王越 桂涌 胡彥師 周世俊 曾霞

關(guān)鍵詞：橡膠粒子；粒徑；年變化

巴西橡膠樹（HeveabrasiliensisMuell.Arg.）因其具有豐富乳汁、產(chǎn)量高、質(zhì)量好、產(chǎn)膠期長、采割簡易、加工輕便等特點，其產(chǎn)量已占天然橡膠總產(chǎn)量的99%以上[1-2]。膠乳屬于農(nóng)產(chǎn)品，其組成是復(fù)雜的橡膠-水基分散體系，除含橡膠烴和水外，還含有少量的多種非橡膠物質(zhì)，一部分溶于水成為乳清，一部分吸附在橡膠粒子上，形成保護層，其余部分則構(gòu)成懸浮于膠乳的非橡膠粒子，其中橡膠粒子約占膠乳體積的20%～50%[3-4]。橡膠粒子除對膠乳的穩(wěn)定性、成膜特性有重要影響外[5-6]，與橡膠生物合成也有重要關(guān)聯(lián)。通過電鏡觀測，橡膠粒子大小不是均一的，直徑在0.02～2.00μm之間[7]，YEANG等[8]發(fā)現(xiàn)橡膠粒子存在雙峰分布。LUCKSANAPORN等[9]進一步研究認為，通過體積基準，可使用250nm為標(biāo)準劃分為小橡膠粒子（SRP）和大橡膠粒子（LRP），膠乳中70%以上的橡膠粒子為LRP，大約為SRP的2.5倍。JITLADDA等[10]研究表明SRP與LRP間的分子鏈存在差異，SRP由單峰分子量分布的橡膠分子組成，其峰值位于LRP的雙峰之間。多位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)橡膠粒子大小與其加工性能密切相關(guān)。HESSLS曾將不同橡膠粒子大小的膠乳制成生膠，測定黏度、德弗彈性、凝膠含量和永久變形，發(fā)現(xiàn)前3個測試項目的數(shù)值隨橡膠粒子粒徑的增加而增高，永久變形則隨橡膠粒子粒徑的增加而減小[3]。MANUS等[11-12]研究發(fā)現(xiàn)，在含有30%SRP膠乳的硫化膠中，其機械性能、粘彈性等物理性能最佳。何思敏等[13]研究表明大小橡膠粒子的質(zhì)量比為7∶3時，溫升和壓縮永久變形最低、疲勞壽命最長。以往對不同種質(zhì)材料間橡膠粒子粒徑的研究鮮見報道，尚無周年年度變化的研究。本課題組前期測定發(fā)現(xiàn)，粒徑大小和分布在不同種質(zhì)材料間存在差異，本研究通過對保存于國家橡膠樹種質(zhì)資源鑒定評價基地的486份橡膠樹種質(zhì)的橡膠粒子粒徑及其年度變化進行研究，以期為深入開展橡膠樹種質(zhì)粒子粒徑鑒定，進而為優(yōu)異種質(zhì)挖掘、優(yōu)良品種選育和天然橡膠加工提供參考和依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

選取中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗場三隊國家橡膠種質(zhì)資源圃鑒定評價基地2007年定植的種質(zhì)，參試種質(zhì)486份，包含巴西橡膠樹野生種質(zhì)270份，巴西橡膠樹栽培種質(zhì)216份。每份種質(zhì)種植5株，株行距3.0m×6.0m。種質(zhì)種植集中，連片，具有較好的氣候、土壤的均一性，栽培條件、采割條件基本一致。

1.2方法

1.2.1采樣在2020—2021年割膠期間，每月下旬進行采樣。每份種質(zhì)采集3～5株的膠乳混合后取樣，冰浴帶回實驗室，每份種質(zhì)抽取10～15μL膠乳加入裝有100mmol/LTris-HCl緩沖液的離心管中。

1.2.2橡膠粒子粒徑測定從離心管中抽取100～150μL混有緩沖液的膠乳，使用日本堀場公司的激光散射粒度分布分析儀（型號：HORIBA/LA-960S），采用數(shù)量基準進行測定，記錄每份種質(zhì)的平均徑（Da）、中徑（Di），計算Di/Da的比值，統(tǒng)計粒徑≤0.197μm和粒徑≤0.259μm的橡膠粒子頻度。

1.3數(shù)據(jù)處理

使用Excel2016和SPSSV.20.0.0軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同種質(zhì)Da和Di分析

通過對486份橡膠樹種質(zhì)橡膠粒子Da進行測定，結(jié)果表明，不同種質(zhì)間Da達極顯著差異（P<0.01），變幅范圍為0.313～0.439μm，平均值為0.373μm，其中Da最大的種質(zhì)為桂輻矮1號，最小的種質(zhì)為XJ007522；年度變異系數(shù)為0.008～0.206，平均值為0.070，其中變異系數(shù)最大的為XJ000636，最小的為KRS13。Da分布呈正態(tài)分布，在0.37～0.38μm范圍內(nèi)最多，其次為0.36～0.37μm，Da在0.36～0.38μm范圍內(nèi)的占總數(shù)的39.7%（圖1）。野生種和栽培種間差異不顯著。生產(chǎn)中主栽品種的Da基本在平均值以下，其中RRIM600的Da為0.347μm，變異系數(shù)為0.05；PR107的Da為0.338μm，變異系數(shù)為0.10；GT1的Da為0.336μm，變異系數(shù)為0.05；93-114的Da為0.357μm，變異系數(shù)為0.05；熱研7-33-97的Da為0.348μm，變異系數(shù)為0.02；云研77-2的Da為0.339μm，變異系數(shù)為0.02；云研77-4的Da稍高于平均值，為0.381μm，變異系數(shù)為0.10。

486份橡膠樹種質(zhì)間的橡膠粒子Di也達極顯著差異（P<0.01），變幅范圍為0.209～0.366μm，平均值為0.253μm，其中Di最大的種質(zhì)為紅星72-5，最小的為XJ001320；年度變異系數(shù)范圍為0.009～0.235，平均值為0.090，其中變異系數(shù)最大的種質(zhì)為文昌217，最小的為XJ003627。粒子Di分布呈偏正態(tài)分布，在0.24～0.25μm范圍內(nèi)最多，其次為0.23～0.24μm，Di在0.23～0.25μm范圍內(nèi)的占總數(shù)的39.9%（圖2）。野生種和栽培種間差異不顯著。生產(chǎn)中主栽品種的橡膠粒子Di也基本在平均值以下，其中RRIM600的Di為0.230μm，變異系數(shù)為0.09；PR107的Di為0.226μm，變異系數(shù)為0.07；GT1的Di為0.227μm，變異系數(shù)為0.06；93-114的Di為0.226μm，變異系數(shù)為0.06；熱研7-33-97的Di為0.230μm，變異系數(shù)為0.07；云研77-2的Di為0.220μm，變異系數(shù)為0.02；云研77-4的Di高于平均值，為0.292μm，變異系數(shù)為0.13。

通過比較486份橡膠樹種質(zhì)橡膠粒子Da和Di，結(jié)果顯示，Di均小于Da。以常見橡膠種質(zhì)RRIM600和PR107為例，粒子的分布呈雙峰分布，高峰為偏小的橡膠粒子，低峰為偏大的橡膠粒子（圖3）。Di/Da值為58.3%～84.9%，平均值為67.7%，變異系數(shù)為0.015～0.123。Di/Da值呈偏正態(tài)分布，在64.0%～66.0%范圍內(nèi)最多，其次為66.0%～68.0%和68.0%～70.0%區(qū)間，在64.0%～70.0%范圍內(nèi)的占總數(shù)的52.5%（圖4）。生產(chǎn)中主栽品種的橡膠粒子Di/Da值也基本在平均值以下，并接近平均值，其中RRIM600的Di/Da值為66.4%；PR107的Di/Da值為66.7%；GT1的Di/Da值為67.4%；93-114的Di/Da值為63.2%；熱研7-33-97的為66.0%；云研77-2的為65.0%；云研77-4的則遠高于平均值，為76.6%。

2.2不同月份的Da和Di分析

對486份橡膠樹種質(zhì)橡膠粒子Da和Di的年內(nèi)變化進行分析，結(jié)果表明，各月份間存在一定差異，Da的年內(nèi)變異系數(shù)為0.080～0.108，Di的年內(nèi)變異系數(shù)為0.117～0.154（表1）。Da和Di在年內(nèi)變化表現(xiàn)出不同態(tài)勢。9月和11月的Da略低于其余月份，而其余月份間差異不顯著（圖5）。10月的Di稍低于其他月份，而其余月份間差異不顯著（圖6）。

11月和12月的Di/Da值顯著高于其他月份，7月和10月的Di/Da值則顯著低于其他月份，6月、8月和9月之間差異不顯著（圖7）。結(jié)合Da和Di分析，表明7月和10月的Da和Di偏離較大，意味著橡膠粒子粒徑呈現(xiàn)出向兩極分化的態(tài)勢；11月和12月的Da和Di符合度稍高，呈現(xiàn)出趨于均化的態(tài)勢。

2.3不同橡膠種質(zhì)粒徑的頻度分布及其年度變化

根據(jù)文獻[9，11-12]，以0.25μm作為劃分大、小橡膠粒子的標(biāo)準。由于本研究的測試設(shè)備輸出的直徑為0.259μm，因此以0.259μm作為統(tǒng)計基準。通過對486份橡膠樹種質(zhì)橡膠粒子粒徑≤0.259μm的頻度進行統(tǒng)計，結(jié)果表明，不同種質(zhì)間差異達極顯著（P<0.01），變幅范圍為31.1%～61.8%，平均值為51.70%，其中粒子粒徑≤0.259μm頻度最大的種質(zhì)為XJ001320，最小的為紅星72-5。年內(nèi)變異系數(shù)范圍為0.013～0.322。粒子粒徑≤0.259μm的頻度分布呈偏正態(tài)分布，集中分布在50%～56%之間，占53.1%（圖8）。野生種和栽培種間差異不顯著。

由于粒徑≤0.259μm的頻度占50%左右，還對測試設(shè)備輸出粒子粒徑≤0.197μm的頻度進行統(tǒng)計，表明不同種質(zhì)間差異達極顯著（P<0.01），變化范圍為17.6%～46.4%，平均值為36.4%，頻度最大的種質(zhì)和最小的種質(zhì)均與粒徑≤0.259μm的相同。年內(nèi)變異系數(shù)的變化范圍為0.018～0.588，表明粒徑≤0.197μm的頻度在不同種質(zhì)間具有較大的變異性。粒子粒徑≤0.197μm的頻度分布基本呈偏正態(tài)分布，集中分布在32%～42%之間，占73.7%（圖9）。野生種和栽培種間差異不顯著。

在年內(nèi)變化上，粒子粒徑≤0.259μm的頻度和粒徑≤0.197μm的頻度趨勢相同，在開割后期呈下降趨勢（圖10，圖11）。

2.4各指標(biāo)間相關(guān)性分析

對486份橡膠樹種質(zhì)橡膠粒子Da、Di、Di/Da、粒徑≤0.259μm頻度和粒徑≤0.197μm頻度各指標(biāo)間進行相關(guān)性分析，其中粒徑≤0.259μm頻度和粒徑≤0.197μm頻度間的相關(guān)系數(shù)為0.976，達極顯著正相關(guān)（P<0.01）；Da和Di達極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.781；Da與Di/Da和粒徑≤0.197μm頻度雖然均呈極顯著相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)較小，而與粒徑≤0.259μm頻度不相關(guān)；Di與Di/Da呈極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.814，與粒徑≤0.259μm頻度和粒徑≤0.197μm頻度均達到極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為–0.520和–0.632，顯示出更強的統(tǒng)計學(xué)意義；Di/Da與粒徑≤0.259μm頻度和粒徑≤0.197μm頻度間也達到極顯著負相關(guān)，表明Di/Da與偏小橡膠粒子占比具有更好的相關(guān)性（表2）。

2.5Da、Di、粒徑≤0.259μm頻度和粒徑≤0.197μm頻度測試時期分析

對Da、Di、Di/Da、粒徑≤0.259μm頻度和粒徑≤0.197μm頻度的年平均值與每月測定值進行相關(guān)性分析（表3），結(jié)果表明，6月、10月與全年相關(guān)性相對較高，而8月、12月與全年相關(guān)性相對較低。對年平均值與隔月3次測定平均值（6月、8月、10月，7月、9月、11月，8月、10月、12月）進行相關(guān)性分析，結(jié)果表明相關(guān)性明顯提高，相關(guān)系數(shù)均高于0.850。

3討論

3.1橡膠粒子粒徑的測試基準

粒子粒徑的測試可以采取電鏡觀測、肥皂滴定、沉降分析、光散射等方法，隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，粒度儀被廣泛用于粒子粒徑的測試，該技術(shù)操作簡便、快速[14]。粒子粒徑測試主要有數(shù)量、長度、面積、體積4種基準，在膠乳測試中，大多使用數(shù)量和體積，其中使用數(shù)量基準賦予小粒子更多權(quán)重，而體積基準會賦予大橡膠粒子更多權(quán)重。本研究前期使用數(shù)量和體積2種基準對橡膠樹種質(zhì)進行鑒定發(fā)現(xiàn)，使用體積基準測得的Da與Di基本接近，粒徑大多在1μm左右，且相關(guān)系數(shù)達到0.98以上，呈現(xiàn)單峰，且峰形窄且高，無法反映膠乳中大、小橡膠粒子的分布情況，因此本研究采取數(shù)量為基準進行測定和分析。

3.2大、小橡膠粒子的劃分

膠乳中大、小橡膠粒子比例國內(nèi)外均有較多的關(guān)注和研究，并證明大、小橡膠粒子的分子量不同，與后期加工性能也有較密切的聯(lián)系。在大、小橡膠粒子的劃分上，LUCKSANAPORN等[9]以0.25μm為劃分標(biāo)準，何思敏等[13]以0.30μm為劃分標(biāo)準。二者均采用英國馬爾文公司的設(shè)備，以體積基準進行測定，且均認為大、小橡膠粒子為7∶3時天然橡膠硫化性能最好，這個比例也與天然膠乳中大小橡膠粒子分布基本吻合[11-13]。

據(jù)貝佳鵬等[15]對英國馬爾文公司、日本堀場公司、美國貝克曼庫爾特公司和中國丹東百特公司的激光粒度儀器設(shè)備進行比較發(fā)現(xiàn)，不同激光粒度儀器的測試結(jié)果存在差異，這種差異，不同程度地體現(xiàn)在測定原理、不同的統(tǒng)計參數(shù)和統(tǒng)計方法上。按照大、小橡膠粒子7∶3的比例，使用日本堀場公司的設(shè)備，以數(shù)量基準進行測定，則大、小橡膠粒子的劃分標(biāo)準應(yīng)低于0.197μm。

天然橡膠通用性能等優(yōu)于合成橡膠，其中一個重要原因是天然橡膠具有較寬的分子量分布[16]。不同種質(zhì)材料在粒子的大小和分布具有顯著差異，且在存在一定的周年變化，這種變化與橡膠生物合成是否有密切關(guān)系，對后期加工性能是否有顯著影響，均有待于進一步深入探討。

3.3粒徑作為膠乳特性指標(biāo)的可行性

橡膠樹種質(zhì)膠乳特性指標(biāo)的鑒定工作起步較晚，目前已經(jīng)就分子量、蛋白質(zhì)含量、5種重要金屬離子的含量作為膠乳特性指標(biāo)的可行性進行了探討和研究[17-19]。橡膠粒子作為膠乳中最重要的組分，其表征參數(shù)中，較為常用的為Da。本研究表明，除Da外，Di、Di/Da、粒徑≤0.259μm的頻度、粒徑≤0.197μm的頻度均可作為橡膠粒子的重要表征。其中橡膠粒子粒徑≤0.259μm的頻度和粒徑≤0.197μm的頻度的相關(guān)系數(shù)達到0.976，按照接近大、小橡膠粒子的劃分標(biāo)準，選取粒徑≤0.197μm的頻度更佳。與Da相比，Di與Di/Da的相關(guān)性更大，與粒徑≤0.259μm頻度和粒徑≤0.197μm頻度也更為相關(guān)，表明Di較Da具有更強的統(tǒng)計學(xué)意義。此外，Da、Di、Di/Da、粒徑≤0.259μm的頻度、粒徑≤0.197μm的頻度在486份種質(zhì)中均呈正態(tài)或偏正態(tài)分布，可依據(jù)分布情況建立分級標(biāo)準，開展后續(xù)的定性評價。

3.4粒徑指標(biāo)的測試時期

橡膠樹膠乳通過割破樹皮乳管獲得，一般3d或4d一刀，一年60～80刀次（生產(chǎn)中一般根據(jù)割膠勞動力進行選擇，目前最長周期可達到7d一刀）[20]。為克服橡膠樹膠乳性狀鑒定需要長周期的難點，在橡膠樹產(chǎn)量性狀的鑒定中，經(jīng)長期的總結(jié)，可采取每月一次或代表性月份測產(chǎn)的方式[21]。本研究對Da、Di、Di/Da、粒徑≤0.259μm的頻度、粒徑≤0.197μm的頻度在不同月份的測定值進行分析，雖然與月份間的測定值均達到極顯著相關(guān)，但通過隔月測定值的3次平均值，相關(guān)系數(shù)可以達到0.850以上，可在未來橡膠樹種質(zhì)膠乳粒徑指標(biāo)性狀測定中采用。