee n c o d i n g 3 h y d r o x y 3 m e t h y l g l u t a r y l c o ar e d u c t a s er e g a r d e da st h ef i r s tk e ye n z y m ei nm v ap a t h w a yw a s c l o n i n gt h r o u g hr a p i da m p l i f i c a t i o no fe d n ae n d st e c h n o l o g yf r o me u c a l y p t u su r o p h y l l a e g r a n d i s t h ef u l l l e n g t hh m g re d n aw a s19 5 5b p c o n t a i n i n g6 6b p5 u n t r a n s l a t e dr e g i o n 3 2 9b p 3 u n t r a n s l a t e dr e g i o n p o l yat a i la n da15 6 0b po p e nr e a d i n gf r a n l ee n c o d i n gap e p t i d eo f519 a m i n oa c i d sw i t hac a l c u l a t e dm o l e c u l a rm a s so f5 5 1 2 0 2k d aa n da ni s o e l e c t r i cp o i n to f5 3 7 h m g rp r o t e i np r e d i c t e df r o me u c a l y p t u su r o p h y l ax e g r a n d i ss h o w e d1 0 0 i d e n t i t i e sw i t h c y c l o c a r y ap a l i u r u s h e v e ab r a s i l i e n s i s c a m p t o t h e c aa c u m i n a t ea n dp y r u sp y r i f o l i ab yb l a s tp i i i 两南大学硕十学位论文 o n 1 i n en c b i b yb i o i n f o r m a t i c sa n a l y s i s h m g rb e l o n g e dt oh y d r o p h o b i cp r o t e i n t h e2 3a m i n o a c i dr e s i d u e s i n c l u d i n g1 5s e r i n e sl o c a l i z e di na 6 0 a 6 2 a 6 3 a s 3 a m a 1 2 1 a 1 4 7 a 1 4 9 a t 9 1 a 2 8 2 a 3 4 4 a 3 6 3 a 4 3 7 a 5 1 0 a s h 5t h r e o n i n e sl o c a l i z e di na 1 4 4 a 1 9 7 a 2 3 7 a 3 5 0 a 3 6 2a n d3t y r o s i n e s l o c a l i z e di na 1 2 0 a i s s a 1 7 2 w e r et h ep h o s p h o r y l a t i o ns i t e sa f t e rb e i n gt r a n s l a t e d t h e r ew e r ea s i g n a lp e p t i d ec o m p o s e do ft h ea it oa 2 5a m i n oa c i dr e s i d u e sa tn t e r m i n u sw h i c hm a xp o s s i b l e c l e a v a g es i t ew a sb e t w e e nt h ea 2 5 s a n da 2 6 l a n d at r a n s m e m b r a n el o c a l i z e di na s v t oa 2 7 1 t h es u b c e l l u l a rp r e d i c t i o nf o u n dt h a th m g rh a 血 tt r a n s i tp e p t i d ea tn t e r m i n u sa n dl o c a l i z e di n s e c o n d a r ym e t a b o l i s mp a t h w a yw i t has i g n a lp e p t i d e t h e r ew e r et w oh m g c o ab i n d i n gm o t i f s e m p v g y v q l pa n dt t e g c l v a 1 0 c a l i z e di na 1 6 7t oa 17 6a n da i 9 6t oa 2 0 3a m i n oa c i dr e s i d u e s r e s p e c t i v e l y t h eg g l u a m i n oa c i dr e s i d u eh a da l li m p o r t a n tp r o m o t i o n a l s ot h e r ew e r et w o n a d p h b i n d i n gm o t i f s r c d g h e ha n dg t v g g g tl o c a l i z e di na 2 9 2t oa 2 9 8a n d 1t o 7 a m i n oa c i dr e s i d u e sr e s p e c t i v e l y h m g rf r o me u c a l y p t u su r o p h y l l a x e g r a n d i sb e l o n g e dt op l a n t s g r o u pb yt h ep h y l o g e n e t i ct r e eo fh m g r sf r o mo t h e rp l a n t s t h er e s u l tw a sa c c u r a t ea n dr e l i a b l e t h es e c o n d a r ys t r u c t u r ea n a l y s i sr e v e a l e dt h a th m g rw a sc o m p o s e do f 4 7 4 0 a l p h ah e l i x 1 5 4 1 e x t e n d e ds t r a n d 7 13 b e t at u ma n d3 0 0 6 r a n d o mc o i l h m g rh a dat h r e ed i m e n s i o n a ls t r u c t u r e w i t h v h o m o l o g y b a s e do nt h eh m g r m o d e lo fh o m os a p i e n s c o n t a i n i n gn d o m a i n s d o m a i n a n dl d o m a i n t h r o u g ht h eg e n ec o n s t r u c t i o na n a l y s i s t h e r ew a sa ni n t r o no f319b pi ng e n o m ed n a t h e f u n c t i o no ft h ei n t r o nw a si n d e f i n i t e t i s s u ee x p r e s s i o np r o f i l ea n a l y s i sb yr e a lt i m eq u a n t i t a t i v e p c ri n d i c a t e dh m g re x p r e s s i o nw a st h eh i g h e s ti nb r a n c h f o l l o w i n gl e a fa n dt h el o w e s ti nr o o t t h ep r o t e i n 5 5 1 2 0 2k do fh m g rp r e d i c t e d w a si n d u c e de x p r e s s i o nb yi p t gi nec o l im 1 5 s u c c e s s f u l l y k e yw o r d s v o l a t i l eo i l h m g r r e a lt i m eq u a n t i t a t i v ep c r p r o k a r y o t i ce x p r e s s i o n e u c a l y p t u su r o p h y l l a e g r a n d i s i v 独创性声明 学位论文题目 屋巨接益发迪金量测定区h 丛q 基基因鲍立隆 生塞达佥盘 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果 论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果 文中已加了 特别标注 对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师 朋友 同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢 学位论文作者 签字日期 年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留 使用学位论文的规 定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允 许论文被查阅和借阅 本人授权西南大学研究生院 筹 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩 印或扫描等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 本论文 口不保密 口保密期限至年月止 学位论文作者签名 导师签名 签字日期 年月 日 签字日期 年月 日 第1 章文献综述 第1 章文献综述 在自然界中 植物的次生代谢产物给人类提供了源源不断的医药 食品及工业原料 对 人类的生产 生活具有重要的作用 植物的次生代谢产物种类繁多 通常分为酚类 萜类和 含氮有机物三大类 其中萜类化合物 t e r p e n o i d s 又叫异戊烯类化合物 i s o p r e n o i d s 是 次生代谢产物中种类最多的一大类化合物 目前已发现3 万多种萜类物质 萜类化合物在植 物防御 信号调控等方面起着重要的作用 更重要的是多数萜类化合物具有多种用途 体现 出巨大的经济价值 比如樟脑可用于制造赛璐珞和摄影胶片 紫杉醇能够治疗卵巢癌和乳腺 癌等疾病 薄荷油能够使皮肤或粘膜产生清凉感 减轻病人疼痛以及不适感 随着分子生物 学 生物化学的不断发展 在薄荷 紫杉 青蒿 番茄等植物中进行了萜类代谢t 程研究并 取得了重要的进展 而桉树自我国从引进以来 生物科研人员在引种驯化 利用价值开发 品种改良等方面做了大量的研究工作 现将桉树的相关研究内容进行如下综述 1 1 桉树的利用价值 桉树是桃金娘科 m y r t a c e a e 桉树属 e u c a l y p t u s 树种的总称 属喜光植物 原产于澳 大利亚 桉树是世界上著名的三大速生树种 桉 松 杨 之一 是世界上最有价值的阔叶硬 质材树种之一 同时也是世界上主要的产材树种之一 其人工造林已占世界人工造林的五分 之一 2 1 我国引种桉树已有1 1 0 多年的历史 全国已有1 8 个省市的6 0 0 多个区县种植桉树 主要分布在广东 福建 四川等省 桉树已成为南方最主要的造林树种 3 1 桉树的木材 叶 和花等都具有潜在的利用价值 能够产生较好的社会 经济和生态效益 4 1 1 1 木材资源的利用 1 1 1 1 桉木造纸的利用 造纸行业是一个劳动和资源密集型的产业 全球三大造纸中心分布于欧洲 主要是西欧 北美和亚太地区 z 要是东亚 随着欧洲和北美造纸市场造纸成本的提高 造纸生产和贸易 的重心逐渐向亚太地区转移 尤其是中国和印度为代表的发展中国家对纸的需求量增大1 5 j 近 年来 我国造纸工业发展迅速 2 0 0 4 年全国纸与纸板产量已达剑4 9 5 0 万吨 根据预测 2 0 1 0 年全国纸及纸板产量将达到7 0 0 0 万吨 需木浆1 5 7 5 万吨 我国将成为世界纸消费的第一大 国 但是纸浆原料供不应求严重制约我国造纸工业发展 使我国造纸工业进人了以原材料结 构调整为核心的关键时期 桉树的抗干旱 抗寒等能力强 成材速度快 木材密度大 能够带来可观的经济价值 桉树木材是优良的硬木资源之一 除了用于矿柱 枕木 建筑 家具以及地板等用材外 桉 树还能为生产人造木板和造纸提供原料 6 近几年 我国一批大型木浆厂纷纷建设投产 如湛 江晨鸣7 0 万吨木浆厂 广西北海9 0 万吨木浆厂等都正在建设中 因此桉树种植户在经济上 得到很大的实惠 为广大农村的致富奔小康做出了重要贡献 目前 国内外造纸企业普遍采 用林纸一体化的发展模式进行经营 即建立速生丰产原料林地 将造林 营林 采伐 制浆 两南大学硕十学何论文 和造纸结合起来 形成以纸养林 以林促纸的良性循环产业链 2 0 0 9 年我国桉树人工林面积 达到2 6 0 万h m 2 居世界第二位 仅次于巴西 现正以每年8 1 0 万公顷的种植速度发展 2 0 0 5 年在海口举行的 中国桉树种植与制浆造纸研讨会 旨在通过桉树速生丰产林进而促进制浆 造纸工业的发展 7 1 因此大力发展人工桉树林 能够保障造纸工业的原料来源 解决我国造纸 纤维原料供应不足情况 同时促进林业经济的可持续发展 1 1 1 2 桉木炭化的利用 木炭是木材或木质原料经过不完全燃烧 或者在隔绝空气且4 0 0 以下热解 所残留的 深褐色或黑色多孔固体燃料 由于木炭孔隙多而利于燃烧 含硫等杂质少而燃烧释放污染物 少等优点 除了大量用作生活燃料外 还用作金属冶炼 轻工业等的燃料以及食品医药的添 加剂 桉树生长快 萌芽力强 能在贫瘠土地上生长和热能高等特点 已成为适合于南方地区 栽种的优良薪炭林树种 广东省雷州市矿产能源匮乏 但是由于雷州地处海边 具有良好的 水资源优势 当地大量种植桉树 为广大农村提供了充足的能源材料 在巴西米纳斯州 桉树支撑着支柱产业的发展 生铁是米纳斯州重要的出口产品 生产 钢铁的木炭用量中有3 0 来自桉树林烧成的木炭 根据资料 2 0 0 6 年米纳斯州出口总量达到 6 0 0 万吨 按每生产1 吨生铁约需木炭0 3 5 吨计算 桉树提供木炭每年为2 1 0 万吨 实现经 济收入近1 8 亿美元 可见桉树带来的经济效益前景良好 据研究报道 巴西最大的植树公司 之一阿塞西塔 a c e s i t a 公司经过2 0 多年的研究 于2 0 0 7 年通过杂交培育出每公顷年木材生 长量达到7 5m 3 的高产桉树品种 而普通杂交桉树年木材生长量才3 5m 3 可见新桉树品种比 普通品种产量高出一倍多 这种命名为h c l 5 2 8 的高产桉树的生长期为7 年 该桉树品种具有 树干粗壮高大 术质密度高 抗压性强 适合用于烧炭 其出炭量要比普通桉树高6 倍 木 炭强度与焦炭不相上下 这对于不产焦炭巴西来说 能够减少钢铁工业焦炭的进口量 降低 成本 但是这种桉树的木材不适于制造纸浆 1 1 1 3 桉木腐化的利用 桉树木材是一种很有发展前景的食用菌原料 吴继林等以尾巨桉木屑为原料栽培香菇 与常规阔叶树木属相比 在抗杂菌能力 出菇期和产量方面 以尾巨桉木屑为原料试验组明 显比对照组要高 桉树木材含有挥发油在高温灭菌时能够去除一部分 残留的不挥发芳香油 不仅对菌丝生长没有影响 而且还能提高香菇抗杂菌的能力 8 张明华等用尾巨桉 尾叶桉和 巨桉木材为材料进行鲍鱼菇 茶树菇和杏鲍菇的栽培 与对照组食用菌优质术材米槠相比 用桉树木材为材料所栽培出的三种食用菌在口感 烘干率和色泽等方面都没有明显差异 不 同桉树木材之间也没有显著差异 9 j 我国食用菌的总产量已于2 0 0 5 年跃居世界第一 食用菌产业已成为我国种植业中的一项 重要产业 根据中国牡丹江 东宁 第四届黑木耳节相关报道 2 0 0 9 年我国食用菌实现产值 8 2 0 亿元 产量达到1 7 3 0 万吨 占世界的8 0 以上 出口到1 1 9 个国家和地区 创汇额1 4 2 5 亿美元 食用菌成为我国农产品的重要经济支柱产业之一 桉树松软的木质能够为食用菌的 生长提供良好的生长条件和营养物质 作为食用菌栽培的新材料能够增加农村经济 促进林 2 第1 章文献综述 业和农业相互发展 1 1 2 生物能源的利用 1 1 2 1 桉树木材发电 根据中国电力网的统计资料显示 2 0 0 8 年1 9 月份 全国规模以上电厂发电量为2 6 0 7 2 1 8 亿千瓦时 其中水电3 9 8 3 8 8 亿千瓦时 火电2 1 4 2 5 8 5 亿千瓦时 核电5 0 9 7 3 亿千瓦时 1o j 说明目前我国电力的主要形式依然是火力发电 随着煤炭资源的减少和价格的提高 以煤炭 为主要能源的火力发电企业面临亏损 加之煤炭燃烧对环境污染相当严重 所以寻找能够代 替火力的发电的能源成为新时代社会和谐发展的需要 而生物质发电 一个前景光明的再生 能源产业 近年来 我国生物质发电产业发展十分迅速 通过审批的生物质发电项目有7 0 多 个 在建的有3 0 多个 已投产的超过3 0 座 仅江苏省就有1 1 家生物质电厂 但是 燃料占 据电厂运营成本的7 0 8 0 生物质发电原料价格决定电厂的盈亏 比如2 0 0 8 年稻壳每吨 价格从1 8 0 元升到4 6 0 元 秸秆每吨价格从1 9 0 元升到2 7 0 元 树皮每吨价格从2 3 0 元升到 3 1 0 元 导致生物质电成本提升 出现营业亏损 如果没有国家财政补贴 电厂将面临倒闭的 局面 因此 加大生物质发电燃料的供应来源显得很关键 而燃料来源最丰富的领域将是 林业的大力发展 2 0 0 6 年澳大利亚政府决定将在西澳大亚建立十座桉树油加工厂 开发利用可再生能源 同时西澳大利亚部长f r a nl o g a n 说 政府将大规模开发利用桉树 打算建立1 0 座具有五百万 瓦特发电能力的工厂 1 2 该国桉树油协会的发言人m i c h a e lk d r h m a n s 表示他我们的工厂以桉 树为原料可以生产出三种产品 以小桉树为原料发电 同时生产出桉树油和活性炭 目前世 界还没有像此种类型的工厂 这些工厂的建立将开创国际先例 据报道 2 0 1 0 年3 月 安哥拉与巴西的相关专家对安哥拉万博省的林业资源进行评估 准备在该省建立一个基于桉树的发电项目 桉树发电项目如果能成功 将安装三个涡轮机 2 0 1 1 年将可以发电6 0 兆瓦 可实现该地区的电气化普及率 同时实现绿色生态和电力能源再 生 我国的人工桉树林种植面积也相当可观 可及时关注国外桉树最新发展动态 充分利 用桉树资源 增加林业经济收入 2 0 0 9 年国内最大的生物质发电项目广东省粤电集团湛江生 物质发电项目通过广东省发改委批准 于2 0 1 0 年开始建设 规划总装机容量为4 x 5 0m w 机 组 一期工程建设2 x 5 0m w 机组 两台机组计划于2 0 1 0 年1 2 月和2 0 1 1 年2 月投产 通过 生物质能转换技术实现发电 体现了环保 节约资源 惠民和可再生持续利用等优点 是全 国可再生能源发电的创新者和领引剖m j 1 1 2 2 桉树生物柴油 近年来 随着煤 石油和天然气能源的减少以及全球气候环境的日趋恶劣变化 人们开 始寻求新的能源 生物柴油由于其能够可再生 对环境破坏小等优点而成为目前世界各国大 力研发的一种可替代的绿色石油产品 自1 9 7 3 年以来 科学家相继发现麻疯树 桉叶油 椰 子油 油楠 光棍树等产油树种 它们产生的油有的能直接用于汽车 有的则需经简单加工 提炼就可以用作燃料油 l5 1 桉树枝叶通常含有挥发性油和不挥发性油 其中以辐射桉的含油率最高达到4 2 通常 3 两南人学硕十学位论文 i i 采h j 水蒸气蒸馏即可得到桉叶油 其主要成分为l 8 桉叶素 仅 蒎烯 a 一桉叶醇和d 桉叶醇等 其呈无色或淡黄色透明液体 我国于1 9 5 8 年开始生产桉叶油并在6 0 年代实现规模化生产 据估计1h m 2 桉树林每年可产桉树油9 0 9 2l f l 6 桉叶油的热值为4 1 2m j k g 而汽油为4 1 2m j k g 因此桉叶油热值略低于汽油 但是桉 叶油比汽油密度大 桉叶油为0 9 1 6 6g m l 1 汽油为0 7 3 5g m l l 所以每升桉叶油的热值比 汽油高 而且桉叶油燃烧产生的一氧化碳量较小 最高为汽油的1 4 桉叶油适合于火花塞式 点火发动机 由于桉叶油粘性比汽油高 通常配合2 0 3 0 的酒精或者汽油使用 据日本 三重大学竹田教授研究报道 桉叶油与汽油按照7 3 的体积比例配成新燃料 能够使普通小 汽车时速达到4 0k m h 并且废气排出也比较少 从植物中获取石油 既经济又省事 如能大面积地栽培这些石油树 那么人们就可以从 这些 活油井 中源源不断地获得能源 我国江苏 山东 四川已建起了植物柴油生产线 具有良好的发展前景 l7 1 1 1 2 3 桉树生物乙醇 在化石能源面临日趋枯竭的背景下 能源问题已成为阻碍中国经济发展的一大难题 我 们不得不加速发展替代能源 其中生物乙醇需求和发展尤为显著 第一代生物乙醇燃料的原 料主要是粮食和糖料 经过发酵 蒸馏 脱水等步骤制成的 其存在成本高 与民争粮等问 题 第二代生物乙醇燃料的原料是由富含纤维素或半纤维素的生物质原料经过预处理 酶降 解和糖化发酵 蒸馏 脱水等步骤得到的 相比第一代生物乙醇原料而言 第二代纤维素乙 醇的原料来源更加广泛 综合性能更加优良 生物乙醇燃料正在由第一代向第二代发展 目 前第二代生物乙醇燃料的生产技术得到关键性的突破 不久便实现大规模的商业化生产 目 前 巴西保持世界燃料乙醇生产和使用的领先地位 据统计到2 0 0 7 年6 月 巴西拥有的生物 乙醇工厂己超过3 0 0 座 到2 0 1 0 年 巴西市场乙醇消费量每天将接近5 0 万桶 植物生物质中木质素大约占1 5 2 0 半纤维素大约占2 3 3 2 的和纤维素大约占 3 8 5 0 只有纤维素可用于纸浆和生物乙醇的生产原料 木质素只是一种 胶体 将纤维 素结合在一起 如何分解其中的木质素以及使木质素转化为纤维素是生产纤维素乙醇的一大 难题 根据2 0 0 7 年相关报道 由台湾和美国科学家组成的联合研究小组通过基因工程改良 成功培育出能够吸收比普通桉树多3 倍二氧化碳的桉树 而且木质素含量更低 纤维素含量 更高 这种新的桉树用作纤维素乙醇的生产原料 从某种意义上来看 桉树可视为第三代生 物乙醇燃料 引 纤维素乙醇产业化目前还存在三大技术难题 首先是秸秆 木材等木质纤维素类原料降 解产生的木糖很难进行发酵生成乙醇 其次是纤维素酶的生产成本仍然偏高 最后 原料需 要进行复杂的预处理 但是最近在纤维素乙醇研发方面已取得一些进展 比如新一代纤维素 乙醇技术和高性能特种酶开发商v e r e n i u m 公司于2 0 1 0 年2 月1 2 日宣布 开发出新的高活性 谷物乙醇酶x y l a t h i n 它可大大提高从谷物生产燃料乙醇的经济性 x y l a t h i n 酶可快速破解谷 物如小麦 黑麦和大麦等中存在的一种化合物木聚糖 并可大大降低糊状物粘性f l9 1 随着生 物技术的不断发展 纤维素生产乙醇的难题会逐渐被解决 桉树能为纤维素乙醇的生产提供 丰富的原材料 桉树的开发前景非常广阔 4 第1 章文献综述 1 1 3 医药化工的利用 植物精油是植物体内的宝贵资源 在医药 化妆品 食品添加剂以及害虫防治等方面有 着广泛的应用价值 桉叶油是世界产量最大的精油之一 按用途可分为医药用油 香料用油 和工业用油三种 1 1 3 1 医药桉油 桉叶油的成分和性质因来源不同的桉树品种而不同 医药上应用较多的是蓝桉油 蓝桉 油具有抵抗多种细菌的作用 特别是对上呼吸道感染 慢性支气管炎 有祛痰作用 临床上 通过抑菌实验表明含量在6 以上的蓝桉叶油有抑菌能力 通过吸入和气管滴入两种方法 对 治疗肺结核病有良好的效果 在消除常见症状 尤其是空洞闭合上似较其它抗痨药物为佳 蓝桉油也可用于某些皮肤病 并作为创伤面 溃疡 瘘管的冲洗剂 除臭剂和神经病患者的 镇痛药 此外蓝桉油也常用于清凉油 风油精 驱蚊油 止咳药等药品的生产 1 1 3 2 香料桉油 柠檬桉油在香料和日化产品中使用 柠檬桉油含有香茅醛 可用于合成薄荷脑和麝香草 酚香精 还可从柠檬桉油中分离出玫瑰醇 柠檬醇 用于配制香水 香皂 香精油 痱子粉 等 1 1 3 3 工业桉油 工业用桉叶油可用于浮选矿砂 洗涤剂中的添加剂 表面活性剂和杀菌剂 桉叶油是一 种天然洗涤剂 通常衣服 地毯之类织物如果有口香糖是很难洗掉的 可是最近人们发现 用桉叶油作洗涤剂非常容易洗净此类污垢迹 另外 桉叶油具有较高的表面活性和杀菌能力 来源丰富而且无公害 是一种十分理想的天然乳化剂和杀菌剂胆o j 因此 澳大利亚已开始生 产为去污垢或杀菌消毒用的桉叶油商品 其主要产品是桉叶油空气洁净剂或消毒剂 高效多 泡沫肥皂 药皂等系列产品 目前 桉叶油的出口市场价约为每千克9 2 5 美元 其经济价值今人可观 随着市场不断 的需求 开发桉叶油对提高农村收入和林业现代化具有长远的价值 1 2 桉树精油的研究进展 在国际芳香油市场中 桉叶油占据非常重要的地位 由于人工费用升高和环境保护等原 因 近几年国外只有极少数国家出口桉叶油 国际市场的桉叶油基本全部由中国提供 随着 人们对天然香料不断的需求 许多国家加强了对桉叶油成分鉴定 分离提纯 品种改良等相 关的基础研究工作 1 2 1 桉树精油的成分 桉树精油的化学成分在不同的桉树品种当中是存在差异的 田玉红等分析了巨尾桉 e g r a n d i s x e u r o p h y l l a 叶挥发油成分 确认了3 2 种成分 占总油量的9 7 6 5 主要成分 是l 8 桉树素 3 9 7 0 a 蒎烯 2 2 0 3 q 松油醇 1 1 7 6 和龙脑 5 7 8 2 周 5 两南大学硕十学位论文 燕园等通过g c m s c h r o m a t o g r a p h m a s ss p e c t r o m e t e r a p p a r a t u s 鉴定了广西细叶桉 e u c a l y p t u s t e r e t i c o r n i s 叶精油中含有3 6 个成分 主要有桉油精 2 7 9 3 i x 一蒎烯 2 2 6 0 异松香 芹醇 8 71 2 2 1 i s i a k aa o g u n w a n d e 等通过g c 和g c m s 对昆斯兰桉 e u c a l y p t u sc l o e z i a n a 和小果灰桉 e u c a l y p t u sp r o p i n q u a 分析表明 昆斯兰桉叶油主要由a 一蒎烯占 4 6 6 和 1 8 桉树素 1 5 4 组成 而小果灰桉的精油主要由1 8 桉树素 6 1 8 和1 松油烯 2 3 3 组成 1 8 桉树素在小果灰桉的含量较高 2 3 总的来说桉叶油主要的化学成分有 1 8 桉树素 a 崖柏烯 q 蒎烯 d 蒎烯 对伞花烃 异松油烯 a 水芹烯 a 松油烯 柠檬烯 8 石竹烯 香茅醇 松桉叶醇 反式松香芹醇 a 桉叶醇 p 桉叶醇 橙花叔醇和芳樟醇等 2 4 1 我国已引种3 0 0 多个桉树品种 研究每个品种所含精油的主要成分有着重要的意义 根 据所需精油成分而选择优良的桉树品种 避免筛选品种存在的盲目性 为桉油精的规模化生 产提供重要的选种理论依据 1 2 2 桉树精油的提取 虽然我国引种桉树时间较长 但对桉叶油的提取和纯化研究相对较落后 因此出口的桉 叶油基本上都是粗油 目前 桉油精粗提方法常见的有水蒸气蒸馏法 溶剂浸提法和超临界 流体萃取法 2 5 1 以下分别对各种提取方法作简要介绍 1 2 2 1 水蒸气蒸馏法 水蒸气蒸馏 s t e a md i s t i l l a t i o n 是将水蒸气通入不溶于水的有机物中或使有机物与水经过 共沸而蒸出的过程 是一种分离和提纯液态或固态有机化合物的方法 其装置如图1 该方法 的原理是当水与有机物混合共热时 其总蒸气压为各组分分压之和 即 p p h 2 0 p a 当总蒸气压p 与大气压力相等时 则液体沸腾 混合物的沸点要比单个物质的正常沸点低 这意味着该有机物可在比其正常沸点低的温度下被蒸馏出来 然后经冷凝重新变为液体后收 集于另一容器 2 6 1 该方法的优点是设备简单 成本低 产量大 操作容易 但缺点是材料容 易冈长时间加热而出现焦化现象 可能会导致挥发性芳香油的结构发生变化 改变挥发油的 质量 产生其它的气味 6 图1 水蒸气蒸馏装置 f i g 1a p p a r a t u so f s t e a md i s t i l l a t i o n 第l 章文献综述 国内外普遍采用该方法提取植物中挥发性粗油 王健英采月i 传统的水蒸汽蒸馏法提取大 叶杖 e n c a 0 口 u sr o b u s t as m i m 叶千的挥发油 出油串约为12 粗油中含有3 1 种成分 其中1 8 桉叶素的含量高选5 47 3 口 e r i c hvl a s s a k 等用水蒸汽蒸馏法分别提取红顶按 e u c a l y p t u se r y t h r c c o r y s 和蚌红梨拄 e u