橡胶树幼嫩枝叶产胶量相关因子的研究

姚行成 王军 周珺 陈先红

摘 要 橡胶树叶片及幼嫩茎皮组织中的初生乳管可合成和贮存天然橡胶，通过溶剂萃取法可以提取这些天然橡胶成分。为研究橡胶树幼嫩枝叶与产胶量相关的因子，以‘热研7-20-59为研究材料，对枝叶不同器官的生物量比例以及不同器官组织的橡胶含量进行比较分析，同时利用凝胶渗透色谱法测定不同叶蓬叶片橡胶的分子量表征。结果表明：叶片的生物量比例高于枝干，树皮的橡胶含量高于叶片；枝条不同蓬龄叶片的天然橡胶相对分子量相似。

关键词 橡胶树 ；初生乳管 ；天然橡胶 ；萃取 ；产胶量

中图分类号 S794.1 文献标识码 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

巴西橡膠树的乳管分为初生乳管和次生乳管2种类型，二者均可合成和储存天然橡胶。初生乳管分布在叶片和幼嫩枝条的树皮中，据史敏晶和田维敏的研究[1]，橡胶树幼嫩芽条的第1～3叶蓬树皮的乳管全是初生乳管，第4叶蓬的树皮开始出现零星次生乳管，第5叶蓬的树皮普遍出现成列的次生乳管。据田维敏等的研究[2]，初生乳管和次生乳管之间不相通。随着茎干的次生生长，初生乳管逐渐被破坏消失，在成龄树干中已无初生乳管。生产上采胶是在次生乳管密集的树干部位，初生乳管与采胶之间没有直接关系。因此关于初生乳管中产生天然橡胶的多少以及橡胶的特性研究甚少。

割胶是目前橡胶树采胶的唯一方式。但由于割胶技术要求高、割胶环境条件差、割胶报酬低，天然橡胶产业面临胶工短缺、老龄化、无人割胶等问题[3]。姚行成等[4]通过萃取法从橡胶树幼嫩枝叶萃取到初生乳管内的天然橡胶，这些天然橡胶纯度高、其聚合物分子量与传统割胶得到的橡胶相似。因此提出利用橡胶树幼嫩枝叶来生产天然橡胶，以降低对传统人工割胶的依赖。将橡胶树矮化密植以生长出大量的幼嫩枝叶，然后收割枝叶并提取其组织内的橡胶，被称为橡胶树灌木化栽培模式[4]。虽然过去橡胶树种植上曾提出橡胶树矮化密植[5]，但这种方式仍然需要依靠人工在树干部位割胶，因此过去的矮化密植与当前提出的灌木化栽培有本质差别。

金华斌等[6-7]分析橡胶树不同种质的初生乳管，结果表明，不同种质分化乳管的能力差异明显。姚行成等[4]从橡胶树的幼嫩枝叶提取橡胶，结果表明，不同无性系的天然橡胶含量也有差异。这些研究从遗传育种学上表明遗传种质可影响枝叶的产胶能力。然而，在栽培学上，哪些因子将影响枝叶的橡胶产量，尚未有研究报道。本研究分析橡胶树枝叶不同器官的生物量比例及橡胶含量，以了解其对枝叶产胶量的影响，为橡胶树灌木化栽培提供栽培学理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以橡胶树无性系‘热研7-20-59为研究材料，取自中国热带农业科学院橡胶研究所（海南儋州）增殖圃（橡胶树保护性栽培基地苗圃）。

1.2 方法

1.2.1 材料收集方法

晴天中午，用枝剪从顶部第5个叶蓬处剪断枝条，就地晾晒至半干；再用枝剪在第3与第4个叶蓬交接处剪断枝条，留下顶上3个叶蓬的枝叶，待用。

1.2.2 枝叶不同组织/器官的生物量比较

以上采集到的枝叶，将叶片从茎干上分离并收集。用刀具把茎干的树皮剥下来，分为树皮和木质杆两部分，分别收集。将叶片、树皮和木质杆用报纸包住，放入烘箱于60℃烘干至恒重，然后分别称重，计算各部分的比例，计算公式如下：

总生物量=叶片干重+树皮干重+木质杆干重

叶片生物量比例=叶片干重/总生物量×100%

树皮生物量比例=树皮干重/总生物量×100%

木质杆生物量比例=木质杆干重/总生物量×100%

茎干生物量比例=（树皮干重+木质杆干重）/总生物量×100%

1.2.3 不同组织/器官的橡胶含量、产胶效率值分析

叶片或树皮样品烘干后，粉碎成粉末，同姚行成等[4]的方法。

天然橡胶的提取方法参考Person等[8]和姚行成等[4]的方法，并作修改。取叶片或树皮器官组织粉末100.0 g，每份10.0 g分别装入10个滤纸筒。滤纸筒放入索氏抽提器（500 mL）提取管内，先后用丙酮和四氢呋喃（均为分析纯）抽提。四氢呋喃提取液用锥形漏斗经2层卫生纸过滤到量筒内，提取瓶用四氢呋喃洗3遍并过滤，滤液倒入玻璃皿，在通风橱内挥发四氢呋喃。其余9个提取器的提取液全部逐一在同一个玻璃皿内挥发完四氢呋喃。析出的橡胶团在烘箱70℃烘干至恒重，称重。橡胶含量=橡胶重量/样品重量×100%。茎干的橡胶含量=树皮生物量比例×树皮橡胶含量/茎干生物量比例。

计算叶片和茎干器官各自的生物量比例与橡胶含量的乘积。

1.2.4 不同叶蓬的橡胶分子量分析

选取叶片处于穩定期的枝条，用刀片切断小叶柄，小叶柄和叶片切口处流下的胶乳收集到玻璃皿，然后胶乳在烘箱内70℃烘干。顶第1、2、3叶蓬的橡胶分别收集。用凝胶渗透色谱法（GPC）测定橡胶的分子量。仪器设备为美国waters 1515凝胶渗透色谱仪。标准物质为日本shodex公司生产的PS。流动相为四氢呋喃。样品由上海复昕化工技术服务有限公司代为检测分析。成龄树割胶得到的橡胶作为对照，也用同样方法测定分子量。

2 结果与分析

2.1 枝叶不同组织/器官的橡胶产量相关性状比较

顶部3个叶蓬不同组织/器官的生物量分析表明，叶片的生物量比例为70.76%，茎干生物量比例为29.24%。在茎干中，树皮的生物量比例较小，仅为9.41%，而木质杆的生物量比例为19.83%。分析了不同组织/器官的橡胶含量，叶片的橡胶含量为2.41%，树皮的橡胶含量为5.25%，茎干的橡胶含量为1.69%。木质杆不含乳管，没有分析橡胶含量。计算叶片和茎干各自的生物量比例与橡胶含量的乘积，笔者拟定义为产胶效率值。结果表明，叶片器官的产胶效率值为1.71%，茎干的产胶效率值为0.49%。见表1。

2.2 不同叶蓬的橡胶分子量比较

凝胶渗透色谱法检测不同叶蓬的橡胶相对分子量，其结果见表2和图1。

从图表可知，顶部第1、2、3叶蓬的橡胶分子量表征很相似，在数均分子量Mn、重均分子量Mw、z均分子量Mz和多分散系数PDI（polydispersity index）各项都相似。叶片组织内的橡胶与传统割胶所得的橡胶相比，在各项分子量表征上也相似。

3 结论与讨论

橡胶树幼嫩枝叶组织内的天然橡胶在初生乳管内合成。姚行成等[3]从其提取到天然橡胶，并提出开发利用橡胶树枝叶的初生乳管橡胶。本研究在此基础上，进一步研究枝叶与产胶量相关的因子。枝叶的生物量和橡胶含量均可影响产胶量。本研究关于叶片和树皮的橡胶含量结果表明，树皮的橡胶含量高于叶片；关于枝叶生物量的结果表明，叶片的生物量比例高于茎干的生物量比例，是树皮生物量比例的7倍以上。本研究拟将生物量比例和橡胶含量的乘积定义为“产胶效率值”，用以衡量枝叶不同器官对产胶量的贡献，如叶片产胶效率值为1.71%，表示100 g枝叶生物量中叶片可生产出1.71 g橡胶。本研究发现，叶片的产胶效率值（1.71%）高于枝干的产胶效率值（0.49%），表明叶片的生长量对橡胶产量更具增产效率，因而在栽培生产上，应采取增加叶片生长量的栽培措施，以提高橡胶产量。树皮的橡胶含量较高（5.25%），生物量也比较少（9.41%），在提胶时可减少萃取容量和节约溶剂。当树皮从茎干剥离技术完善后，用树皮来提胶将比茎干提胶更有效率，成本更低。

橡胶分子量的测试结果表明，不同叶蓬（顶第1、2和3蓬）的橡胶相对分子量及分子量分布相似，与传统成龄树割胶所得的橡胶也相似。虽然叶片的生长时间不一样（相差1到几个月），天然橡胶合成的时间也相应存在差异，但分子量表征无差异。因此，可以推测，枝叶生产的初生乳管橡胶在物理机械及加工性能上与传统次生乳管橡胶相似。本研究结果给灌木化栽培的建议是：收割枝叶可在生长出1个叶蓬时进行，也可以在生长出2、3个叶蓬时进行；不同蓬龄（限3蓬）的枝叶可以灵活混合收割。然而，应选取哪个蓬龄时收割（如在1、2、3蓬龄时收割）以实现生物量最大化，尚待进一步研究。

参考文献

[1] 史敏晶，田维敏. 外源JA的移动对巴西橡胶树萌条次生乳管分化的诱导效应[J]. 热带作物学报， 2012， 33（9）：1 647-1 653.

[2] 田维敏，史敏晶，谭海燕，等. 橡胶树树皮结构与发育[M]. 北京：科学出版社，2015.

[3] 林位夫，周 珺，王 军. 中国植胶业发展趋势与策略研究[J]. 热带农业科学，2016，36（06）：81-84.

[4] 姚行成，陈先红，周 珺，等. 巴西橡胶树初生乳管中天然橡胶的提取及橡胶特性初步研究[J]. 热带农业科学，2017，37（11）：76-78.

[5] 徐其兴，伍国英. 谈谈橡胶树的矮化密植及其发展前景[J]. 云南热作科技，1984（03）：15-18.

[6] 金华斌，田维敏，史敏晶. 橡胶树1981IRRDB野生种质苗期初生乳管分化的研究[J]. 热带作物学报，2017，38（7）：1 181-1 187.

[7] 金华斌，田维敏，胡彦师，等. 橡胶树魏克汉种质苗期初生乳管分化能力研究[J]. 热带作物学报，2017，38（10）：1 769-1 776.

[8] Pearson C H， Cornish K， McMahan C M， et al. Agronomic and natural rubber characteristics of sunflower as a rubber-producing plant [J]. Industrial Crops and Productions， 2010， 31（3）： 481-491.