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沉香結香方法與技術研究新進展

作者:青錢柳

沉香結香方法與技術研究新進展

鄧力等

基金項目 廣西林業科技項目:白木香高效生物結香技術研究(No.桂林科研[2022ZC]第 91 号)。

沉香為瑞香科(Thymelaeaceae)沉香屬(Aq-uilaria)植物形成的一種具有芳香氣味的傳統名貴藥材,位列中國四大香料“沉檀龍麝”之首,在全球的香料市場占有極具重要的地位 。人類對沉香的利用可追朔到 2 000 多年前,沉香在道教、佛教、基督教、天主教等宗教裡有着極高地位,為公認的祭祀聖物,沉香擁有複雜而又獨特的香氣,至今仍難以人工合成,歐洲地區常用沉香油作為進階香水的定香劑 ;沉香具有多種藥理活性,如抗炎、抗惡性良性腫瘤毒細胞活性、抗氧化活性、抗 α-葡萄糖苷酶活性等 ,以其為原材料的傳統中成藥有十五位沉香丸、沉香化滞丸、沉香化氣丸、沉香舒氣丸、八味沉香散等 。此外,沉香還可用于制作手串、雕件、挂墜等工藝品 。特級沉香價格達 21 萬美元/kg,一級沉香11 萬美元/kg,二級沉香 5 萬美元/kg。沉香的高價值也導緻了沉香造假嚴重,中國藥監局對國内多個中藥材沉香市場抽檢中,不合格率達 90%以上 。

多年來,野生沉香資源被過度采伐,導緻天然沉香稀少,為滿足沉香市場需求,大陸及東南亞各國大規模地人工種植沉香樹木 ,為了加速沉香人工林結香,已采用實體、化學、生物等方法誘導沉香形成 ,但人工方法獲得的沉香存在品質差、産出低,甚至可能有重金屬污染等問題 ,其原因是對沉香形成機理認知不足。本文對結香原因、人工結香方法和技術的總結,為人工大規模生産沉香提供參考,以期對人工沉香産業的發展有所幫助。

1 天然沉香屬分布與人工種植現狀

1.1 天然沉香屬分布現狀

天然沉香屬的樹種主要分布在印度至馬來西亞-巴巴新幾內亞等沿線國家 ,其中白木香( Aquilaria sinensis) 和 雲 南 沉 香 ( Aquilariayunnanensis)為大陸特有種(表 1),白木香又名土沉香,為大陸最主要的沉香樹種,屬于大陸二級瀕危保護植物,主要分布于廣東、澳門、廣西、福建、海南、台灣等地,而雲南沉香主要分布于雲南。長期以來,沉香資源掠奪式開采問題嚴重,沉香樹原始林遭到了嚴重破壞,野生沉香樹種瀕臨滅絕。沉香屬的 21 個種,從 2004 年開始,被收錄于《瀕危野生動植物種國際貿易公約》附錄Ⅱ,進行管制和保護。

表 1 沉香屬的種及分布

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1.2 人工種植沉香樹現狀

由于沉香獨特迷人的香氣以及藥用價值,各國對沉香的需求量不斷增大。據報道,2004—2007年,中東地區對沉香小木片的進口量增加了300%。近幾十年,大陸對沉香進口量急劇增加,1995—1997 年,大陸台灣對沉香的進口量達到了402 t;2011—2013 年,大陸大陸地區對沉香的進口量為 12.53~81.42 t,增加了接近 650% 。2017年,世界沉香産品的貿易額達 1 962 億美元以上,中國海關統計,截至 2020 年,大陸相關沉香進出口量分别為 1 507 441、3 771.25 t,國内沉香需求量主要以進口為主,可見大陸沉香産量低下 。按照目前世界範圍内沉香需求量的發展趨勢,未來幾年對沉香的需求将大大提高。沉香市場具有廣闊的前景,而天然沉香形成的機率低及周期漫長,野生沉香樹不斷被采伐且沉香天然林更新速度緩慢,野生沉香也愈發枯竭,處于供不應求的狀态,這意味着野生沉香的價格将持續上漲。為了滿足全球沉香市場日益增長的需求,人工栽培沉香樹成為解決沉香資源危機的唯一有效途徑。

根據 2011 年公布的統計資料,2006—2010 年,大陸沉香樹新種植總面積達到 5 285 hm 2 ,其中白木香占 5 245 hm 2 。2023 年 1 月 10 日召開的沉香産業聯盟第一屆理事會第五次會議報道,目前大陸沉香樹種植的總面積約為 100 萬畝(1 畝≈667 m 2 )。此外,東南亞各國也大量種植沉香樹。2007 年,孟加拉國沉香樹的種植數量為 80 萬株 。2016 年,馬來西亞沉香樹種植面積為 1 300 hm 2 ,種植數量為 120 萬株 。高棉種植了近 200 萬株沉香樹,越南種植數量則超過了 2 000 萬株 。人工大規模地種植沉香樹,為沉香資源的可持續發展提供重要基礎。

2 沉香結香原因

2.1 野生沉香形成原因

大陸很早就有關于野生沉香形成的記載。北宋時期《本草衍義》記載:“黃沉乃枯木中得者,宜入藥用。依木皮而結者,謂之青桂,氣尤清。在土中歲久,不待?剔而成結,謂之龍鱗。亦确創之自卷,咀之柔韌者,謂之黃蠟沉,尤難得也” ;宋代《鐵圍山叢談》中記載:“謂之熟結,自然其間凝實者也,之脫落,因朽木而解者也;謂之蠱漏,因傷蠱而後膏脈亦聚焉,故言蠱漏也” [26] ;明代《本草乘雅半偈》中記載:“蟲醖者,因鑿隙而結也;脫落者,因水朽而結也,熟絡者,因自腐而結也” ;清代《宦遊筆記》記載:“香木枝柯竅露,大蟻穴其竅,蟻食石蜜,歸而遺香其中,歲久漸漬,木受蜜氣,結而堅潤,則香成矣” ;清代《崖州志》記載:“結沉,其樹尚有青葉未死、香在樹腹如松脂液,有白木間之,是曰生香” 。可見,沉香自然形成的主要途徑是沉香樹受到微生物、蟲蟻入侵、自身病變或外界随機因素損傷等誘導,經過長時間的積累,形成了沉香,可謂是“有香者百無一二”,導緻野生沉香産量難以滿足市場需求。野生沉香主要的結香類型包括蟲漏、熟結、生結、水沉、土沉、皮油、脫落、倒架等(表 2),其中生結形成的時間較短,沉香品質較差,結香不均勻,油脂含量較少與白木相間,香味較清淡,其餘幾種沉香形成時間較長,品質較佳,油脂含量高、香味醇厚。

表 2 自然結香的主要類型與品質評價

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2.2 結香原因的現代研究

沉香生成為一個漫長生化反應和次生代謝物累積的過程,伴随着微觀構造、内源激素、防禦酶等的改變及沉香特征化學物質的合成。在實體創傷處理後的沉香樹,薄壁細胞澱粉粒降解,細胞呈液泡化,并有油狀物質生成 。LIU 等 将化學誘導物注射入沉香樹木質部内,經誘導物刺激,内含韌皮部及木射線的澱粉粒分解,形成了非澱粉多糖,之後多糖逐漸消失,酚類物質生成;一段時間後,酚類物質逐漸減少,脂質物質生成,并認為内含韌皮部和木射線薄壁細胞為沉香樹脂形成和積累的主要部位,澱粉粒則是沉香形成的物質基礎。CUI 等通過接種真菌至沉香樹中,發現薄壁細胞澱粉粒消失,并産生大量分泌物,切斷輸導組織,抵抗真菌侵襲,以保護其他健康組織。實體創傷法、化學誘導法和生物脅迫法都觀察到内含韌皮部和木射線薄壁細胞的澱粉粒分解,發生了次生代謝反應,合成了與防禦相關的物質。另一方面,導緻植物次生代謝反應的影響因素很多,主要内在因子為激素 ,白木香經實體傷害後,與防禦有關的信号分子,如一氧化氮、水楊酸、乙烯、茉莉酸和過氧化氫的濃度發生了大變動,而施加外源茉莉酸(JA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和水楊酸(SA)等刺激沉香外植體懸浮細胞,可誘導萜類物質的産生 。白木香經實體傷害、無機鹽和真菌刺激後,與防禦有關的生理活性酶,如超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸氨解酶(PAL)、過氧化氫酶(CAT)和一氧化氮(NO)合成酶升高,并且檢測出沉香特征物質生成 。

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綜上,沉香屬的結香原因是來自外界的各種脅迫因子刺激沉香樹,開放的傷口使真菌侵染或者化學藥劑對沉香樹造成進一步的傷害,樹體激活防禦相關的信号分子 ,與次生代謝相關的酶活性升高,而後軸向薄壁細胞、内含韌皮部、木射線細胞生化合成多種次生代謝物(倍半萜和色酮類物質),次生代謝物一方面填充内含韌皮部、木射線以及導管等,進而抵禦真菌侵染、實體和化學傷害等對樹體造成進一步傷害,同時這些次生代謝物具有抗菌的功能,随着時間的積累,即形成了沉香。

3 人工結香技術研究現狀

近年來,野生沉香的數量不斷下降,沉香市場的缺口難以滿足,随着諸多學者對沉香形成機理研究的深入,人工沉香技術得到了快速發展,由最初的傳統實體創傷法發展出了生物脅迫法、化學誘導法等先進方法,提高了沉香的産量。

3.1 實體創傷法

實體創傷法為最原始的人工誘導沉香方法,通過傷口引起沉香樹結香,主要包括:砍傷法、鑽孔法、打釘法、火燒法、敲皮法、樹皮去除法、斷枝法、半斷或全斷樹幹、斷根法等。

3.1.1 實體創傷法的曆史記載 古代書籍除了有野生沉香形成的記載,也有實體創傷導緻沉香形成的記載。北宋《鐵圍山叢談》中記載了“謂之生結,人以刀斧傷之而後膏脈聚焉” ;《本草衍義》記載了“蓋山民入山,見香木之曲幹斜枝,必以刀斫成坎,經年得雨水所漬,遂結成香” ;明代《本草乘雅半偈》提及“生結者,因斫鑿而結者”。自唐宋時期便運用了斷根法誘導結香,唐代《通典》雲:“土人斷之,積以歲年朽爛,而心節獨在,置水中則沉” ;宋代《本草圖經》記載了:“欲取之,先斷其積年老木根,經年其外皮幹俱朽爛,其木心與枝節不壞者即是香也”。

到了明清時期,又發明了火烙法和鑿洞法。《崖州志》記載了火烙法:“鐵皮香者,皮膚漸漬雨露,将次成香,而内皆白木,土人烙紅鐵而爍之”;《東莞縣志》記載:“初鑿曰開香門,鑿數行如馬牙,鑿後用黃沙土封蓋,使之複生……開後年年可鑿” 。

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3.1.2 實體創傷法現代研究 LI 等 報道了鑽孔法處理沉香樹 4 年,從所得的沉香中分離出多種具有良好的抗乙酰膽堿酯酶活性能力的色酮類物質。THANH 等采用螺旋狀打釘法和螺旋狀鑽孔的方式處理沉香樹 2 年,發現采用螺旋狀鑽孔法處理産生的沉香其精油含量以及倍半萜相對含量均高于螺旋狀打釘法。LIU 等研究表明,斷幹法處理沉香樹 20 個月後,其結香效果較差,醇溶性浸出物含量僅為 7.61%,小于《中國藥典》和沉香行業标準 10%的要求,難以用于入藥或推向沉香市場 。吳澤青 利用火燙法處理沉香樹,6 個月後,隻在傷口有局部變色,其沉香醇溶性浸出物含量僅為 4.44%,遠低于《中國藥典》的标準 ,與對照白木的乙醇浸出物含量相差無幾。POJANAGAROON 等以砍傷法處理沉香樹 20 個月,傷口附近的木質部變為灰棕色,經點燃可聞見淡淡的香味。ZHANG 等 報道了經高熱鐵鑽頭對沉香樹鑿洞處理,結香 30 d 的沉香,其精油存在部分倍半萜種類,與野生沉香相似。王東光利用敲皮法敲擊沉香樹,敲擊範圍為長×寬=60 cm×半個樹的直徑,處理 10 個月後,産生的沉香其精油中倍半萜含量與芳香族含量遠遠低于野生沉香,且醇溶性浸出物含量(5.4%)遠遠不能滿足《中國藥典》和沉香行業标準的要求 。林峰等采用打釘、砍傷和鑿洞 3 種處理方式分别對沉香樹進行創傷誘導,3 種方法形成的沉香中,仍有健康沉香樹中所含有的脂肪酸初級代謝物質,從沉香油含量和特征揮發性成分來看,打釘法和鑿洞法産生的沉香其品質優于砍傷法的樣品。

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3.2 化學誘導法

化學誘導結香法是近年來興起的一種新穎的結香方法,化學誘導物一般由植物激素、鹽類、酸性物質、促滲劑、生物衍生物質等組成。最初由 BLANCHETTE 等 将氯化鈉和氯化亞鐵溶液塗抹沉香樹的傷口,有效地防止傷口處活細胞再生,進而促進了沉香樹結香,而後又發明了“栽培沉香套件”技術,将一根管子插入受傷的木質部,有助于通氣,将化學誘導劑通過導管抵達受傷的組織,進而引起結香。基于此衍生了多種誘導技術與化學法相結合,促進沉香的産生。

藍均熾等 發明了偏心灌注法,通過在沉香樹幹鑽一個橫向偏心并下斜的孔洞,将化學誘導劑(檸檬酸、乳酸、草酸等)注入孔洞,進而提升了沉香的産量;陳媛等報道了 10 批偏心灌注法誘導一年形成的沉香,其醇溶性浸出物和沉香四醇的平均含量分别為 18.26%,0.43%,均高于《中國藥典》的要求,具有良好的藥用價值。

THANH 等 以螺旋狀鑽孔的方式,深度為 1/3~1/2 樹木直徑,間距為 20 cm,從 0.8 m 樹樁底部到樹頂部,将硫酸、硫酸氫鈉、水、柯拉斯那木材粉末的混合物填充入孔内,封孔,一年後,沉香油的含量為 0.038%~0.039%,倍半萜類化合物含量占沉香油總量的 15.8%~20.8%。丁宗妙等 将化學誘導液(植物激素、糖類、無機鹽、有機酸)與樹幹剝皮法結合,将白木香周長 1/2~4/5的樹皮剝掉,均勻塗抹化學誘導液到露出的創傷木質部,用塑膠薄膜包裹創傷面,防止雨水沖刷,處理 5~8 個月後,提高了沉香提取物含量,沉香的醇溶性浸出物和揮發油含量分别為 13.28%~7.31%、1.46%~2.37%,而倍半萜占揮發油含量的75.69 %~86.87%;楊雲等 對此法進行了改良,優化了誘導液成分(0.5%~3%植物激素、0.5%~1.0%酒石酸铵、1%~2%硫酸鎂、1%~2%亞油酸、2%~3%亞麻酸和 2.7%~4%過磷酸鈣),同時增加了植物油多元醇、木瓜蛋白酶、脂松節油和瓊脂,以避免化學誘導劑遭受雨水沖刷,4 個月在傷口周圍觀察到棕褐色油狀物的木質部,不僅提高了結香效率,還解決包裹塑膠薄膜存在環保問題,以及縮短了結香時間。

魏建和等團隊發明的沉香樹幹内部化學創傷誘導結香(打點滴法)是應用最廣的,即通過在沉香樹樹幹上鑽孔,利用打點滴裝置将組分為植物激素(乙烯利、茉莉酸甲酯等)和化學試劑(鐵鹽和鈉鹽)的化學促香劑緩緩輸入孔中,封孔,間隔 2~3 月輸 1 次,6~12 月後,形成了褐棕色油狀物及黃棕色的木質部,将其采取,經火燒和熏香爐加熱均可聞到濃烈的沉香氣味。ZHANG 等 利用打點滴裝置将氯化鈉溶液輸入白木香内,20 個月後,成功誘導大面積結香,樹脂線條優美,香味濃郁,咀嚼後有苦味和辛辣的味道,醇溶性浸出物含量高于《中國藥典》 ,化學成分與野生沉香高相似。梅文莉等 以植物激素(茉莉酸甲酯、乙烯利、6-BA 的一種或兩種以上)、無機鹽(氯化鈉、氯化鎂一種或兩種)、苯乙醇作為混合誘導液輸入白木香鑽孔中,封孔,3 個月後,創傷木質部周圍形成了棕褐色油狀物,并将其割取,經檢測沉香醇溶性浸出物含量為 12.8%,達到了《中國藥典》的标準 ,沉香油含量 2.0%,倍半萜含量占沉香油的 17%;在另一項研究中,梅文莉等 将組分為無機鹽(氯化鈉和氯化鎂一種或兩種)、有機酸(咖啡酸、肉桂酸和苯甲酸一種或多種)的化學誘導劑輸入鑽孔,結香 24 個月後,沉香油的含量為 2.1%~3.1%,色酮和倍半萜相對含量分别為 7.8%~10.6%、15.8%~18.5%。

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3.3 生物脅迫法

生物脅迫法主要為微生物結香,即利用各種各樣的微生物(真菌、真菌發酵液、濾液等)接種至傷口,經過真菌刺激一段時間,在傷口及周圍形成沉香。目前許多學者證明了多種真菌與沉香樹結香相關,包括曲黴屬(Aspergillus)、可可毛 色 二 孢 菌 屬 ( Lasiodiplodia )、 鐮 刀 菌 屬(Fusarium)等(表 3),筆者根據已有報道接種真菌誘導結香的技術,主要劃分為表面傷口接種、鑽孔接種、打點滴法接種等。

表 3 沉香樹結香相關的真菌

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3.3.1 表面傷口接種 表面傷口接種即在沉香樹幹用刀斧等制造傷口,接種真菌。戚樹源等 采用“開香門接種”,即通過刀斧在樹幹砍出傷口,将黃綠墨耳真菌(Melanotus flavolivens)培養液噴灑至傷口,并以塑膠薄膜包紮,接種 6 個月後,沉香浸膏得率僅為 4.62%,并檢測出沉香特征色酮類物質,如 6,7-二甲基-2-(2-苯乙基)色酮、6-甲氧基-2-[2-( 4-甲氧基)苯乙基]色酮,并在幾年後發現黃綠墨耳菌粗提取物可以刺激白木香懸浮細胞産生色酮類物質 ,證明了黃綠墨耳菌是一種結香菌種。CHEN 等 發明了樹幹表皮接種結香技術,通過揭開 50 cm 長的樹皮,保持樹皮與樹幹的連接配接,露出矩形木質部,将其切割為機關面積 2 cm× 2 cm,深度為 1.5~2.0 cm 的小方塊,連續切割形成網格,上下矩形表面木質部的距離為20 cm,而在不同側面的相對之間的距離為 5 cm,用噴壺将硬孔菌(Rigidoporus vinctus)的發酵液噴灑或刷入網格,結香 6 個月的沉香其醇溶性浸出物和沉香四醇含量分别為 38.9%、0.14%,超過《中國藥典》的标準 ,可代替天然沉香入藥,15 種倍半萜化合物相對含量占揮發油總量的22.67%,可用于提煉精油。

3.3.2 鑽孔接種

(1)普通鑽孔接種 普通鑽孔接種是通過在樹上鑽一個或多個孔,将真菌菌餅、真菌膠囊、菌液等接種至鑽孔,經過真菌的刺激,進而形成沉香。TAMULI 等 将球毛殼菌(Chaetomiumglobosum)注入鑽孔中,30 d 可從感染的沉香樹上檢測出缬草醇等倍半萜。馮乃憲等 将束絲菌屬 ( Ozonium LK.ex.Fr )、 刺 莖 點 黴 屬(Chaetophoma Cke)、葡萄孢屬(Botrytis Pers.exF.r)菌液分别注入白木香的鑽孔中,5 個月誘導形成了沉香,但醇溶性浸出物平均含量僅 4.2%,難以達到入藥的标準 。ZHANG 等 将可可毛色二孢菌(Lasiodiplodia theobromae)菌餅置入白木香樹幹鑽孔上,結香 6 個月的沉香與野生沉香具有相似的化學成分以及抗菌性。CUI 等 将包含炭角菌(Xylaria)的溶膠接種至白木香鑽孔上,8 個月可成功誘導沉香的形成,但從沉香中隻檢測出 6 種倍半萜類物質,相對含量之和為 16.20%,不如同一水準下接種可可毛色二孢菌産生的沉香中倍半萜相對含量之和。王軍等 通過在白木香樹幹上鑽孔,将包裹有青黴屬菌(Penicillium sp.)、尖鐮 孢黴(Fusarium oxysporum)、絲 核菌屬(Rhizoctonia sp.)、枝頂孢黴(Acremonium fur-catum)、緊密枝頂孢黴(Acremonium strictum)和内生枝頂孢黴(Acremonium endophytium)的混合菌種微膠囊塞入孔内,封洞,結香 12 個月的沉香其醇性浸出物含量、沉香油含量、沉香油中倍半萜含量分别為 15.8%、3.7%、29.4%,有效地提高了沉香油和倍半萜類化合物的含量。FAIZAL 等将 鐮刀菌(Fusarium solani)注入馬來沉香樹幹鑽孔内,3 個月後,鑽孔附近木質部顔色加深,其沉香的芳香族和倍半萜的含量占總化合物含量的 20%;但 SUBASINGHE 等 的研究發現,接種期為 1 年的情況下,接種黑曲黴(Aspergillusniger)的沉香樹其結香效果優于鐮刀菌,形成的沉香樹脂含量更高,且檢測出 Jinkohol、沉香螺旋醇、2-(2-苯乙基)色酮等沉香特征物質。值得一提的是從黑曲黴的分離物中檢測出較高的纖維素酶、木質素酶、漆酶活性,這些酶有可能參與了沉香樹的緻病過程,導緻了沉香的生成。

(2)高效型鑽孔接種 高效型鑽孔接種是通過設計一些特殊、較為複雜的鑽孔模式,進而提高菌種結香效率。XU 等 對不同年齡柯拉斯那沉香樹螺旋式鑽孔,并将瓶黴菌(Phialophoraspp.)、鐮刀菌混合物填充入鑽孔,一年後,形成的沉香油含量為 0.050%~0.077%,并從沉香油中檢測到 γ-Eudesmol (10-epi)、Aristolen 等沉香特征倍半萜成分。CHONG 等 [66] 将擔子菌(basidiomycete)注入白木香樹幹螺旋鑽孔内,結香 18 個月的沉香其倍半萜相對含量含為 78.6%。網式鑽孔與生物法結合使用,鑽孔眼互相連接配接,便于通氣,解決透氣問題;而後選用白木香結香的優勢菌群,經過多種真菌綜合作用,提高結香率、結香品質,沉香品質接近天然品質,可用于醫藥原料 。

3.3.3 打點滴法接種 打點滴法接種是利用打點滴裝置将菌液輸入沉香木質部,随着樹體的蒸騰作用,菌液抵達全身,進而形成内部大面積結香。陳旭玉等以打點滴法将拟層孔菌(Fomitopsis sp)、條紋拟盤多毛孢(Pestalotiopsis virgatula)分别接種至白木香上,處理 6 個月後,從變色木質部檢測出了沉香特征成分 6,7-二甲氧基-2-(2-苯乙基)色酮,說明這 2 種菌促進了沉香形成。王東光等 利用打點滴法對白木香進行菌液接種處理 10 個月,結果表明,斑點青黴(Penicillium meleagrinum)、黑綠木黴(Trichoderma atroviride)、拟康木黴(T.koningiopsis)、青黴病病原菌(Penicillium.italicum)、葡萄座腔菌(Botryosphaeria rhodina)菌液可有效誘導沉香形成,醇溶性浸出物含量分别為 11.38%、12.21%、11.04%、11.70%、12.88%,達到了入藥的要求 。

4 人工結香方法評價

自然條件結香與各種人工誘導結香技術,各有優缺點。自然結香,在自然條件脅迫下,引起的結香,經過幾十年甚至上百年的積累,品質好,油脂高,香味足,但結香具有不可預知性和偶然性,産量低,時間周期長,無法快速結香,難以滿足龐大的市場需求,進而人工誘導結香成為提高沉香産量的不二選擇。

人工結香方法多樣,不同方法結香品質差異見表 4。實體創傷法主要是傷口引起結香,在傷口附近結香,雖成本低,但結香周期長,産量低;對樹體傷害越高,沉香的量相對越多,但容易使沉香樹死亡,造成經濟損失,且沉香品質差,大部分達不到入藥的要求,可用于焚香,難以在進階市場流通,滿足不了沉香市場對沉香數量和品質的需求。化學誘導法主要通過化學物質(激素)激活植物信号分子,增強生物合成活性,誘導生物合成,進而引起結香,或者以化學傷害(鹽、酸)的形式,殺死沉香樹細胞,使樹體發生防禦反應,引起結香。化學誘導液易于制備,化學物質原料價格便宜,易獲得,可批量生産,但化學誘導液的組分選擇、配比、精度,需要較強的專業知識,稍有不慎樹體容易死亡,造成損失,以及化學物質可能釋放到環境中,容易引起重金屬污染,水土遭到破壞,甚至沉香中可能存在化學殘留試劑,危害人體健康;同時,某些不法商家在利益驅動下,濫用農藥,進行誘導結香,這些引起了消費者對此法産生的沉香,持懷疑态度。

生物脅迫法模仿病理性結香,通過生物因子的脅迫作用,如真菌分泌多種與緻病有關的酶,包括纖維素酶、半纖維素、木質素降解酶等,降解沉香樹木質部細胞壁 ,引起病理性結香。潮濕陰暗的木質部、适宜的溫度以及木材 pH 呈弱酸性,無疑給微生物提供了一個舒适的生活環境,且以木材成分作為碳源,實作微生物自身的生存與繁殖,可不斷地刺激沉香樹形成沉香,具有較好的持續性,是微生物脅迫法的一大優點;其次,此方法環保,誘導形成的沉香對人體安全。但其缺點也較為明顯,真菌選擇不當,沉香樹的結香效果不好或不結香,甚至緻病菌對樹體傷害過大,易造成樹體腐朽死亡和不必要的經濟損失。

表 4 人工結香方法評價

沉香結香方法與技術研究新進展

5 展望

自然結香的沉香,産量低,不能滿足日益增長的沉香市場需求。人工結香方法可縮短結香周期,但存在沉香重金屬超标、結香過程中樹木枯死、得率低等諸多問題。今後的人工結香可聚焦于如下方法與領域:

(1)實體創傷法 單獨的實體創傷法難以提高沉香産量,可設計創傷模式(如螺旋式鑽孔等),結合化學藥劑誘導法以及微生物發酵液法進行誘導結香。

(2)高效生物結香法 生物結香采用真菌等微生物持續作用于沉香樹木,觸發其防禦體系,分泌沉香成分,真菌誘發結香目前是公認較好的結香方法,但不同真菌種類,對沉香形成影響以及品質差異大。是以,篩選高效的沉香結香菌株,是目前生物結香的重點與難點。可對已結香的野生沉香進行微生物宏基因組測序,通過微生物的基因功能代謝通路,判斷哪些可能是有效結香菌種,對其進行分離或從菌種庫篩選同屬親緣相近,挖掘結香新菌種。

對已知可引起結香的菌種進行組合試驗,已明确的效果較好的真菌有:黃綠墨耳真菌、硬孔菌屬、拟層孔菌屬、可可毛色二孢屬、鐮刀菌屬、木黴屬等。此外,根據筆者課題組之前的研究,通過接種 Gongronella butleri,Saitozyma podzolica,Cladorrhinum bulbillosum , Humicola grisea 和Tetracladium marchalianum等菌可有效提高沉香的産量,誘導 6 個月形成的沉香符合藥典的标準,化學成分穩定,生物活性與野生沉香相似 ,可作為制備結香菌劑的考慮菌種,可預先測試這些結香菌的纖維素酶和半纖維素酶活性,選擇活性較高的組合進行接種結香,提高結香效率。

此外,有效的菌株如何進入到樹木内部,到達樹木全身,以誘發全樹結香也是個值得思考的問題。魏建和等團隊的通體結香方法(打點滴法)可使菌液緩慢地進入木質部内部,但菌液滲透至疏導組織的效率不夠高,打點滴時間長,流量難以控制,易受不良天氣影響,無法全年全天候結香等,影響沉香的産量和品質。通過打點滴法和壓力裝置結合,可使菌液更好地滲透到木質部疏導組織,且有效解決打點滴時間長的缺點,提高結香的産量和品質,然而部分林農也反映,采用打點滴法結合壓力裝置時,樹木容易枯死。為此,應考慮打點滴裝置的壓力大小問題,過大導緻樹木内傷,損傷樹木生理機能與組織,造成樹木死亡;過小,菌液不能有效進入樹木内部。是以,選擇一個最佳壓力值,是高效生物結香方法應考慮的問題。

(3)化學誘導法 從最初證明加入能殺死樹體細胞的化學物質,可形成樹脂,進而發展到通過塑膠管将不同化學促香劑注入受傷的組織刺激誘導結香,到将化學誘導液結合打點滴法使用成功引導結香,都證明了化學誘導結香法的可行性,但選擇化學誘導物質至關重要,應選擇對環境、人體無害以及避免樹體枯死的化學物質,探索較優的化學物組合也是值得深思的問題。藥用是沉香最主要的用途之一,沉香的安全性是重中之重,需測定化學誘導法誘導的沉香是否含有危害因子,完善評估标準,證明其安全性,說服消費者安心使用。

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