乐昌含笑培育与开发利用研究进展

周 欢，韦如萍，李吉跃，苏 艳，胡德活，郑会全*

（1.华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642；2.广东省林业科学研究院广东省森林培育与保护利用重点实验室，广东 广州 510520）

乐昌含笑（Michelia chapensisDandy），又称景烈白兰，木兰科含笑属高大乔木，是我国亚热带地区常绿阔叶林重要建群种之一，自然分布于我国广东、广西、江西、湖南、贵州等省份，越南部分地区也有少量分布，但主要分布区集中在我国南岭地区海拔300～1 500 m的山林中，现广东始兴、湖南醴陵、贵州黎平等地仍存在乐昌含笑小片野生群落，因人为砍伐、繁殖困难等原因，其它地区大部分呈散生，少集群生长［1-5］。乐昌含笑树体高大，干形通直，树姿优美，花香馥郁，观赏价值高，是南方多个省区的优良园林绿化树种，也是重要的速生用材树种。同时，作为珍贵的芳香树种，乐昌含笑富含倍半萜类化合物，其具有抑菌、抗氧化、抗癌等药理作用，在制药、香料、化妆品等领域具有广阔的应用前景。目前，乐昌含笑已作为木本花卉、行道树、商品林树种及康养树种在黄河以南地区大量推广使用［6-12］。本文对近30年来有关乐昌含笑种质资源、选育、繁育、栽培、木材利用、化学成分及药理作用等方面的研究进展做以总结，以期为乐昌含笑的培育与应用提供参考。

1 乐昌含笑种质资源保存概况

乐昌含笑最早发现于广东省韶关市乐昌县两江镇，是为数不多冠以地方名称的木兰科植物。由于其赖以生存的环境逐渐遭到破坏，野外资源被过度开发，目前乐昌含笑天然林面积已急速下降，呈片状离散分布［2］。二十一世纪以来，湖南醴陵、广东始兴、贵州黎平、西藏墨脱和香港等地陆续被报道发现有乐昌含笑小片野生群落，这些小群落结构稳定，乐昌含笑在其中属于顶级建群种，具有较高的遗传多样性，部分仍能自然更新［13-16］。为保存其优良基因，广东省林业科学研究院联合多个研究机构、地方林场，广泛收集广东、广西、湖南、江西等地的乐昌含笑种质资源，于2006年建成乐昌含笑基因收集库［17］。中国林业科学研究院、江苏省林业科学研究院、福建省泉州市园林管理局等单位从湖南资兴、醴陵、江西宜丰引进乐昌含笑，在浙江、江西、福建、海南等地开展引种栽植试验，已取得较好成效［18-27］。2020年，国家发改委批复了广东省国家林木种质资源库建设项目，启动了乐昌含笑国家种质资源库建设工作，以期收集保存最为全面的乐昌含笑种质资源（种源、家系、无性系、品种等）。因生态环境和自然群落逐步退化，我国乐昌含笑种质资源濒临灭绝，围绕保护乐昌含笑种质资源这个目标，国家和地方已联合开展种源、家系、优树等多品类新优资源收集工作，积极推进乐昌含笑种质资源库营建进程，并辅以就地保护、近地保护、迁地保护等手段，旨在为乐昌含笑种质资源保护提供一定保障。

2 乐昌含笑选育进展

2.1 乐昌含笑优良种源和家系选育

胡德活等［28］以14个乐昌含笑种源为试材，采用基因分组法（Francis-Kannenberg）对2年生苗生长性状进行分析，发现湖南资兴黄草和广东仁化长江种源早期表现较好，遗传力均高于0.7。王润辉等［29］同样采用Francis-Kannenberg模型分析法从6～7年生多点种源试验林中选出6个适于广东省造林绿化的优良材料，估算材积增益可达11.95%～41.03%，基于主效可加互作可乘（Additive main effects and multiplicative interaction，AMMI）模型和基因型主效应及基因型与环境互作（Genotype main effect plus genotype-environment interaction，GGE）模型，王润辉等［30］对其中九曲水、曲江、八一林场三个地点的乐昌含笑种源林进行分析，筛选出4个产量高且更稳定的种源。邵文豪等［31］在浙江开展异地引种试验，其认为乐昌含笑性状在种源间存在明显差异，乐昌、新宁、宜丰、醴陵、上犹、邵武等种源早期在浙江具有较高的适应性和生长潜力。基于多地点多年度测定结果，广东省林木品种审定委员会审定通过了两个乐昌含笑品种，其均具有生长快、遗传稳定性好、材积增益高、干形通直、树冠浓密等特征，6～10年生平均材积增益可达到53.37%与52.03%。广东省林业科学研究院以速生、丰产、优质乐昌含笑良种选育为目标，开展了家系试验、优树与无性系选择等研究工作，成功筛选出NM3、LJ4、LL15等12个优良家系［32-34］。当前，乐昌含笑主要以生长和适应性为目标展开选育工作，为提高其选育价值，下一步可采用多层次、多途径、多目标综合选育策略，以用材型、碳汇型、园林绿化型、特种用途型（如精油型）等为选育目标，筛选综合性状优异的乐昌含笑新种质以推进无性系选育研究，充分利用性状遗传加性效应，获得遗传特性更为稳定的品种。

2.2 乐昌含笑杂交育种

在杂交育种方面，中国林业科学研究院亚热带林业研究所以乐昌含笑为母本，紫花含笑为父本，先后从其杂交后代中，选育出‘梦缘’、‘梦紫’和‘梦星’三个新品种。其中，‘梦缘’的特点是花基底淡黄，花被片中上部边缘具紫红色晕染；而‘梦紫’花基底乳白色，花被片呈淡紫红色；‘梦星’绽开的花内缘则表现出紫红色，外缘稍浅。这些品种树形通直，花色各异，耐高温，喜温暖湿润气候，适应性广，具有较高观赏价值［35-37］。目前，乐昌含笑主要围绕观赏性这一目标开展杂交育种工作，已选育出少量花色新品种。我国共拥有32种含笑属植物，包括白兰、黄兰、深山含笑等珍贵树种，未来应开展更多属间杂交育种工作，扩大乐昌含笑新优种质类型，以满足市场对乐昌含笑品种多样性的需求。

2.3 乐昌含笑分子育种

近30年来，生物学技术迅猛发展，林木育种技术不断推陈出新，从形态多样性、细胞多样性水平逐渐深入到分子多样性水平，为乐昌含笑分类鉴定、选择育种及新品种的培育提供了新的思路和方法。Wang等［38］首次从细胞水平对中国科学院武汉植物园乐昌含笑的染色体数目和核型进行报道，发现其核型公式为2n=38=28m+6sm+4st，核型属于Stebbins理论中的2B型，这对乐昌含笑的进化分析、含笑属植物分类具有重要意义。邱英雄等［39］用简单重复序列间扩增技术（Inter-simple sequence repeat，ISSR）从6个乐昌含笑变型中扩增出134个条带，表明乐昌含笑具有高水平的遗传变异。基于随机扩增多态DNA（Random amplified polymorphic DNA，RAPD）方法，滕花景等［40］证明江西官山和湖南醴陵的乐昌含笑群体遗传多样性指数高于广西三江、湖南宜章、湖南双牌和湖南资兴的群体遗传多样性指数。姜景民等［41］的研究佐证了滕花景的结论，同时发现，与其它植物相比，乐昌含笑具有较高的遗传多样性，并且群体内的遗传变异大于群体间的遗传变异。Sima等［42］从分子水平切入，利用Illumina HiSeq测序技术确定了乐昌含笑的第一个完整叶绿体基因组（cpDNA）序列，为乐昌含笑遗传变异研究提供了重要的分子数据信息。然而，关于乐昌含笑基因组信息的研究尚未见报道，且缺乏重要性状的遗传信息，这都阻碍了乐昌含笑的进一步开发应用，因此有必要结合高通量测序技术、分子标记辅助育种、遗传连锁图谱、全基因组关联分析等技术，筛选并挖掘特异基因与特异位点，以期从分子水平上对乐昌含笑遗传多样性和亲缘关系的研究提供科学依据，并推动分子育种研究在乐昌含笑种质资源保护上的应用进程，为乐昌含笑种质创新与品种选育提供分子水平理论依据。

3 乐昌含笑种苗繁育

3.1 有性繁育

我国乐昌含笑人工栽培工作始于20世纪80年代末，主要以有性繁育为主，播种育苗是最为常用的方式。21世纪以后，通过乐昌含笑种源家系试验林的成功营建，国家林业局发布并实施了《乐昌含笑栽培技术规程》行业标准［43］，对采种、播种育苗、大田培育、容器育苗、病虫害防治、出圃等技术流程给出了具体规定，广东、成都、贵州也相继颁布并实施了相关地方标准［44-46］。在生产上，乐昌含笑的种子主要来源于母树林和优良单株，为提高种子产量和品质，应积极推动乐昌含笑无性系种子园、种质资源库的营建工作。此外，乐昌含笑是虫媒花，未来可尝试引进本地昆虫辅助乐昌含笑的授粉工作，以期提高种子的产量和品质。

3.2 无性繁育

目前，乐昌含笑的无性繁育通常采用扦插、嫁接、组培育苗等方式。扦插一般在春秋季进行。为延长一年中适宜乐昌含笑扦插的时间段，优化乐昌含笑扦插技术，张海燕等［47］的专利技术可以使乐昌含笑扦插生根率和移栽成活率提高到85%和92%。乐昌含笑的嫁接，通常采用单芽切接法进行，砧木一般选择玉兰。因木兰科含笑属植物之间有较大的嫁接亲和力，紫玉兰和山玉兰也可作为乐昌含笑的砧木［48-49］。为提高扩繁效率，滕花景［40］开展了乐昌含笑组培技术研究，初步构建了乐昌含笑的组培体系。当前，无性繁育技术多用于保存乐昌含笑新优种质资源，克服因有性繁育不能维持亲本优良性状的缺陷。为切实保护并充分利用乐昌含笑种质资源，还需要对其组织培养技术进行更深入的研究。

4 乐昌含笑栽培技术研究

乐昌含笑可用于营建纸浆材或胶合板材等速生工业用材林，也可作为优良乡土阔叶树种和木本花卉树种应用于林业生态建设中。成熟的栽培技术对于乐昌含笑的高效利用至关重要。长期以来，林业工作者在乐昌含笑栽培方面开展了大量的研究工作，早在1997年已有研究证明，乐昌含笑与杉木（Cunninghamia lanceolata）是适宜的混交模式［50］。杨小忠等［51］对福建省邵武市8年生乐昌含笑人工林开展调查，发现乐昌含笑-杉木1：1混交林中乐昌含笑和杉木生长量大于各自纯林。欧阳锦彰等［52］的研究则表明，乐昌含笑-秃杉（Taiwania flousiana）1：1混交模式优于乐昌含笑-秃杉1：3，混交林中生长量同样均高于各自纯林。行业标准《乐昌含笑栽培技术规程》［43］中，提出乐昌含笑宜与木荷（Schima superba）、黎蒴栲（Castanopsis fissa）、杉木等混交造林，也可营造纯林。成都与贵州分别发布并实施了1项关于乐山含笑培养技术的地方标准［44-45］，为乐昌含笑的标准化栽植提供了技术参考。当前，在双碳背景下，林业生态价值凸显，森林质量与碳汇能力备受关注，亟需加强乐昌含笑纯林与混交林的栽培和多目标经营技术研究，以期实现乐昌含笑优质林、大径材及其混交林的高效培育，提升林木质量和固碳能力。

5 乐昌含笑木材性能和利用

乐昌含笑树体高大，干形通直，是南方地区优良的速生用材树种。掌握木材的材性特征对乐昌含笑木材加工和利用具有重要意义，刘元等［53］最早以湖南通道的乐昌含笑木材为试材，对其构造和物理力学性质展开研究，发现乐昌含笑木材基本密度为0.366 g/cm3，干缩系数为0.2，最大吸水率为163.3%，且具有易干燥、不翘曲、不弯裂等特征，材性类似于杨树，适宜制造纸浆材和胶合板材。来端等［54］对福建省邵武市10年生乐昌含笑人工林和天然林木材的物理性质作了报道，结果显示，乐昌含笑天然林木材基本密度可达0.420 g/cm3，干缩系数为0.300；人工林木材基本密度则为0.382 g/cm3，干缩系数仅0.297，即乐昌含笑天然林木材尺寸稳定性优于人工林木材，综合考虑，乐昌含笑天然林木材具有轻质、易加工、变形小等优点，是制造家具及室内装饰用材的优良速生树种。来端等［55］以相同的试材展开研究，发现10年生乐昌含笑天然林木材的木纤维长宽比为56.4，高于同龄乐昌含笑人工林的木材，即乐昌含笑天然林木材木产品强度优于人工林木材。以上研究均表明，乐昌含笑木材具有较高的经济效益，在木材工业方面具有较广阔的应用前景。但目前国内关于乐昌含笑木材的研究相对较少，而乐昌含笑木材材性在种间、种内存在较大差异，上述研究尚不能为乐昌含笑木材的利用提供足够理论支撑。鉴于此，仍需对乐昌含笑木材的解剖结构、化学、物理、力学等材性特征进行系统研究，为乐昌含笑的进一步加工利用提供科学依据。

6 化学成分与药理作用

6.1 化学成分

乐昌含笑化学成分较复杂，包括萜烯、醇、酯、糖、有机酸、脂肪酸等多种有机化合物。钟瑞敏等［56］最早通过气-质联用法对乐昌含笑叶化学成分开展研究，发现乐昌含笑叶挥发油以倍半萜类为主体成分，且与纯质谱相比，气-质联用法极大地提高了乐昌含笑组分鉴定的准确性。樊亚苏等［57］以4年生乐昌含笑叶为试材，采用有机溶剂提取法-气-质联用法对其提取物进行全面鉴定，发现提取物中包括42种化合物，其主要成分是萜类化合物（19.772%）和芳香族化合物（11.057%）。基于超临界二氧化碳萃取法-气-质联用法，邱金芬等［58-59］从乐昌含笑叶挥发油中共分析出16个萜烯类含氧衍生物，9个萜类成分，3个酯类化合物、1个醇类成分。刘群等［60］采用水蒸气蒸馏法-气-质联用法对乐昌含笑叶精油进行提取、分析，发现其精油得率可达1.56%，在鉴定出的23种物质中，十四氢化芘含量最高，达总量18.891%，其余含量高于1%的化合物共17个。刘艳清等［61］采用超声波辅助法提取乐昌含笑叶精油，精油得率最高可达2.48%，通过气-质联用法分析发现萜类化合物占比最高，其中大根香叶烯A（10.53%）、（E，E）-金合欢醇（7.53%）、β-丁香烯（6.44%）的总占比超过20%。孙延军等［62］通过固相微萃取-气-质联用法从乐昌含笑叶中分离得到多种天然产物，包括β-石竹烯（16.51%），莪术烯（9.89%），β-榄香烯（6.95%）等28种化学成分。刘世彪等［63］采用超声波辅助法-气-质联用法分析乐昌含笑种子油的含量与组成，发现提取率可达29.34%，棕榈酸、亚油酸、油酸和硬脂酸为全部成分，其中亚油酸的总占比达64.53%。综上所述，乐昌含笑挥发油包含大根香叶烯A、β-石竹烯、莪术烯等多种药用成分，可作为药用资源推广应用。然而，其各成分间的相关关系、适合加工生产的化学成分种类及花香产生季节规律仍未见报道，因此还需要进一步的研究。

6.2 药理作用

6.2.1 抑菌

乐昌含笑不仅是优良的造林和园林绿化树种，也是视觉型、嗅觉型、医疗型康养树种。大量文献报道，乐昌含笑对金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等细菌具有较好的抑菌作用［64-67］。李晓储等［66］研究表明，“乐昌含笑+杂阔群落”对空气中的细菌具有较好的抑菌效果，并且在5～6月抑菌率出现峰值。孙雨珂等［67］以乐昌含笑叶干粉为试材，对其抑菌能力进行测定，发现其对空气中微生物的48h平均抑菌率可达91.8%，显著高于香樟（Cinnamomum camphora）、广玉兰（Magnolia grandiflora）、山茶（Camellia japonica）等树种。蒋华伟等［68］的研究也表明，与杜英（Elaeocarpus decipiens）、狗牙根（Cynodon dactylon）、香樟及桂花（Osmanthus fragrans）4个植物群落相比，“乐昌含笑+银杏林群落”对真菌和细菌的抑菌效应最好，这为乐昌含笑在森林康养、医药等领域的应用提供了重要依据。

6.2.2 抗氧化

乐昌含笑提取物具有显著的抗氧化能力。樊亚苏等［57］对乐昌含笑的乙醇提取物的抗氧化能力进行测定、分析，发现其对大豆油、葵花籽油和猪油均有显著的抗氧化作用。邱金芬等［58-59］发现，乐昌含笑挥发油对玉米油和花生油也具有抗氧化作用，且其抗氧化能力强于植酸（Phytic acid）、没食子酸丙酯（Proply gallate）和抗坏血酸（Vitamin C）等多种常用抗氧化剂，为乐昌含笑在天然抗氧化剂上的开发应用提供了重要参考。

6.2.3 抗肿瘤

乐昌含笑叶挥发油具有较高的抗肿瘤活性。刘群等［60］对乐昌含笑叶挥发油的抗肿瘤活性作了报道，结果显示，乐昌含笑叶挥发油对NCI-H460肺癌细胞有较好的抑制效果，当挥发油浓度为100μg/mL时，对肺癌细胞的抑制率可达到91.95%±3.35%。目前，有关乐昌含笑具有抗肿瘤活性的报道有限，今后仍需加大这方面的研究。

7 展望

乐昌含笑作为我国特色乡土阔叶树种，在用材、园林绿化、观赏等方面具有广阔的应用前景，但现阶段我们对乐昌含笑的研究及开发利用尚不够深入。为切实保护并充分利用乐昌含笑这一珍贵树种，未来可从以下几个方面进行深入研究：（1）加大对乐昌含笑现有资源尤其是野生资源的保护，通过开展乐昌含笑种质资源全面普查、系统调查和全方位收集等工作，辅以就地保护、近地保护、迁地保护等手段，确保乐昌含笑种质资源应保尽保；（2）充分挖掘利用乐昌含笑优异种质，选育出具有重要应用价值的新、特、优系列品系，包括用材型、碳汇型、园林绿化型、特种用途型（如康养型）优良新品系，充分满足市场所需；（3）深入开展乐昌含笑繁殖生物学研究，完善乐昌含笑种子园营建及其丰产培育技术体系，优化无性繁殖技术，为乐昌含笑在基因工程、品种改良及林木种苗生产等领域的发展提供大批优良的材料；（4）进一步开展乐昌含笑多目标栽培与经营技术研究，提高乐昌含笑林木质量与碳汇潜力，推动乐昌含笑的进一步推广应用；（5）系统开展乐昌含笑不同种源、不同品系木材材性研究，以期基本掌握乐昌含笑木材材性特征，从而为乐昌含笑木产品的开发利用提供理论指导；（6）深入开展乐昌含笑药用成分季节积累规律和诱导因子研究，并加大乐昌含笑精油及单体化合物药理作用的研究，为康养型乐昌含笑的选育与精油产品开发利用提供依据。