野生劍麻種質(zhì)資源調(diào)查及其纖維品質(zhì)分析

劉文，張澤釗，賀立紅，田夏紅，董斌，劉季平*，鄭繼昌*

（1.廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院熱帶農(nóng)林學(xué)院，廣東廣州510507；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，廣東廣州510225；3.廣東省湛江農(nóng)墾科學(xué)研究所，廣東湛江524086）

劍麻（Agave sisalana），又名菠蘿麻，龍舌蘭科龍舌蘭屬，是熱區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，原產(chǎn)地是墨西哥，在非洲、拉丁美洲、亞洲等地均有種植，是當(dāng)今世界用量最大、范圍最廣的一種硬質(zhì)纖維，是國防、工業(yè)和民生領(lǐng)域中不可或缺的材料之一[1-2]。

20世紀(jì)60年代，為打破劍麻原材料的國際封鎖，我國引進(jìn)了劍麻品種H.11648（東一號），該品種逐漸發(fā)展成為劍麻的主栽品種，并幾乎成為劍麻主栽的唯一品種[3-4]。由于劍麻品種過于單一，出現(xiàn)了品種退化和病蟲害爆發(fā)的現(xiàn)象[5-6]。2008年以來，劍麻紫色卷葉病、斑馬紋病、葉斑病和新菠蘿灰粉蚧等病蟲害的爆發(fā)，造成劍麻產(chǎn)量逐年下降，栽培面積逐年減少，嚴(yán)重降低了劍麻種植的積極性，制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[4，7-8]。另外，當(dāng)前主栽的劍麻品種（東一號）耐寒性極差，不能抵御0℃以下的氣候，該品種的生長溫度要求，極大地限制了劍麻種植產(chǎn)業(yè)從熱區(qū)向外拓展。因此，從我國劍麻產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展來看，亟須選育一批具有抗寒、耐貧瘠、產(chǎn)量高和纖維品質(zhì)好的劍麻品種。

劍麻病蟲害爆發(fā)和種質(zhì)資源單一的問題越來越受到研究人員的重視。研究人員[5-6，8]對劍麻病蟲害進(jìn)行調(diào)查和預(yù)報研究，并對葉斑病病原菌進(jìn)行鑒定和同源性分析。另外，有研究[9-12]利用四十余份龍舌蘭麻和劍麻種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，對抗病種質(zhì)進(jìn)行斑馬紋病鑒定和篩選，試圖篩選出具有一定應(yīng)用前景的劍麻種質(zhì)資源。此外還有通過選育劍麻抗病種苗和引進(jìn)抗病品系進(jìn)行抗病效應(yīng)的試種研究[13-14]?？偟膩砜?，目前研究人員主要從現(xiàn)有收集的種質(zhì)資源進(jìn)行劍麻抗性試驗(yàn)，以及利用形態(tài)學(xué)、AFLP和SSR分子標(biāo)記篩選劍麻病原微生物。

野生劍麻（A.americana）主要分布在華南和西南熱帶氣候地區(qū)，屬于小刺番麻類，曾為各地提供了大量的硬質(zhì)纖維。由于野生劍麻數(shù)量多、類型豐富，能夠?yàn)閯β橛N提供大量寶貴的研究材料，以及對資源進(jìn)行保存、評價、創(chuàng)新和利用。然而，隨著70年代農(nóng)墾大量種植東一號，規(guī)?；a(chǎn)逐漸替代了華南和西南地區(qū)的劍麻。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，許多野生劍麻的原生地被開發(fā)用作非農(nóng)業(yè)用途，野生劍麻面積劇減，一些居群已面臨消失的危險，因此，本研究擬對野生劍麻種質(zhì)進(jìn)行資源調(diào)查、遷地保護(hù)和纖維品質(zhì)的初步分析，以拓寬當(dāng)前劍麻種質(zhì)資源庫，為劍麻創(chuàng)新育種研究提供材料基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

野外種質(zhì)資源調(diào)查的野生劍麻材料為小刺番麻類，調(diào)查范圍為廣東省興寧市全境（興寧盆地）。纖維品質(zhì)測定材料為東一號（A.sisalana No.11648）和野生劍麻，栽培種東一號采集于廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院增城校區(qū)劍麻園，苗齡3年，野生劍麻采集于廣東省興寧市新陂鎮(zhèn)福豐村峰山圍峰山嶺，株高約2 m，苗齡不詳。對兩種劍麻的葉片形態(tài)、葉片基部、中部及葉尖含麻量、纖維長度和纖維直徑進(jìn)行分析。

1.2 野生劍麻資源的調(diào)查和遷地保護(hù)

為了解廣東省興寧市（興寧盆地）的野生劍麻資源分布和生境狀況，調(diào)查組首先利用群眾資源，通過微信、電話等通訊方法發(fā)送圖片和劍麻形態(tài)描述給群眾，獲得具體的定位，獲得反饋后進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和資源收集?，F(xiàn)場調(diào)查通過拍照以及對植被種群、土壤、居群數(shù)量和植株長勢等進(jìn)行記錄，并對當(dāng)?shù)乩先瞬稍L劍麻產(chǎn)業(yè)歷史。現(xiàn)場調(diào)查后，采集劍麻走莖分蘗苗進(jìn)行移植遷地保護(hù)，保存于廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院劍麻園。

1.3 劍麻纖維提取

將采集好的野生劍麻葉和東一號劍麻葉進(jìn)行纖維提取，提取方法采用堿提取法，該方法最早可追溯到19世紀(jì)40年代，由有采麻經(jīng)驗(yàn)的85歲吳姓老人提供。堿提取法方法如下（圖1）：每片劍麻葉在其葉尖、葉中部、葉基部分別切取一小段，每段長10 cm，寬5 cm，在研缽內(nèi)用適宜力度敲碎劍麻葉，去除葉肉，剝皮后用清水清洗，并浸泡24 h。浸泡后用清水漂洗，然后用2%的肥皂水400 mL煮90min，煮完后撈出劍麻纖維漂洗干凈，然后在清水中浸泡24 h，浸泡后撈出晾曬2 d，獲得劍麻纖維。

為獲得劍麻全長纖維，將整片劍麻葉壓榨剝皮后，采用上述方法，用2%肥皂水2 L煮120min，然后撈出劍麻纖維用清水漂洗干凈，再用清水浸泡24 h后晾曬2 d，獲得劍麻全長纖維。

圖1 劍麻纖維堿法提取過程Fig.1 Extraction process of sisal fiber alkaline heating

1.4 劍麻葉片形態(tài)測定和纖維含麻量、長度以及莖粗測定

挑選野生劍麻和東一號劍麻的成熟葉片，測定兩個品種的葉長、葉寬、葉基部厚度和單片葉鮮重，重復(fù)5次，計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。麻葉上、中、下各個部位的纖維含量依據(jù)公式：含麻量=纖維干重/麻葉鮮重×100%計算，重復(fù)5次。用尺測量出每條纖維的長度，每個品種重復(fù)40次，用電子測微尺測量纖維的直徑，每個品種重復(fù)20次，利用纖維長度和直徑的數(shù)值制作箱點(diǎn)分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 野生劍麻資源和產(chǎn)業(yè)歷史調(diào)查

通過收集群眾反饋的信息，發(fā)現(xiàn)廣東省興寧盆地幾乎全境均有大量野生劍麻分布。實(shí)地調(diào)查了興寧盆地新陂、永和、葉塘、龍?zhí)锖秃纤?個鎮(zhèn)的12個居群（見圖2、表1），其中，龍?zhí)镦?zhèn)和合水鎮(zhèn)交界處分布數(shù)據(jù)最多。生境調(diào)查發(fā)現(xiàn)，野生劍麻主要生境為干旱、貧瘠坡地，土質(zhì)主要為紫色或紅色的砂巖、頁巖和泥巖，劍麻?；焐诓輩?、灌木或竹林等環(huán)境（圖2），但其長勢均良好，葉片肥厚，表現(xiàn)出明顯的耐旱和耐貧瘠能力。另外，興寧盆地每年均有霜凍，部分地區(qū)冬季最低溫度為0℃左右，說明該野生劍麻具有較強(qiáng)的耐寒性。

不同居群之間的劍麻生長狀況存在差異，主要表現(xiàn)在植株大小和開花習(xí)性上。如新陂鎮(zhèn)峰山嶺居群的植株較大，與過去該地塊曾種植大豆、花生等作物有一定關(guān)系，其他有些居群的植株較小，與土地貧瘠或樹林遮陰有關(guān)。本次調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，只有龍?zhí)锖秃纤?zhèn)的野生劍麻能夠正常開花（7月），這與當(dāng)?shù)匦夂蛳嚓P(guān)（該2個鎮(zhèn)是廣東省最北的荔枝產(chǎn)區(qū)）。

通過當(dāng)?shù)乩先丝谑?，調(diào)查了該地區(qū)的劍麻產(chǎn)業(yè)歷史，認(rèn)為興寧盆地曾經(jīng)劍麻產(chǎn)業(yè)興旺，20世紀(jì)80年代前存在大量的種植和加工產(chǎn)業(yè)。在種植技術(shù)方面，一般采用分蘗繁殖，也有少量用種子繁殖，種植后幾乎不進(jìn)行任何田間水肥和病蟲害管理。在劍麻纖維提取工藝方面，龍?zhí)秫x塘碧園村等地，很多水資源豐富的村幾乎家家戶戶手工取絲制麻，并且至少有2種以上的制麻方法，最早可追溯到20世紀(jì)40年代。最常見的制麻方法為：割葉-扁擔(dān)捶打-清水浸泡（冬季10 d，夏季7 d）-扁擔(dān)捶打-清水浸泡（冬季10 d，夏季7 d）-清洗-梳子梳理纖維；另一種方法為堿提取法：割葉-扁擔(dān)敲打-清水浸泡1 d-堿水熬煮1～2 h-清水浸泡1 d-清洗-梳子梳理纖維。在加工和銷售方面，新中國成立前新陂鎮(zhèn)望江水閘發(fā)電站有專門的機(jī)械化麻繩廠，縣城高華路有多家葉塘鎮(zhèn)河西村人開辦的紡織廠收購劍麻纖維，主要生產(chǎn)麻繩、衣服（硬質(zhì)）和蚊帳，產(chǎn)品主要銷往福建、江西和廣東。在20世紀(jì)60～80年代，興寧各鎮(zhèn)的供銷社收購部長期大量收購劍麻纖維，具體用途不詳。因此，從過去興寧的劍麻產(chǎn)業(yè)歷史來看，興寧地區(qū)曾經(jīng)有著完整的劍麻產(chǎn)加銷產(chǎn)業(yè)體系。

圖2 興寧野生劍麻資源分布調(diào)查Fig.2 Resource distribution investigation of Xingning wild sisal

表1 興寧盆地野生劍麻資源生境和居群調(diào)查Table 1 Wild resource habitat and populations investigation of Xingning wild sisal

2.2 野生劍麻和栽培種劍麻形態(tài)比較

比較了兩種劍麻的葉片形態(tài)，野生劍麻葉片呈淺綠色，表皮帶銀白色蠟質(zhì)，葉緣帶皮刺，葉片較厚，東一號劍麻葉片深綠色，葉表皮蠟質(zhì)薄，葉緣光滑，葉片比野生劍麻?。ㄒ妶D3）。由表2可以看出，兩種劍麻葉片長度相近（約為100 cm），野生劍麻的葉寬比東一號寬1.4 cm左右，葉基部厚度比東一號厚約7 cm，而其單片葉鮮重約為東一號的3倍。

圖3 野生劍麻和栽培種劍麻形態(tài)Fig.3 Themorphology ofwild and cultivated sisals

表2 兩種劍麻的葉片形態(tài)比較Table 2 Leavesmorphology comparison of two sisals

2.3 兩種劍麻纖維含麻量

提取的劍麻纖維在未曬干前，東一號纖維相對更為順直整齊（圖4，A），而野生劍麻纖維較亂（圖4，B）；梳理纖維曬干后，野生劍麻纖維較為硬質(zhì)，顏色較白，但有起毛（圖4，C、D）。

兩種劍麻葉尖、葉中部和葉基部的含麻量差異較大（圖5）。野生劍麻的葉尖、葉中部和葉基部含麻量約為1.51%～2.19%，而東一號三個部分含麻量為2.60%～2.82%，不同部分含麻量變化較小。

總體來看，雖然東一號的含麻量比野生劍麻要高0.41%～1.31%，但野生劍麻的單葉鮮重約為東一號的3倍，因此，野生劍麻仍具有一定的潛在開發(fā)價值。

圖4 東一號和野生劍麻纖維外觀Fig.4 Fibers of Dongyihao and wild sisals

圖5 野生劍麻與東一號劍麻葉片不同部位含麻量比較Fig.5 Fibers content comparison of Dongyihao and wild sisals in different leaf parts

2.4 兩種劍麻纖維長度和直徑比較

野生劍麻的纖維長度大部分為44～62 cm，平均值為48.7 cm，不足其葉片長度的一半；東一號劍麻大部分纖維長度都在89 cm以上，平均值約為94 cm，與其葉片長度相近。東一號纖維長度約為野生劍麻的2倍（圖6，A）。野生劍麻的纖維直徑在0.15～0.19 mm之間，平均為0.17 mm；東一號劍麻的纖維直徑在0.12～0.14 mm之間，平均為0.13 mm（圖6，B），野生劍麻比東一號的直徑約大0.04 mm。因此，從纖維長度和直徑的結(jié)果來看，野生劍麻比東一號的纖維長度要小，直徑較大。

圖6 兩種劍麻纖維的長度和直徑箱型圖比較Fig.6 Fibers Box-plot comparison of two sisals in length and diameter

3 討論

龍舌蘭科植物種質(zhì)資源比較豐富，全世界共有21個屬約670個種，其中，東一號是目前國內(nèi)栽培最廣泛的品種[15]。劍麻屬種類繁多，葉片纖維豐富，不同的種類其葉片農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、纖維含量和質(zhì)量差異較大[16]，保護(hù)和利用劍麻種質(zhì)資源是未來劍麻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一。目前我國已經(jīng)開展了劍麻的種質(zhì)資源保護(hù)，其中廣東省湛江市農(nóng)業(yè)農(nóng)村部劍麻種質(zhì)資源圃種質(zhì)最為豐富，有100余份種質(zhì)資源材料，位居全國第一。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廣東省興寧盆地有著大量的野生劍麻資源，大多生長在貧瘠的坡地，具有良好的抗旱、耐貧瘠、耐寒和抗病蟲害的特性，且該劍麻種質(zhì)資源尚未在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部劍麻種質(zhì)資源圃（廣東省湛江農(nóng)墾科學(xué)研究所）中收錄保存，因此，本次的遷地保護(hù)可以較好地擴(kuò)充劍麻種質(zhì)資源圃，也是首次從本土收集到的具有一定產(chǎn)業(yè)開發(fā)價值的劍麻材料。

根據(jù)本課題組初步調(diào)查，廣東南雄、仁化、始興、曲江、英德、和平、紫金、興寧、五華、豐順、德慶、羅定、南澳、惠東、博羅、臺山、陽春、陽江、化州、電白、廉江和遂溪等地均有野生劍麻分布。生長環(huán)境土地貧瘠、干旱、氣候寒冷，歷史上曾作為當(dāng)?shù)乩w維生產(chǎn)的主要來源，具有重要的生產(chǎn)價值。而當(dāng)前的主栽品種東一號嚴(yán)重遭受紫色卷葉病、斑馬紋病和新菠蘿灰粉蚧的危害[17-18]，以及種植范圍限制在我國熱區(qū)，因此，開發(fā)和利用野生劍麻這一寶貴的種質(zhì)資源，有助于培育適合華南地區(qū)栽培和北引推廣的新種質(zhì)。

生產(chǎn)上，劍麻葉片纖維提取方法主要是刮麻機(jī)機(jī)械加工?？蒲羞^程中需要的纖維量較少，通常采用氫氧化鈉高溫高壓提取和微波提取劍麻纖維，該方法提取時間短，效率高[19]。但本研究曾采用氫氧化鈉高溫高壓提取和微波提取的方法，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)堿處理過的纖維質(zhì)脆易斷，且含有少量膠質(zhì)造成纖維粘著成團(tuán)。在產(chǎn)業(yè)歷史調(diào)查后，本研究采用了2%肥皂溶液的熱堿法提取，該方法雖然效率低，但纖維不易斷，非常適合于纖維研究過程中的小量提取。

劍麻纖維是國防、漁業(yè)、航海、石油、工礦等領(lǐng)域的重要原材料，也是當(dāng)今世界用量最大和范圍最廣的一種硬質(zhì)纖維[20-21]。本研究比較了兩種劍麻的形態(tài)和纖維的指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)野生劍麻的單片葉鮮重和纖維直徑高于栽培種，說明野生劍麻在一定程度上可以擴(kuò)充硬質(zhì)纖維的種類。