死皮橡胶树恢复产胶过程中树皮结构及胶乳生理动态分析

袁 坤何 晶冯成天胡义钰刘 辉何其光王真辉

（1. 中国热带农业科学院橡胶研究所，农业农村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室，海南 海口 571101；2. 海南大学热带农林学院，海南 海口 570100）

天然橡胶作为世界四大工业原料之一，因其弹性好、可塑性和耐磨性佳等优点而被广泛应用于国防建设中。巴西橡胶树（Hevea brasiliensis）是天然橡胶的主要来源[1-2]，生产上通过周期性切割树干树皮来获取胶乳，胶乳的主要成分即为天然橡胶。目前，橡胶树死皮（TPD）已成为制约天然橡胶生产的关键因子之一，橡胶树发生死皮后，割线上的胶乳表现为断断续续，严重时割线上完全没有胶乳。死皮即指橡胶树割线排胶减少甚至完全停止排胶，乳管丧失部分或全部产胶能力的现象，死皮的发生极大降低了胶乳产量，带来的经济损失严重[3-5]。生产上通过乙烯利刺激来提高橡胶树产量，而过度的乙烯利刺激则会导致死皮发生，此外，强度割胶及其他逆境环境条件的影响也可能导致死皮发生。目前，死皮发生的机制仍不清楚，也无高效的死皮防治剂预防和控制橡胶树死皮。

乳管是合成和贮存天然橡胶的组织，其主要分布于橡胶树树皮中。当死皮发生后，乳管排列发生紊乱，膨大乳管、石细胞、单宁细胞的数量明显增加[6]。胶乳是橡胶树乳管细胞的细胞质，胶乳生理参数反映了乳管系统的生理状况[7-8]，橡胶树胶乳生理状况受不同品种遗传特性、割胶强度、树龄、季节以及乙烯利刺激等多种外界环境条件的影响[9-15]。橡胶树热研7-33-97、热研8-79和PR107 在胶乳蔗糖、无机磷、硫醇含量以及蔗糖转化酶活性上显示了较大的差异，说明3 个品种在产排胶特性上具有明显差异[9]；强割对橡胶树不同品系的胶乳产量、排胶时间等生理参数具有明显的影响[11]；乙烯利刺激导致了热研8-79和PR107 的胶乳黄色体破裂指数增加，堵塞指数和排胶初速度则下降[12]。已有研究显示，橡胶树死皮发生对胶乳生理参数也具有重要影响。死皮树中胶乳硫醇含量的下降可能导致了有毒氧的累积，进而发生死皮[16-17]；除硫醇外，死皮植株中胶乳无机磷和蔗糖含量也明显低于健康树，暗示了死皮发生后乳管系统的代谢能力减弱，胶乳合成的能力下降[17]；严重死皮树的胶乳黄色体破裂指数显著增大[18]，且随着死皮程度的增加，黄色体破裂指数也明显增加[19]；高浓度乙烯利刺激诱导橡胶树发生死皮过程中，胶乳硫醇、无机磷、蔗糖等生理指标呈先上升后下降趋势，而黄色体破裂指数则呈先下降后上升趋势[20]。尽管关于橡胶树死皮发生后胶乳生理变化有一定研究，但死皮树恢复产胶过程中胶乳生理变化的研究却鲜有报道。

解析橡胶树死皮恢复的生理机制是开发高效死皮防治剂的前提之一。前期研究表明，由高浓度乙烯利刺激产生的死皮树，经1-甲基环丙烯（1-MCP）处理后，能诱导这些死皮树恢复产胶。本研究利用这一恢复系统，分析了1-MCP在促进死皮树恢复产胶过程中树皮结构及胶乳各生理参数的变化，为揭示橡胶树死皮树恢复产胶的生理机制奠定理论基础，也为开发高效死皮防治剂提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究所使用的试验材料为橡胶树无性系热研7-33-97，2006 年定植于海南省儋州市西庆民营胶园（109°49′E，19°51′N），2016 年开割。2017年（11 龄），选择割线产生部分死皮的植株（这些死皮植株由高浓度乙烯利诱导后产生，割线出现部分不排胶症状，其中不排胶的长度，即死皮长度占割线长度的70% 以上）作为本研究的试验材料。

1.2 试验方法

1.2.1 试验材料的处理

采用1-MCP 对由高浓度乙烯利刺激所产生的死皮树进行处理，诱导这些死皮树恢复产胶。1-MCP 具体施用方法[21]如下：用刮刀清理割线中点下方20 cm 处的粗皮，将内腔约20 mL 大小的橡胶气囊安装在清理面，保证气囊和树干粘贴牢固，不漏气；定期通过橡胶气囊的开口施入1-MCP 及所需的去离子水，然后用胶塞封堵开口；处理植株施用1-MCP 进行处理，用药量为0.1 g/（株·次）、去离子水用量1.5 mL/（株·次）；施药频率为每10 天1 次。

割面施用1-MCP 16 周后，割线症状由部分不排胶（死皮）（图1a）逐渐恢复为排胶线内缩（指割面上排胶线的宽度比正常树明显变窄的现象，图1b）。施用1-MCP 22 周后，割线逐渐恢复全线排胶（图1c），割胶后马上对割线进行拍照。以1-MCP 处理前的死皮树作为对照，分别在对照死皮树（R0）、恢复处理16 周（排胶线内缩，R16）和22 周（全线排胶，R22）植株的割线下方用打孔器取直径为1.5 cm、从形成层到周皮完整的圆柱体树皮材料，用80%乙醇固定。分别采集对照死皮树、恢复处理16 周和22 周植株（各9 株，每3 株作为1 个生物学重复）的胶乳，用于胶乳生理参数的测定。

图 1 死皮恢复过程中割线症状的变化Fig. 1 The change of tapping panel syndrome during the TPD recovery

1.2.2 树皮显微结构观察

采用石蜡切片技术[22]，树皮用80%乙醇固定后，经碘-溴染色、乙醇梯度脱水、正丁醇透明和石蜡包埋，固绿染色后中性树脂封片，之后进行光学显微观察。

1.2.3 胶乳生理参数的测定

采用郭秀丽等[19]的方法对干胶含量、胶乳产量和胶乳pH 值进行测定；采用DTNB 试剂法测定胶乳中硫醇含量[23]；采用钼酸铵比色法测定胶乳中无机磷含量[24]；采用蒽铜试剂法测定胶乳中的蔗糖含量[25]；参照袁坤等[26]的方法测定胶乳中粗酶液蛋白质含量；参照程成等[27]的方法测定胶乳黄色体破裂指数。

1.3 分析方法

采用Adobe Photoshop CS6 对显微切片图像进行处理。用SAS 9.0 软件对所测定的数据进行统计分析，并采用Microsoft Excel 2010 软件进行数据的处理及作图。

2 结果与分析

2.1 死皮植株恢复产胶过程中树皮结构的变化

正常乳管细胞经碘-溴染色后呈棕黑色，异常膨大乳管细胞则呈黄褐色。1-MCP 处理前，死皮植株水囊皮中的乳管稀疏分布不能成列，黄皮内乳管基本为膨大乳管，石细胞面积大（图2 a）。恢复处理16 周时，割线恢复部分排胶，此时黄皮内有效乳管列数增加，石细胞团占黄皮面积比例降低，有输导功能韧皮部变厚，膨大乳管占黄皮面积的比例明显降低（图2 b）。恢复处理22 周时，割线基本恢复正常排胶，黄皮内有效乳管列数进一步增加，此时石细胞团占黄皮面积的比例明显降低，与部分排胶时相比，射线排列平行，黄皮内乳管排列连续，膨大乳管占黄皮面积的比例降低（图2 c）。

图 2 死皮恢复过程中树皮（横切面）结构的变化Fig. 2 The bark structure(cross section) change during the TPD recovery

2.2 促进死皮树恢复产胶过程中平均单株胶乳产量及干胶含量的变化

从图3 可以看出，1-MCP 处理死皮树恢复产胶过程中，平均单株胶乳产量显著增加。1-MCP处理前，死皮树平均单株胶乳产量仅为19.89 mL。1-MCP 处理16 周后，割线出现内缩症状，平均单株胶乳产量显著增加至109.63 mL, 为处理前的5 倍多。随着1-MCP 的进一步处理，平均单株胶乳产量继续显著增加（P＜0.05），当处理22 周后，割线全部恢复产胶时，平均单株胶乳产量达到151.17 mL，分别为处理前和处理16 周时平均单株胶乳产量的7.6 倍和1.4 倍左右；1-MCP 处理死皮树恢复产胶过程中，干胶含量的变化呈先上升后下降趋势。1-MCP 处理前，干胶含量为41.49%。处理16 周后，干胶含量上升至42.38%。随着1-MCP的处理，当割线全部恢复产胶时（1-MCP 处理22 周）干胶含量显著下降至33.61%（P＜0.05），为对照死皮树干胶含量的81%左右。

图 3 促进死皮树恢复产胶过程中胶乳产量和干胶含量的变化Fig. 3 The change of latex yield and dry rubber content during the recovery of the latex production of TPD trees

2.3 促进死皮树恢复产胶过程中胶乳硫醇、无机磷等生理参数的变化

由图4 可知，1-MCP 处理死皮树恢复产胶过程中，除粗酶液蛋白含量无明显变化外，其他各生理参数均发生显著变化。1-MCP 处理前死皮树胶乳pH 值为最低值6.71。1-MCP 处理16 周后，胶乳pH 值显著增加至7.20。1-MCP 处理16～22 周，胶乳pH 值无明显改变。

1-MCP 处理死皮树恢复产胶过程中，硫醇和无机磷含量具有相同的变化趋势，均呈先下降后上升趋势。1-MCP 处理前，死皮树硫醇和无机磷含量分别为0.64 mmol/L 和11.26 mmol/L。1-MCP处理16 周，割线出现内缩症状时，硫醇和无机磷含量均显著下降至最低值，分别为0.51 mmol/L 和3.96 mmol/L。当1-MCP 处理22 周，割线完全恢复排胶后，硫醇和无机磷含量均显著增加至最大值，分别为1.19 mmol/L 和14.56 mmol/L，分别为16 周时硫醇和无机磷含量的2.3 倍和3.7 倍左右。

图 4 促进死皮树恢复产胶过程中胶乳硫醇、无机磷等生理参数的变化Fig. 4 Changes of physiological parameters such as latex thiol content and inorganic phosphorus content during the recovery of the latex production of TPD trees

1-MCP 处理死皮树恢复产胶过程中，蔗糖含量的变化趋势与胶乳产量的变化趋势一致，均呈显著上升趋势。1-MCP 处理前，蔗糖含量仅为5.45 mmol/L。处理16 周后，蔗糖含量显著上升至18.46 mmol/L，为处理前的3.4 倍左右。处理22 周后，蔗糖含量显著上升至28.48 mmol/L，为处理前的5.2 倍左右。

黄色体破裂指数在1-MCP 处理前期（0～16周）无明显改变。1-MCP 处理22 周后，黄色体破裂指数显著下降至最低值，为13.47 %，仅为处理前黄色体破裂指数的30 %左右。

3 结论与讨论

橡胶树树皮从外至内分别为粗皮、砂皮外层、砂皮内层、黄皮和水囊皮，正常产胶乳管主要分布于砂皮内层和黄皮，其中黄皮中含有大量的成熟乳管，是树皮的主要产胶部位。从割线症状的变化来看，1-MCP 处理由高浓度乙烯利刺激产生的死皮树恢复产胶过程中，割线由内向外逐渐恢复排胶；从树皮显微结构的变化来看，恢复处理过程中黄皮有效乳管列数明显增加，而石细胞和膨大乳管面积则明显减少。割线症状和树皮结构的变化说明死皮恢复过程中先是内层乳管恢复排胶功能，然后逐渐向外层扩展，外层乳管也逐渐恢复排胶功能，进一步证实了1-MCP 能促进死皮树乳管系统恢复产胶功能[21]。

从总体来看，1-MCP 促进死皮树恢复产胶过程中，除胶乳pH 值、干胶含量和粗酶液蛋白含量外，其他各生理指标变化趋势均与高浓度乙烯利诱导死皮发生过程中的相应生理指标变化趋势相反[20]。1-MCP 处理死皮植株恢复后，胶乳产量、硫醇、无机磷和蔗糖含量总体均呈上升趋势，而干胶含量和黄色体破裂指数则显著下降。刘辉等[28]采用死皮康复营养剂（一种复合配方）处理胶园中自然死皮植株（非高浓度乙烯利刺激产生的死皮植株），结果显示，该营养剂能促进死皮植株不同程度恢复产胶，且在死皮植株恢复产胶过程中，胶乳产量、硫醇和无机磷含量也逐渐增加，干胶含量和黄色体破裂指数则逐渐降低，这与本研究的结果类似。说明死皮恢复过程中各生理指标逐步趋于正常值。

1-MCP 处理死皮植株后胶乳产量显著增加，这说明胶乳合成和再生能力提高，暗示了1-MCP对死皮植株具有良好的康复效果。李言等[13]发现，一种新型排胶调节剂能明显提高胶树的胶乳产量，且割面涂抹茶树油也能增加胶乳产量[14]。这些结果与本研究的结果有类似之处。1-MCP 处理死皮植株16 周后，硫醇和无机磷含量均显著下降。随后硫醇和无机磷含量又迅速增加，且显著高于处理前的水平。硫醇是乳管系统有毒氧的清除剂，能保护细胞器的膜结构，从而促进胶乳的稳定性和排胶。硫醇含量在恢复1-MCP 处理22周后显著上升至最大值，硫醇含量的增加可能大大提升了对乳管细胞过多有毒氧的清除，降低了有毒氧对乳管细胞的伤害，从而增强了乳管细胞的产胶能力[23]；无机磷含量的高低反映了乳管系统能量代谢的强弱。无机磷含量在1-MCP 处理22 周后显著增加，暗示乳管系统的代谢能力增强，这可能进一步促进了胶乳的合成[29]。从当前结果可以看出，硫醇和无机磷含量均在1-MCP 处理22 周后达到最大值，而此时胶乳产量也为最高值，硫醇和无机磷含量的变化和胶乳产量的变化呈正相关。袁坤等[26]发现，死皮树喷施INS 宝卡有机液肥后提高了胶乳中硫醇和无机磷的含量，这与本研究的结果一致。

蔗糖是合成橡胶的原料。蔗糖含量在1-MCP处理16 周和22 周后均显著增加，暗示了死皮树恢复产胶过程中用于合成橡胶的前体不断增加，胶乳的合成和再生能力不断增强[9]，相应的胶乳产量也在不断增加，蔗糖含量的变化与胶乳产量的变化也呈正相关。覃怀德等[15]的研究表明，在橡胶树割面上涂抹硫酸铜也能提高胶乳中蔗糖的含量；黄色体破裂指数是反映黄色体稳定性的关键指标，一般与胶乳产量呈负相关[8]。黄色体破裂指数增加，说明胶乳稳定性下降，从而导致乳管堵塞而停止排胶[27]。死皮树恢复产胶后，黄色体破裂指数显著下降，暗示1-MCP 处理提高了黄色体的稳定性和完整性，减少了黄色体破裂而导致的胶乳凝固，从而提高了胶乳产量。

从上述研究结果可以看出，1-MCP 促进死皮树恢复产胶过程中，除粗酶液蛋白含量无明显变化外，其他各生理指标均发生显著变化。总体来看，在死皮树恢复产胶前后，硫醇、无机磷和蔗糖含量的变化与胶乳产量的变化呈正相关，而黄色体破裂指数的变化则与产量呈负相关。因此，硫醇、无机磷、蔗糖和黄色体破裂指数等生理参数与死皮树恢复产胶过程密切相关，在促进死皮树恢复产胶过程中扮演关键角色。

死皮恢复过程中，从树皮结构的变化来看，黄皮有效乳管列数增加，石细胞和膨大乳管面积减少；从胶乳生理参数的变化来看，胶乳产量、硫醇、无机磷和蔗糖含量上升，黄色体破裂指数下降。这些结果说明死皮恢复过程中树皮结构和胶乳生理逐步恢复正常，从解剖和生理学角度证实了1-MCP 能促进高浓度乙烯利刺激产生的死皮树恢复产胶。本研究结果不仅能为橡胶树死皮恢复生理机制的阐明提供理论基础，也能为开发高效死皮防治剂提供参考依据。