【十二月民俗植物曆】東亞第一高樹:台灣杉 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

【十二月民俗植物曆】東亞第一高樹:台灣杉

建立於 2015/12/01
作者:王升陽(中興大學森林學系特聘教授、中研院農業生物技術研究中心合聘研究員)

12月是感恩的季節,裝扮璀燦繽紛的聖誕樹提醒我們,歲末冬盡,新的一年又來了。我一直認為台灣的原生樹種中,樹型高聳挺拔的台灣杉是做為聖誕樹的最佳樹種。

在中興大學實驗林管理處服務的時候,還真的用了環保LED燈將樹高超過30公尺的台灣杉化妝成美麗的聖誕樹,就叫「希望之樹」,想不到小時候上山實習心裏默許的願望這幾年竟成為惠蓀林場年度的重要活動之一。滿天星斗的寂靜森林中,在牧師的引領下,我們和林場周圍部落好朋友一起祈禱,祈求上天在新的一年繼續疼愛我們,風調雨順、事事平安。

希望之樹,攝影:王升陽。

希望之樹,攝影:王升陽。

台灣第一高樹

你可能知道,台灣杉(Taiwania cryptomerioides Hayata)是台灣可以長最高的樹,除了是台灣原生種之外,也是東亞第一高樹,但老一輩的人習慣稱台灣杉為「亞杉」(因為日本人心目中的杉是柳杉,台灣杉只能叫亞杉),台灣話就叫做「阿杉」。台灣杉是由分類學大師早田文藏教授所命名發表的樹種,學名中的屬名Taiwania 是目前世界上唯一以台灣為名所命名的植物種,而cryptomerioides則是指「像柳杉的」意思(柳杉的屬名是Cryptomeria)。

台灣杉為台灣原產重要經濟樹種,與銀杏(Ginkgo biloba)、世界爺(Sequoiadendron ginanteum)及水杉(Metasequoia glyptostroboides)同屬中生代與新生代第三紀孑遺植物,台灣杉在地球上的分佈僅在台灣、雲南及緬甸等地呈點狀分佈,為世界級之珍貴樹種,亦是台灣重要的造林樹種之一。我們常說台灣杉是台灣的針五木之一,其它四種則分別是紅檜、扁柏、肖楠、香杉。其實,最早在1912年英國人H. J. Elwis原本是將台灣油杉列在台灣的珍貴五木,但是後來考慮到蓄積量的問題,後來就用香杉換上。

台灣衫。攝影:王升陽。

台灣杉。攝影:王升陽。

就木材性質而言,台灣杉木理通直,木肌細緻美麗,材質輕軟,加工性質極為良好,且心材具有美麗的黃紅色紋理,頗具特色。至於木材使用者所關心之耐候性、耐腐朽性及抗蟻性等特性,台灣杉則與檜木類相當,同屬性能優越之材種,故常作為建築、家具、門板及薄板等用材。台灣杉除了心材在製材後有變色的問題外,它的材質站在木材利用的角度來看,還真是不錯。不論是加工、耐久性都是一極棒,加上又具有特殊的香味,實在是台灣的瑰寶

富含極多樣天然化合物

在台灣的天然物化學研究的歷程中,台灣杉的化學成分經研究成果,大概沒有一個物種可以跟它相比的。在那個還是只有60 MHz 核磁共振光譜儀可以用的時代,林耀堂老師實驗室研究台灣杉化學成分,培育出一批在後來於台灣生化、有機及藥化的傑出人材。

天然物界大家最熟悉的大師郭悅雄教授,把台灣杉成分做得離淋漓盡致,郭老師常開玩笑的說,「台灣杉誤我40年」,一點都不誇張,老師從一開始做天然物研究所做的第一個材料就是台灣杉心材成分,我保守估計,從台灣杉各部位所分離出的成分應該超過250個。

挺拔的台灣杉。攝影:王升陽。

台灣杉的成分是研究天然物化學相當好的材料,它所具有的化合物骨架總類相當多,就研究能力養成而言是相當好的練習題材。木酚素(lignan)是台灣杉心材含量相當多的一群化合物,最具代表性的究是Taiwanin A,這個化合物是我博士論文的主角,它的顏色跟台灣杉心材美麗的橘紅色一樣,我除了證明它的光劣化的反應,又證實了Taiwanin A可誘導不同的癌細胞的細胞凋亡,發表在Phytochemistry期刊中,此研究已是十多年前的事。

而後郭老師與陽明大學葉小帆老師,又仔細做了Taiwanin A在肝癌細胞株上的作用機制,中研院農生中心徐麗芬教授也深入探討了Taiwanin A對癌細胞細胞凋亡的機制。在台灣杉心材中另一有一個木酚素叫Taiwanin E,最近我們也證實Taiwanin E可以不經過p53的調控,即可調控「人類乳癌細胞」細胞週期的運作,因此抑制了乳癌細胞的生長。我們認為Taiwanin E具有成為針對p53基因缺陷的惡性腫瘤細胞的化療藥品的潛力。古時候,原住民朋友被蛇咬傷或創傷傷口,常用台灣杉的樹皮搗碎後敷住傷口,相信這也是有道理的,因為台灣杉的確可以合成多樣化的生物活性成分。

特殊香氣對微生物具抑制作用

台灣杉具有很特殊的香味,我還在張上鎮老師實驗室當學生的時候,跟吳季玲博士一起發表了台灣杉的香味成分就是α-Cadinol,這個成分同時具有多樣的生物活性,α-Cadinol有三個兄弟姐妹,分別T-Cadinol、σ-Cadinol 和T-Muurolol等,四個化合物結構看來都一樣,但有著兩個不對稱中心,這個化合物的構造決定是郭悅雄老師的成名作,也是本土天然物研究的經典之作,那時完全是用化學反應決定出構造,真的很佩服郭老師的功力,而「T」就是用Taiwania的字首來命名的。 α-Cadinol真的很神奇!對多種微生物都具有抑制作用,台灣杉的優良耐久性就是跟它有關。

對於這個可代表台灣的針葉樹種,2014年起我們整合了中興大學、台灣大學及中央研究院的研究團隊,在科技部的經費支持下著手進行「以整合代謝體學、結構及功能性基因體學之策略解析台灣杉中具生物活性代謝物相關之基因」為題的多年期整合型計畫,將在遺傳機制的基礎下,探討相同樹齡台灣杉族群之代謝物含量變化。

此目標是將利用連鎖不平衡數量性定位之策略,來鑑定造成台灣杉代謝物含量變化相關之基因。除將建立台灣杉的代謝指紋圖譜來作為各表現型台灣杉代謝物含量的數量性定位的依據;同時,我們也將利用以1536條基因所建立之高密度的單核甘酸多型性標記基因型的平台來定位基因,進行標記-性狀關聯分析,以確定性狀相關之基因。

相信藉由此策略將可更加瞭解這些與代謝物含量豐度相關基因之作用。而在這個計畫中所被解析、鑑定的基因將可提供未來生產台灣杉代謝產物的重要起點。若可能,在這個計畫中我們也將進一步地對這些被鑑定出來的基因作功能性解析。期許在三年後能對台灣杉提出更前瞻的研究成果。