橡膠樹幼嫩枝葉產膠量相關因子的研究

姚行成 王軍 周珺 陳先紅

摘 要 橡膠樹葉片及幼嫩莖皮組織中的初生乳管可合成和貯存天然橡膠，通過溶劑萃取法可以提取這些天然橡膠成分。為研究橡膠樹幼嫩枝葉與產膠量相關的因子，以‘熱研7-20-59為研究材料，對枝葉不同器官的生物量比例以及不同器官組織的橡膠含量進行比較分析，同時利用凝膠滲透色譜法測定不同葉蓬葉片橡膠的分子量表征。結果表明：葉片的生物量比例高于枝干，樹皮的橡膠含量高于葉片；枝條不同蓬齡葉片的天然橡膠相對分子量相似。

關鍵詞 橡膠樹 ；初生乳管 ；天然橡膠 ；萃取 ；產膠量

中圖分類號 S794.1 文獻標識碼 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

巴西橡膠樹的乳管分為初生乳管和次生乳管2種類型，二者均可合成和儲存天然橡膠。初生乳管分布在葉片和幼嫩枝條的樹皮中，據史敏晶和田維敏的研究[1]，橡膠樹幼嫩芽條的第1～3葉蓬樹皮的乳管全是初生乳管，第4葉蓬的樹皮開始出現零星次生乳管，第5葉蓬的樹皮普遍出現成列的次生乳管。據田維敏等的研究[2]，初生乳管和次生乳管之間不相通。隨著莖干的次生生長，初生乳管逐漸被破壞消失，在成齡樹干中已無初生乳管。生產上采膠是在次生乳管密集的樹干部位，初生乳管與采膠之間沒有直接關系。因此關于初生乳管中產生天然橡膠的多少以及橡膠的特性研究甚少。

割膠是目前橡膠樹采膠的唯一方式。但由于割膠技術要求高、割膠環境條件差、割膠報酬低，天然橡膠產業面臨膠工短缺、老齡化、無人割膠等問題[3]。姚行成等[4]通過萃取法從橡膠樹幼嫩枝葉萃取到初生乳管內的天然橡膠，這些天然橡膠純度高、其聚合物分子量與傳統割膠得到的橡膠相似。因此提出利用橡膠樹幼嫩枝葉來生產天然橡膠，以降低對傳統人工割膠的依賴。將橡膠樹矮化密植以生長出大量的幼嫩枝葉，然后收割枝葉并提取其組織內的橡膠，被稱為橡膠樹灌木化栽培模式[4]。雖然過去橡膠樹種植上曾提出橡膠樹矮化密植[5]，但這種方式仍然需要依靠人工在樹干部位割膠，因此過去的矮化密植與當前提出的灌木化栽培有本質差別。

金華斌等[6-7]分析橡膠樹不同種質的初生乳管，結果表明，不同種質分化乳管的能力差異明顯。姚行成等[4]從橡膠樹的幼嫩枝葉提取橡膠，結果表明，不同無性系的天然橡膠含量也有差異。這些研究從遺傳育種學上表明遺傳種質可影響枝葉的產膠能力。然而，在栽培學上，哪些因子將影響枝葉的橡膠產量，尚未有研究報道。本研究分析橡膠樹枝葉不同器官的生物量比例及橡膠含量，以了解其對枝葉產膠量的影響，為橡膠樹灌木化栽培提供栽培學理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以橡膠樹無性系‘熱研7-20-59為研究材料，取自中國熱帶農業科學院橡膠研究所（海南儋州）增殖圃（橡膠樹保護性栽培基地苗圃）。

1.2 方法

1.2.1 材料收集方法

晴天中午，用枝剪從頂部第5個葉蓬處剪斷枝條，就地晾曬至半干；再用枝剪在第3與第4個葉蓬交接處剪斷枝條，留下頂上3個葉蓬的枝葉，待用。

1.2.2 枝葉不同組織/器官的生物量比較

以上采集到的枝葉，將葉片從莖干上分離并收集。用刀具把莖干的樹皮剝下來，分為樹皮和木質桿兩部分，分別收集。將葉片、樹皮和木質桿用報紙包住，放入烘箱于60℃烘干至恒重，然后分別稱重，計算各部分的比例，計算公式如下：

總生物量=葉片干重+樹皮干重+木質桿干重

葉片生物量比例=葉片干重/總生物量×100%

樹皮生物量比例=樹皮干重/總生物量×100%

木質桿生物量比例=木質桿干重/總生物量×100%

莖干生物量比例=（樹皮干重+木質桿干重）/總生物量×100%

1.2.3 不同組織/器官的橡膠含量、產膠效率值分析

葉片或樹皮樣品烘干后，粉碎成粉末，同姚行成等[4]的方法。

天然橡膠的提取方法參考Person等[8]和姚行成等[4]的方法，并作修改。取葉片或樹皮器官組織粉末100.0 g，每份10.0 g分別裝入10個濾紙筒。濾紙筒放入索氏抽提器（500 mL）提取管內，先后用丙酮和四氫呋喃（均為分析純）抽提。四氫呋喃提取液用錐形漏斗經2層衛生紙過濾到量筒內，提取瓶用四氫呋喃洗3遍并過濾，濾液倒入玻璃皿，在通風櫥內揮發四氫呋喃。其余9個提取器的提取液全部逐一在同一個玻璃皿內揮發完四氫呋喃。析出的橡膠團在烘箱70℃烘干至恒重，稱重。橡膠含量=橡膠重量/樣品重量×100%。莖干的橡膠含量=樹皮生物量比例×樹皮橡膠含量/莖干生物量比例。

計算葉片和莖干器官各自的生物量比例與橡膠含量的乘積。

1.2.4 不同葉蓬的橡膠分子量分析

選取葉片處于穩定期的枝條，用刀片切斷小葉柄，小葉柄和葉片切口處流下的膠乳收集到玻璃皿，然后膠乳在烘箱內70℃烘干。頂第1、2、3葉蓬的橡膠分別收集。用凝膠滲透色譜法（GPC）測定橡膠的分子量。儀器設備為美國waters 1515凝膠滲透色譜儀。標準物質為日本shodex公司生產的PS。流動相為四氫呋喃。樣品由上海復昕化工技術服務有限公司代為檢測分析。成齡樹割膠得到的橡膠作為對照，也用同樣方法測定分子量。

2 結果與分析

2.1 枝葉不同組織/器官的橡膠產量相關性狀比較

頂部3個葉蓬不同組織/器官的生物量分析表明，葉片的生物量比例為70.76%，莖干生物量比例為29.24%。在莖干中，樹皮的生物量比例較小，僅為9.41%，而木質桿的生物量比例為19.83%。分析了不同組織/器官的橡膠含量，葉片的橡膠含量為2.41%，樹皮的橡膠含量為5.25%，莖干的橡膠含量為1.69%。木質桿不含乳管，沒有分析橡膠含量。計算葉片和莖干各自的生物量比例與橡膠含量的乘積，筆者擬定義為產膠效率值。結果表明，葉片器官的產膠效率值為1.71%，莖干的產膠效率值為0.49%。見表1。

2.2 不同葉蓬的橡膠分子量比較

凝膠滲透色譜法檢測不同葉蓬的橡膠相對分子量，其結果見表2和圖1。

從圖表可知，頂部第1、2、3葉蓬的橡膠分子量表征很相似，在數均分子量Mn、重均分子量Mw、z均分子量Mz和多分散系數PDI（polydispersity index）各項都相似。葉片組織內的橡膠與傳統割膠所得的橡膠相比，在各項分子量表征上也相似。

3 結論與討論

橡膠樹幼嫩枝葉組織內的天然橡膠在初生乳管內合成。姚行成等[3]從其提取到天然橡膠，并提出開發利用橡膠樹枝葉的初生乳管橡膠。本研究在此基礎上，進一步研究枝葉與產膠量相關的因子。枝葉的生物量和橡膠含量均可影響產膠量。本研究關于葉片和樹皮的橡膠含量結果表明，樹皮的橡膠含量高于葉片；關于枝葉生物量的結果表明，葉片的生物量比例高于莖干的生物量比例，是樹皮生物量比例的7倍以上。本研究擬將生物量比例和橡膠含量的乘積定義為“產膠效率值”，用以衡量枝葉不同器官對產膠量的貢獻，如葉片產膠效率值為1.71%，表示100 g枝葉生物量中葉片可生產出1.71 g橡膠。本研究發現，葉片的產膠效率值（1.71%）高于枝干的產膠效率值（0.49%），表明葉片的生長量對橡膠產量更具增產效率，因而在栽培生產上，應采取增加葉片生長量的栽培措施，以提高橡膠產量。樹皮的橡膠含量較高（5.25%），生物量也比較少（9.41%），在提膠時可減少萃取容量和節約溶劑。當樹皮從莖干剝離技術完善后，用樹皮來提膠將比莖干提膠更有效率，成本更低。

橡膠分子量的測試結果表明，不同葉蓬（頂第1、2和3蓬）的橡膠相對分子量及分子量分布相似，與傳統成齡樹割膠所得的橡膠也相似。雖然葉片的生長時間不一樣（相差1到幾個月），天然橡膠合成的時間也相應存在差異，但分子量表征無差異。因此，可以推測，枝葉生產的初生乳管橡膠在物理機械及加工性能上與傳統次生乳管橡膠相似。本研究結果給灌木化栽培的建議是：收割枝葉可在生長出1個葉蓬時進行，也可以在生長出2、3個葉蓬時進行；不同蓬齡（限3蓬）的枝葉可以靈活混合收割。然而，應選取哪個蓬齡時收割（如在1、2、3蓬齡時收割）以實現生物量最大化，尚待進一步研究。

參考文獻

[1] 史敏晶，田維敏. 外源JA的移動對巴西橡膠樹萌條次生乳管分化的誘導效應[J]. 熱帶作物學報， 2012， 33（9）：1 647-1 653.

[2] 田維敏，史敏晶，譚海燕，等. 橡膠樹樹皮結構與發育[M]. 北京：科學出版社，2015.

[3] 林位夫，周 珺，王 軍. 中國植膠業發展趨勢與策略研究[J]. 熱帶農業科學，2016，36（06）：81-84.

[4] 姚行成，陳先紅，周 珺，等. 巴西橡膠樹初生乳管中天然橡膠的提取及橡膠特性初步研究[J]. 熱帶農業科學，2017，37（11）：76-78.

[5] 徐其興，伍國英. 談談橡膠樹的矮化密植及其發展前景[J]. 云南熱作科技，1984（03）：15-18.

[6] 金華斌，田維敏，史敏晶. 橡膠樹1981IRRDB野生種質苗期初生乳管分化的研究[J]. 熱帶作物學報，2017，38（7）：1 181-1 187.

[7] 金華斌，田維敏，胡彥師，等. 橡膠樹魏克漢種質苗期初生乳管分化能力研究[J]. 熱帶作物學報，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.