低温促进巴西橡胶树排胶的生理基础

史敏晶　程成　田维敏

摘 要 低温导致橡胶树的排胶时间过度延长（长流），影响到天然橡胶的高产稳产。目前对低温诱发长流的机制还不清楚。以排胶特性不同的橡胶树无性系RY8-79和PR107为实验材料，对冬季低温条件下胶乳的几个主要排胶生理参数进行了研究。结果表明：低温明显降低RY8-79 和PR107胶乳黄色体的破裂指数和堵塞指数；明显升高硫醇以及过氧化氢的含量；胶乳排胶初速度和胶乳的pH值在2个品系中变化不明显。由此可见低温条件下胶乳中硫醇含量升高是促进橡胶树排胶时间延长的主要原因之一。该结果为深入阐明乳管堵塞机制和研发新型的排胶调节剂提供了参考依据。

关键词 巴西橡胶树；低温；硫醇；黄色体破裂指数；生理参数

中图分类号 S794.1 文献标识码 A

Physiological Basis of Prolongation of the Duration of Latex Flow

Caused by Low Temperature in Rubber Tree

（Hevea brasiliensis Müll. Arg.）

SHI Minjing，CHENG Cheng，TIAN Weimin*

Rubber Research Institute，CATAS / Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Rubber Tree，Ministry of Agriculture /

State Key Laboratory Incubation Base for Cultivation & Physiology of Tropical Crops，Danzhou，Hainan 571737，China

Abstract The excessive prolongation of the duration of latex flow caused by low temperature is unfavourable for sustainable development of natural rubber production. To elucidate the mechanism for low temperature-caused prolongation of the duration of latex flow，changes in several physiological parameters of latex from rubber tree clones，Reyan8-79 and PR107，were analyzed. The results showed that，under natural lower temperature conditions，the lutoid bursting index and plugging index of laticifer descended obviously，the initial velocity of latex flow and pH value of latex remained stable whereas the level of mercaptan and H2O2 rised dramatically for either rubber tree clone RY8-79 or PR107. The changed parameters were also clone characteristic. It is concluded that elevation of the mercaptan content in latex was a key factor with close relationship with cold-caused prolongation of the duration of latex flow.

Key words Hevea brasiliensis Müll. Arg.； Low temperature； Mercaptan； Hutoid bursting index； Physiological parameters

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.01.015

橡胶树原产巴西亚马逊河流域，是典型的热带雨林树种。南北纬10°的区域能满足橡胶树喜高温高湿的特性，是橡胶树的传统种植区[1]。中国植胶区分布于北纬18°～24°的热带北缘地区，属于非传统植胶区，冬季低温寒害是影响中国天然橡胶生产的主要因素之一[2-5]。因此，橡胶树对低温胁迫的反应机制是在高纬度地区发展天然橡胶生产面临的一个重大理论问题。人们早就从水分代谢[6-8]和物质代谢方面[9-10]对橡胶树寒害的原因展开了研究。另外，寒害对橡胶树细胞及其生物膜超微结构[11-13]以及叶片的脂质过氧化、生物膜的保护酶系统[5，14-17]的影响也有相关报道。近年来，人们开始从分子水平研究橡胶树的抗寒机制[18-20]。在天然橡胶的生产实践中，一个熟知的事实就是低温引起橡胶树长时间排胶，即“长流”现象。长流容易诱发橡胶树死皮，不利于实现天然橡胶的高产稳产。目前，对低温诱导“长流”这一现象发生的机制还不清楚。本文以成龄割胶树为材料，分析低温对橡胶树胶乳中的硫醇、过氧化氢的含量、胶乳pH值、黄色体破裂指数、堵塞指数、排胶初速度、胶乳产量的影响，旨在阐明低温显著延长橡胶树排胶时间的生理机制，为进一步研究乳管伤口堵塞机制和研发新型的排胶调节剂提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验材料 选取定植于中国热带农业科学院实验场已开割4 a的橡胶树无性系RY 8-79和PR107各10株，这些胶树生长良好，并未经过乙烯利刺激处理。

1.1.2 主要试剂和仪器 硫酸钛、30%过氧化氢、丙酮、CCl4、CHCl3、乙酸钠、SDS为上海生工产品；Tris、二硫代二硝基苯甲酸（DTNB）为AMRESCO产品；乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA-Na2）、甘露醇为BBI产品；对硝基苯磷酸二钠（PNPP）为SIGMA产品；浓氨水、浓硫酸、TritonX-100、NaOH、乙酸、三氯乙酸为国产分析纯。Delta 320 pH 计为上海梅特勒原托利多仪器有限公司生产。离心机为日立CR21G高速冷冻离心机以及台式Hettich 32型低温离心机，紫外分光光度计为瑞典4000型。

1.2 方法

1.2.1 材料的处理 常规割胶，即1/2 S割线，3天1刀，于气温较高的9月份（月最低气温22 ℃，最高气温34 ℃）收集胶乳样品，当天气温25～33 ℃；同一批橡胶树于气温大幅降低的12月（月最低气温8 ℃，最高气温24 ℃）再次收集胶乳，当天气温为12～20 ℃。早晨6 ： 00开始割胶，分别收集每株树第5～15分钟的胶乳，冰上保存并迅速带回实验室。

1.2.2 生理参数的测定 测定每一株树胶乳样品中过氧化氢含量、硫醇含量、胶乳pH值、黄色体破裂指数、堵塞指数、排胶初速度、胶乳产量，分析低温对胶乳中这些生理参数的影响。其中，过氧化氢含量测定参照蔡甫格等[21]方法；硫醇含量测定参照杨少琼[22-23]等方法；黄色体破裂指数测定参照程成等[24]方法；数据统计和分析采用Excel和SAS软件进行。

2 结果与分析

2.1 低温对胶乳中过氧化氢含量的影响

在气温有明显差距的2个月份，测定了RY 8-79和PR 107割胶树胶乳中过氧化氢（H2O2）的含量。结果表明，在气温较高的9月份，当天日均气温29 ℃时，RY 8-79胶乳中测得的H2O2含量为0.266 μmol/mL，而PR 107则为0.098 μmol/mL，二者间差异极显著（p<0.01）。在气温明显降低的冬季，当天日均气温仅16 ℃时，RY 8-79胶乳中H2O2含量明显上升，为0.397 μmol/mL，较高温条件下升高了0.131 μmol/mL，升幅达到49.2%，差异极显著（p<0.01）。 PR 107中胶乳H2O2含量为0.272 μmol/mL，比高温条件下升高0.174 μmol/mL，升高幅度为177.5%，二者差异极显著（p<0.01）。由此可见，胶乳中的H2O2含量既是品系的特征，又明显受低温影响（图1）。

2.2 低温对硫醇含量的影响

对不同气温条件下胶乳中的硫醇含量进行分析，9月份样品中，RY 8-79胶乳硫醇含量为1.06 mmol/L，PR 107为0.67 mmol/L，二者差异极显著（p<0.01）。冬季12月份样品中，RY 8-79胶乳硫醇含量为2.09 mmol/L，比高温条件下升高1.03 mmol/L，升幅为97.1%，差异极显著（p<0.01）。PR 107在低温下胶乳硫醇含量为1.67 mmol/L，比高温条件下升高0.99 mmol/L，升幅为147.7%，差异极显著（p<0.01）。由此可见，硫醇含量也是具有品系特征，冬季气温降低时，硫醇含量极显著提高。硫醇作为植物体内的非酶促还原系统，具有清除自由基的作用，冬季硫醇含量的大幅升高应具有减少生物膜受低温伤害的作用（图2）。

2.3 低温对胶乳pH值的影响

测定收集胶乳的pH值，结果表明，2种不同品系的胶乳pH值差异较小。9月份RY 8-79胶乳pH值约为6.90，而PR 107该值约为6.95；冬季温度降低后，RY 8-79胶乳pH值略有上升，约为6.93，而PR 107该值降低为6.92。胶乳的温度以及仪器本身都会对测定的pH值存在一定的影响，因此这种pH值差异没有统计学意义。可见，在9月份和12月份同一品系胶乳的pH值趋于稳定；而RY 8-79 和PR 107在这一时间段上的pH值也较接近（图3）。

2.4 低温对黄色体破裂指数的影响

黄色体破裂指数是排胶生理中最重要的参数之一，与排胶时间和产量密切相关。研究结果表明，9月份胶乳样品中，RY 8-79黄色体破裂指数为13.8%，PR107为17.8%，二者差异极显著（p<0.01）。在12月份，RY 8-79黄色体破裂指数为10.6%，比高温条件下降低3.2%，降幅为23%，差异极显著（p<0.01）；PR 107黄色体破裂指数为11.5%，比高温条件下降低6.2%，降幅为34.8%，差异极显著（p<0.01）。由此可见，低温显著降低黄色体破裂指数，而且PR 107降低幅度更大，但低温下其黄色体破裂程度仍高于RY 8-79（图4）。

2.5 低温对排胶初速度的影响

排胶初速度在一定程度上反映排胶的通畅性。测定结果表明，RY 8-79和PR 107 2个品系的排胶初速度差异极显著。在9月份中，二者初速度分别为4.8 mL/min和2.1 mL/min，而12月份时，2个品系各自的排胶初速度没有推测中的提升，相反略有降低，但变化不明显。由此可见，排胶初速度的大小是品系本身的特点，低温对排胶初速度的影响不大，低温导致的增产主要是延长排胶时间的作用（图5）。

2.6 低温对胶乳总量的影响

对割胶后的胶乳总量进行测定，结果表明，在同样的气温条件下，RY 8-79和PR 107 2个品系的产量差异极显著（p<0.01）。在9月份，单次割胶RY8-79胶乳总量为185 mL/株，PR 107为36 mL/株。12月份时，RY 8-79单次排胶总量增加至264 mL/株，较9月份增幅为41.6%；PR 107胶乳总量为70 mL/株，较9月份增幅高达91.6%。可见，低温对胶乳产量的影响达到极显著水平（p<0.01）。PR 107在低温下增产幅度较大，但由于起始值低，所以最终胶乳产量仍然很低（图6）。

2.7 低温对胶乳堵塞指数的影响

堵塞指数是由排胶初速度和排胶的胶乳总量的比值计算而来，反映乳管排胶的通畅程度。在气温较高的9月份，RY 8-79乳管堵塞指数为2.8%，而PR 107中高达7.2%，表明RY 8-79排胶更通畅。在气温较低的12月份，RY 8-79乳管堵塞指数为1.9%，PR 107为3.0%，较9月份都出现了极显著的降低（p<0.01）。可见，对于排胶特性完全不同的2个品系，低温都能减轻乳管的堵塞，使得排胶更为通畅。PR 107堵塞指数受低温的影响较RY 8-79更大，但即使在温度较低的12月份该值仍然高于RY 8-79在9月份的指数，由此可见这2个品系的乳管排胶通畅情况差异极大（图7）。

3 讨论与结论

中国种植的巴西橡胶树在冬季受低温的影响较大，由于低温胁迫涉及多个复杂的代谢过程[16，25]，迄今为止，橡胶树对低温胁迫的应答机制仍不是很清楚。橡胶树是高大的乔木，对成龄树人工控温不易实施，目前的低温处理主要是采用幼苗，并以研究叶片为主[9，17，26]，对于成龄树系统的研究较少。冬季低温胶乳长流是一个很明显的生产现象，对于长流的机制目前尚不明确。本研究首次选用了气温差异较明显但仍能正常割胶的2个月份，并以成龄树为实验材料，对割胶后胶乳中几个排胶相关的生理参数进行了系统的分析，其结果能更直接的反应低温促进排胶的原因。

RY 8-79是中国自行培育的优良橡胶树品系，具有早熟高产的特征[27-28]；PR107为国外引进的优良无性系，具有晚熟和抗逆性强的特点[29]。由于RY8-79选育时间晚，目前缺乏其低温胁迫应答方面的研究，而本文从低温下胶乳生理参数的变化展开了分析。另外，以自然条件下生长发育、排胶特性对比鲜明的品系为实验材料，取材合理，其研究结果更易于分析不同品系在低温胁迫下的反应，探索长流发生的机理。

本研究表明，在气温较高的9月份，RY8-79的胶乳具有高过氧化氢、高硫醇、低破裂指数、高排胶初速度、高产量以及低堵塞指数的特点；而PR107具有低过氧化氢、低硫醇、高破裂指数、低排胶初速度、低产量以及高堵塞指数的特点，再次证明了RY 8-79 和PR107胶乳的生理参数存在明显差异。12月份虽然气温明显降低，但仍在10 ℃以上，割胶正常进行，但开始出现长时间排胶，胶乳中的生理参数值发生了明显的变化。RY8-79 和PR107胶乳黄色体的破裂指数、堵塞指数都显著降低；硫醇、过氧化氢的含量以及胶乳产量都明显升高；胶乳排胶初速度和胶乳的pH值在这2个品系中变化不明显。由此可见，2个生理特征近似相反的品系对于低温的反映表现出高度的一致性，其中，PR107受低温调节变化更大。

在这几个因子中，过氧化氢（H2O2）含量的升高应与低温促使细胞生物膜过氧化有关[30]，并能致使黄色体等膜结构透性加大，最终不利于胶乳的稳定，阻碍排胶，可见H2O2含量升高不是促使长流的原因。胶乳的pH值是一个重要的生理参数，许多生化反应都受其调节[31]。胶乳的pH值升高，即发生碱化（pH 7.0～7.5）时，能促进橡胶的生物合成[32-33]。本研究中，9月份和12月份2个品系的pH值都约为6.9，表现稳定，可见胶乳长流与pH值的关系也不是很大。低温条件下，胶乳黄色体破裂指数和堵塞指数大幅降低、胶乳产量升高，可见黄色体保持良好的稳定性，分析其原因，应与硫醇含量的大幅提升相关。硫醇是胶乳中的非酶促还原系统，具有清除毒性氧、保护细胞器膜结构以及促进橡胶生物合成的作用[23]。低温诱发H2O2含量升高但黄色体破裂指数降低，应当是硫醇起到了保护作用。另外，温度降低本身也能对胶乳的稳定性起到良好的作用。综上所述，认为在低温条件下，硫醇含量升高是促使长流的主要因子之一。长流是一个复杂的生理现象，是否还有其它因子参与有待进一步的研究。

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