巴西橡胶树排胶机制研究进展

史敏晶，丁 欢，田维敏

（中国热带农业科学院橡胶研究所，农业部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室，省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验，海口 570100）

0 引言

巴西橡胶树（Hevea brasiliensisMuell.Arg.，以下简称橡胶树）是最重要的人工栽培产胶植物，提供了世界所需98%以上的天然橡胶。乳管作为天然橡胶合成和储存的特异组织，与天然橡胶的生产息息相关。割胶是当前从橡胶树乳管组织中获取天然橡胶的唯一途径，人们通过切割橡胶树树干树皮中的次生乳管，收集乳管中排出的胶乳，作为提炼天然橡胶的原料。割胶后橡胶树维持较高的排胶速度和较长的排胶时间是胶乳产量的保证。作为天然橡胶生产中最后的关键环节，割胶后的排胶机理一直受到研究者的极大重视，而对排胶机理的正确认识又对割胶生产产生了极大的正向推进作用。

人们最早通过刀劈法，即用刀斧砍削一大块树皮来获取胶乳，这种方法简单而粗暴，对橡胶树产生了严重的伤害。随着对橡胶树树皮的结构特征尤其是乳管结构的科学认识，1889年新加坡植物园主任Ridlry发明了有规律的割线割胶法，这一新的割胶方法极大地提高了橡胶树的产量和延长了橡胶树的经济寿命，为现代割胶制度的建立奠定了基础。1968年，人们发现乙烯对乳管排胶产生高效的刺激作用，进而将乙烯利作为排胶刺激剂应用于割胶生产，这是现代割胶制度快速发展的重要里程碑。1966年，Boatman等人经典的乳管伤口堵塞物实验使得人们对胶乳的停排有了全新的认识，排胶生物学研究的重点也从排胶动力转向了排胶阻力。截止1989年，在过去的100多年里，人们从形态结构和生理、生化层面，对排胶动力、阻力以及排胶调节剂等多个方面展开了较为系统的研究，取得了一系列的研究成果，是排胶生物学飞速发展的阶段。随着现代分子生物学的兴起，从分子水平更深层次解析橡胶树排胶机制的研究相对欠缺，相对于橡胶树乳管分化以及橡胶合成等方面的研究也是滞后的。为了全面解析橡胶树的排胶机制，本文拟从乳管的细胞学、乳管排胶初动力和继动力、乳管伤口堵塞形成阻力及其调控等多个方面来阐述橡胶树排胶机制当前取得的主要进展，并对该领域存在的问题和发展方向提出思考，旨在为本领域的后续研究提供参考依据。

1 橡胶树乳管细胞学研究

橡胶树中的乳管根据其来源和组织学的位置，可分为初生乳管和次生乳管两种类型[1]。与割胶生产密切相关的是成龄树中的次生乳管，其乳管列的多少直接决定着产胶的潜力。次生乳管细胞是由维管形成层中的纺锤状原始细胞分化而来，同一层的乳管细胞自上而下连接，细胞间的端壁融解后形成的一条贯通的管道，即乳管[2]。相邻乳管间能形成彼此连接的接合管，最终同列所有的乳管连接在一起形成完整的网状结构，这种同层乳管相通的结构特征也是现代割胶制度出现的生物学基础。

1.1 乳管细胞壁

乳管是多核的活细胞，幼嫩的乳管细胞与周围的薄壁细胞以胞间连丝相联系[3],细胞壁薄，但成熟的乳管细胞壁明显加厚，缺乏胞间连丝，与周围薄壁细胞之间仅以“质子泵”的方式交换物质[4]。这种相对孤立的结构使得成熟的乳管形成了一个相对封闭的独立体系。乳管细胞壁内面存在向腔内突出的部分，是融合的乳管细胞留下的残留横壁，因此，乳管并不是一条孔径一致的平滑管道，这些内突的缢缩影响了胶乳在乳管中流动的通畅性，也影响了排胶。

1.2 乳管细胞器

乳管细胞内含有一般薄壁细胞所具有的细胞核和内质网、线粒体、核糖体、高尔基体等细胞器以及3种特殊的细胞器——橡胶粒子、黄色体和F-W复合体[5]。橡胶粒子由半个单位膜包被而成，是合成和储存天然橡胶的特殊细胞器，也是构成胶乳的最主要成分。关于橡胶粒子的起源目前尚无定论，但其起源于内质网是当前较为认同的一种观点[6-8]。一些参与天然橡胶分子合成的蛋白质，如橡胶延伸因子、橡胶转移酶和小橡胶粒子膜蛋白等都位于橡胶粒子膜上[9-13]，而天然橡胶的直接来源-橡胶烃则包被在膜内[6,14]。橡胶粒子表面带负电荷，这一特征被认为是胶乳形成稳定胶体系统的主要原因。

黄色体是一种具有液泡和溶酶体性质的小泡，由一层单位膜包被而成，它是胶乳中除橡胶粒子之外的数量最多的细胞器[15]。黄色体膜具有良好的流动性和通透性，且对压力和渗透敏感，在低渗条件下容易膨胀破裂。黄色体膜上含有多种重要的蛋白质[16-18]，大量磷脂酸可能是黄色体表面带负电荷的主要原因[19-20]。黄色体内含物为酸性，含有大量的阳离子小分子物质和可溶性蛋白质，其中标志性蛋白是酸性磷酸酶，由于该酶不存在于胶乳细胞质（即C-乳清）中，通常通过检测C-乳清中该酶的活性来衡量黄色体的破裂程度[21-22]。黄色体破裂指数是橡胶树排胶生物学研究中的一个重要参数。由于黄色体的内膜及内含物中具有促发橡胶粒子凝集的因子[17,23-25]，所以黄色体通常被认为是胶乳的凝固系统；这些蛋白质中含有大量的几丁质酶、橡胶素等抗菌蛋白，所以黄色体也被认为是乳管伤口防御病原物入侵的生化防御系统[24,26]。

F-W复合体为双层单位膜包被的细胞器。根据FW复合体具有双层单位膜、嗜锇粒子、类胡萝卜素和多酚氧化酶等特点，结合乳管分化过程中F-W复合体的发育特征，F-W复合体被认为是由一般的质体特化而来[2]，但目前对其功能尚不是很清楚。

对于乳管细胞和其他薄壁细胞共有的细胞器在此则不再赘述。

1.3 乳管细胞质

橡胶粒子、黄色体和F-W复合体以及其他细胞器都悬浮在乳管细胞的细胞质基质即C-乳清中。C-乳清中含有大量的蛋白质，目前认为与橡胶生物合成相关的一些蛋白酶[11,14,27]以及与胶乳凝集相关的一些蛋白质[23,28]也存在于其中。C-乳清中还含有大量可溶性的其他低分子量有机物和无机矿物质[29]，如蔗糖、硫醇、抗坏血酸、核苷酸、无机磷、钾和镁离子等，这些成分含量的高低与胶乳代谢密切相关，也与胶乳的渗透势形成相关，是胶乳重要的生理参数[30]。

C-乳清的pH值为6.5 ～7.3[15]，近中性，但也受乙烯利刺激以及黄色体稳定性等其他因素的影响。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。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[16,31]，也影响胶乳的排胶[24]。

乳管的细胞学知识是理解天然橡胶形成的生化基础，也是理解排胶生物学的基础。正确认识乳管对于割胶制度的改进和产量刺激技术的发展都是必不可少的。

2 橡胶树乳管排胶动力的研究

橡胶树的排胶是一个由急到缓的过程，排胶对胶乳产量的影响主要表现在胶乳流速和排胶延续时间两个方面。乳管内的高膨压是排胶的初动力，促使胶乳在割胶后以高速流出乳管。随后大量水分进入乳管形成稀释效应，即不仅稀释胶乳降低粘度，而且增大乳管的膨压，保持一定的排胶压力，因此构成了乳管排胶的继动力。

2.1 乳管膨压是排胶初动力

成熟乳管的封闭性结构和特殊的内含物导致了完整的乳管内部存在极高的膨压，高达10 ～15个大气压[32-33]。当割胶切开乳管时，乳管的封闭结构被破坏，开放的割口压力与外界大气压相同，但离开割口的组织内部仍然存在不同的压力，并且由外到内逐步增加形成一个压力梯度。这一压力梯度驱动胶乳向外涌流，形成了胶乳外排初始阶段的主动力。

Buttery和Boatman对橡胶树韧皮部的膨压进行研究[34-35]，发现不同品种、树干不同高度以及不同的气温和空气湿度都对膨压存在影响。一天中橡胶树韧皮部的膨压也存在明显的规律变化，通常清晨膨压处于7.9 ～15个大气压，但随后逐步降低，到晚上又逐渐恢复，因此，生产中割胶时间通常在凌晨也是基于在这一时间段膨压最高的缘故[36]。膨压的高低以及在高值维持时间的长短对排胶无疑是存在明显影响的[35,37-38]，但由于当前膨压测定技术存在一定缺憾[36]，目前对乳管膨压的研究受到明显的限制，近年对膨压的研究极少，因此取得的进展也少。An等[39]对压力探针进行了改进，开发了一种能实时监测韧皮部膨压的技术，为获取橡胶树排胶中膨压变化的可靠数据提供了可能。

2.1.1 细胞壁结构与膨压的关系 细胞壁的硬度与刚性都与膨压的形成密切相关[40-41]，而刚性与硬度则由细胞壁的结构特征来决定。高等植物的细胞壁根据结构可以划分为初生壁，次生壁和胞间层。次生壁主要在植物细胞停止伸长进行次生加厚时在初生壁的内侧沉积形成，主要存在于植物的机械强度高的组织当中，由纤维素、半纤维素和木质素等组成[42]。木质素与植物细胞壁中纤维素、半纤维素等相互交联形成复杂的网格结构，强化了细胞壁抵抗细胞膨压的能力，特别是在木质部传输水分的过程，为细胞提供强有力的物理支撑，防止因膨压变化导致的细胞塌陷[43-44]，而且作为屏障结构可以加强对细胞壁的保护从而使植物体免受各种病原物的侵害。木质素在维持植物正常结构、运输水分和养料以及抵抗不良环境的侵袭中起重要作用[45-48]。

橡胶树的膨压与排胶密切相关，而细胞壁的主要成分木质素含量的高低与膨压相关[49-51]，因此，研究橡胶树木质化的过程及其调控将为从细胞壁物理性能为切入点来研究排胶奠定基础。近年来，随着分子生物学和基因组学等学科的发展，植物细胞木质化及其分子调控研究成为植物学领域研究的热点，并取得了多方面的进展[52-55]。木质素单体的生物合成途径已经较清晰，在细胞的胞质中，从苯丙氨酸脱氨开始，随后发生一系列的羟基化、甲基化和还原反应，主要包括3个步骤：第一，苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonia lyase,PAL)、肉桂酸羟化酶(cinnamate 4-hydroxylase,C4H)、羟基苯乙烯CoA连接酶(4-coumaric acid:coenzyme a ligase,4CL)参与的苯丙烷途径；第二，咖啡酸-O-转甲基酶(catechol-O-methyltransferase,COMT)、阿魏酸盐5-羟化酶(ferulate 5-hydroxylase,F5H)参与的单体甲基化反应；第三，肉桂酰-CoA还原酶(cinnamoyl CoA reduc-tase,CCR)、肉桂醇脱氢酶(cinnamyl alcohol dehydro-genase,CAD)参与的单体合成。由于木质素单体的合成是发生在胞质中，还需要从合成部位穿过细胞膜并进入发育中的细胞壁这一转运过程。因此，细胞壁的木质化是一个复杂的生命过程。目前，人们以杨树为模式植物，通过文库筛选分离出与杨树木质素生物合成有关的酶基因和一些启动子[56]，其中主要包括PAL、COMT、4CL、CCR、CAD和咖啡酰辅酶A/5-羟基阿魏酰辅酶A-O-甲基转移酶(Caffeoyl-coenzymeAO-methyltransferase,CCoAOMT)。人们发现木质素的合成和聚合途径还受转录因子、microRNA以及激素等多种因素的调控[48]，其中以NAC-MYB转录因子家族成员为主体的调控网络目前研究得较为清楚[57-59]。关于木质素合成以及调控等相关分子研究目前主要是针对杨树、拟南芥以及苜蓿等植物展开的，有关橡胶树的研究极少。晁金泉等[50]对橡胶树HbCCoAOMT基因进行了克隆及表达分析，认为在橡胶树中木质素含量降低有利于维持高膨压而促进排胶，HbCCoAOMT基因表达高低与乳管细胞壁的木质素含量有关；刘彤和仇键等[60-61]则利用转基因拟南芥对橡胶树HbMYB52、HbMYB20基因进行了分析，认为这些转录因子基因与细胞次生壁形成调控相关。橡胶树木质素的相关研究还处在起步阶段，进行系统而深入的研究对阐述排胶动力以及分析橡胶树植物细胞的形态建成都是很有必要的。

2.1.2 细胞质内含物与膨压的关系 乳管细胞内的水势除了与细胞壁的组成和结构有关外，还与其细胞内特殊的胶体组成有关。橡胶粒子外层带有负电荷，能吸附水分子，在细胞中形成稳定的胶体。由于橡胶粒子在乳管细胞中数量最多，粒子表面积极大，吸附的水分子数量极其庞大，因此具有显著的束缚水分的功能[62]。除此之外，胞质中其他的溶质分子都参与了渗透势的形成，而高的渗透势也导致了细胞内高的膨压[30,63-64]。胞质中细胞器尤其是橡胶粒子的生成，内含物的合成和运输以及水分代谢无疑对膨压的形成都有明显的影响。

2.2 水分运输及其稀释效应是排胶的继动力

目前，普遍认为橡胶树是通过水分的渗透来调节和控制排胶速度，这种“渗透调节”导致的“稀释效应”是排胶的主要继动力。

水分在植物体内的大量运输是通过维管系统长距离运输而实现，在植物体内的跨膜运输则主要是通过水通道蛋白。植物水通道蛋白(Aquaporin，AQP)是广泛存在于原核和真核细胞膜上转运水的特异蛋白孔道[65-66]，作为质膜和液泡膜上专一、高效的水分跨膜双向运输通道[67]，它可以快速灵敏地调节细胞间和细胞内的水分流动，维持细胞内渗透平衡和粒子平衡，从而调节植物的生长代谢。AQP的表达和活性受植物体内乙烯、pH、Ca2+、活性氧等多种因素调节[68-72]，与逆境响应也密切相关，可以抵抗植物由于水分缺失造成的危害，应对植物遭受的离子胁迫、渗透胁迫和氧化胁迫等非生物胁迫[73-74]。Kim等[75]利用细胞压力探针研究发现细胞膨压也是AQP活动的调节因素之一，可见膨压和水分的运输也是密切相关的。

橡胶树中乳管的水分稀释效应是乳管排胶的继动力，但成熟的乳管细胞间没有胞间连丝,乳管和周围薄壁细胞间水分的快速交换主要是通过AQP途径进行，因此分析AQP表达对于研究橡胶树的排胶动力以及胶乳产量高低具有重要意义。Fotiadis等[76]认为质膜水通道蛋白(PIPs)负责水分的吸收和外排，液泡膜内在蛋白(TIPs)负责调节膨压。Tungngoen等[77]推测橡胶树内部树皮液泡膜水通道蛋白(TIP)参与了韧皮部组织细胞膨压的调节，与排胶密切相关。Tungngoen等[78]进一步研究发现乙烯利刺激后，HbPIP2;1在橡胶树韧皮部组织和乳管中均上调，HbTIP1;1在韧皮部中下调而在乳管中上调，由此推测橡胶树树皮韧皮部HbPIP2;1的上调和HbTIP1;1的显著下调促进了橡胶树木质部与韧皮部的水分循环。庄海燕[79]克隆了HbPIP1和HbPIP2，发现橡胶树中乙烯利处理对HbPIP1和HbPIP2具有明显的时效性，HbPIP1和HbPIP2基因受乙烯利的诱导表达，其表达量均在乙烯利处理6 h后达到最高，认为乙烯利刺激短时间内可能增强了AQP基因的显著表达，从而加强了乳管水分的供应，有利于胶乳的稀释，加大排胶动力从而有利于增产。乙烯利作为一种高效刺激剂可大幅提高橡胶树的产量，但目前对其刺激增产的确切机制仍不清楚，人们推测乙烯利刺激橡胶树增产可能与其对橡胶树割面附近部分AQP的调控相关。通过乙烯利刺激增长系统，可以得出AQP与排胶继动力相关。总体来看，橡胶树AQP的相关研究目前尚不系统，为加深对排胶动力的理解，有必要对其进一步深入解析。

3 橡胶树乳管排胶阻力的研究

割胶是获取胶乳产量的最后环节，割胶后维持较长的排胶时间和较高的排胶速度是胶乳产量的保证，但是割胶后必然存在排胶速度降低、割口封闭终止排胶这一现象。乳管到底是怎样停止排胶的，有哪些因素对排胶形成了阻碍，从排胶阻力的角度对排胶生物学进行研究一直受到人们的关注。

3.1 乳管伤口堵塞物的形成是影响排胶的重要因素

乳管伤口停止排胶的假说最初是由Arisz[80]和Frey-Wyssling[63]提出的，他们认为在排胶的过程中乳管会因为膨压的降低而收缩，尤其在割口的末端收缩后的乳管内径可能很窄而足以阻碍排胶。Gooding等[38]研究发现割胶后割口下方乳管直径的确出现收缩，每根乳管直径减少3.5 ～5.7 μm，但乳管的平均直径超过20 μm，所以乳管的这种局部微量收缩可能会减缓胶乳排出的速度，但不可能导致胶乳停排。Southorn[81]利用更精密的仪器对割口下方的测量结果支持了Gooding的结论，即乳管直径局部微量缩减对排胶造成了障碍但不足以导致胶乳停排。

3.1.1 乳管伤口堵塞物的发现 在没有更充分的证据下，人们普遍认为排胶最后停止的原因是当排胶速度逐渐减缓时胶乳在割口凝固造成的。Boatman等[82]的实验改变了这一观点。他们在同一株橡胶树上连续割胶几次，即每次割去大约1 mm厚的树皮而割胶间隔时间仅10 min，结果得到一个每一次割胶后排胶速度显著回升的“阶梯式”排胶速度曲线，说明在2次割胶的间隔期间乳管伤口末端很快形成了一种排胶障碍物-称之为堵塞物，并且这种堵塞物十分靠近乳管割口（割去1 mm厚的树皮就能把它除去）。这一堵塞物的厚度不大，但它导致了排胶速度的降低和最终的停排，对排胶速度和时间起决定作用。这一实验是排胶生理学研究中最重要的实验之一，使得人们认识到乳管伤口堵塞物的形成才是排胶的主要阻力。

3.1.2 乳管伤口堵塞物的性质及其作用 乳管伤口堵塞物作为最主要的排胶阻力，其形成和调控机制成为了排胶生理学中研究的重点。目前关于乳管伤口堵塞物的性质及其在乳管伤口中的作用主要有两种观点。

第一种观点认为，乳管伤口堵塞物是凝固的橡胶粒子即橡胶凝块组成的，其作用是堵塞乳管伤口，防止胶乳流失。以Southorn[83]提出的“胶盖-胶塞”模型为基础，人们提出了“电中和”假说[20]、“酶”假说[84-85]、“凝集素”假说[86]以及有黄色体膜参与的“凝集素”假说[25,28,87]。黄色体的内膜及内含物中具有促发橡胶粒子凝集的因子[25,86]，包括大量的阳离子蛋白和其他的无机阳离子，人们认为，在乳管排胶过程中由于膨压和渗透压的改变，对压力、渗透势敏感的黄色体在乳管伤口破裂，黄色体的促凝集因子得以释放，最终导致了与这些因子空间隔离的橡胶粒子发生凝集并最终凝固。橡胶粒子凝固形成的橡胶块是堵塞物的核心，而黄色体是胶乳的促凝固系统。

第二种观点认为，乳管伤口堵塞物是“蛋白质网”、细胞骨架和橡胶粒子聚集物组成的，其作用不仅是防止胶乳流失的物理屏障，而且是防御病原物入侵的生化屏障。郝秉中等[88]最早发现，割胶后很短的时间内在乳管伤口末端会形成一种蛋白质性质的网状结构，随着排胶的进行，“蛋白质网”变得更加明显，并且其主要分布在割口下0.7 mm范围内。超显微观察发现，“蛋白质网”间隙中被聚集的橡胶粒子填充，直到停排时，橡胶粒子仍然保持膜结构的完整性而未发生凝固。乳管伤口处的橡胶凝块是在乳管伤口堵塞、停排后发生的[89]，可见橡胶凝块的形成不是乳管堵塞的原因。

最近，笔者揭示了“蛋白质网”形成和积累的生化机制以及“蛋白质网”的主要成分对橡胶粒子的凝集效应。Shi等[24]证明了构成“蛋白质网”的主要成分是来自黄色体破裂释放出的几种主要蛋白质—橡胶素、橡胶素前体、β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶，这些蛋白质在中性偏碱性的pH条件下发生相互作用，形成“蛋白质网”。通过β-1,3-葡聚糖酶与细胞骨架肌动蛋白互作，“蛋白质网”在乳管伤口末端逐渐积累[24,90]。关于细胞骨架，高政权等[91]研究早就发现乳管伤口末端在排胶过程中会逐渐积累肌动蛋白，这些研究都表明肌动蛋白也参与了乳管伤口的堵塞。胶乳流经“蛋白质网”时，橡胶粒子以及破裂的黄色体膜碎片与“蛋白质网”结合[17,23]，可见“蛋白质网”在堵塞物的形成中起到了核心和桥梁的作用。

乳管伤口堵塞物的逐渐形成和积累是一个复杂的生化过程，堵塞物中“蛋白质网”的主要组分橡胶素、β-1,3-葡聚糖酶、几丁质酶以及肌动蛋白都与植物抗性有关[92-96]，因此，可以认为堵塞物是乳管伤口防御病原物入侵的一道生化屏障。Hao等[89]发现橡胶树乳管伤口缺乏“蛋白质网”时更易发展成死皮树证明了这一观点。

3.2 堵塞物形成的调控因子

虽然对堵塞物的性质和作用目前存在不同的看法，但黄色体在堵塞物的形成中起到至关重要的作用这一观点是共同的。胶乳的pH值、活性氧及其清除系统等影响黄色体稳定性的因子被认为对堵塞物的形成起调节作用。最近研究认为C-乳清中的一些蛋白质以及激素乙烯也与堵塞物形成有关。堵塞物的形成和调控是一个复杂的过程，目前相关研究还较少，对其深入的研究将为阐明排胶机理奠定基础。

3.2.1 胶乳pH值 橡胶树排出的胶乳是乳管细胞的细胞质，其pH值实际上反映的是细胞质基质即C-乳清的pH值。C-乳清pH值中性偏碱，而悬浮在基质中的黄色体内含物pH值为酸性（约5.5）[97]，在黄色体破裂后，空间隔离被打破，其内含物释放后对胶乳pH值存在明显影响。史敏晶等[98]研究表明在C-乳清pH值条件下，黄色体膜碎片和β-1,3-葡聚糖酶可以结合，适当提高环境的pH值，二者的结合进一步增强。Shi等[24]发现“蛋白质网”中的蛋白质之间发生互作通常需要在中性偏碱性的pH值条件下进行，因此认为pH值对“蛋白质网”的形成存在影响。Brzozowska-Hanower等[99]研究表明胶乳产量与C-乳清pH值正相关，与黄色体内含物pH值负相关，与它们的差值正相关。可见，胶乳pH值对堵塞物的形成有影响进而影响了排胶。

3.2.2 活性氧及其清除系统 活性氧是引起膜系统不稳定的一个因子，胶乳活性氧水平提高，通常伴随黄色体破裂指数升高[100-101]。黄色体的破裂有利于乳管伤口堵塞物的形成，所以，活性氧的大量产生为堵塞物的形成提供了大量原料。另外，“蛋白质网”中主要的蛋白成分，如橡胶素等，含有相当数量的半胱氨酸残基，由此推测活性氧也有利于“蛋白质网”的形成。

橡胶树中存在 SOD、CAT、POD、R-SH（硫醇类化合物）、抗坏血酸等活性氧清除系统[102]。SOD、CAT、POD等酶促系统能将体内产生的活性氧转化分解，除去其对乳管细胞产生的毒害。R-SH等非酶促系统能够防止不饱和脂肪酸受氧自由基的进攻而发生一系列自由基反应，从而保护黄色体及其他细胞器的完整性[103]。因为R-SH的含量与黄色体的稳定性、排胶时间和胶乳产量正相关，R-SH很早就被认为是黄色体的稳定剂，是乳管系统的保护剂[104-105]，所以，R-SH很可能是堵塞物形成的负调控因子。

3.2.3 乙烯 人们发现乙烯能够刺激橡胶树增产后，乙烯利（一种乙烯释放剂）被广泛应用于割胶生产，乙烯利刺激技术极大的提高了天然橡胶的产量并减少了劳动用工，使得橡胶事业的发展进入一个新的里程。人们对乙烯利刺激橡胶树增产的机制进行了大量的研究[106-107]，认为乙烯利刺激增产主要包括促进产胶和促进排胶两个方面，但其中最主要的是促进排胶[108]。目前，关于乙烯利促进排胶也主要有两种观点，一种认为乙烯通过增加黄色体的稳定性而延缓乳管伤口堵塞物形成[16,109]；另一种认为黄色体的稳定性与乙烯利延长排胶时间没有太大关系，尤其发现在乙烯气体刺激和短线割胶条件下或者高浓度乙烯利刺激条件下，排胶持续时间显著长于低浓度乙烯利刺激，而此时的黄色体大量破裂这一现象，说明乙烯利刺激延长排胶时间不是通过提高黄色体稳定性实现的[100,110-111]。王冬冬等[112]研究发现乙烯利刺激后增加了排胶过程中“蛋白质网”的积累，降低了排胶初速度。Shi等[23]发现乙烯可通过调节C-乳清中的3-磷酸-甘油醛脱氢酶以及Hev b7等蛋白的表达来影响堵塞物形成。由此可见，乙烯参与了调节堵塞物的形成，但其作用是促进还是抑制尚有争议。

3.2.4 胶乳过敏原蛋白Hev b7黄色体作为促凝集系统，诱发橡胶粒子凝集的因子通常被隔离在黄色体中，所以悬浮在乳管细胞质基质中的橡胶粒子处于稳定的去凝集状态。一旦黄色体破裂，这些因子被释放出来与橡胶粒子相互作用，导致橡胶粒子凝集以及随后发生膜融合进而发生胶乳凝固。从乙烯利刺激促进黄色体大量破裂但显著延长排胶持续时间的效应来看，还存在橡胶粒子凝集的抑制因子。法国学者认为，这种抑制因子是黄色体中的几丁质酶[86]，但是，Wang等[17]证明黄色体中的几丁质酶有增强β-1,3-葡聚糖酶对橡胶粒子凝集的效应。黄色体破裂后这些蛋白是同时释放的，几丁质酶的效应是促进橡胶粒子凝集更为合理。泰国学者认为，胶乳凝集的抑制因子是C-乳清中的一种40 kDa蛋白质[28]，Shi等[23]从C-乳清中分离鉴定到一种44 kDa的胶乳过敏原蛋白Hev b7，该蛋白和40 kDa蛋白是同一种蛋白，并证明其能有效拮抗由黄色体膜碎片、B-乳清、橡胶素、β-1,3-葡聚糖酶以及C-乳清中的一种3-磷酸-甘油醛脱氢酶促发的橡胶粒子凝集，并且该蛋白的表达量受乙烯利调控。胶乳过敏原蛋白Hev b7是一种橡胶粒子凝集的广谱性抑制因子，对堵塞物的形成起负调控作用，但目前关于Hev b7如何调控橡胶粒子的凝集尚不清楚。

除上述主要调控因子之外，研究者还发现多酚氧化酶(PPO)也具有凝集橡胶粒子的作用[113-115]。植物中的PPO与抗病虫害密切相关，也是非常重要的一种防御蛋白[116-117]，PPO参与堵塞物的形成调控进一步证明了堵塞物具有生化防御功能。在橡胶树中，是否还有其他未知的因子对乳管堵塞物的形成起调控作用，值得进一步探索。

4 展望

割胶生产是橡胶生产的中心环节和关键技术，劳动投入占整个橡胶生产劳动的70%以上。胶工短缺和老龄化问题已成为中国天然橡胶产业生存和发展的瓶颈。提高割胶效率，降低胶工劳动强度，增加劳动收入以期缓解胶工短缺是当前割胶制度改革的基本要求，而对排胶机制系统全面的科学认识是新的割胶技术研发的基础。

橡胶树排胶机制的研究一直受到国内外研究者的重视，并取得了一系列有意义的研究结果，但目前关于排胶机制的研究相对缓慢和滞后。随着科学技术手段的日益更新，从分子生物学层面解析排胶动力、阻力的形成以及调节，并筛选排胶通畅的分子标记对全面解析排胶机制并研发新的割胶制度显得尤为重要。笔者根据当前的研究现状，对本领域未来研究提出以下几点看法：

（1）从细胞壁结构的形成来解析乳管膨压。乳管膨压作为排胶的初动力，不同的品系存在差异[34]，可见膨压的高低是具有种质特性的。虽然已有研究表明，乳管胞质对膨压也有影响[30,63-64]，但胞质的高渗透势主要与水分运输和代谢有关；根据细胞壁的硬度与刚性都与膨压的形成密切相关[40-41]，所以应优先解析橡胶树树皮组织尤其是乳管细胞壁的形成。作为细胞壁主要成分的木质素，其含量的高低与膨压相关[49-51]，但有关橡胶树乳管细胞壁木质素的生物合成与调控的相关研究目前基本处于空白，利用分子生物学手段，从木质素形成调控等方面来研究橡胶树膨压这一排胶初动力形成的分子机理，不仅能为阐明排胶机制奠定基础，补充目前这一研究的空白，而且也能为高排胶动力的种质筛选提供分子标记。

（2）从水通道蛋白的表达以及乙烯对其表达的调控方面来解析排胶继动力-水稀释效应。水分运输不仅影响排胶初动力膨压，而且是排胶继动力的主要来源。乳管细胞不具备胞间连丝，因此研究水通道蛋白的表达对于分析这一特异结构的水分运输具有重要的意义[76-77]。乙烯利刺激显著增产也有研究表明与水通道蛋白的表达有关[78-79]。但迄今为止，橡胶树水通道蛋白的相关研究并不系统，也不深入。比较分析不同排胶特性种质的水通道蛋白表达并对其活性进行分析，筛选水稀释效应相关的分子标记，同时，探寻乙烯利刺激对水通道蛋白表达的影响，阐明乙烯刺激增产的机理，这些都将是我们未来值得研究的方向。

（3）从以“蛋白质网”为核心的乳管伤口堵塞物的形成和调控方面来解析排胶的阻力。对“蛋白质网”具有生化屏障作用的堵塞理论的提出对研究乳管伤口排胶阻力提出了一条新的方向。“蛋白质网”的形成，橡胶粒子凝集和去凝集的调控机制是乳管伤口堵塞研究的核心问题[88-90]，一直受到关注，但其细节至今仍不清楚。“蛋白质网”的核心组分是如何实现互作的，又受到哪些因素的调节？细胞骨架肌动蛋白在“蛋白质网”的积累中起到锚定作用[24]，如何通过调节这种锚定而调节堵塞物的形成？橡胶粒子如何被捕获而粘附在“蛋白质网”的间隙中？为何一种胶乳过敏原蛋白Hev b7能有效拮抗不同的促进因子蛋白质对橡胶粒子的凝集效应?对这些问题的思考和研究不仅能从理论上完善排胶机制，而且可从减缓或者解除堵塞物的形成角度为橡胶生产中研发新型的排胶调节剂提供理论支持。

利用细胞生物学、蛋白质组学、分子生物学以及基因组学等学科技术，对橡胶树的乳管排胶动力和阻力进行系统深入的研究，利用不同的分子标记筛选排胶通畅的优良种质，为现代分子育种奠定基础；研发调节排胶的生化因子，最后实现人为调节排胶，这些将是我们未来的目标，这些研究对于天然橡胶产业的健康发展具有深远的意义。