乙烯利調(diào)控橡膠樹膠乳產(chǎn)量和品質(zhì)的閥值分析

中圖分類號：S794.1 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.7525/j.issn.1006-8023.2025.03.010

Abstract：The efects of ethephon（ETH），ethephon inhibitor1-methylcyclopropene（1-MCP）and cysteine（CYS）on the yieldand mainquality indexes of rubber tree latex were analyzed，and the dosage threshold was calculated.Anoptimized orthogonal experimental design was used to analyze 14 treatments with threefactors （ETH，1-MCP，CYS）and fourlevels （four concentrations of each reagent）for applying rubber treecut surfaces.Keyindicators such as rubber latex yield，dryrubbercontent，molecular weight，initial plasticityvalue，plasticityretention indexand Mooneyviscositywere measured，andthecorrelationbetween the indicators wasanalyzed.Theresultsshowed thatthere were significant diffrences inyieldand dryrubbercontentof14 treatedrubber trees.Correlationanalysis showed thatthe numberaverage molecular weight was positivelycorrelated with the weight-average molecular weightand Mooney viscosity，and thecorrelationcoefficientwasO.71andO.83，respectively，andthecorrelationcoeicientwas negativewiththepolydispersity indexes，and the correlation coefficient was - 0 . 9 1 . Initial plasticity value was positively correlated with Mooney viscosity，andthecorelationcoeficientwasO.73.ThepoldispersityindexesasnegativelyorrelatedwithMooeyvis cosity with the correlation coefficient - 0 . 8 9 .The regression equations based on dry rubber content index were established respectively. The maximum concentration of ethephon，1-MCP and CYS were 0 . 1 5 % ，1. 0 8 % and 0 . 4 1 g / L ，respectively.Theoptimizedorthogonaltestmethodcaneffctivelycalculate thethresholdof theregulatorand provide theoretical and practical guidance for the subsequent experiments.

Keywords：Hevea brasiliensis；ethephon；1-methylcyclopropene；theshold;correlation analysis

0 引言

橡膠樹是大戟科（Euphorbiaceae）橡膠樹屬（Hevea）的高大喬木，其最初來自南美洲亞馬孫河流域，自20世紀(jì)后半葉以來，在中國的海南和云南引種栽培[1]。由于我國地處熱帶北緣，橡膠樹種植存在產(chǎn)量低、品質(zhì)差等問題。因此，深入解析天然橡膠生物合成的調(diào)控機制和研發(fā)配套排膠調(diào)控技術(shù)是全面提升我國天然橡膠產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵，對我國天然橡膠安全供應(yīng)具有重要的戰(zhàn)略意義。天然橡膠（順式-1，4-聚異戊二烯）是我國重要戰(zhàn)略物資和工業(yè)原料，主要產(chǎn)自巴西橡膠樹（Heveabrasiliensis）。干膠的品質(zhì)特性是由干膠中天然橡膠（NR）的分子結(jié)構(gòu)和非橡膠物質(zhì)決定[2]。不同橡膠樹品種膠乳中的干膠含量、蛋白質(zhì)、磷脂、糖類和金屬離子含量等生理參數(shù)存在顯著差異，從而導(dǎo)致干膠品質(zhì)特性的差異，表現(xiàn)出品種的獨特性。因膠乳中干膠含量和非膠組分含量的不同，不同品種的生膠性能和硫化膠物理機械性能存在差異[3]。對橡膠樹品種PR107、RRIM600、熱研73397、熱研88-13和熱研879等生膠的分子量、分子量分布及生膠塑性初值 、塑性保持率 和門尼黏度等研究表明，熱研879生膠的數(shù)均分子量較高，分子量分布較窄，硫化膠的拉伸強度高。RRIM600生膠的塑性初值和門尼黏度較高，硫化膠的拉伸強度較低[4]。對橡膠樹品種云研77-4、云研77-2、熱墾628和湛試327-13等品種在不同割膠月份膠乳生理參數(shù)和生膠性能研究表明，各測定參數(shù)在品種間存在差異，同一品種生膠的相對分子量及分子量分布、門尼黏度、6項指標(biāo)及硫化膠物理機械性能在不同割膠月份間也存在顯著差異[5]。

乙烯利（ETH）可釋放乙烯氣體，是目前天然橡膠生產(chǎn)中最有效的產(chǎn)量刺激劑，通過促進乳管細胞中三磷酸腺苷（ATP）能量合成和延長排膠時間提高膠乳產(chǎn)量[6-7]。乙烯利刺激不當(dāng)和低溫易引起橡膠樹膠乳過度長流。我國的天然橡膠主栽區(qū)在10一12月處于低溫季節(jié)，橡膠樹膠乳過度長流會導(dǎo)致膠樹養(yǎng)分的大量流失，甚至引發(fā)死皮和寒害[8]。研究發(fā)現(xiàn)排膠過程中會引起活性氧含量激增、植物激素失衡和水分虧缺等生理現(xiàn)象[9]。割膠后膠乳和水分的大量流失，首先導(dǎo)致割面受到失水脅迫，引發(fā)內(nèi)源逆境相關(guān)激素合成，進一步導(dǎo)致活性氧增加，最終誘導(dǎo)橡膠樹細胞程序性死亡，導(dǎo)致膠乳分子量減少和品質(zhì)下降[10]。因此，有必要在乙烯利中添加適量新型調(diào)節(jié)劑來減少高體積分?jǐn)?shù)乙烯利帶來的負(fù)面效應(yīng)。據(jù)此，本研究采用簡化的正交試驗設(shè)計方案，分析乙烯利（ETH）、乙烯利抑制劑1-甲基環(huán)丙烯（1-MCP）和半胱氨酸（CYS）對橡膠樹膠乳產(chǎn)量和主要品質(zhì)指標(biāo)的影響，并計算使用閾值，為橡膠樹持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用位于海南省儋州市中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所試驗場2隊 . 橡膠樹熱研73397品種開割樹為材料。該林段定植于2007年，2014年開割。割制為S/2d3，即1/2樹圍、3d1刀[1]。ETH（CAS No.： 6672-87-0）、1-MCP（CASNo.：6914-76-7）和CYS（CASNo.：52-90-4）均購自中國北京默克有限公司。

1. 2 試驗設(shè)計

試驗采用精簡優(yōu)化的正交試驗設(shè)計（表1），ETH體積分?jǐn)?shù)為 0 ， 0 . 5 % ， 1 . 5 % ， 2 % ， 1 - M C F 體積分?jǐn)?shù)為0、2 . 5 % . 5 % . 1 0 % ，CYS質(zhì)量濃度 0 . 0 . 2 5 . 0 . 5 . 1 g/ L c

1. 3 取樣方法

田間試驗選取長勢均勻一致的開割橡膠樹，第1天18：00在橡膠樹割面涂施14種處理藥劑，第2天6：00割膠采集膠乳，測定膠乳產(chǎn)量和干膠含量（干含），在第5天6：00割膠采集膠乳，測定膠乳數(shù)均分子量、重均分子量和塑性初值等品質(zhì)指標(biāo)。

1.4 測定方法

膠乳產(chǎn)量采用量筒測量，以烘干法測定干膠含量[12]。分子量測定以四氫呋喃為溶劑，將 1 0 m g 樣品溶解于 1 0 m L 四氫呋喃中。采用AgilentPL-220型高溫凝膠滲透色譜儀，以四氫呋喃為洗脫劑、聚苯乙烯為標(biāo)樣繪制標(biāo)準(zhǔn)校正曲線進行測定，得到數(shù)均分子量 ）、重均分子量 ，采用 計算多分散系數(shù)（PDI）[13]。塑性初值 塑性保持率（ 和門尼黏度ML（ 1+4 ） 1 由上海微譜檢測科技集團有限公司按照GB/T3510—2023，GB/T3517—2022和GB/T1232.1—2016進行測定[14]

1.5 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

所有數(shù)據(jù)采用Excel365軟件進行分析，具體分析方法為在Excel工具下拉菜單選擇數(shù)據(jù)分析中選擇回歸，得到14個處理對產(chǎn)量等指標(biāo)的三元二次回歸方程，該方程為

式中： 為乙烯利的體積分?jǐn)?shù)， 為1-甲基環(huán)丙烯體積分?jǐn)?shù)， 為半胱氨酸的質(zhì)量濃度， 為回歸系數(shù)。

首先對方程求導(dǎo)數(shù)，得到如下方程組為

式中： 均為回歸方程系數(shù)。

進一步采用MINVERSE計算反矩陣，采用MMULT解方程，計算各種試劑的最高用量。采用OriginP r o2 0 2 1 繪圖軟件（OriginLab Corporation，Northampton，MA，UNITEDSTATES）進行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.114種處理對橡膠樹產(chǎn)量和干含的影響

由圖1可以看出，14種處理后橡膠樹膠乳產(chǎn)量和干含存在顯著差異。橡膠產(chǎn)量結(jié)果顯示，與TR1（對照）相比，TR3處理的產(chǎn)量最低，為 2 0 8 . 3 3 m L ，TR9處理的產(chǎn)量最高，達到 4 2 3 . 3 3 m L 。橡膠干含分析結(jié)果顯示，與TR1干含相比，TR8處理的干含最低，占比為3 8 % ，TR14處理最高，占比為 4 6 . 9 8 % 。

2.214種處理對橡膠樹生膠指標(biāo)的影響

由圖2可以看出，TR2處理的數(shù)均分子量最低，為2. ，TR4和TR7的數(shù)均分子量最高，為 4 . 3 9 × 。TR10的重均分子量最低，為 ，TR4重均分子量最高，為 。多分散系數(shù)TR7最低，為 ，TR2最高，為 。結(jié)果表明14種處理后的膠乳分子量存在顯著差異，這種差異程度可能與乙烯利體積分?jǐn)?shù)有關(guān)。

由圖3可以看出，TR11的塑性初值最低，為 3 7 % ，TR1最高，為 45 % 。TR10的塑性保持率最低，為7 9 . 5 % ，TR14最高，為 8 9 . 2 % 。TR2門尼黏度最低，為58.9，TR4門尼黏度最高，為83.1。結(jié)果表明14個處理對塑性初值、塑性保持率和門尼黏度的影響差異顯著，并且塑性初值與門尼黏度的變化趨勢基本一致。

2.3橡膠樹產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)分析

由圖4可以看出，數(shù)據(jù)分子量與重均分子量和門尼黏度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.711和0.83，與多分散系數(shù)負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.91。門尼黏度與塑性初值正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.73，與多分散系數(shù)負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-

2.4 3種試劑的使用閾值

采用回歸方程求導(dǎo)數(shù)的方法可以根據(jù)不同的指標(biāo)計算出3種試劑的最高使用閾值。由表2可以看出，針對干含指標(biāo)，乙烯利的最高體積分?jǐn)?shù)是 0 . 1 5 % ，1-MCP的最高體積分?jǐn)?shù)是1. 0 8 % ，CYS的質(zhì)量濃度是 針對重均分子量指標(biāo)，乙烯利的最高體積分?jǐn)?shù)是0 . 8 4 % ，1-MCP的最高體積分?jǐn)?shù)是1. 3 5 % ，CYS的質(zhì)量濃度是 。針對塑性初值指標(biāo)，乙烯利的最高體積分?jǐn)?shù)是11. 4 8 % ，1-MCP的最高體積分?jǐn)?shù)是1 8 . 8 9 % ，CYS的質(zhì)量濃度是 7 . 6 3g / L 。

3 討論與結(jié)論

乙烯利是橡膠產(chǎn)業(yè)最重要的刺激劑之一，研究其作用效果和副作用是至關(guān)重要[15]。例如，乙烯利刺激后，割線由排膠正常逐漸發(fā)展為割線內(nèi)縮，膠乳黃色體破裂指數(shù)、硫醇、無機磷和蔗糖等生理參數(shù)也發(fā)生顯著變化，最后導(dǎo)致死皮出現(xiàn)1。劑量效應(yīng)是指植物激素、農(nóng)藥和藥品等在低劑量下具有增產(chǎn)作用，高劑量下產(chǎn)生抑制作用的現(xiàn)象。植物激素油菜素內(nèi)酯誘導(dǎo)與乙烯利產(chǎn)量相關(guān)的黃化豌豆幼苗生長劑量依賴性的強抑制效應(yīng)[17。施用激素劑量的草甘麟在不損害甘蔗產(chǎn)量和再生芽的情況下促進成熟[18]。隨著植物生理學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展，對乙烯利的作用研究日益深入。例如， 2 % 乙烯利處理兩年生的橡膠樹品種PB217和PB260品種，在PB217中，乙烯利處理導(dǎo)致膠乳細胞中HbSUTIB基因的積累高于樹皮內(nèi)部組織。相反，HbSUT1B基因在PB260樹皮內(nèi)組織中的表達強于在乳膠細胞中的表達。HbSUTIB基因轉(zhuǎn)錄物積累與乳膠產(chǎn)量增加正相關(guān)，其在品種PB217乳管細胞中的低表達進一步支持了這一觀點[19]。這說明乙烯利刺激橡膠樹增產(chǎn)具有顯著的品種特異性。本研究采用不同體積分?jǐn)?shù)的乙烯利和不同體積分?jǐn)?shù)的乙烯利抑制劑處理10a割齡的橡膠樹熱研73397品種，處理后橡膠樹產(chǎn)量、干含等均存在顯著差異。在前人研究中采用 3 % 乙烯利處理10年生的橡膠樹熱研73397品種后發(fā)現(xiàn)，乙烯利可能通過調(diào)節(jié)一些關(guān)鍵蛋白的積累來刺激乳膠的產(chǎn)生。橡膠延伸因子（REF）和小橡膠粒子蛋白（SRPP）亞型的磷酸化修飾可能對橡膠生物合成至關(guān)重要，小橡膠粒子可能是一個復(fù)雜的天然橡膠生物合成機器[20]。最近，采用 1 . 5 % 乙烯利處理橡膠樹品種熱研73397，通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)的綜合分析發(fā)現(xiàn)，這些差異表達的基因和差異積累的代謝物主要與氨基酸生物合成和碳水化合物代謝有關(guān)?；蚝痛x物的相關(guān)性分析顯示，ET刺激期間氨基酸生物合成之間存在很強的相關(guān)性[1]?？梢姡治龊痛_定橡膠樹不同品種中的最適乙烯利體積分?jǐn)?shù)對生產(chǎn)具有重要意義。

1-MCP是乙烯利抑制劑，也是有效的抗菌劑[2I-22]。其與乙烯利存在顯著的交互作用。在冷庫中保存蘋果添加1-MCP可延長蘋果的壽命，但會抑制貯藏后成熟過程中酯類物質(zhì)的再生。在1-MCP處理后，通過1次或2次增加乙烯利處理可使蘋果果實中總酯的再生顯著增加，達到果實增香效果[23]。由此看出蘋果總酯對乙烯利的要求較高。在乙烯利和1-MCP聯(lián)合處理草莓果實成熟研究表明，草莓需要的乙烯利體積分?jǐn)?shù)低，但足以調(diào)節(jié)果實成熟過程，表明草莓對乙烯利的體積分?jǐn)?shù)要求低[24]。半胱氨酸處理后果實會保持較高的抗氧化活性，具有調(diào)控次生代謝[25]、增加保鮮[26和延緩采后成熟[27等多種功能。本研究表明，對于橡膠干膠含量指標(biāo)而言， 0 . 1 5 % 乙烯利為最高體積分?jǐn)?shù)。但對于品質(zhì)指標(biāo)而言，需要的乙烯利體積分?jǐn)?shù)高達 1 1 . 4 8 % ，這在生產(chǎn)中會導(dǎo)致橡膠樹大量死皮。因此，可以采用低體積分?jǐn)?shù)乙烯利、1-MCP和CYS混合施用的方法增加橡膠膠乳產(chǎn)量，減少乙烯利的副作用。

分子量及其分布是天然橡膠的重要參數(shù)，其變化對橡膠制品的加工和物理機械性能影響很大[28]。高分子量部分使橡膠有高彈性和強力，而低分子量部分起著增塑劑的作用使橡膠容易加工。橡膠具有一定比例的高分子量和低分子量，不同分子量的橡膠為產(chǎn)品生產(chǎn)提供了理想的力學(xué)性能和加工性能。本研究中不同處理在分子量分布上存在明顯差異，TR4處理的數(shù)均分子量和重均分子量最高，多分散系數(shù)較小。而TR2處理的數(shù)均分子量最低，但多分散系數(shù)最高。這些差異與后期加工性能還需進一步地研究。本研究相關(guān)分析表明數(shù)均分子量與重均分子量、門尼黏度正相關(guān)，與多分散性負(fù)相關(guān)，塑性初值與門尼黏度正相關(guān)。在不同橡膠品系研究中也表明塑性初值與門尼黏度正相關(guān)關(guān)系[29]。本研究建立了以干含等指標(biāo)為核心的回歸方程，計算出的乙烯利的最高體積分?jǐn)?shù)是 0 . 1 5 % ，1-MCP的最高體積分?jǐn)?shù)是 1 . 0 8 % ，CYS的質(zhì)量濃度是0 . 4 1 g / L 。這不僅可以提高橡膠產(chǎn)量，還有利于減少高體積分?jǐn)?shù)乙烯利帶來的負(fù)面影響，為天然橡膠提高產(chǎn)量和質(zhì)量奠定理論基礎(chǔ)和提供技術(shù)指導(dǎo)。

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