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杜仲膠在杜仲葉發育過程中的含量變化研究

2012-04-29 10:32:10趙紅艷藺芳王太霞
湖北農業科學 2012年18期

趙紅艷 藺芳 王太霞

摘要:綜合應用石蠟切片法和實驗室提膠法研究了杜仲膠在杜仲葉生長發育過程中的變化規律,探討了杜仲葉結構發育與杜仲膠積累的關系。結果表明,杜仲葉含膠細胞在一年中的形成積累具有一定的獨立性。從葉片展開到葉片停止生長僅有1個月時間,葉片大小在生長30 d以后基本保持恒定。隨著葉片柵欄組織、海綿組織等葉肉細胞的分化發育,葉片內含膠細胞也在不斷地形成積累;葉片各結構生長停止后,含膠細胞仍繼續增加和生長,葉片含膠率總體上呈增加的趨勢。由于杜仲葉片內杜仲膠分泌、積累與葉片生命周期在1年中同步,使在將近黃落的11月份葉片含膠率較高,可達1.11%。

關鍵詞:杜仲;葉片發育;杜仲膠;含量

中圖分類號:Q949.751.5;Q944.56;Q946.87 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2012)18-4065-04

Study on the Change of Gutta-Percha Content in Eucommia ulmoides Leaves

during Growth

ZHAO Hong-yan1,LIN Fang1,WANG Tai-xia2

(1.Department of Life Science and Technology, Xinxiang University, Xinxiang 453002,Henan,China;

2.College of Life Sciences, Henan Normal University, Xinxiang 453000, Henan, China)

Abstract: By means of paraffin sectioning and gutta-percha rubber extracting method, the change rule of gutta-percha during the development of Eucommia ulmoides Oliver and the correlation between gutta-percha accumulation and leaf organizational structure was investigated. The results showed that the formation and accumulation of rubber cell in one year had certain independence. It was only one month from the leaf blade growing to the leaf blade stopping; the size of leaf blade maintained constant after growing for 30 d. The formation and accumulation of rubber cell in leaf blade continued with the differentiation and development of palisade parenchyma and spongy parenchyma in leaf blade. However, the rubber cell still increased and grew after the growth of various characters of leaf blade had stopped and the content of rubber in leaf blade presented an increasing tendency as a whole. The content of gutta-percha reached the highest(1.11%) in November due to accumulation of a whole year.

Key words: Eucommia ulmoides Oliver; leaf growth; gutta-percha; content

杜仲(Eucommia ulmoides Oliver)又名思仲、絲連皮、絲面皮、絲綿樹、木綿樹,是多年生落葉喬木,自成1屬1科,即杜仲科(Eucommiaceae)杜仲屬(Eucommia Oliver)[1],杜仲樹高可達15~20 m,是地質史上第三紀冰川運動殘留下來的古生物樹種[2-4],因其體內多個部位均含有膠狀成分,故折斷面都有銀白色的細絲出現[5],這是識別杜仲的最重要特征。杜仲是國家珍稀瀕危二級保護植物,為中國特有的優良經濟林樹種[6]。傳統上杜仲以皮入藥,中藥里的杜仲指的就是杜仲皮[7],古代把杜仲視為中藥的上品,具有許多醫療功效[8,9];現代科學研究證實了杜仲葉及杜仲皮具有補肝腎、強筋骨、安胎、降壓等功效[10,11],所以杜仲為名貴的中藥材。

研究表明,在杜仲的葉、根、樹皮、種子和果皮等部位中含有的膠狀成分是一種白色的膠絲物質,又稱為杜仲膠,這是一種野生的天然高分子資源,其化學成分是反-1,4-聚異戊二烯;物理性質方面,其在室溫時是皮革狀的堅韌物質,純膠無色,商品膠則帶有各種顏色。純膠在10 ℃時結晶,40~50 ℃開始表現有彈性、易伸長,到100 ℃時軟化,具有可塑性,冷卻后可恢復原來的性質[12-14]。因此可以用于開發熱塑性功能材料、熱彈性形狀記憶材料,特別是可以開發研制杜仲膠高彈性材料,這種高彈性材料如果用于航空及有關特殊輪胎的開發,可以解決長期以來困擾航空業及相關行業中輪胎強度、輪胎壽命、輪胎摩擦放熱等一系列重大技術難題,可最大限度地減少因飛機輪胎爆裂而造成的災難,能為國防工業、航空航天工業的發展提供新型的橡膠材料[6,15,16]。由于杜仲膠具有橡膠-塑料二重性,所以是一種新型的特殊橡膠材料[14],應用開發前景廣闊。

杜仲膠具有很強的抗酸、堿能力,耐水性、耐寒性、低膨脹率和高絕緣性非常顯著,是我國特有的優質天然橡膠資源[12,14,17,18]。在20世紀中葉,前蘇聯從我國引種杜仲獲得成功,并開始規?;斯ぬ崛《胖倌z,此后不少國家開展了這方面的研究工作。國內從1980年以來,相繼開展了杜仲栽培[19,20]、生長發育規律[18,21-27]、杜仲膠分泌細胞的形態及其分布[28,29]等方面的探討,對杜仲的含膠細胞在植物體內的分布規律、顯微結構、超顯微結構以及胚胎學特征等[25,30-32]進行了系統研究,發現是一種十分細長、兩端膨大、內部充滿橡膠顆粒的絲狀單細胞在分泌杜仲膠,并且也是貯藏杜仲膠的場所[33-35]。目前,對杜仲膠的提取分離分為工業上大規模提?。郏保罚莺蛯嶒炇倚∫幠L崛。郏常?,37]兩種途徑。本研究采用石蠟切片法和實驗室綜合提膠法[37-39]對杜仲葉生長發育過程中結構與杜仲膠積累的變化規律進行了探討, 旨在確定杜仲葉的最適采收季節,以期為杜仲葉的綜合開發利用及最佳采葉時期的確定提供科學依據。

1材料與方法

1.1杜仲葉結構的觀察

試驗所用材料均取自河南省新鄉市杜仲產區,地理位置在北緯35°31′,東經113°54′。從2010年4月開始,每月采摘杜仲葉1次用于測定杜仲膠,直到當年落葉前的11月,共采摘8次。供試的杜仲葉選擇樹冠中部外圍陽面生長正常的當年生枝條上的健康完整葉片;采摘后去掉葉柄,于室內自然風干,粉碎備用。

用于制片的葉片采摘后馬上送回實驗室,立即用3%戊二醛固定液固定并保存,常規石蠟切片法制片,番紅-固綠染色,Olympus顯微鏡觀察組織結構,常規顯微測量。

用于生長動態觀測的葉片從2010年4月1日開始到11月1日止,在每月的1、16日取樣調查,共調查15次。每次選擇樹冠中部外圍當年生新梢第五或第六片葉,?。欤捌?,分別測定葉長、葉寬、單葉面積、單葉質量。

1.2杜仲膠的測定方法

實驗室綜合提膠法在采用非極性溶劑提取、極性溶劑純化的基礎上加以適當改進,使用無機試劑與有機溶劑相結合、物理與化學相結合的方法,將杜仲膠浸提出來,通過冷凍法使膠沉淀而發生相分離。綜合提膠法的主要工藝流程為:備料→打碎(?。保?g杜仲葉)→堿煮(10 %NaOH,90~100 ℃浸提3 h)→篩洗→加堿、小量甲苯70 ℃水?。保?min→水洗→干燥→溶劑抽提(石油醚80 ℃浸提,提取3次,每次2 h)→熱過濾→冷凍→過濾(加丙酮洗)→精膠。將分離后的杜仲精膠自然風干至恒重后,用1/1 000的天平稱取每個樣品杜仲膠的質量,計算每個樣品的含膠率。

2結果與分析

2.1杜仲葉生長發育中形態結構的變化

杜仲葉片結構屬于典型的中生性雙子葉植物葉結構。上表皮為1層細胞,排列緊密,長方形,外被角質層;柵欄組織也由1層細胞組成,細胞呈長圓柱形;柵欄組織下方是由多層細胞組成的海綿組織,海綿組織細胞內含有膠細胞,即海綿組織內含有膠絲。下表皮也由1層扁平細胞組成,并分布有較多氣孔。網狀葉脈,其中主脈維管束呈外韌型,形成層明顯。杜仲葉的結構在生長發育過程中隨著時間進程也在不斷變化(見表1)。4月份葉片結構分化不明顯,柵欄組織、海綿組織沒有完全分開,隨著時間的推移,葉片總的厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度以及后二者的比值都逐漸增加,只有表皮與葉片厚度比值逐漸降低。到7月份各項指標都達到最大,以柵欄組織、海綿組織分化最明顯,而后直到11月份葉片落下都保持穩定。

2.2杜仲葉片生長的年變化特點

杜仲葉年生長動態觀測結果見表2。從表2可知,在4月初杜仲葉片展開以后就迅速生長,生長速度呈直線上升趨勢;而進入6月以后,生長速度呈緩慢的上升趨勢;此后葉片的長度基本保持恒定大小,僅葉片的寬度尚在緩慢增加,到8月中旬葉寬達最大,以后基本保持穩定不變。相對而言,杜仲葉從葉片展開到葉片生長的高峰基本上僅保持為1個月左右。在展葉后的15 d內,葉長的生長速度明顯大于葉寬的生長速度,并且在整個生長過程中葉片的長度都大于寬度。由表1可知,葉片的厚度則表現為在生長季節呈穩步增加的趨勢,并且在7月以后葉片厚度趨于穩定,不再增加。

2.3杜仲單葉面積和單葉質量的年變化特點

從表2還可見,杜仲葉片的單葉面積與葉長和葉寬的生長直接相關,因此單葉面積在杜仲展葉后的30 d內快速增加,進入5月后才放緩增加,之后葉面積基本保持恒定不變,直到落葉。杜仲的單葉質量在生長季節隨著時間的推移而逐步增加,其中展葉后到5月1日隨著葉片的迅速生長單葉質量快速增加;5月到7月里隨著葉片生長的逐步放慢,單葉質量呈緩慢增加的趨勢。這時的增加主要是由于葉片厚度的增加(表1)而產生的。9月中旬以后,隨著整個樹體生長的停止,單葉質量不再增加。

2.4不同生長發育時期的杜仲葉中杜仲膠含量的變化

杜仲全身除木質部外,都含有杜仲膠。杜仲膠在葉片內存在于各級葉脈韌皮部及主脈上、下薄壁組織中,在葉柄里存在于維管束韌皮部及薄壁組織中。不同生長發育時期的杜仲葉中杜仲膠含量的變化情況見表3。從表3可見,4~11月份,杜仲葉內含膠率隨葉片生長發育逐步積累遞增,杜仲葉的生長和膠含量都隨季節的變化而變化。從表3中可以明顯看出,以7月和11月的膠含量較高,而其他月份的膠含量相對較低。在杜仲葉發育早期,葉片的含膠率最低,如在4月僅為0.31%;之后隨著葉片的生長,葉片含膠率總體呈增加的趨勢,將近黃落時的11月份,葉片的膠含量較高,含膠率達1.11%,中間的7月份葉片膠含量相對也高,僅次于11月的含量,而在5、6月和9月的杜仲葉膠含量變化不大,保持著相對穩定的狀態。

3小結與討論

杜仲是中國特有的經濟樹種,在我國有大面積種植,每年杜仲葉產量約為400萬t。杜仲膠在葉片內存在于各級葉脈韌皮部及主脈上、下薄壁組織中,在葉柄內存在于維管束韌皮部及薄壁組織中。研究結果表明,杜仲葉中含有豐富的杜仲膠。杜仲葉內杜仲膠的年變化隨著季節的變化基本呈跳躍式積累,其中7月和11月的含膠率較高,而其他月份的含膠率相對較低。這是因為杜仲葉片內含膠細胞在一年中的形成積累具有一定的獨立性,一方面隨著葉片的生長,葉片內含膠細胞也在不斷地形成積累;而另一方面則是葉片各結構生長停止后,含膠細胞仍在繼續增加,使葉片含膠率總體上呈增加的趨勢。由于杜仲樹葉內的杜仲膠分泌與葉片生命周期在1年中同步,所以在將近黃落的11月份葉片含膠率較高。綜合分析葉片生物量和杜仲膠含量,我們認為在11月份杜仲葉片黃落時收集葉片較合適。這樣既不影響杜仲樹的生長,又可獲得較高的產膠量。特別是在成片的杜仲林里,落葉之后可用收葉工具集中收葉。

雖然有很多的研究認為葉片的含膠量在杜仲的各器官中是最低的[23,24,33],但在不影響植株生長的前提下,與其他各器官相比,葉片的優點突出,葉片年產量大,可年年更新、永續利用,因而目前提取杜仲膠多以葉片為原材料,加之葉片內含有與杜仲皮相似的化學成分,所以增加葉片中含膠率對杜仲藥用成分含量的提高有著積極意義。目前國內外提高葉片含膠率有以下幾種方法。首先,可應用化學促進劑和植物生長調節劑進行調節,如噴灑增產胺[DCPTA,2-(3,4-二氯苯氧基)-乙基-二乙胺]、2,4-D、赤霉素、乙烯利、專用橡膠促生劑等均能不同程度地增加杜仲葉的含膠率。其次,可以通過合理增施氮、磷肥提高葉片含膠率及葉產量,進而提高單位面積的產膠率。第三,還可以利用有效的栽培措施增加含膠量,例如平茬的田間管理措施、集約化的管理技術等都可提高杜仲葉產量和單位面積的產膠量。

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收稿日期:2012-01-10

基金項目:河南省科學技術研究重點攻關項目(072102270018)

作者簡介:趙紅艷(1973-),女,河南平頂山人,講師,碩士,從事結構植物學研究,(電話)18738397599(電子信箱)zhaohongyan92@sohu.com。

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