死皮橡膠樹恢復產膠過程中樹皮結構及膠乳生理動態分析

袁 坤何 晶馮成天胡義鈺劉 輝何其光王真輝

（1. 中國熱帶農業科學院橡膠研究所，農業農村部橡膠樹生物學與遺傳資源利用重點實驗室，省部共建國家重點實驗室培育基地-海南省熱帶作物栽培生理學重點實驗室，海南 ?？?571101；2. 海南大學熱帶農林學院，海南 ?？?570100）

天然橡膠作為世界四大工業原料之一，因其彈性好、可塑性和耐磨性佳等優點而被廣泛應用于國防建設中。巴西橡膠樹（Hevea brasiliensis）是天然橡膠的主要來源[1-2]，生產上通過周期性切割樹干樹皮來獲取膠乳，膠乳的主要成分即為天然橡膠。目前，橡膠樹死皮（TPD）已成為制約天然橡膠生產的關鍵因子之一，橡膠樹發生死皮后，割線上的膠乳表現為斷斷續續，嚴重時割線上完全沒有膠乳。死皮即指橡膠樹割線排膠減少甚至完全停止排膠，乳管喪失部分或全部產膠能力的現象，死皮的發生極大降低了膠乳產量，帶來的經濟損失嚴重[3-5]。生產上通過乙烯利刺激來提高橡膠樹產量，而過度的乙烯利刺激則會導致死皮發生，此外，強度割膠及其他逆境環境條件的影響也可能導致死皮發生。目前，死皮發生的機制仍不清楚，也無高效的死皮防治劑預防和控制橡膠樹死皮。

乳管是合成和貯存天然橡膠的組織，其主要分布于橡膠樹樹皮中。當死皮發生后，乳管排列發生紊亂，膨大乳管、石細胞、單寧細胞的數量明顯增加[6]。膠乳是橡膠樹乳管細胞的細胞質，膠乳生理參數反映了乳管系統的生理狀況[7-8]，橡膠樹膠乳生理狀況受不同品種遺傳特性、割膠強度、樹齡、季節以及乙烯利刺激等多種外界環境條件的影響[9-15]。橡膠樹熱研7-33-97、熱研8-79和PR107 在膠乳蔗糖、無機磷、硫醇含量以及蔗糖轉化酶活性上顯示了較大的差異，說明3 個品種在產排膠特性上具有明顯差異[9]；強割對橡膠樹不同品系的膠乳產量、排膠時間等生理參數具有明顯的影響[11]；乙烯利刺激導致了熱研8-79和PR107 的膠乳黃色體破裂指數增加，堵塞指數和排膠初速度則下降[12]。已有研究顯示，橡膠樹死皮發生對膠乳生理參數也具有重要影響。死皮樹中膠乳硫醇含量的下降可能導致了有毒氧的累積，進而發生死皮[16-17]；除硫醇外，死皮植株中膠乳無機磷和蔗糖含量也明顯低于健康樹，暗示了死皮發生后乳管系統的代謝能力減弱，膠乳合成的能力下降[17]；嚴重死皮樹的膠乳黃色體破裂指數顯著增大[18]，且隨著死皮程度的增加，黃色體破裂指數也明顯增加[19]；高濃度乙烯利刺激誘導橡膠樹發生死皮過程中，膠乳硫醇、無機磷、蔗糖等生理指標呈先上升后下降趨勢，而黃色體破裂指數則呈先下降后上升趨勢[20]。盡管關于橡膠樹死皮發生后膠乳生理變化有一定研究，但死皮樹恢復產膠過程中膠乳生理變化的研究卻鮮有報道。

解析橡膠樹死皮恢復的生理機制是開發高效死皮防治劑的前提之一。前期研究表明，由高濃度乙烯利刺激產生的死皮樹，經1-甲基環丙烯（1-MCP）處理后，能誘導這些死皮樹恢復產膠。本研究利用這一恢復系統，分析了1-MCP在促進死皮樹恢復產膠過程中樹皮結構及膠乳各生理參數的變化，為揭示橡膠樹死皮樹恢復產膠的生理機制奠定理論基礎，也為開發高效死皮防治劑提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所使用的試驗材料為橡膠樹無性系熱研7-33-97，2006 年定植于海南省儋州市西慶民營膠園（109°49′E，19°51′N），2016 年開割。2017年（11 齡），選擇割線產生部分死皮的植株（這些死皮植株由高濃度乙烯利誘導后產生，割線出現部分不排膠癥狀，其中不排膠的長度，即死皮長度占割線長度的70% 以上）作為本研究的試驗材料。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗材料的處理

采用1-MCP 對由高濃度乙烯利刺激所產生的死皮樹進行處理，誘導這些死皮樹恢復產膠。1-MCP 具體施用方法[21]如下：用刮刀清理割線中點下方20 cm 處的粗皮，將內腔約20 mL 大小的橡膠氣囊安裝在清理面，保證氣囊和樹干粘貼牢固，不漏氣；定期通過橡膠氣囊的開口施入1-MCP 及所需的去離子水，然后用膠塞封堵開口；處理植株施用1-MCP 進行處理，用藥量為0.1 g/（株·次）、去離子水用量1.5 mL/（株·次）；施藥頻率為每10 天1 次。

割面施用1-MCP 16 周后，割線癥狀由部分不排膠（死皮）（圖1a）逐漸恢復為排膠線內縮（指割面上排膠線的寬度比正常樹明顯變窄的現象，圖1b）。施用1-MCP 22 周后，割線逐漸恢復全線排膠（圖1c），割膠后馬上對割線進行拍照。以1-MCP 處理前的死皮樹作為對照，分別在對照死皮樹（R0）、恢復處理16 周（排膠線內縮，R16）和22 周（全線排膠，R22）植株的割線下方用打孔器取直徑為1.5 cm、從形成層到周皮完整的圓柱體樹皮材料，用80%乙醇固定。分別采集對照死皮樹、恢復處理16 周和22 周植株（各9 株，每3 株作為1 個生物學重復）的膠乳，用于膠乳生理參數的測定。

圖 1 死皮恢復過程中割線癥狀的變化Fig. 1 The change of tapping panel syndrome during the TPD recovery

1.2.2 樹皮顯微結構觀察

采用石蠟切片技術[22]，樹皮用80%乙醇固定后，經碘-溴染色、乙醇梯度脫水、正丁醇透明和石蠟包埋，固綠染色后中性樹脂封片，之后進行光學顯微觀察。

1.2.3 膠乳生理參數的測定

采用郭秀麗等[19]的方法對干膠含量、膠乳產量和膠乳pH 值進行測定；采用DTNB 試劑法測定膠乳中硫醇含量[23]；采用鉬酸銨比色法測定膠乳中無機磷含量[24]；采用蒽銅試劑法測定膠乳中的蔗糖含量[25]；參照袁坤等[26]的方法測定膠乳中粗酶液蛋白質含量；參照程成等[27]的方法測定膠乳黃色體破裂指數。

1.3 分析方法

采用Adobe Photoshop CS6 對顯微切片圖像進行處理。用SAS 9.0 軟件對所測定的數據進行統計分析，并采用Microsoft Excel 2010 軟件進行數據的處理及作圖。

2 結果與分析

2.1 死皮植株恢復產膠過程中樹皮結構的變化

正常乳管細胞經碘-溴染色后呈棕黑色，異常膨大乳管細胞則呈黃褐色。1-MCP 處理前，死皮植株水囊皮中的乳管稀疏分布不能成列，黃皮內乳管基本為膨大乳管，石細胞面積大（圖2 a）?；謴吞幚?6 周時，割線恢復部分排膠，此時黃皮內有效乳管列數增加，石細胞團占黃皮面積比例降低，有輸導功能韌皮部變厚，膨大乳管占黃皮面積的比例明顯降低（圖2 b）?；謴吞幚?2 周時，割線基本恢復正常排膠，黃皮內有效乳管列數進一步增加，此時石細胞團占黃皮面積的比例明顯降低，與部分排膠時相比，射線排列平行，黃皮內乳管排列連續，膨大乳管占黃皮面積的比例降低（圖2 c）。

圖 2 死皮恢復過程中樹皮（橫切面）結構的變化Fig. 2 The bark structure(cross section) change during the TPD recovery

2.2 促進死皮樹恢復產膠過程中平均單株膠乳產量及干膠含量的變化

從圖3 可以看出，1-MCP 處理死皮樹恢復產膠過程中，平均單株膠乳產量顯著增加。1-MCP處理前，死皮樹平均單株膠乳產量僅為19.89 mL。1-MCP 處理16 周后，割線出現內縮癥狀，平均單株膠乳產量顯著增加至109.63 mL, 為處理前的5 倍多。隨著1-MCP 的進一步處理，平均單株膠乳產量繼續顯著增加（P＜0.05），當處理22 周后，割線全部恢復產膠時，平均單株膠乳產量達到151.17 mL，分別為處理前和處理16 周時平均單株膠乳產量的7.6 倍和1.4 倍左右；1-MCP 處理死皮樹恢復產膠過程中，干膠含量的變化呈先上升后下降趨勢。1-MCP 處理前，干膠含量為41.49%。處理16 周后，干膠含量上升至42.38%。隨著1-MCP的處理，當割線全部恢復產膠時（1-MCP 處理22 周）干膠含量顯著下降至33.61%（P＜0.05），為對照死皮樹干膠含量的81%左右。

圖 3 促進死皮樹恢復產膠過程中膠乳產量和干膠含量的變化Fig. 3 The change of latex yield and dry rubber content during the recovery of the latex production of TPD trees

2.3 促進死皮樹恢復產膠過程中膠乳硫醇、無機磷等生理參數的變化

由圖4 可知，1-MCP 處理死皮樹恢復產膠過程中，除粗酶液蛋白含量無明顯變化外，其他各生理參數均發生顯著變化。1-MCP 處理前死皮樹膠乳pH 值為最低值6.71。1-MCP 處理16 周后，膠乳pH 值顯著增加至7.20。1-MCP 處理16～22 周，膠乳pH 值無明顯改變。

1-MCP 處理死皮樹恢復產膠過程中，硫醇和無機磷含量具有相同的變化趨勢，均呈先下降后上升趨勢。1-MCP 處理前，死皮樹硫醇和無機磷含量分別為0.64 mmol/L 和11.26 mmol/L。1-MCP處理16 周，割線出現內縮癥狀時，硫醇和無機磷含量均顯著下降至最低值，分別為0.51 mmol/L 和3.96 mmol/L。當1-MCP 處理22 周，割線完全恢復排膠后，硫醇和無機磷含量均顯著增加至最大值，分別為1.19 mmol/L 和14.56 mmol/L，分別為16 周時硫醇和無機磷含量的2.3 倍和3.7 倍左右。

圖 4 促進死皮樹恢復產膠過程中膠乳硫醇、無機磷等生理參數的變化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 處理死皮樹恢復產膠過程中，蔗糖含量的變化趨勢與膠乳產量的變化趨勢一致，均呈顯著上升趨勢。1-MCP 處理前，蔗糖含量僅為5.45 mmol/L。處理16 周后，蔗糖含量顯著上升至18.46 mmol/L，為處理前的3.4 倍左右。處理22 周后，蔗糖含量顯著上升至28.48 mmol/L，為處理前的5.2 倍左右。

黃色體破裂指數在1-MCP 處理前期（0～16周）無明顯改變。1-MCP 處理22 周后，黃色體破裂指數顯著下降至最低值，為13.47 %，僅為處理前黃色體破裂指數的30 %左右。

3 結論與討論

橡膠樹樹皮從外至內分別為粗皮、砂皮外層、砂皮內層、黃皮和水囊皮，正常產膠乳管主要分布于砂皮內層和黃皮，其中黃皮中含有大量的成熟乳管，是樹皮的主要產膠部位。從割線癥狀的變化來看，1-MCP 處理由高濃度乙烯利刺激產生的死皮樹恢復產膠過程中，割線由內向外逐漸恢復排膠；從樹皮顯微結構的變化來看，恢復處理過程中黃皮有效乳管列數明顯增加，而石細胞和膨大乳管面積則明顯減少。割線癥狀和樹皮結構的變化說明死皮恢復過程中先是內層乳管恢復排膠功能，然后逐漸向外層擴展，外層乳管也逐漸恢復排膠功能，進一步證實了1-MCP 能促進死皮樹乳管系統恢復產膠功能[21]。

從總體來看，1-MCP 促進死皮樹恢復產膠過程中，除膠乳pH 值、干膠含量和粗酶液蛋白含量外，其他各生理指標變化趨勢均與高濃度乙烯利誘導死皮發生過程中的相應生理指標變化趨勢相反[20]。1-MCP 處理死皮植株恢復后，膠乳產量、硫醇、無機磷和蔗糖含量總體均呈上升趨勢，而干膠含量和黃色體破裂指數則顯著下降。劉輝等[28]采用死皮康復營養劑（一種復合配方）處理膠園中自然死皮植株（非高濃度乙烯利刺激產生的死皮植株），結果顯示，該營養劑能促進死皮植株不同程度恢復產膠，且在死皮植株恢復產膠過程中，膠乳產量、硫醇和無機磷含量也逐漸增加，干膠含量和黃色體破裂指數則逐漸降低，這與本研究的結果類似。說明死皮恢復過程中各生理指標逐步趨于正常值。

1-MCP 處理死皮植株后膠乳產量顯著增加，這說明膠乳合成和再生能力提高，暗示了1-MCP對死皮植株具有良好的康復效果。李言等[13]發現，一種新型排膠調節劑能明顯提高膠樹的膠乳產量，且割面涂抹茶樹油也能增加膠乳產量[14]。這些結果與本研究的結果有類似之處。1-MCP 處理死皮植株16 周后，硫醇和無機磷含量均顯著下降。隨后硫醇和無機磷含量又迅速增加，且顯著高于處理前的水平。硫醇是乳管系統有毒氧的清除劑，能保護細胞器的膜結構，從而促進膠乳的穩定性和排膠。硫醇含量在恢復1-MCP 處理22周后顯著上升至最大值，硫醇含量的增加可能大大提升了對乳管細胞過多有毒氧的清除，降低了有毒氧對乳管細胞的傷害，從而增強了乳管細胞的產膠能力[23]；無機磷含量的高低反映了乳管系統能量代謝的強弱。無機磷含量在1-MCP 處理22 周后顯著增加，暗示乳管系統的代謝能力增強，這可能進一步促進了膠乳的合成[29]。從當前結果可以看出，硫醇和無機磷含量均在1-MCP 處理22 周后達到最大值，而此時膠乳產量也為最高值，硫醇和無機磷含量的變化和膠乳產量的變化呈正相關。袁坤等[26]發現，死皮樹噴施INS 寶卡有機液肥后提高了膠乳中硫醇和無機磷的含量，這與本研究的結果一致。

蔗糖是合成橡膠的原料。蔗糖含量在1-MCP處理16 周和22 周后均顯著增加，暗示了死皮樹恢復產膠過程中用于合成橡膠的前體不斷增加，膠乳的合成和再生能力不斷增強[9]，相應的膠乳產量也在不斷增加，蔗糖含量的變化與膠乳產量的變化也呈正相關。覃懷德等[15]的研究表明，在橡膠樹割面上涂抹硫酸銅也能提高膠乳中蔗糖的含量；黃色體破裂指數是反映黃色體穩定性的關鍵指標，一般與膠乳產量呈負相關[8]。黃色體破裂指數增加，說明膠乳穩定性下降，從而導致乳管堵塞而停止排膠[27]。死皮樹恢復產膠后，黃色體破裂指數顯著下降，暗示1-MCP 處理提高了黃色體的穩定性和完整性，減少了黃色體破裂而導致的膠乳凝固，從而提高了膠乳產量。

從上述研究結果可以看出，1-MCP 促進死皮樹恢復產膠過程中，除粗酶液蛋白含量無明顯變化外，其他各生理指標均發生顯著變化?？傮w來看，在死皮樹恢復產膠前后，硫醇、無機磷和蔗糖含量的變化與膠乳產量的變化呈正相關，而黃色體破裂指數的變化則與產量呈負相關。因此，硫醇、無機磷、蔗糖和黃色體破裂指數等生理參數與死皮樹恢復產膠過程密切相關，在促進死皮樹恢復產膠過程中扮演關鍵角色。

死皮恢復過程中，從樹皮結構的變化來看，黃皮有效乳管列數增加，石細胞和膨大乳管面積減少；從膠乳生理參數的變化來看，膠乳產量、硫醇、無機磷和蔗糖含量上升，黃色體破裂指數下降。這些結果說明死皮恢復過程中樹皮結構和膠乳生理逐步恢復正常，從解剖和生理學角度證實了1-MCP 能促進高濃度乙烯利刺激產生的死皮樹恢復產膠。本研究結果不僅能為橡膠樹死皮恢復生理機制的闡明提供理論基礎，也能為開發高效死皮防治劑提供參考依據。