史敏晶　程成　田維敏

摘 要 低溫導致橡膠樹的排膠時間過度延長（長流），影響到天然橡膠的高產穩(wěn)產。目前對低溫誘發(fā)長流的機制還不清楚。以排膠特性不同的橡膠樹無性系RY8-79和PR107為實驗材料，對冬季低溫條件下膠乳的幾個主要排膠生理參數(shù)進行了研究。結果表明：低溫明顯降低RY8-79 和PR107膠乳黃色體的破裂指數(shù)和堵塞指數(shù)；明顯升高硫醇以及過氧化氫的含量；膠乳排膠初速度和膠乳的pH值在2個品系中變化不明顯。由此可見低溫條件下膠乳中硫醇含量升高是促進橡膠樹排膠時間延長的主要原因之一。該結果為深入闡明乳管堵塞機制和研發(fā)新型的排膠調節(jié)劑提供了參考依據(jù)。

關鍵詞 巴西橡膠樹；低溫；硫醇；黃色體破裂指數(shù)；生理參數(shù)

中圖分類號 S794.1 文獻標識碼 A

Physiological Basis of Prolongation of the Duration of Latex Flow

Caused by Low Temperature in Rubber Tree

（Hevea brasiliensis Müll. Arg.）

SHI Minjing，CHENG Cheng，TIAN Weimin*

Rubber Research Institute，CATAS / Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Rubber Tree，Ministry of Agriculture /

State Key Laboratory Incubation Base for Cultivation & Physiology of Tropical Crops，Danzhou，Hainan 571737，China

Abstract The excessive prolongation of the duration of latex flow caused by low temperature is unfavourable for sustainable development of natural rubber production. To elucidate the mechanism for low temperature-caused prolongation of the duration of latex flow，changes in several physiological parameters of latex from rubber tree clones，Reyan8-79 and PR107，were analyzed. The results showed that，under natural lower temperature conditions，the lutoid bursting index and plugging index of laticifer descended obviously，the initial velocity of latex flow and pH value of latex remained stable whereas the level of mercaptan and H2O2 rised dramatically for either rubber tree clone RY8-79 or PR107. The changed parameters were also clone characteristic. It is concluded that elevation of the mercaptan content in latex was a key factor with close relationship with cold-caused prolongation of the duration of latex flow.

Key words Hevea brasiliensis Müll. Arg.； Low temperature； Mercaptan； Hutoid bursting index； Physiological parameters

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.01.015

橡膠樹原產巴西亞馬遜河流域，是典型的熱帶雨林樹種。南北緯10°的區(qū)域能滿足橡膠樹喜高溫高濕的特性，是橡膠樹的傳統(tǒng)種植區(qū)[1]。中國植膠區(qū)分布于北緯18°～24°的熱帶北緣地區(qū)，屬于非傳統(tǒng)植膠區(qū)，冬季低溫寒害是影響中國天然橡膠生產的主要因素之一[2-5]。因此，橡膠樹對低溫脅迫的反應機制是在高緯度地區(qū)發(fā)展天然橡膠生產面臨的一個重大理論問題。人們早就從水分代謝[6-8]和物質代謝方面[9-10]對橡膠樹寒害的原因展開了研究。另外，寒害對橡膠樹細胞及其生物膜超微結構[11-13]以及葉片的脂質過氧化、生物膜的保護酶系統(tǒng)[5，14-17]的影響也有相關報道。近年來，人們開始從分子水平研究橡膠樹的抗寒機制[18-20]。在天然橡膠的生產實踐中，一個熟知的事實就是低溫引起橡膠樹長時間排膠，即“長流”現(xiàn)象。長流容易誘發(fā)橡膠樹死皮，不利于實現(xiàn)天然橡膠的高產穩(wěn)產。目前，對低溫誘導“長流”這一現(xiàn)象發(fā)生的機制還不清楚。本文以成齡割膠樹為材料，分析低溫對橡膠樹膠乳中的硫醇、過氧化氫的含量、膠乳pH值、黃色體破裂指數(shù)、堵塞指數(shù)、排膠初速度、膠乳產量的影響，旨在闡明低溫顯著延長橡膠樹排膠時間的生理機制，為進一步研究乳管傷口堵塞機制和研發(fā)新型的排膠調節(jié)劑提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗材料 選取定植于中國熱帶農業(yè)科學院實驗場已開割4 a的橡膠樹無性系RY 8-79和PR107各10株，這些膠樹生長良好，并未經過乙烯利刺激處理。

1.1.2 主要試劑和儀器 硫酸鈦、30%過氧化氫、丙酮、CCl4、CHCl3、乙酸鈉、SDS為上海生工產品；Tris、二硫代二硝基苯甲酸（DTNB）為AMRESCO產品；乙二胺四乙酸二鈉鹽（EDTA-Na2）、甘露醇為BBI產品；對硝基苯磷酸二鈉（PNPP）為SIGMA產品；濃氨水、濃硫酸、TritonX-100、NaOH、乙酸、三氯乙酸為國產分析純。Delta 320 pH 計為上海梅特勒原托利多儀器有限公司生產。離心機為日立CR21G高速冷凍離心機以及臺式Hettich 32型低溫離心機，紫外分光光度計為瑞典4000型。

1.2 方法

1.2.1 材料的處理 常規(guī)割膠，即1/2 S割線，3天1刀，于氣溫較高的9月份（月最低氣溫22 ℃，最高氣溫34 ℃）收集膠乳樣品，當天氣溫25～33 ℃；同一批橡膠樹于氣溫大幅降低的12月（月最低氣溫8 ℃，最高氣溫24 ℃）再次收集膠乳，當天氣溫為12～20 ℃。早晨6 ： 00開始割膠，分別收集每株樹第5～15分鐘的膠乳，冰上保存并迅速帶回實驗室。

1.2.2 生理參數(shù)的測定 測定每一株樹膠乳樣品中過氧化氫含量、硫醇含量、膠乳pH值、黃色體破裂指數(shù)、堵塞指數(shù)、排膠初速度、膠乳產量，分析低溫對膠乳中這些生理參數(shù)的影響。其中，過氧化氫含量測定參照蔡甫格等[21]方法；硫醇含量測定參照楊少瓊[22-23]等方法；黃色體破裂指數(shù)測定參照程成等[24]方法；數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析采用Excel和SAS軟件進行。

2 結果與分析

2.1 低溫對膠乳中過氧化氫含量的影響

在氣溫有明顯差距的2個月份，測定了RY 8-79和PR 107割膠樹膠乳中過氧化氫（H2O2）的含量。結果表明，在氣溫較高的9月份，當天日均氣溫29 ℃時，RY 8-79膠乳中測得的H2O2含量為0.266 μmol/mL，而PR 107則為0.098 μmol/mL，二者間差異極顯著（p<0.01）。在氣溫明顯降低的冬季，當天日均氣溫僅16 ℃時，RY 8-79膠乳中H2O2含量明顯上升，為0.397 μmol/mL，較高溫條件下升高了0.131 μmol/mL，升幅達到49.2%，差異極顯著（p<0.01）。 PR 107中膠乳H2O2含量為0.272 μmol/mL，比高溫條件下升高0.174 μmol/mL，升高幅度為177.5%，二者差異極顯著（p<0.01）。由此可見，膠乳中的H2O2含量既是品系的特征，又明顯受低溫影響（圖1）。

2.2 低溫對硫醇含量的影響

對不同氣溫條件下膠乳中的硫醇含量進行分析，9月份樣品中，RY 8-79膠乳硫醇含量為1.06 mmol/L，PR 107為0.67 mmol/L，二者差異極顯著（p<0.01）。冬季12月份樣品中，RY 8-79膠乳硫醇含量為2.09 mmol/L，比高溫條件下升高1.03 mmol/L，升幅為97.1%，差異極顯著（p<0.01）。PR 107在低溫下膠乳硫醇含量為1.67 mmol/L，比高溫條件下升高0.99 mmol/L，升幅為147.7%，差異極顯著（p<0.01）。由此可見，硫醇含量也是具有品系特征，冬季氣溫降低時，硫醇含量極顯著提高。硫醇作為植物體內的非酶促還原系統(tǒng)，具有清除自由基的作用，冬季硫醇含量的大幅升高應具有減少生物膜受低溫傷害的作用（圖2）。

2.3 低溫對膠乳pH值的影響

測定收集膠乳的pH值，結果表明，2種不同品系的膠乳pH值差異較小。9月份RY 8-79膠乳pH值約為6.90，而PR 107該值約為6.95；冬季溫度降低后，RY 8-79膠乳pH值略有上升，約為6.93，而PR 107該值降低為6.92。膠乳的溫度以及儀器本身都會對測定的pH值存在一定的影響，因此這種pH值差異沒有統(tǒng)計學意義?？梢?，在9月份和12月份同一品系膠乳的pH值趨于穩(wěn)定；而RY 8-79 和PR 107在這一時間段上的pH值也較接近（圖3）。

2.4 低溫對黃色體破裂指數(shù)的影響

黃色體破裂指數(shù)是排膠生理中最重要的參數(shù)之一，與排膠時間和產量密切相關。研究結果表明，9月份膠乳樣品中，RY 8-79黃色體破裂指數(shù)為13.8%，PR107為17.8%，二者差異極顯著（p<0.01）。在12月份，RY 8-79黃色體破裂指數(shù)為10.6%，比高溫條件下降低3.2%，降幅為23%，差異極顯著（p<0.01）；PR 107黃色體破裂指數(shù)為11.5%，比高溫條件下降低6.2%，降幅為34.8%，差異極顯著（p<0.01）。由此可見，低溫顯著降低黃色體破裂指數(shù)，而且PR 107降低幅度更大，但低溫下其黃色體破裂程度仍高于RY 8-79（圖4）。

2.5 低溫對排膠初速度的影響

排膠初速度在一定程度上反映排膠的通暢性。測定結果表明，RY 8-79和PR 107 2個品系的排膠初速度差異極顯著。在9月份中，二者初速度分別為4.8 mL/min和2.1 mL/min，而12月份時，2個品系各自的排膠初速度沒有推測中的提升，相反略有降低，但變化不明顯。由此可見，排膠初速度的大小是品系本身的特點，低溫對排膠初速度的影響不大，低溫導致的增產主要是延長排膠時間的作用（圖5）。

2.6 低溫對膠乳總量的影響

對割膠后的膠乳總量進行測定，結果表明，在同樣的氣溫條件下，RY 8-79和PR 107 2個品系的產量差異極顯著（p<0.01）。在9月份，單次割膠RY8-79膠乳總量為185 mL/株，PR 107為36 mL/株。12月份時，RY 8-79單次排膠總量增加至264 mL/株，較9月份增幅為41.6%；PR 107膠乳總量為70 mL/株，較9月份增幅高達91.6%。可見，低溫對膠乳產量的影響達到極顯著水平（p<0.01）。PR 107在低溫下增產幅度較大，但由于起始值低，所以最終膠乳產量仍然很低（圖6）。

2.7 低溫對膠乳堵塞指數(shù)的影響

堵塞指數(shù)是由排膠初速度和排膠的膠乳總量的比值計算而來，反映乳管排膠的通暢程度。在氣溫較高的9月份，RY 8-79乳管堵塞指數(shù)為2.8%，而PR 107中高達7.2%，表明RY 8-79排膠更通暢。在氣溫較低的12月份，RY 8-79乳管堵塞指數(shù)為1.9%，PR 107為3.0%，較9月份都出現(xiàn)了極顯著的降低（p<0.01）?？梢?，對于排膠特性完全不同的2個品系，低溫都能減輕乳管的堵塞，使得排膠更為通暢。PR 107堵塞指數(shù)受低溫的影響較RY 8-79更大，但即使在溫度較低的12月份該值仍然高于RY 8-79在9月份的指數(shù)，由此可見這2個品系的乳管排膠通暢情況差異極大（圖7）。

3 討論與結論

中國種植的巴西橡膠樹在冬季受低溫的影響較大，由于低溫脅迫涉及多個復雜的代謝過程[16，25]，迄今為止，橡膠樹對低溫脅迫的應答機制仍不是很清楚。橡膠樹是高大的喬木，對成齡樹人工控溫不易實施，目前的低溫處理主要是采用幼苗，并以研究葉片為主[9，17，26]，對于成齡樹系統(tǒng)的研究較少。冬季低溫膠乳長流是一個很明顯的生產現(xiàn)象，對于長流的機制目前尚不明確。本研究首次選用了氣溫差異較明顯但仍能正常割膠的2個月份，并以成齡樹為實驗材料，對割膠后膠乳中幾個排膠相關的生理參數(shù)進行了系統(tǒng)的分析，其結果能更直接的反應低溫促進排膠的原因。

RY 8-79是中國自行培育的優(yōu)良橡膠樹品系，具有早熟高產的特征[27-28]；PR107為國外引進的優(yōu)良無性系，具有晚熟和抗逆性強的特點[29]。由于RY8-79選育時間晚，目前缺乏其低溫脅迫應答方面的研究，而本文從低溫下膠乳生理參數(shù)的變化展開了分析。另外，以自然條件下生長發(fā)育、排膠特性對比鮮明的品系為實驗材料，取材合理，其研究結果更易于分析不同品系在低溫脅迫下的反應，探索長流發(fā)生的機理。

本研究表明，在氣溫較高的9月份，RY8-79的膠乳具有高過氧化氫、高硫醇、低破裂指數(shù)、高排膠初速度、高產量以及低堵塞指數(shù)的特點；而PR107具有低過氧化氫、低硫醇、高破裂指數(shù)、低排膠初速度、低產量以及高堵塞指數(shù)的特點，再次證明了RY 8-79 和PR107膠乳的生理參數(shù)存在明顯差異。12月份雖然氣溫明顯降低，但仍在10 ℃以上，割膠正常進行，但開始出現(xiàn)長時間排膠，膠乳中的生理參數(shù)值發(fā)生了明顯的變化。RY8-79 和PR107膠乳黃色體的破裂指數(shù)、堵塞指數(shù)都顯著降低；硫醇、過氧化氫的含量以及膠乳產量都明顯升高；膠乳排膠初速度和膠乳的pH值在這2個品系中變化不明顯。由此可見，2個生理特征近似相反的品系對于低溫的反映表現(xiàn)出高度的一致性，其中，PR107受低溫調節(jié)變化更大。

在這幾個因子中，過氧化氫（H2O2）含量的升高應與低溫促使細胞生物膜過氧化有關[30]，并能致使黃色體等膜結構透性加大，最終不利于膠乳的穩(wěn)定，阻礙排膠，可見H2O2含量升高不是促使長流的原因。膠乳的pH值是一個重要的生理參數(shù)，許多生化反應都受其調節(jié)[31]。膠乳的pH值升高，即發(fā)生堿化（pH 7.0～7.5）時，能促進橡膠的生物合成[32-33]。本研究中，9月份和12月份2個品系的pH值都約為6.9，表現(xiàn)穩(wěn)定，可見膠乳長流與pH值的關系也不是很大。低溫條件下，膠乳黃色體破裂指數(shù)和堵塞指數(shù)大幅降低、膠乳產量升高，可見黃色體保持良好的穩(wěn)定性，分析其原因，應與硫醇含量的大幅提升相關。硫醇是膠乳中的非酶促還原系統(tǒng)，具有清除毒性氧、保護細胞器膜結構以及促進橡膠生物合成的作用[23]。低溫誘發(fā)H2O2含量升高但黃色體破裂指數(shù)降低，應當是硫醇起到了保護作用。另外，溫度降低本身也能對膠乳的穩(wěn)定性起到良好的作用。綜上所述，認為在低溫條件下，硫醇含量升高是促使長流的主要因子之一。長流是一個復雜的生理現(xiàn)象，是否還有其它因子參與有待進一步的研究。

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