橡膠樹幼嫩枝葉產(chǎn)膠量相關(guān)因子的研究

姚行成 王軍 周珺 陳先紅

摘 要 橡膠樹葉片及幼嫩莖皮組織中的初生乳管可合成和貯存天然橡膠，通過溶劑萃取法可以提取這些天然橡膠成分。為研究橡膠樹幼嫩枝葉與產(chǎn)膠量相關(guān)的因子，以‘熱研7-20-59為研究材料，對枝葉不同器官的生物量比例以及不同器官組織的橡膠含量進(jìn)行比較分析，同時(shí)利用凝膠滲透色譜法測定不同葉蓬葉片橡膠的分子量表征。結(jié)果表明：葉片的生物量比例高于枝干，樹皮的橡膠含量高于葉片；枝條不同蓬齡葉片的天然橡膠相對分子量相似。

關(guān)鍵詞 橡膠樹 ；初生乳管 ；天然橡膠 ；萃取 ；產(chǎn)膠量

中圖分類號 S794.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.07.001

Abstract The primary laticifers in the leaves and young bark tissue of rubber trees （Hevea brasiliensis） synthesize and store latex. The natural rubber in these tissues could be extracted by chemical solvent. In order to study the factors related to rubber yield of young branches and leaves of rubber trees， the biomass composition and the rubber contents of different organs were analyzed with rubber clone Reyan 7-20-59 as material. The molecular weight of the leaves in different whorls of rubber tree were characterized by using the gel permeation chromatography. The results showed that the leaves had a higher ratio of biomass than the branches and stems， had lower rubber content than the bark， and were similar in relative molecular weight in different whorls.

Keywords Hevea brasiliensis ； primary laticifer ； natural rubber ； extraction ； rubber yield

巴西橡膠樹的乳管分為初生乳管和次生乳管2種類型，二者均可合成和儲存天然橡膠。初生乳管分布在葉片和幼嫩枝條的樹皮中，據(jù)史敏晶和田維敏的研究[1]，橡膠樹幼嫩芽條的第1～3葉蓬樹皮的乳管全是初生乳管，第4葉蓬的樹皮開始出現(xiàn)零星次生乳管，第5葉蓬的樹皮普遍出現(xiàn)成列的次生乳管。據(jù)田維敏等的研究[2]，初生乳管和次生乳管之間不相通。隨著莖干的次生生長，初生乳管逐漸被破壞消失，在成齡樹干中已無初生乳管。生產(chǎn)上采膠是在次生乳管密集的樹干部位，初生乳管與采膠之間沒有直接關(guān)系。因此關(guān)于初生乳管中產(chǎn)生天然橡膠的多少以及橡膠的特性研究甚少。

割膠是目前橡膠樹采膠的唯一方式。但由于割膠技術(shù)要求高、割膠環(huán)境條件差、割膠報(bào)酬低，天然橡膠產(chǎn)業(yè)面臨膠工短缺、老齡化、無人割膠等問題[3]。姚行成等[4]通過萃取法從橡膠樹幼嫩枝葉萃取到初生乳管內(nèi)的天然橡膠，這些天然橡膠純度高、其聚合物分子量與傳統(tǒng)割膠得到的橡膠相似。因此提出利用橡膠樹幼嫩枝葉來生產(chǎn)天然橡膠，以降低對傳統(tǒng)人工割膠的依賴。將橡膠樹矮化密植以生長出大量的幼嫩枝葉，然后收割枝葉并提取其組織內(nèi)的橡膠，被稱為橡膠樹灌木化栽培模式[4]。雖然過去橡膠樹種植上曾提出橡膠樹矮化密植[5]，但這種方式仍然需要依靠人工在樹干部位割膠，因此過去的矮化密植與當(dāng)前提出的灌木化栽培有本質(zhì)差別。

金華斌等[6-7]分析橡膠樹不同種質(zhì)的初生乳管，結(jié)果表明，不同種質(zhì)分化乳管的能力差異明顯。姚行成等[4]從橡膠樹的幼嫩枝葉提取橡膠，結(jié)果表明，不同無性系的天然橡膠含量也有差異。這些研究從遺傳育種學(xué)上表明遺傳種質(zhì)可影響枝葉的產(chǎn)膠能力。然而，在栽培學(xué)上，哪些因子將影響枝葉的橡膠產(chǎn)量，尚未有研究報(bào)道。本研究分析橡膠樹枝葉不同器官的生物量比例及橡膠含量，以了解其對枝葉產(chǎn)膠量的影響，為橡膠樹灌木化栽培提供栽培學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以橡膠樹無性系‘熱研7-20-59為研究材料，取自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所（海南儋州）增殖圃（橡膠樹保護(hù)性栽培基地苗圃）。

1.2 方法

1.2.1 材料收集方法

晴天中午，用枝剪從頂部第5個(gè)葉蓬處剪斷枝條，就地晾曬至半干；再用枝剪在第3與第4個(gè)葉蓬交接處剪斷枝條，留下頂上3個(gè)葉蓬的枝葉，待用。

1.2.2 枝葉不同組織/器官的生物量比較

以上采集到的枝葉，將葉片從莖干上分離并收集。用刀具把莖干的樹皮剝下來，分為樹皮和木質(zhì)桿兩部分，分別收集。將葉片、樹皮和木質(zhì)桿用報(bào)紙包住，放入烘箱于60℃烘干至恒重，然后分別稱重，計(jì)算各部分的比例，計(jì)算公式如下：

總生物量=葉片干重+樹皮干重+木質(zhì)桿干重

葉片生物量比例=葉片干重/總生物量×100%

樹皮生物量比例=樹皮干重/總生物量×100%

木質(zhì)桿生物量比例=木質(zhì)桿干重/總生物量×100%

莖干生物量比例=（樹皮干重+木質(zhì)桿干重）/總生物量×100%

1.2.3 不同組織/器官的橡膠含量、產(chǎn)膠效率值分析

葉片或樹皮樣品烘干后，粉碎成粉末，同姚行成等[4]的方法。

天然橡膠的提取方法參考Person等[8]和姚行成等[4]的方法，并作修改。取葉片或樹皮器官組織粉末100.0 g，每份10.0 g分別裝入10個(gè)濾紙筒。濾紙筒放入索氏抽提器（500 mL）提取管內(nèi)，先后用丙酮和四氫呋喃（均為分析純）抽提。四氫呋喃提取液用錐形漏斗經(jīng)2層衛(wèi)生紙過濾到量筒內(nèi)，提取瓶用四氫呋喃洗3遍并過濾，濾液倒入玻璃皿，在通風(fēng)櫥內(nèi)揮發(fā)四氫呋喃。其余9個(gè)提取器的提取液全部逐一在同一個(gè)玻璃皿內(nèi)揮發(fā)完四氫呋喃。析出的橡膠團(tuán)在烘箱70℃烘干至恒重，稱重。橡膠含量=橡膠重量/樣品重量×100%。莖干的橡膠含量=樹皮生物量比例×樹皮橡膠含量/莖干生物量比例。

計(jì)算葉片和莖干器官各自的生物量比例與橡膠含量的乘積。

1.2.4 不同葉蓬的橡膠分子量分析

選取葉片處于穩(wěn)定期的枝條，用刀片切斷小葉柄，小葉柄和葉片切口處流下的膠乳收集到玻璃皿，然后膠乳在烘箱內(nèi)70℃烘干。頂?shù)?、2、3葉蓬的橡膠分別收集。用凝膠滲透色譜法（GPC）測定橡膠的分子量。儀器設(shè)備為美國waters 1515凝膠滲透色譜儀。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為日本shodex公司生產(chǎn)的PS。流動相為四氫呋喃。樣品由上海復(fù)昕化工技術(shù)服務(wù)有限公司代為檢測分析。成齡樹割膠得到的橡膠作為對照，也用同樣方法測定分子量。

2 結(jié)果與分析

2.1 枝葉不同組織/器官的橡膠產(chǎn)量相關(guān)性狀比較

頂部3個(gè)葉蓬不同組織/器官的生物量分析表明，葉片的生物量比例為70.76%，莖干生物量比例為29.24%。在莖干中，樹皮的生物量比例較小，僅為9.41%，而木質(zhì)桿的生物量比例為19.83%。分析了不同組織/器官的橡膠含量，葉片的橡膠含量為2.41%，樹皮的橡膠含量為5.25%，莖干的橡膠含量為1.69%。木質(zhì)桿不含乳管，沒有分析橡膠含量。計(jì)算葉片和莖干各自的生物量比例與橡膠含量的乘積，筆者擬定義為產(chǎn)膠效率值。結(jié)果表明，葉片器官的產(chǎn)膠效率值為1.71%，莖干的產(chǎn)膠效率值為0.49%。見表1。

2.2 不同葉蓬的橡膠分子量比較

凝膠滲透色譜法檢測不同葉蓬的橡膠相對分子量，其結(jié)果見表2和圖1。

從圖表可知，頂部第1、2、3葉蓬的橡膠分子量表征很相似，在數(shù)均分子量Mn、重均分子量Mw、z均分子量Mz和多分散系數(shù)PDI（polydispersity index）各項(xiàng)都相似。葉片組織內(nèi)的橡膠與傳統(tǒng)割膠所得的橡膠相比，在各項(xiàng)分子量表征上也相似。

3 結(jié)論與討論

橡膠樹幼嫩枝葉組織內(nèi)的天然橡膠在初生乳管內(nèi)合成。姚行成等[3]從其提取到天然橡膠，并提出開發(fā)利用橡膠樹枝葉的初生乳管橡膠。本研究在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究枝葉與產(chǎn)膠量相關(guān)的因子。枝葉的生物量和橡膠含量均可影響產(chǎn)膠量。本研究關(guān)于葉片和樹皮的橡膠含量結(jié)果表明，樹皮的橡膠含量高于葉片；關(guān)于枝葉生物量的結(jié)果表明，葉片的生物量比例高于莖干的生物量比例，是樹皮生物量比例的7倍以上。本研究擬將生物量比例和橡膠含量的乘積定義為“產(chǎn)膠效率值”，用以衡量枝葉不同器官對產(chǎn)膠量的貢獻(xiàn)，如葉片產(chǎn)膠效率值為1.71%，表示100 g枝葉生物量中葉片可生產(chǎn)出1.71 g橡膠。本研究發(fā)現(xiàn)，葉片的產(chǎn)膠效率值（1.71%）高于枝干的產(chǎn)膠效率值（0.49%），表明葉片的生長量對橡膠產(chǎn)量更具增產(chǎn)效率，因而在栽培生產(chǎn)上，應(yīng)采取增加葉片生長量的栽培措施，以提高橡膠產(chǎn)量。樹皮的橡膠含量較高（5.25%），生物量也比較少（9.41%），在提膠時(shí)可減少萃取容量和節(jié)約溶劑。當(dāng)樹皮從莖干剝離技術(shù)完善后，用樹皮來提膠將比莖干提膠更有效率，成本更低。

橡膠分子量的測試結(jié)果表明，不同葉蓬（頂?shù)?、2和3蓬）的橡膠相對分子量及分子量分布相似，與傳統(tǒng)成齡樹割膠所得的橡膠也相似。雖然葉片的生長時(shí)間不一樣（相差1到幾個(gè)月），天然橡膠合成的時(shí)間也相應(yīng)存在差異，但分子量表征無差異。因此，可以推測，枝葉生產(chǎn)的初生乳管橡膠在物理機(jī)械及加工性能上與傳統(tǒng)次生乳管橡膠相似。本研究結(jié)果給灌木化栽培的建議是：收割枝葉可在生長出1個(gè)葉蓬時(shí)進(jìn)行，也可以在生長出2、3個(gè)葉蓬時(shí)進(jìn)行；不同蓬齡（限3蓬）的枝葉可以靈活混合收割。然而，應(yīng)選取哪個(gè)蓬齡時(shí)收割（如在1、2、3蓬齡時(shí)收割）以實(shí)現(xiàn)生物量最大化，尚待進(jìn)一步研究。

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