油桐资源价值及其开发利用前景_张玲玲

在化石能源逐渐枯竭、 环境问题日益严重的形 势下, 在世界各国竭力寻找环保新型可再生能源的
收稿日期 : 2010 11 28
热潮中 , 植物能源已成为当今新能源研究的热点之 一。伴随着能源植物基础研究的深入, 许多植物已
基金项目 : 中 国科 学 院知 识 创新 工 程 重要 方 向 项目 ( K SCX 2 Y W Z 0722, K SCX 2 YW G 036) ; 国 家 科技 基 础 性工 作 专 项重 点 项 目 ( 2008FY 110400 1 2) ; 武汉市科技攻关计划项目 ( 200920222085) 。 作者简介 : 张玲玲 ( 1985 通讯作者 : 彭俊华 ( 1962 ) , 女 , 河南陕县人。硕博连读研究生 , 主要能源植物分子遗传学的研究。 ) , 男 , 四川大英人。研究员 , 博士 , 主要从事能源植物的研发工作和农作物应用基因组学的研究。
[ 3]
生产的历史。
1
生物学特性及自然分布情况
油桐为大戟科 Euphorbiaceae 油桐属 V ernicia 植物 , 在我国, 油桐专指光 桐或泛指光桐和皱桐两 个品种。它是落叶小乔木 , 树高 5~ 8 m, 分枝 2~ 4 轮 , 树皮灰白或灰褐色, 幼时光滑, 老时粗糙有裂 纹, 皮孔明显。叶卵形或阔卵形, 长 10~ 18 cm, 宽 8~ 17 cm; 顶端急尖, 基部平截或心脏形。全缘, 稀 1~ 3 浅裂。幼叶被浅褐色绒毛; 叶成熟时, 上表皮 毛脱落。基出脉 3~ 5 条。叶柄长 , 略短于叶片, 顶 端有淡红色无柄的腺体 2 枚。单性花 , 雌雄同株或 异株。花期 4~ 5 月。花瓣白 色, 基部有红 缕。花 序为圆锥状聚散花序。雌花位于主轴或侧轴顶端, 雄花位于 花柱下 方。雄花 : 花 萼长约 1 cm , 2 ~ 3 裂, 裂片卵形 ; 花瓣倒卵形 , 顶端圆形, 基部狭窄瓜 状; 雄蕊 8~ 20 枚 , 在花托上排成 1~ 4 轮, 外轮花 丝分离 , 内轮花丝较长, 基部合生。雌花 : 花瓣 6~ 8 枚; 子房 3~ 5 室, 稀 8 室 ; 每室胚珠 1 枚。核果球 型或扁圆型 , 有果尖、 果颈 ; 直径 4~ 6 cm , 果皮光 滑; 毎果含种子 4~ 5 粒, 种子大 , 胚乳丰富。 油桐适应性广, 童期短 , 产量高 , 寿命长。一般 播后第 3 年便开花结果, 第 4~ 5 年进入丰果期, 第 30 年后衰老。性喜温暖, 多生于海拔 800 m 以下的 低山山麓、 山谷, 喜光 , 喜温暖湿润气候, 抗干旱, 耐 高温 , 有一定耐 寒性, 但不耐水淹。其对土壤要求 不严 , 在阳光充沛、 气候湿润、 排水良好、 土层深厚、 含有机质较多的沙质土壤中生长良好[ 25] 。对大气 中 SO 2 的污染极为敏感, 在硫磺厂附近数十千米范 围内均被害至死 , 可作为监测污染的指示植物 。 我国油桐的分布以四川东南 部、 重庆东 部、 湖 南西部、 湖北西部、 贵州东南及北部最为集中 , 分布 的地域范 围为: 西 自青 藏高原 横断山 脉大雪 山以 东; 东至华东沿海丘陵以及台湾等沿海岛 屿; 南起 海南、 华南沿海丘陵及云贵高原 ; 北抵秦岭南坡中 山、 低山和伏牛山及其以南广阔地带。其分布的地 理位 置 为 北 纬 18 30 ~ 34 30 、 东 经 97 50 ~ 122 07 。除上述 5 省市外 , 还分布于云南、 广西、 广 东、 海南、 陕西、 甘肃、 河南、 安徽、 江苏、 江西、 浙江、 福建、 台湾的 14 个省区的 700 多个市县[ 27] 。 l9 世 纪末 20 世纪初, 美国、 澳大利亚、 阿根廷、 巴拉圭、 马拉维、 前苏联等 40 多个 国家相继从我国大量引
性经济林树种 , 不和粮食作物争地 , 分布广泛 , 具有重要的 工业价值、 能源价值、 一定 的药用价值 及生态价 值 , 故 有 巨大的开发潜力。从油桐果中提取的桐油传统上主要用作工业原 料 , 随 着环境问题 的日益突出 , 能源 危机的不 断 加剧 , 桐油被选为生物柴油的生产原料 , 油桐已被列为具有广阔开 发前景的 能源植物。为 给油桐资源 的研究与 开 发利 用提供参考依据 , 对油桐的生物学特性、 分布情况、 资源价 值及其开 发利用现状 进行了评述 , 并简 单介绍了 我 国油桐的科学研究、 种植及加工的历史。 关键词 : 油桐 ; 生物能源 ; 研究与开发 ; 综述 Q 949. 753. 5 文献标志码 : A 文章编号 : 1003- 8981( 2011) 02- 0130- 07 中图分类号 :
Values, development and utilization prospect of Vernicia f ordii resources
Z HA N G L ing ling 1- 3 , PEN G Jun hua1, 2 ( 1. K ey L ab o f Plant G ermplasm Enhancement and Specialt y A gr icultura l, Chinese Academ y of Sciences, W uhan 430074, H ubei, China; 2. Wuhan Bo tanical G arden, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430074, Hubei, China; 3. G raduate U niv ersity , Chinese A cademy of Sciences, Beijing 100049, China) Abstract: T he tung tree, V er nicia f or dii , is a w oody plant species fo r the product ion o f bio diesel, indigenous to Wuling M ountains in China, belo ng ing to Eupho rbiaceae, and has been cultiv ated and utilized for o ver one thousand years in China. It is a mag ical species, do es not take up the land for the pr oduction o f g rain, distr ibuted w idely and po ssesses g reat v alue such as industr ial v alue, energ y value and ecolog ical value, which made it a g reat po tent ial to study. T he tung o il is an traditionally industr ial feedsto ck. With depletion of fossil ener gy and ag g ravat ion of env i r onment pr oblem, the tung o il is selected as a feedstock of biodiesel. In order to prov ide a basis for researching , de v elopment and ut ilization o f tung tree resources, the biolog ical char acteristics, distr ibution, and develo pment and u tilization of tung tr ee w ere r eview ed. T he hist or ies o f scient ific r esear ch, cultivatio n and pro cessing in China wer e also briefly intro duced. Key words: V ernicia f or d ii ; bioenerg y; research and dev elopment; r eview
Tel: 027 87617230, E mail: junh uapeng@ yahoo. com 。
第 29 卷
[ 1- 2]
经
济
林
研
究
131
被选作能源植物物 种 。能源 植物主要 包括三 类: 一是高产、 质能合成较快、 生物质总产量高的植 物, 可通过燃烧发电或裂解进行质能转换 , 代表性 物种如 芒属 Mi scanthus x gi gant eus, M. sinensi s 植物 ; 二是能源作物, 即淀粉、 糖质、 油脂等成分合 成快、 含量高的植物, 可通 过生物转化生产生物乙 醇、 生物柴油类产品 , 作为机动车燃料 , 代表性物种 有玉米 Zea may s 、 高粱 S or ghum bi col or 等作物 ; 另 外一类是石油植物, 富含萜类、 烯类成分 , 可通过生 物或化学 加工生产 生物 柴油, 代表性 物种有 油桐 Ver ni ci a f or dii 、 麻风 树 J atr op ha curcas 、 续 随子 Eup hor bia l at hy r us 等植物。 油桐原产于中国 , 是 我国特有的经济林 木, 与 油茶、 核桃、 乌桕并列为我国四大木本油料植物 , 有 千年以上的栽培历史, 数世纪以来桐油一直用作涂 料和油漆的生产原料。它 也是我国研究较早和研 究相对较好的油料树种, 栽培配 套技术较为完善, 制定有国家标 准 油桐 丰产林
[ 22] [ 6- 8]
的方法及油桐品种 RAP D 扩增
[ 23]
[ 21]
和 ISSR
பைடு நூலகம்PCR 最佳反应体系
的研 究报道, 在油 桐中还克
隆和分析了对控制营养生 长向花分化转变的关键 基因 L EAFY 片段, 即开花启动过程的主控基因[ 24] 等。为进一步开展油桐资 源的研究与开发提供参 考依据, 文中主要对油桐的生物学特性、 分布情况、 资源价值及其开发利用现状进行了评述, 并简要介 绍了我国油桐的科学研究 情况和油桐种植及桐油
第 29 卷
第2期
经
济
林 Forest
研
究
V o l. 29
No . 2
2011 年 6 月
Nonwood
Research
Jun. 2011
油桐资源价值及其开发利用前景
张玲玲
1~ 3
, 彭俊华
1, 2
( 1. 中国科学院 植物种质创新与特色农业重点实验室 , 湖北 武汉 430074; 2. 中国科学院 武汉植物园 , 湖北 武汉 430074; 3. 中国科学院 研究生院 , 北京 100049) 摘 要: 油桐是木本生物质能源树种 , 原产于中国武陵山区 , 属于大 戟科 , 栽培利用历 史已上千 年。它属于边 际
[ 26]
和桐林生态管理
的方法与技术及桐油质量等级的划分标准 , 可用于 规范油桐生产和桐油等级 评价及适应外贸出口的 需要[ 4] 。13 世纪马可波罗首次把桐油的使用介绍 到西 方, 直 到 1880 年 后 , 我 国 的 桐 油 才 出 口 到 国外[ 5] 。 由于油桐具有巨大的经济效益, 20 世纪 90 年 代我国科研工作者已开展了多方面的研究工作, 如 种质资源的品种分类 , 优良家系、 无性系及优树 的选育 [ 9- 12] , 油桐的有性繁殖 [ 13- 14] , 引种试验 [ 15] 及 其生物学性状的相关分析 [ 16- 20] 等。这些研究手段 显然较为落后 , 目前迫切需要从较高水平 ( 如分子 水平 ) 上研究油桐资源。 DNA 、 RNA 等遗传物质的 提取 , 对油桐分子遗传育种的研究至关重要 ; 但是, 油桐叶片组织中含有大量的蛋白、 多糖、 酚类、 单宁 等次 生代 谢物质 , 这 些物 质又 影响 着对 DNA 和 RNA 的提取。现已有从油桐叶片提取 DNA [ 21] 和 RNA