沉香结香方法与技术研究新进展
邓力等
基金项目 广西林业科技项目:白木香高效生物结香技术研究(No.桂林科研[2022ZC]第 91 号)。
沉香为瑞香科(Thymelaeaceae)沉香属(Aq-uilaria)植物形成的一种具有芳香气味的传统名贵药材,位列中国四大香料“沉檀龙麝”之首,在全球的香料市场占有极具重要的地位 。人类对沉香的利用可追朔到 2 000 多年前,沉香在道教、佛教、基督教、天主教等宗教里有着极高地位,为公认的祭祀圣物,沉香拥有复杂而又独特的香气,至今仍难以人工合成,欧洲地区常用沉香油作为高级香水的定香剂 ;沉香具有多种药理活性,如抗炎、抗肿瘤毒细胞活性、抗氧化活性、抗 α-葡萄糖苷酶活性等 ,以其为原材料的传统中成药有十五位沉香丸、沉香化滞丸、沉香化气丸、沉香舒气丸、八味沉香散等 。此外,沉香还可用于制作手串、雕件、挂坠等工艺品 。特级沉香价格达 21 万美元/kg,一级沉香11 万美元/kg,二级沉香 5 万美元/kg。沉香的高价值也导致了沉香造假严重,中国药监局对国内多个中药材沉香市场抽检中,不合格率达 90%以上 。
多年来,野生沉香资源被过度采伐,导致天然沉香稀少,为满足沉香市场需求,我国及东南亚各国大规模地人工种植沉香树木 ,为了加速沉香人工林结香,已采用物理、化学、生物等方法诱导沉香形成 ,但人工方法获得的沉香存在质量差、产出低,甚至可能有重金属污染等问题 ,其原因是对沉香形成机理认知不足。本文对结香原因、人工结香方法和技术的总结,为人工大规模生产沉香提供参考,以期对人工沉香产业的发展有所帮助。
1 天然沉香属分布与人工种植现状
1.1 天然沉香属分布现状
天然沉香属的树种主要分布在印度至马来西亚-巴布亚新几内亚等沿线国家 ,其中白木香( Aquilaria sinensis) 和 云 南 沉 香 ( Aquilariayunnanensis)为我国特有种(表 1),白木香又名土沉香,为我国最主要的沉香树种,属于我国二级濒危保护植物,主要分布于广东、澳门、广西、福建、海南、台湾等地,而云南沉香主要分布于云南。长期以来,沉香资源掠夺式开采问题严重,沉香树原始林遭到了严重破坏,野生沉香树种濒临灭绝。沉香属的 21 个种,从 2004 年开始,被收录于《濒危野生动植物种国际贸易公约》附录Ⅱ,进行管制和保护。
表 1 沉香属的种及分布
1.2 人工种植沉香树现状
由于沉香独特迷人的香气以及药用价值,各国对沉香的需求量不断增大。据报道,2004—2007年,中东地区对沉香小木片的进口量增加了300%。近几十年,我国对沉香进口量急剧增加,1995—1997 年,我国台湾对沉香的进口量达到了402 t;2011—2013 年,我国大陆地区对沉香的进口量为 12.53~81.42 t,增加了接近 650% 。2017年,世界沉香产品的贸易额达 1 962 亿美元以上,中国海关统计,截至 2020 年,我国相关沉香进出口量分别为 1 507 441、3 771.25 t,国内沉香需求量主要以进口为主,可见我国沉香产量低下 。按照目前世界范围内沉香需求量的发展趋势,未来几年对沉香的需求将大大提高。沉香市场具有广阔的前景,而天然沉香形成的概率低及周期漫长,野生沉香树不断被采伐且沉香天然林更新速度缓慢,野生沉香也愈发枯竭,处于供不应求的状态,这意味着野生沉香的价格将持续上涨。为了满足全球沉香市场日益增长的需求,人工栽培沉香树成为解决沉香资源危机的唯一有效途径。
根据 2011 年公布的统计数据,2006—2010 年,我国沉香树新种植总面积达到 5 285 hm 2 ,其中白木香占 5 245 hm 2 。2023 年 1 月 10 日召开的沉香产业联盟第一届理事会第五次会议报道,当前我国沉香树种植的总面积约为 100 万亩(1 亩≈667 m 2 )。此外,东南亚各国也大量种植沉香树。2007 年,孟加拉国沉香树的种植数量为 80 万株 。2016 年,马来西亚沉香树种植面积为 1 300 hm 2 ,种植数量为 120 万株 。柬埔寨种植了近 200 万株沉香树,越南种植数量则超过了 2 000 万株 。人工大规模地种植沉香树,为沉香资源的可持续发展提供重要基础。
2 沉香结香原因
2.1 野生沉香形成原因
我国很早就有关于野生沉香形成的记载。北宋时期《本草衍义》记载:“黄沉乃枯木中得者,宜入药用。依木皮而结者,谓之青桂,气尤清。在土中岁久,不待?剔而成结,谓之龙鳞。亦确创之自卷,咀之柔韧者,谓之黄蜡沉,尤难得也” ;宋代《铁围山丛谈》中记载:“谓之熟结,自然其间凝实者也,之脱落,因朽木而解者也;谓之蛊漏,因伤蛊而后膏脉亦聚焉,故言蛊漏也” [26] ;明代《本草乘雅半偈》中记载:“蟲醖者,因鑿隙而结也;脱落者,因水朽而结也,熟络者,因自腐而结也” ;清代《宦游笔记》记载:“香木枝柯窍露,大蚁穴其窍,蚁食石蜜,归而遗香其中,岁久渐渍,木受蜜气,结而坚润,则香成矣” ;清代《崖州志》记载:“结沉,其树尚有青叶未死、香在树腹如松脂液,有白木间之,是曰生香” 。可见,沉香自然形成的主要途径是沉香树受到微生物、虫蚁入侵、自身病变或外界随机因素损伤等诱导,经过长时间的积累,形成了沉香,可谓是“有香者百无一二”,导致野生沉香产量难以满足市场需求。野生沉香主要的结香类型包括虫漏、熟结、生结、水沉、土沉、皮油、脱落、倒架等(表 2),其中生结形成的时间较短,沉香品质较差,结香不均匀,油脂含量较少与白木相间,香味较清淡,其余几种沉香形成时间较长,品质较佳,油脂含量高、香味醇厚。
表 2 自然结香的主要类型与品质评价
2.2 结香原因的现代研究
沉香生成为一个漫长生化反应和次生代谢物累积的过程,伴随着微观构造、内源激素、防御酶等的改变及沉香特征化学物质的合成。在物理创伤处理后的沉香树,薄壁细胞淀粉粒降解,细胞呈液泡化,并有油状物质生成 。LIU 等 将化学诱导物注射入沉香树木质部内,经诱导物刺激,内含韧皮部及木射线的淀粉粒分解,形成了非淀粉多糖,之后多糖逐渐消失,酚类物质生成;一段时间后,酚类物质逐渐减少,脂质物质生成,并认为内含韧皮部和木射线薄壁细胞为沉香树脂形成和积累的主要部位,淀粉粒则是沉香形成的物质基础。CUI 等通过接种真菌至沉香树中,发现薄壁细胞淀粉粒消失,并产生大量分泌物,切断输导组织,抵抗真菌侵袭,以保护其他健康组织。物理创伤法、化学诱导法和生物胁迫法都观察到内含韧皮部和木射线薄壁细胞的淀粉粒分解,发生了次生代谢反应,合成了与防御相关的物质。另一方面,导致植物次生代谢反应的影响因素很多,主要内在因子为激素 ,白木香经物理伤害后,与防御有关的信号分子,如一氧化氮、水杨酸、乙烯、茉莉酸和过氧化氢的浓度发生了大变动,而施加外源茉莉酸(JA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸(SA)等刺激沉香外植体悬浮细胞,可诱导萜类物质的产生 。白木香经物理伤害、无机盐和真菌刺激后,与防御有关的生理活性酶,如超氧化物歧化酶(SOD)、苯丙氨酸氨解酶(PAL)、过氧化氢酶(CAT)和一氧化氮(NO)合成酶升高,并且检测出沉香特征物质生成 。
综上,沉香属的结香原因是来自外界的各种胁迫因子刺激沉香树,开放的伤口使真菌侵染或者化学药剂对沉香树造成进一步的伤害,树体激活防御相关的信号分子 ,与次生代谢相关的酶活性升高,而后轴向薄壁细胞、内含韧皮部、木射线细胞生化合成多种次生代谢物(倍半萜和色酮类物质),次生代谢物一方面填充内含韧皮部、木射线以及导管等,进而抵御真菌侵染、物理和化学伤害等对树体造成进一步伤害,同时这些次生代谢物具有抗菌的功能,随着时间的积累,即形成了沉香。
3 人工结香技术研究现状
近年来,野生沉香的数量不断下降,沉香市场的缺口难以满足,随着诸多学者对沉香形成机理研究的深入,人工沉香技术得到了快速发展,由最初的传统物理创伤法发展出了生物胁迫法、化学诱导法等先进方法,提高了沉香的产量。
3.1 物理创伤法
物理创伤法为最原始的人工诱导沉香方法,通过伤口引起沉香树结香,主要包括:砍伤法、钻孔法、打钉法、火烧法、敲皮法、树皮去除法、断枝法、半断或全断树干、断根法等。
3.1.1 物理创伤法的历史记载 古代书籍除了有野生沉香形成的记载,也有物理创伤导致沉香形成的记载。北宋《铁围山丛谈》中记载了“谓之生结,人以刀斧伤之而后膏脉聚焉” ;《本草衍义》记载了“盖山民入山,见香木之曲干斜枝,必以刀斫成坎,经年得雨水所渍,遂结成香” ;明代《本草乘雅半偈》提及“生结者,因斫凿而结者”。自唐宋时期便运用了断根法诱导结香,唐代《通典》云:“土人断之,积以岁年朽烂,而心节独在,置水中则沉” ;宋代《本草图经》记载了:“欲取之,先断其积年老木根,经年其外皮干俱朽烂,其木心与枝节不坏者即是香也”。
到了明清时期,又发明了火烙法和凿洞法。《崖州志》记载了火烙法:“铁皮香者,皮肤渐渍雨露,将次成香,而内皆白木,土人烙红铁而烁之”;《东莞县志》记载:“初凿曰开香门,凿数行如马牙,凿后用黄沙土封盖,使之复生……开后年年可凿” 。
3.1.2 物理创伤法现代研究 LI 等 报道了钻孔法处理沉香树 4 年,从所得的沉香中分离出多种具有良好的抗乙酰胆碱酯酶活性能力的色酮类物质。THANH 等采用螺旋状打钉法和螺旋状钻孔的方式处理沉香树 2 年,发现采用螺旋状钻孔法处理产生的沉香其精油含量以及倍半萜相对含量均高于螺旋状打钉法。LIU 等研究表明,断干法处理沉香树 20 个月后,其结香效果较差,醇溶性浸出物含量仅为 7.61%,小于《中国药典》和沉香行业标准 10%的要求,难以用于入药或推向沉香市场 。吴泽青 利用火烫法处理沉香树,6 个月后,只在伤口有局部变色,其沉香醇溶性浸出物含量仅为 4.44%,远低于《中国药典》的标准 ,与对照白木的乙醇浸出物含量相差无几。POJANAGAROON 等以砍伤法处理沉香树 20 个月,伤口附近的木质部变为灰棕色,经点燃可闻见淡淡的香味。ZHANG 等 报道了经高热铁钻头对沉香树凿洞处理,结香 30 d 的沉香,其精油存在部分倍半萜种类,与野生沉香相似。王东光利用敲皮法敲击沉香树,敲击范围为长×宽=60 cm×半个树的直径,处理 10 个月后,产生的沉香其精油中倍半萜含量与芳香族含量远远低于野生沉香,且醇溶性浸出物含量(5.4%)远远不能满足《中国药典》和沉香行业标准的要求 。林峰等采用打钉、砍伤和凿洞 3 种处理方式分别对沉香树进行创伤诱导,3 种方法形成的沉香中,仍有健康沉香树中所含有的脂肪酸初级代谢物质,从沉香油含量和特征挥发性成分来看,打钉法和凿洞法产生的沉香其质量优于砍伤法的样品。
3.2 化学诱导法
化学诱导结香法是近年来兴起的一种新颖的结香方法,化学诱导物一般由植物激素、盐类、酸性物质、促渗剂、生物衍生物质等组成。最初由 BLANCHETTE 等 将氯化钠和氯化亚铁溶液涂抹沉香树的伤口,有效地防止伤口处活细胞再生,从而促进了沉香树结香,而后又发明了“栽培沉香套件”技术,将一根管子插入受伤的木质部,有助于通气,将化学诱导剂通过导管抵达受伤的组织,从而引起结香。基于此衍生了多种诱导技术与化学法相结合,促进沉香的产生。
蓝均炽等 发明了偏心灌注法,通过在沉香树干钻一个横向偏心并下斜的孔洞,将化学诱导剂(柠檬酸、乳酸、草酸等)注入孔洞,从而提升了沉香的产量;陈媛等报道了 10 批偏心灌注法诱导一年形成的沉香,其醇溶性浸出物和沉香四醇的平均含量分别为 18.26%,0.43%,均高于《中国药典》的要求,具有良好的药用价值。
THANH 等 以螺旋状钻孔的方式,深度为 1/3~1/2 树木直径,间距为 20 cm,从 0.8 m 树桩底部到树顶部,将硫酸、硫酸氢钠、水、柯拉斯那木材粉末的混合物填充入孔内,封孔,一年后,沉香油的含量为 0.038%~0.039%,倍半萜类化合物含量占沉香油总量的 15.8%~20.8%。丁宗妙等 将化学诱导液(植物激素、糖类、无机盐、有机酸)与树干剥皮法结合,将白木香周长 1/2~4/5的树皮剥掉,均匀涂抹化学诱导液到露出的创伤木质部,用塑料薄膜包裹创伤面,防止雨水冲刷,处理 5~8 个月后,提高了沉香提取物含量,沉香的醇溶性浸出物和挥发油含量分别为 13.28%~7.31%、1.46%~2.37%,而倍半萜占挥发油含量的75.69 %~86.87%;杨云等 对此法进行了改良,优化了诱导液成分(0.5%~3%植物激素、0.5%~1.0%酒石酸铵、1%~2%硫酸镁、1%~2%亚油酸、2%~3%亚麻酸和 2.7%~4%过磷酸钙),同时增加了植物油多元醇、木瓜蛋白酶、脂松节油和琼脂,以避免化学诱导剂遭受雨水冲刷,4 个月在创面周围观察到棕褐色油状物的木质部,不仅提高了结香效率,还解决包裹塑料薄膜存在环保问题,以及缩短了结香时间。
魏建和等团队发明的沉香树干内部化学创伤诱导结香(输液法)是应用最广的,即通过在沉香树树干上钻孔,利用输液装置将组分为植物激素(乙烯利、茉莉酸甲酯等)和化学试剂(铁盐和钠盐)的化学促香剂缓缓输入孔中,封孔,间隔 2~3 月输 1 次,6~12 月后,形成了褐棕色油状物及黄棕色的木质部,将其采取,经火烧和熏香炉加热均可闻到浓烈的沉香气味。ZHANG 等 利用输液装置将氯化钠溶液输入白木香内,20 个月后,成功诱导大面积结香,树脂线条优美,香味浓郁,咀嚼后有苦味和辛辣的味道,醇溶性浸出物含量高于《中国药典》 ,化学成分与野生沉香高相似。梅文莉等 以植物激素(茉莉酸甲酯、乙烯利、6-BA 的一种或两种以上)、无机盐(氯化钠、氯化镁一种或两种)、苯乙醇作为混合诱导液输入白木香钻孔中,封孔,3 个月后,创伤木质部周围形成了棕褐色油状物,并将其割取,经检测沉香醇溶性浸出物含量为 12.8%,达到了《中国药典》的标准 ,沉香油含量 2.0%,倍半萜含量占沉香油的 17%;在另一项研究中,梅文莉等 将组分为无机盐(氯化钠和氯化镁一种或两种)、有机酸(咖啡酸、肉桂酸和苯甲酸一种或多种)的化学诱导剂输入钻孔,结香 24 个月后,沉香油的含量为 2.1%~3.1%,色酮和倍半萜相对含量分别为 7.8%~10.6%、15.8%~18.5%。
3.3 生物胁迫法
生物胁迫法主要为微生物结香,即利用各种各样的微生物(真菌、真菌发酵液、滤液等)接种至创面,经过真菌刺激一段时间,在创面及周围形成沉香。目前许多学者证明了多种真菌与沉香树结香相关,包括曲霉属(Aspergillus)、可可毛 色 二 孢 菌 属 ( Lasiodiplodia )、 镰 刀 菌 属(Fusarium)等(表 3),笔者根据已有报道接种真菌诱导结香的技术,主要划分为表面伤口接种、钻孔接种、输液法接种等。
表 3 沉香树结香相关的真菌
3.3.1 表面伤口接种 表面伤口接种即在沉香树干用刀斧等制造伤口,接种真菌。戚树源等 采用“开香门接种”,即通过刀斧在树干砍出伤口,将黄绿墨耳真菌(Melanotus flavolivens)培养液喷洒至伤口,并以塑料薄膜包扎,接种 6 个月后,沉香浸膏得率仅为 4.62%,并检测出沉香特征色酮类物质,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,并在几年后发现黄绿墨耳菌粗提取物可以刺激白木香悬浮细胞产生色酮类物质 ,证实了黄绿墨耳菌是一种结香菌种。CHEN 等 发明了树干表皮接种结香技术,通过揭开 50 cm 长的树皮,保持树皮与树干的连接,露出矩形木质部,将其切割为单位面积 2 cm× 2 cm,深度为 1.5~2.0 cm 的小方块,连续切割形成网格,上下矩形表面木质部的距离为20 cm,而在不同侧面的相对之间的距离为 5 cm,用喷壶将硬孔菌(Rigidoporus vinctus)的发酵液喷洒或刷入网格,结香 6 个月的沉香其醇溶性浸出物和沉香四醇含量分别为 38.9%、0.14%,超过《中国药典》的标准 ,可代替天然沉香入药,15 种倍半萜化合物相对含量占挥发油总量的22.67%,可用于提炼精油。
3.3.2 钻孔接种
(1)普通钻孔接种 普通钻孔接种是通过在树上钻一个或多个孔,将真菌菌饼、真菌胶囊、菌液等接种至钻孔,经过真菌的刺激,从而形成沉香。TAMULI 等 将球毛壳菌(Chaetomiumglobosum)注入钻孔中,30 d 可从感染的沉香树上检测出缬草醇等倍半萜。冯乃宪等 将束丝菌属 ( Ozonium LK.ex.Fr )、 刺 茎 点 霉 属(Chaetophoma Cke)、葡萄孢属(Botrytis Pers.exF.r)菌液分别注入白木香的钻孔中,5 个月诱导形成了沉香,但醇溶性浸出物平均含量仅 4.2%,难以达到入药的标准 。ZHANG 等 将可可毛色二孢菌(Lasiodiplodia theobromae)菌饼置入白木香树干钻孔上,结香 6 个月的沉香与野生沉香具有相似的化学成分以及抗菌性。CUI 等 将包含炭角菌(Xylaria)的溶胶接种至白木香钻孔上,8 个月可成功诱导沉香的形成,但从沉香中只检测出 6 种倍半萜类物质,相对含量之和为 16.20%,不如同一水平下接种可可毛色二孢菌产生的沉香中倍半萜相对含量之和。王军等 通过在白木香树干上钻孔,将包裹有青霉属菌(Penicillium sp.)、尖镰 孢霉(Fusarium oxysporum)、丝 核菌属(Rhizoctonia sp.)、枝顶孢霉(Acremonium fur-catum)、紧密枝顶孢霉(Acremonium strictum)和内生枝顶孢霉(Acremonium endophytium)的混合菌种微胶囊塞入孔内,封洞,结香 12 个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为 15.8%、3.7%、29.4%,有效地提高了沉香油和倍半萜类化合物的含量。FAIZAL 等将 镰刀菌(Fusarium solani)注入马来沉香树干钻孔内,3 个月后,钻孔附近木质部颜色加深,其沉香的芳香族和倍半萜的含量占总化合物含量的 20%;但 SUBASINGHE 等 的研究发现,接种期为 1 年的情况下,接种黑曲霉(Aspergillusniger)的沉香树其结香效果优于镰刀菌,形成的沉香树脂含量更高,且检测出 Jinkohol、沉香螺旋醇、2-(2-苯乙基)色酮等沉香特征物质。值得一提的是从黑曲霉的分离物中检测出较高的纤维素酶、木质素酶、漆酶活性,这些酶有可能参与了沉香树的致病过程,导致了沉香的生成。
(2)高效型钻孔接种 高效型钻孔接种是通过设计一些特殊、较为复杂的钻孔模式,从而提高菌种结香效率。XU 等 对不同年龄柯拉斯那沉香树螺旋式钻孔,并将瓶霉菌(Phialophoraspp.)、镰刀菌混合物填充入钻孔,一年后,形成的沉香油含量为 0.050%~0.077%,并从沉香油中检测到 γ-Eudesmol (10-epi)、Aristolen 等沉香特征倍半萜成分。CHONG 等 [66] 将担子菌(basidiomycete)注入白木香树干螺旋钻孔内,结香 18 个月的沉香其倍半萜相对含量含为 78.6%。网式钻孔与生物法结合使用,钻孔眼相互连接,便于通气,解决透气问题;而后选用白木香结香的优势菌群,经过多种真菌综合作用,提高结香率、结香品质,沉香质量接近天然品质,可用于医药原料 。
3.3.3 输液法接种 输液法接种是利用输液装置将菌液输入沉香木质部,随着树体的蒸腾作用,菌液抵达全身,从而形成内部大面积结香。陈旭玉等以输液法将拟层孔菌(Fomitopsis sp)、条纹拟盘多毛孢(Pestalotiopsis virgatula)分别接种至白木香上,处理 6 个月后,从变色木质部检测出了沉香特征成分 6,7-二甲氧基-2-(2-苯乙基)色酮,说明这 2 种菌促进了沉香形成。王东光等 利用输液法对白木香进行菌液接种处理 10 个月,结果表明,斑点青霉(Penicillium meleagrinum)、黑绿木霉(Trichoderma atroviride)、拟康木霉(T.koningiopsis)、青霉病病原菌(Penicillium.italicum)、葡萄座腔菌(Botryosphaeria rhodina)菌液可有效诱导沉香形成,醇溶性浸出物含量分别为 11.38%、12.21%、11.04%、11.70%、12.88%,达到了入药的要求 。
4 人工结香方法评价
自然条件结香与各种人工诱导结香技术,各有优缺点。自然结香,在自然条件胁迫下,引起的结香,经过几十年甚至上百年的积累,品质好,油脂高,香味足,但结香具有不可预知性和偶然性,产量低,时间周期长,无法快速结香,难以满足庞大的市场需求,从而人工诱导结香成为提高沉香产量的不二选择。
人工结香方法多样,不同方法结香质量差异见表 4。物理创伤法主要是伤口引起结香,在伤口附近结香,虽成本低,但结香周期长,产量低;对树体伤害越高,沉香的量相对越多,但容易使沉香树死亡,造成经济损失,且沉香品质差,大部分达不到入药的要求,可用于焚香,难以在高级市场流通,满足不了沉香市场对沉香数量和质量的需求。化学诱导法主要通过化学物质(激素)激活植物信号分子,增强生物合成活性,诱导生物合成,从而引起结香,或者以化学伤害(盐、酸)的形式,杀死沉香树细胞,使树体发生防御反应,引起结香。化学诱导液易于制备,化学物质原料价格便宜,易获得,可批量生产,但化学诱导液的组分选择、配比、精度,需要较强的专业知识,稍有不慎树体容易死亡,造成损失,以及化学物质可能释放到环境中,容易引起重金属污染,水土遭到破坏,甚至沉香中可能存在化学残留试剂,危害人体健康;同时,某些不法商家在利益驱动下,滥用农药,进行诱导结香,这些引起了消费者对此法产生的沉香,持怀疑态度。
生物胁迫法模仿病理性结香,通过生物因子的胁迫作用,如真菌分泌多种与致病有关的酶,包括纤维素酶、半纤维素、木质素降解酶等,降解沉香树木质部细胞壁 ,引起病理性结香。潮湿阴暗的木质部、适宜的温度以及木材 pH 呈弱酸性,无疑给微生物提供了一个舒适的生活环境,且以木材成分作为碳源,实现微生物自身的生存与繁殖,可不断地刺激沉香树形成沉香,具有较好的持续性,是微生物胁迫法的一大优点;其次,此方法环保,诱导形成的沉香对人体安全。但其缺点也较为明显,真菌选择不当,沉香树的结香效果不好或不结香,甚至致病菌对树体伤害过大,易造成树体腐朽死亡和不必要的经济损失。
表 4 人工结香方法评价
5 展望
自然结香的沉香,产量低,不能满足日益增长的沉香市场需求。人工结香方法可缩短结香周期,但存在沉香重金属超标、结香过程中树木枯死、得率低等诸多问题。今后的人工结香可聚焦于如下方法与领域:
(1)物理创伤法 单独的物理创伤法难以提高沉香产量,可设计创伤模式(如螺旋式钻孔等),结合化学药剂诱导法以及微生物发酵液法进行诱导结香。
(2)高效生物结香法 生物结香采用真菌等微生物持续作用于沉香树木,触发其防御体系,分泌沉香成分,真菌诱发结香目前是公认较好的结香方法,但不同真菌种类,对沉香形成影响以及质量差异大。因此,筛选高效的沉香结香菌株,是当前生物结香的重点与难点。可对已结香的野生沉香进行微生物宏基因组测序,通过微生物的基因功能代谢通路,判断哪些可能是有效结香菌种,对其进行分离或从菌种库筛选同属亲缘相近,挖掘结香新菌种。
对已知可引起结香的菌种进行组合试验,已明确的效果较好的真菌有:黄绿墨耳真菌、硬孔菌属、拟层孔菌属、可可毛色二孢属、镰刀菌属、木霉属等。此外,根据笔者课题组之前的研究,通过接种 Gongronella butleri,Saitozyma podzolica,Cladorrhinum bulbillosum , Humicola grisea 和Tetracladium marchalianum等菌可有效提高沉香的产量,诱导 6 个月形成的沉香符合药典的标准,化学成分稳定,生物活性与野生沉香相似 ,可作为制备结香菌剂的考虑菌种,可预先测试这些结香菌的纤维素酶和半纤维素酶活性,选择活性较高的组合进行接种结香,提高结香效率。
此外,有效的菌株如何进入到树木内部,到达树木全身,以诱发全树结香也是个值得思考的问题。魏建和等团队的通体结香方法(输液法)可使菌液缓慢地进入木质部内部,但菌液渗透至疏导组织的效率不够高,输液时间长,流量难以控制,易受不良天气影响,无法全年全天候结香等,影响沉香的产量和品质。通过输液法和压力装置结合,可使菌液更好地渗透到木质部疏导组织,且有效解决输液时间长的缺点,提高结香的产量和品质,然而部分林农也反映,采用输液法结合压力装置时,树木容易枯死。为此,应考虑输液装置的压力大小问题,过大导致树木内伤,损伤树木生理机能与组织,造成树木死亡;过小,菌液不能有效进入树木内部。因此,选择一个最佳压力值,是高效生物结香方法应考虑的问题。
(3)化学诱导法 从最初证明加入能杀死树体细胞的化学物质,可形成树脂,进而发展到通过塑料管将不同化学促香剂注入受伤的组织刺激诱导结香,到将化学诱导液结合输液法使用成功引导结香,都证明了化学诱导结香法的可行性,但选择化学诱导物质至关重要,应选择对环境、人体无害以及避免树体枯死的化学物质,探索较优的化学物组合也是值得深思的问题。药用是沉香最主要的用途之一,沉香的安全性是重中之重,需测定化学诱导法诱导的沉香是否含有危害因子,完善评估标准,证明其安全性,说服消费者安心使用。