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樟树不同化学型精油主成分时空变异规律及优良单株选择
作 者: 胡文杰
导 师: 高捍东
学 校: 南京林业大学
专 业: 森林培育
关键词: 樟树 化学型 精油 主成分 气相色谱-质谱法
分类号: S792.23
类 型: 博士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
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樟树是一种集材用、药用、香精香料、油用、风景园林等于一体的多用途林木资源，被誉为江南宝树，具有巨大的开发利用价值。但鉴于目前樟树原料林多以未经遗传改良的实生苗营造而成，其枝叶的樟油得油率低且有效成分含量也不一致，导致产量、质量与经济效益等受到较大影响。为此，本研究以樟树为研究对象，采用气-质联用仪（GC/MS）测定樟树三种不同化学型（油樟、脑樟和异樟）精油化学组成及含量，探讨樟树三种不同化学型（油樟、脑樟和异樟）精油主成分的时空变异规律。在此基础上，筛选出其得油率高及品质优良的单株，旨在为樟树的遗传改良和定向培育技术的系统研究提供参考，为香料等产业发掘和香料新品种的发展和壮大提供专用优良原料树种将具有重要的理论意义和实践价值。主要研究结果如下：1、樟树叶精油最佳提取条件的优化：经单因素试验和响应面法确定了樟树叶精油最佳提取条件：提取时间65min，水料比12.5:1，提取功率1200W。在此条件下，5月份采集的叶样，其叶精油提取率为2.14%。2、叶精油化学成分：油樟叶精油中共鉴定出39种成分，其中含量大于1%的有8种；脑樟叶精油中鉴定出47种成分，其中含量大于1%的有9种；异樟叶精油中鉴定出40种成分，其中含量大于1%的有9种；三种化学型间的共有成分有16种，而特有成分，油樟有9种，脑樟和异樟各有12种。3、叶精油平均得率的年变化规律：油樟、脑樟2种化学型的叶精油平均得率年变化趋势基本一致，大致可分成3个阶段：3-5月为急剧上升阶段，5-7月是缓慢上升和保持阶段；7月后至下一个生长期到来之前为逐渐下降阶段。油樟7月份精油平均得率最高，为最佳采集时间。脑樟7月和5月精油平均得率最高，脑樟的最佳采集时间为7月和5月。异樟精油平均得率年变化可分为两个阶段：一是3-9月呈逐渐增加的趋势，9月份精油平均得率最高，为最佳采集时期；二是9月后至下一个生长期到来之前的1月，呈逐渐下降的趋势。樟树三种不同化学型叶精油平均得率的年变化不一样，但具有相似的规律，即生长季节得油率较高，非生长季节则较低。4、叶精油主成分种类的年变化规律：油樟在不同生长期样品中共检测到20种主成分，其中有8种成分在不同生长期中均能检测到的主成分，另12种成分在某一生长期含量较高，为主成分，而在其它生长期含量较低或不存在；脑樟在不同生长期样品中共检测到13种主成分，其中有9种成分在不同生长期中均能检测到的主成分，另有4种成分在某一生长期含量较高，为主成分，而在其它生长期含量较低或不存在；异樟在不同生长期样品中共检测到21种主成分，其中有9种成分在不同生长期中均检测到的主成分，另有12种成分在某一生长期含量较高，为主成分，而在其它生长期含量较低或不存在。5、叶精油中主成分含量的年变化规律：樟树油樟、脑樟和异樟三种化学型在不同生长期中叶精油主成分含量变化不同，各主成分的含量变化均具有自身的变化规律。若以各主成分为目标成分进行采收，其采收期不尽相同。6、各化学型不同部位生物量及其比重以及相关性分析：油樟、脑樟和异樟三种化学型不同部位生长量和鲜重差异不显著；三种化学型不同样株、部位精油得率差异显著；通过相关性分析，樟树油樟、脑樟和异樟单株不同部位（叶、当年生枝、老枝、干、主根和侧根）生物量均与树高、冠幅的相关性不大，与地径相关性较大，且相关性均达到了显著水平；油樟、脑樟和异樟三种化学型各部位鲜重与精油得率之间的相关性多数达到了显著或极显著；油樟、脑樟和异樟三种化学型生长性状与精油得率之间的相关性多数达到了显著或极显著。7、各化学型不同部位精油平均得率的变化规律：同一化学型不同部位：主根和侧根的精油平均得率最高，叶和干次之，当年生枝和老枝最低；不同化学型同一部位：当年生枝、老枝、主根和侧根均是脑樟平均得油率高，而叶和干均是油樟平均得油率高，脑樟次之，异樟最低；同一化学型6个部位平均得油率总和，脑樟>油樟>异樟。由于根和叶的得油率相差不大，结合实际炼油，可通过矮林作业持续开发樟树叶精油。8、各化学型不同部位精油成分及含量：油樟6个不同部位（叶、当年生枝、老枝、干、主根和侧根）的精油中分别鉴定出41、37、37、27、31和31种成分，这些成分的含量分别占各精油总含量的91.21%、88.88%、90.04%、87.83%、95.14%和93.60%；脑樟6个不同部位精油中分别鉴定出46、43、44、29、25和25种成分。这些成分的含量分别占各精油总含量的90.48%、89.44%、89.70%、95.27%、89.91%和88.21%；异樟不同部位精油中分别鉴定出41、51、51、41、39和39种成分。这些成分的含量分别占各精油总含量的94.05%、90.05%、91.24%、94.50%、92.64%和91.86%。且精油中典型性成分空间变化规律存在差异。9、各化学型不同部位精油主成分种类的变化规律：同一化学型不同部位精油中主成分种类数，油樟6个不同部位（叶、当年生枝、老枝、干、主根和侧根）精油中主成分种类数分别为：10、12、12、12、5和6种；脑樟分别为：11、12、12、11、6和6种；异樟分别为：10、13、13、8、6和6种。不同化学型同一部位精油中主成分种类数，叶：油樟、脑樟和异樟分别为：10、11和10种；当年生枝：油樟、脑樟和异樟分别为：12、12和13种；老枝：油樟、脑樟和异樟分别为：12、12和13种；干：油樟、脑樟和异樟分别为：12、11和8种；主根：油樟、脑樟和异樟分别为：5、6和6种；侧根：油樟、脑樟和异樟分别为：6、6和6种。10、各化学型不同部位精油中主成分及含量变化规律：油樟不同部位精油中主成分共有12种，其中含量大于10%的有3种，其含量变化为，桉叶油醇：叶>当年生枝>老枝>干>主根>侧根；α-松油醇：叶>当年生枝>老枝>干>主根>侧根；黄樟油素：主根>侧根>干>老枝>当年生枝>叶。脑樟不同部位精油中主成分共有12种，其中含量大于10%的有2种，其含量变化为，樟脑：叶>当年生枝>老枝>干>侧根>主根；黄樟油素：主根>侧根>干>老枝>叶>当年生枝。异樟不同部位精油中主成分共有13种，其中含量大于10%的有4种。其含量变化为，异-橙花叔醇：叶>老枝>当年生枝>干>主根>侧根；桉叶油醇：老枝>当年生枝>叶>干>主根>侧根；三甲基-2-丁烯酸环丁酯：叶>当年生枝>老枝>干>主根>侧根；黄樟油素：主根>侧根>干>当年生枝>老枝>叶。11、优良单株选择：结合得油率和主成分含量两个因素，制定了樟树三种化学型等级划分标准，选择出每种樟树化学型的优良单株，其中油樟1株、脑樟2株、异樟1株。
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全文目录
致谢 3-4
摘要 4-6
Abstract 6-15
前言 15-16
第一章 文献综述 16-33
1 植物精油研究进展 16-21
1.1 植物精油的定义和性质 16
1.2 植物精油的分布 16
1.3 植物精油提取方法 16-20
1.3.1 压榨法 17
1.3.2 水蒸气蒸馏法 17
1.3.3 浸提法 17
1.3.4 吸附法 17-18
1.3.5 酶提取法 18
1.3.6 同时蒸馏萃取 18
1.3.7 超声波提取法 18
1.3.8 微波辅助萃取 18-19
1.3.9 超临界 CO2流体萃取 19
1.3.10 微胶囊-双水相萃取技术 19-20
1.4 植物精油的化学成分 20
1.4.1 萜烯类化合物 20
1.4.2 芳香族化合物 20
1.4.3 脂肪族化合物 20
1.4.4 含氮含硫化合物 20
1.5 植物精油化学成分的测定与分析鉴定方法 20-21
2 樟树的研究进展 21-32
2.1 樟树分类地位与天然分布 21-22
2.1.1 樟树分类地位 21-22
2.1.2 樟树天然分布 22
2.2 樟树生物学和生态学特性 22-23
2.2.1 樟树生物学特性 22-23
2.2.2 樟树生态学特性 23
2.3 樟树用途 23-25
2.3.1 园林景观及生态环境建设 23
2.3.2 用材 23-24
2.3.3 香精原料 24
2.3.4 药用 24
2.3.5 油用 24-25
2.3.6 工艺 25
2.3.7 生化原料 25
2.4 樟树精油提取方法 25-26
2.5 樟树精油主要化学成分与开发利用研究进展 26-28
2.6 樟树繁殖技术研究进展 28-30
2.6.1 有性繁殖 28
2.6.2 无性繁殖 28-30
2.7 樟树营林技术研究进展 30-31
2.8 樟树良种选育研究进展 31-32
3 研究目的和意义 32-33
第二章 响应面法优化樟树叶精油水蒸气蒸馏提取工艺 33-44
1 材料与方法 33-34
1.1 试验材料 33
1.2 试验方法 33-34
1.2.1 叶精油水蒸气蒸馏法 33
1.2.2 试验设计方法 33-34
1.2.3 樟树叶精油提取率计算 34
1.2.4 优化工艺验证 34
2 结果与分析 34-42
2.1 单因素试验结果 34-36
2.1.1 提取时间对精油提取率的影响 34-35
2.1.2 水料比对精油提取率的影响 35
2.1.3 提取功率对精油提取率的影响 35-36
2.2 响应面分析法优化樟树叶精油的提取工艺 36-42
2.2.1 响应面试验测定结果与分析 36-39
2.2.2 交互作用项等高线图和响应面分析 39-41
2.2.3 验证性试验 41-42
3 结论与讨论 42-44
3.1 取样时间对精油含量的影响 42
3.2 基于响应面法的水蒸气蒸馏法最佳提取工艺条件的确定 42
3.3 响应面分析法在樟树精油成分提取方面的应用效果 42-44
第三章 樟树三种化学型叶精油成分及其含量比较研究 44-54
1 材料与方法 44-45
1.1 试验材料 44
1.2 试验方法 44-45
1.2.1 叶样采集及精油提取方法 44
1.2.2 精油成分分析样品制备 44
1.2.3 精油成分检测方法 44
1.2.4 不同化学型叶精油分析气相色谱-质谱条件 44-45
1.2.5 数据处理及质谱检索 45
2 结果与分析 45-52
2.1 油樟叶精油成分分析 45-46
2.2 脑樟叶精油成分分析 46-47
2.3 异樟叶精油成分分析 47-52
2.4 樟树三种化学型叶精油成分比较分析 52
2.4.1 樟树三种化学型叶精油成分组成差异显著 52
2.4.2 樟树三种化学型叶精油主成分及其含量差异显著 52
3 结论与讨论 52-54
3.1 樟树三种不同化学型间叶精油成分种类存在较大差异 52-53
3.2 樟树三种不同化学型叶精油中主成分及其含量差异显著 53-54
第四章 樟树三种化学型叶精油含量、精油中主成分种类及其含量年变化规律 54-74
1 材料与方法 54-55
1.1 试验材料 54
1.2 试验方法 54-55
1.2.1 叶精油水蒸气蒸馏法 54
1.2.2 精油含量（得率）计算 54
1.2.3 试验样品处理 54
1.2.4 精油成分及含量测定方法 54
1.2.5 不同化学型叶精油分析气相色谱-质谱条件 54-55
1.2.6 数据处理及质谱检索 55
2 结果与分析 55-71
2.1 樟树三种化学型叶精油得率不同生长期方差和显著性分析结果 55-56
2.2 樟树三种化学型叶精油平均含量年变化规律 56-57
2.3 樟树三种化学型内各样株叶精油含量年变化规律 57-58
2.3.1 油樟不同单株叶精油得率年变化规律 57-58
2.3.2 脑樟不同单株叶精油得率年变化规律 58
2.3.3 异樟不同单株叶精油得率年变化规律 58
2.4 樟树三种化学型叶精油中主成分种类年变化规律 58-63
2.4.1 油樟叶精油中主成分种类年变化规律 59-60
2.4.2 脑樟叶精油中主成分种类年变化规律 60
2.4.3 异樟叶精油中主成分种类年变化规律 60-61
2.4.4 樟树三种化学型不同生长期叶精油主成分种类比较研究 61-63
2.5 樟树三种化学型叶精油中主成分含量年变化规律 63-71
2.5.1 油樟叶精油中主成分含量年变化规律 63-65
2.5.2 脑樟叶精油中主成分含量年变化规律 65-68
2.5.3 异樟叶精油中主成分含量年变化规律 68-71
3 结论与讨论 71-74
3.1 樟树三种化学型叶精油平均得率的年变化规律相似 72
3.2 樟树三种化学型叶精油主成分种类年变化差异显著 72
3.3 樟树三种化学类型叶精油中主成分含量年变化差异显著 72-74
第五章 樟树三种化学型不同部位生物量及其比重 74-90
1 材料与方法 74
1.1 试验材料 74
1.2 试验方法 74
1.2.1 样株的采集及处理 74
1.2.2 不同部位精油水蒸气蒸馏法 74
1.2.3 相关的分析方法 74
2 结果与分析 74-88
2.1 樟树三种化学型不同部位鲜重测定结果 74-77
2.1.1 油樟不同部位生长量和鲜重测定结果与分析 76
2.1.2 脑樟不同部位生长量和鲜重测定结果与分析 76
2.1.3 异樟不同部位生长量和鲜重测定结果与分析 76
2.1.4 樟树三种化学型各部位鲜重占植株总鲜重百分比的比较研究 76-77
2.1.5 樟树三种化学型鲜重方差分析 77
2.2 樟树三种化学类型不同样株、部位精油得率测定结果分析 77-83
2.2.1 油樟 79-80
2.2.2 脑樟 80-82
2.2.3 异樟 82-83
2.2.4 油樟、脑樟、异樟三种化学型、6 个部位精油得率方差分析 83
2.3 油樟、脑樟、异樟三种化学型各性状间相关分析 83-88
2.3.1 油樟各性状相关分析 83-85
2.3.2 脑樟各性状相关分析 85-86
2.3.3 异樟各性状相关分析 86-88
3 结论与讨论 88-90
3.1 樟树三种化学型不同部位生长量和鲜重的比较分析 88
3.2 樟树三种化学类型不同样株、部位精油得率差异显著 88
3.3 三种化学型样株生长量与各部位鲜重、精油得率等相关分析 88-90
第六章 樟树三种化学型植株不同部位精油含量、主成分种类及其含量变化规律 90-123
1 材料与方法 90-91
1.1 试验材料 90
1.2 试验仪器及方法 90-91
1.2.1 不同部位精油水蒸气蒸馏法 90
1.2.2 试验样品处理 90
1.2.3 精油成分检测方法 90
1.2.4 不同化学型各部位精油分析气相色谱-质谱条件 90-91
1.2.5 数据处理及质谱检索 91
2 结果与分析 91-112
2.1 樟树三种化学型不同部位精油得率变化规律 91-92
2.1.1 同一化学型不同部位精油得率变化规律 91-92
2.1.2 不同化学型同一部位精油得率变化规律 92
2.2 樟树三种化学型不同部位精油成分分析 92-108
2.2.1 油樟不同部位精油成分分析 92-97
2.2.2 脑樟不同部位精油成分分析 97-102
2.2.3 异樟不同部位精油成分分析 102-108
2.3 樟树三种化学型不同部位精油主成分种类及其含量比较分析 108-112
2.3.1 同一化学型不同部位精油主成分种类及其含量比较分析 108-111
2.3.2 不同化学型同一部位精油中主成分种类及其含量比较分析 111-112
3 结论与讨论 112-123
3.1 樟树三种化学型不同部位精油平均得率差异显著 113
3.2 樟树三种化学型不同部位精油成分组成差异显著 113
3.3 樟树三种化学型不同部位精油中典型性成分空间变化差异显著 113-114
3.4 樟树三种化学型不同部位精油中主成分种类数比较 114
3.5 樟树三种化学型不同部位精油主成分及其含量存在较大差异 114-123
第七章 樟树三种化学型优良单株选择的研究 123-137
1 材料与方法 123
1.1 材料 123
1.2 研究方法 123
2 结果与分析 123-129
2.1 樟树三种不同化学型叶精油得率及主成分含量状况 123-124
2.2 樟树三种不同化学型优良单株筛选的指标确定 124-126
2.3 樟树三种不同化学型叶得油率水平分级标准拟定 126
2.4 樟树三种不同化学型叶精油中主成分含量水平分级标准拟定 126
2.5 樟树三种不同化学型优良单株初步的确定 126-127
2.6 樟树三种化学型优良单株选择 127-129
2.6.1 油樟优良单株选择 127-128
2.6.2 脑樟优良单株选择 128-129
2.6.3 异樟优良单株选择 129
3 结论与讨论 129-137
第八章 全文总结与展望 137-141
1 全文总结 137-139
2 论文创新点 139
3 研究展望 139-141
参考文献 141-148
附录 148
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