白木香的结香机理及造香技术.doc

白木香的结香机理及造香技术xxxxxxx白木香 Aquilaria sinensis (Lour.) Gilg 又称土沉香，属瑞香科沉香属植物，为我国特有的热带及亚热带常绿乔木，是我国生产名贵芳香类药材沉香的唯一植物来源。沉香含有两种主要的成分：倍半萜类化合物和色酮类化合物，其味辛、苦，性微温，能行气止痛、温中止呕、纳气平喘，是我国、日本、印度以及其他东南亚国家的传统名贵药材和名贵的天然香料。白木香是国家二级濒危保护植物，被列入自然保护联盟( IUCN)红色名录，及濒危野生动植物种国际贸易公约( ITES ) 附录。目前我国药用沉香基本上靠进口，价格昂贵，随着国外资源保护的实施，进口沉香出现供不应求的局面，价格不断攀升。近年来，由于生态环境破坏、人为掠夺式砍伐，导致白木香野生资源遭到严重的破坏，现仅有零星散生的残存野生植株分布于海南、广东、广西、福建以及台湾等地。我国在“七五”、“八五”期间，将沉香药材列入重点扶持发展项目，开始大力发展白木香人工种植。目前，在广东电白、云南西双版纳、海南屯昌形成了大面积的白木香种植基地。虽然白木香种植方兴未艾，但沉香形成过程及其机制有多种说法，莫衷一是，制约了造香技术的提高。根据前人的研究成果，以下对白木香的结香机理，及目前使用的一些人工造香技术进行总结和评价，期待对白木香人工栽培产业的发展有所帮助。1 白木香结香机理1.1 真菌侵染诱导结香假说自20世纪30年代开始，国外就开展了大量接菌结香研究。从沉香属植物树体的结香部位分离的真菌主要有：色二孢菌、可球二孢菌、镰刀菌、砖红镰孢、曲霉、毛霉、青霉、木霉、裂褶菌等，研究认为沉香的形成可能是由于树干损伤后被上述一种或数种真菌侵入寄生，在真菌体内酶的作用下，使木薄壁细胞贮存的淀粉发生一系列变化，形成香脂，经多年沉积而得。1976年，广东植物研究所的研究结果显示，在白木香成香过程中伴随着真菌的生长，并成功地从白木香中分离了黄绿墨耳菌，并证实该菌可大大加速结香的进程。戚树源等对黄绿墨耳菌促进白木香产生沉香的机制进行了研究，推断白木香木材组织细胞不能直接合成白木香醛等沉香倍半萜化合物，这些倍半萜类化合物的形成可能是感染的真菌对其细胞逆境代谢产物进一步代谢的结果。1.2 物理、化学伤害诱导结香假说一些学者认为物理、化学伤害是沉香形成的主要原因，而真菌侵染起次要作用。Rahman 等人从马来沉香木块上分离真菌并接种于树体，结果表明沉香形成是由开放性伤口引起，并非由特定活性真菌而产生。Nobuchi 等人研究粗厚沉香受到物理伤害后，在沉香形成过程中未发现任何真菌或菌丝。中国医学科学院张争等人研究发现白木香经物理伤害处理2周后，光学显微镜和扫描电镜结果显示在射线细胞和导管细胞中存在黄棕色树脂，在距离伤口表面10 mm部位形成了一薄层沉香层，在伤口附近组织中未发现真菌孢子或菌丝体。同时，分别采用火烙法和脉冲高压电击处理白木香，结果显示在无菌条件下同样能够诱导产生沉香类物质。美国明尼苏达大学的Blanchette等人的研究证实：所有对沉香属植物木质部的伤害均能够使其产生沉香类物质，而且对活细胞的伤害强度越大所形成沉香木的面积越大。如果只是钻孔，则只在创伤边缘周围形成沉香木，如果在钻孔中加入能够杀死一些树体细胞的化学物质，则能够在更大面积上形成树脂。Blanchette等人还成功筛选到了对木质部活细胞起伤害作用的化学物质，如氯化钠、亚硫酸氢钠、氯化亚铁等，这些物质能够显著增加沉香木树脂的形成量。采用气相色谱分析氯化钠处理后12个月的样品，结果显示白木香样品含所有沉香中倍半萜类成分含量为1.5% ，且达到市售中档沉香水平。林奇艺等研究证实，乙烯利、吲哚丁酸及赤霉素可促使檀香提早结香，这为化学试剂促使白木香提早结香提供了一定的理论依据。1.3 激发子诱导结香假说近年来，愈来愈多的实验证明激发子(elicitor) 能够激活植物的信号传递，调节植物次生代谢途径，现已成为植物次生代谢研究的热点和焦点。激发子是指那些能够激发生物积累次生代谢产物的生物因子或非生物因子，其中包括真菌及其组分、伤害、伤害信号分子茉莉酸甲酯(MeJA)等。曾有报道将激发子茉莉酸甲酯和黄绿墨耳真菌提取物用于白木香成香机制研究中，在无菌条件下，Michiho等人将茉莉酸甲酯加入至白木香悬浮细胞中，诱导产生了-愈创木烯、-蛇麻烯和-愈创木烯。-蛇麻烯在茉莉酸甲酯诱导早期(36 h) 量相对较高，因此，其可能是由茉莉酸甲酯诱导的白木香防御类物质。愈创木烯类化合物是在茉莉酸甲酯诱导后期(7d) 产生的，它可能是沉香螺醇、枯树醇和-沉香萜呋喃的前体化合物。何梦玲等人以白木香根悬浮培养细胞为材料，黄绿墨耳真菌提取物为真菌激发子，首次在组织培养物中成功诱导产生了2-(2-苯乙基)色酮化合物，而未经诱导的悬浮培养细胞中均不能检测到色酮类化合物。研究结果表明色酮类化合物是白木香细胞在逆境状态下重新合成的次生代谢产物，而且白木香细胞的次生代谢物合成机制与白木香整体植株组织薄壁细胞的次生代谢物合成机制是相似的。以上研究构成了激发子诱导结香假说，但是，至今关于激发子激发的白木香信号转导途径及激活的基因或酶尚未报道。1. 白木香防御反应结香假说近年来，中国医学科学院张争等人研究发现：各种伤害(物理、化学)或真菌侵染均是作为激发子诱导白木香结香，在伤口附近导管中产生侵填体即沉香层，并据此提出“白木香防御反应结香假说”，即伤害或真菌侵染均是作为激发子诱导白木香产生防御反应，产生具有抑菌活性的防御物质(药材沉香的主要化学成分)，这些防御物质与细胞其他组分复合形成的侵填体堵塞了次生木质部的导管和维管束，以抵御外界物理、化学伤害或真菌侵染对白木香的进一步损伤。2白木香造香技术在自然界，白木香常见被虫蚁或发生病腐、风倒、风断及雷击，造成树干枯烂腐朽或枯死，这些部位常常结香。我国古笈中已有“因木朽而结香”、“因蠹隙而结香”的记载，但山林中的白木香树“有香者百无一二”。健康白木香树在不受任何损伤或刺激的情况下并不产生沉香，加上白木香资源的不断减少，天然沉香出现了供不应求的局面。因此，20世纪70年代以来，不断有人研究促进人工结香技术，其中主要的方法总结如下。2. 1 传统造香技术2.1.1 砍伤法在白木香树树干上用刀横向砍出伤面，或在树干上凿几个深23 cm，宽和高4 cm的方形洞，至第4年在腐烂的木质部下方出现了黄褐色或赤褐色香脂的木材，这就是所谓的砍伤结香法。在沉香产区流传着“一年砍面，二年烂面，三年落面，四年红面”的说法，即第1年在白木香树干上砍出伤面；第2年伤面及附近木材逐渐腐烂；第3年伤面上过度腐烂的木材纷纷脱落；第4年在腐烂的木材下面露出积聚黄褐色或赤褐色香脂的木材。2.1.2 半断干法在离树干基部12 m处的树干上锯一伤口，深度可达干粗的1 /41 /3，可在同一方向不同高度锯几个伤口，伤口之间的距离为3040 cm，伤口宽约34 cm，成“匚”形状。药农称其为“开香门”，数年后也能结香。2.1.3 凿洞法在距树干基部50 cm直至树顶上端枝条全面打洞，也叫“开香门”，其圆形小洞口直径11. 5 cm，水平洞口相距7 cm左右，上下洞口相距15 cm左右。全面打洞后，为使树脂分泌得快，另外采取物理处理(烫伤)或是菌种接种效果更好。据药农经验，打洞2年后，数个洞口已经封口结香。一般认为此方法结香快，结香好。2.1.4 断枝法选择有一定粗细的树枝，将其砍断，在伤口上就会开始分泌树脂，逐渐变棕黑色，几年后就会有沉香产生。2.1.5 打钉法用铁钉打入白木香树干1312深度，然后将铁钉留在树干内让其生锈腐蚀树干，之后一至两年可以开始产香。2.1.6 火烙法在凿洞法的基础上衍变出来的方法，楔子烧红后用锤子楔穿树体，每隔20cm一排，每排2-3个孔。这种方法的结香效率比挫洞法高，也能够整体结香，而且所得沉香质量好，但处理工作量较大。2.1.7 化学伤害法根据广东沉香产区的香农经验得知，用甲酸、硫酸和乙烯利处理白木香伤口，可剌激伤口，使其提早结香，具体方法和试剂用量（有人用80%甲酸+20%乙烯利）有待进一步研究。2.2 现代造香技术2.2.1 布兰切特法美国明尼苏达大学布兰切特教授的发明专利：栽培的沉香木（公开号CN1541058），主要内容是用物理、化学、生物等方法对木质部进行创伤，强调需要重复创伤和创面保持通气状态。2.2.2 钻洞接菌造香法海南屯昌英扬沉香开发有限公司等单位研发技术：以10年生以上的大树为好，5-6年生也能进行人工接菌结香。在树干上每隔40-50cm，用电钻等工具，按垂直树干的方向并排钻几个的树洞（直径约1-2cm），深度一般要横穿树干。随即将结香菌种塞入洞中，用塑料薄膜包扎封口，防止杂菌污染和昆虫、蚂蚁为害，几年后即可采得沉香。2.2.3 签插接菌造香法 广西唐文的发明专利（公开号201210111514.5）：利用多种优势结香真菌与专用营养剂配制的泡签菌剂，采用这种菌剂浸泡的竹签或木签，可钉入白木香树上大量预置好的人工钻孔内，促使白木香树通过自身的新陈代谢功能，钉入的竹签或木签附近木质部，在签插菌剂的作用下会分泌出透明的油状物质（沉香）来抵制真菌的入侵，1-2年后可采香。2.2.4 通体结香法目前认可程度较高的造香方法，由中国医学科学院药用植物研究所海南分所研制。主要技术特点是利用树干注射输液的原理，把成香诱导剂（保密配方）输入白木香树体内，2-5年内可使树干及树枝通体结香。3 结束语虽然已有多种假说，但沉香形成过程及其机制至今尚未完全阐明，期待更深入的研究，能为调控白木香结香过程、建立高效结香技术体系奠定基础。目前采用人工造香技术制成的沉香尚不能达到药用一、二级质量要求，许多科研人员正在不断研究改进，逐步完善，相信在不久的将来会解决这一难题。白木