橡膠樹魏克漢種質分子量與非膠組分含量的比較分析

蔡海濱 涂敏 孫愛花 安澤偉 程漢 胡彥師 李維國

摘 要 天然橡膠分子量與非膠組分的含量對其品質影響巨大，為探究不同橡膠樹種質分子量與非膠組分的差異，選取目前大面積種植的3份橡膠樹魏克漢種質‘RRIM600、‘熱研73397、‘熱研879為研究材料，種植7年后收集膠乳，制成干膠，分別檢測分子量與蛋白質、糖、脂肪、金屬離子等4種非膠組分，并對其進行分析。結果表明，3份種質差異顯著，‘熱研879干膠分子量、糖、脂肪和金屬離子含量顯著高于其它兩份種質；‘熱研73397干膠蛋白質含量最高；‘RRIM600干膠分子量最低，非膠組分總體最少。

關鍵詞 天然橡膠 ；魏克漢種質 ；分子量 ；非膠組分

中圖分類號 S794.1 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.10.011

Abstract Molecular weight and the content of non-rubber constituents had huge impact on the quality of rubber tree （Hevea brasiliensis）. In order to study the difference between the molecular weight and the non-rubber constituents， three clones of Wickham germplasm，‘Reyan 879， ‘Reyan73397and‘RRIM600cultivated on a large scale， were selected as materials. These clones were planted for seven years and their latexes were collected and processed into dry rubber. The molecular weight and four non-rubber constituents including protein， sugar， fat and metal ions were detected and analyzed. The results showed that there were significant differences in molecular weight and non-rubber constituents among the three clones. The clone‘Reyan 879was significantly higher in molecular weight， sugar， fat and metal ions than the other two clones. The clone‘Reyan 73397was the highest in protein content， and the clone‘RRIM600was the lowest in molecular weight and total non-rubber constituents among the clones.

Keywords natural rubber ； Wickham germplasm ； molecular weight ； non-rubber constituent

天然橡膠是可再生的彈性材料，分子結構為順式聚異戊二烯，除含有橡膠烴外，還含有小部分的非膠組分，主要包括蛋白質、類脂物、糖、無機鹽等物質。研究表明，不同品系的天然橡膠分子量與非膠組分存在較大的差異。前人研究不同品系天然橡膠的分子量、分子量分布發現，‘熱研8813生膠的數均分子量、重均分子量分布較寬，‘熱研879生膠的數均分子量較高，分子量分布較窄[1]；研究橡膠品系對天然橡膠的非膠組分的影響時發現，采用相同的割膠方式的6個品系膠乳特性中，‘RRIM600的分子量較大，金屬離子含量較小[2]；利用激光粒度儀和GPC研究‘熱研73397和‘熱研879的粒徑與分子量分布，結果表明，‘熱研879相對分子量分布寬且高，具有較好的力學性能[3]；對‘熱研772和‘熱墾73397等7個品系的加工性能比較發現，‘云研772和‘熱墾73397流動性較好，有很好的橡膠加工性能[4]。利用 DSC研究天然橡膠生膠的玻璃轉化溫度分析得出，品系對天然橡膠的熱氧老化性能影響較大[5]；同時，不同品系天然橡膠的低溫誘導結晶性能也有較大差異[6]。

經過幾代人的努力，適應我國生態環境種植的橡膠樹優良品系逐漸增多。各品系的生理特性及膠乳成分的差異也很大，如‘熱研99-10、‘熱研99-8，‘熱研99-2、‘熱研99-8、‘熱研99-10 等膠木兼優橡膠樹品系的生長量、初產期干膠產量與排膠生理參數存在較大的差異[7]。但以往的研究主要針對成年膠園的橡膠品系進行比較，未從資源評價的角度進行種質的特性分析，筆者選取已經大面積種植的3份魏克漢種質‘RRIM600、‘熱研73397、‘熱研879，在同一條件下將初次膠乳進行生膠制備，考察不同種質的天然橡膠生膠的分子量和非膠組分含量的差異，為橡膠樹選育高產、優質的橡膠品系提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗材料

3份魏克漢種質為主栽品系‘RRIM600、‘熱研879、‘熱研73397，種苗質量符合GB/T 17822.2-1999的要求，每份種質15棵，2009年種植于試驗場三隊，樹位相隔在100 m內，具有相同的氣候與土壤條件，栽培技術按照NY/T 221-2006進行。施肥、灌概、管理均為同一專業人員。2016年5月進行采集膠乳，選擇相同高度和朝向，同一割膠工在同一時間獲取第一刀膠乳供制備生膠。

1.1.2 儀器

電子天平SOP OUINTIX224-1CN，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；傅里變換葉紅外光分析譜儀Spectrum 100型，美國Perkin-Elmer公司；凝膠色譜儀Waters SLS，美國Waters公司。

1.2 方法

1.2.1 天然橡膠生膠制備

收集第一刀膠乳，每份種質5棵樹收集的膠乳混合，15棵樹共3個重復。攬拌均勻，過濾除去雜質，待膠乳靜置一定時間凝固后進行瓣洗壓繪，將壓片的濕凝膠避光晾干。

1.2.2 天然橡膠分子量測定

新制的天然橡膠生膠1 g，溶于四氫呋喃，流動相為四氫呋喃，流速初定為 1 mL/min，進行各個樣品的橡膠分子量和分子量分布檢測。

1.2.3 天然橡膠生膠總蛋白質、脂肪與糖的測定

天然橡膠的總蛋白質測定方法參考GB 5009.5-2010；總脂肪測定方法參考GB 5009.6-2010；總糖測定方法參考GB 5009.7-2010。

1.2.4 天然橡膠生膠金屬離子含量測定

將新制得的天然橡膠生膠，采用萬分之一天平稱取5 g左右生膠，稱量精確到0.1 mg，剪碎，用定量濾紙包裹，采用同樣方法設定空白樣。放入馬弗爐中采用程序升溫方式進行高溫灼燒，殘留的灰分加入5 mL優級純硝酸進行溶解5 h，并過濾雜質，移入25 mL容量瓶中采用蒸饋水定容。采用Atomic Absorption Spectrometiy TAS-990 Super AFG測定金屬離子錳、銅、鈣、鎂含量。儀器參數設定：波長范圍190～900 nm；光柵刻線為1 200條或1 800條；光譜帶寬為化1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 nm五檔自動切換，波長精度為±0.1 nm，波長重復性為0.15 nm，基線漂移為0.004 A/30 min。

1.2.5 數據分析

用Excel記錄實驗數據，并使用IBM SPSS Statistics（22）進行差異分析。

2 結果與分析

2.1 生膠分子量分析

通過（GPC）檢測，3份種質分子量差異明顯。橡膠種質‘熱研879數均分子量和重均分子量均高過其它兩份種質，差異達到極顯著水平（表1）。3份種質GPC峰圖顯示，種質‘熱研879的短鏈較少，大部分峰值位于105附近，表明長鏈較多，具有良好的延展性能；種質‘RRIM600則相反，短鏈富集較多，此類橡膠易于硫化加工（圖1）。

2.2 生膠蛋白質含量分析

3份種質生膠總蛋白質含量結果如圖2。結果表明，3份種質總蛋白質平均含量為‘熱研73397> ‘RRIM600>‘熱研879。‘熱研879的最低，為2.13 g/hg；‘熱研73397總蛋白質平均含量最高，為2.91 g/hg。

2.3 生膠糖含量分析

3份種質生膠總糖含量結果如圖3。結果顯示，‘熱研879的總糖含量最高，達到6.59 g/hg；‘RRIM600總糖含量最低，為1.94 g/h，差距3倍以上。同時發現，3個品系的膠乳產量排序與糖含量一致，均為‘熱研879>‘熱研73397>‘RRIM600。

2.4 生膠脂肪含量分析

3份種質生膠總脂肪含量結果如圖4。結果顯示3份種質總脂肪含量為‘熱研879>‘熱研73397>‘RRIM600。‘熱研879的總脂肪含量最高，達到10.57 g/hg；‘RRIM600含量最低，為4.57 g/hg，差距2倍以上。

2.5 生膠金屬離子含量分析

3份種質生膠金屬離子含量的結果如表2。結果顯示，3份種質生膠的錳離子含量無顯著差異；‘熱研879的鈣、鎂離子低于另外2份種質，差異達到極顯著水平；其銅離子高于另外2份種質，差異為極顯著水平。

3 討論與結論

分子量和非膠組分含量是顯著影響橡膠品質的兩大因素。本研究發現，作為目前生產中產量最高品系‘熱研879，其數均分子量和重均分子量均高于其它2份種質，差異達到極顯著水平，且長鏈較多，表明其具有良好的延展性能。非膠組分中蛋白質和類脂物都有促進硫化的作用，并提高橡膠的物理機械性能和老化性能，蛋白質還可以提高橡膠塑性，但其含量過高也會引發過敏，導致吸濕發霉、生熱等問題。本研究發現，‘熱研879其生膠糖含量最高，證實了高產橡膠樹具有較高的糖分利用率，將較多的糖分分配在橡膠合成的過程中。同時，天然橡膠中蛋白質含量越高，玻璃化溫度和儲能模量越高，但壓縮生熱和壓縮永久變形也會升高，蛋白質質量分數在1.0%左右時，硫化膠綜合性能最好。由此可知，‘熱研879在3份種質中蛋白質含量最低，在生產耐熱和硫化性能好的橡膠制品方面具有較大的潛能。

脂類會促進橡膠老化，降低橡膠的老化性能[8]，磷脂還能提高橡膠的抗張強度[9]，硬脂酸能有效改善硫化膠的抗硫化返原性[10]。‘熱研879在3份種質中，脂肪含量最高，表明其在耐老化性能方面具有很大的潛力。非膠組分中金屬離子對天然橡膠品質危害很大，大大降低制品的老化性能，因此在生產中需要嚴格控制無機鹽的含量。‘熱研879生膠中銅離子含量均顯著高于其他2份種質，表明該種質在橡膠銅的含量上需要進一步改良。在實際生產中，通過控制天然橡膠中的非膠組分含量，能有效提升天然橡膠性能和一致性。盡管不少學者已經對不同品系的天然橡膠分子量、非膠組分、門尼粘度、塑性初值、生膠的物理性能、抗臭氧老等[11]方面做了相當多的研究，但是都是存在不同樹齡、不同膠園、不同批次等問題，很難準確鑒定種質最初的差異。通過本實驗的研究，明確不同種質的橡膠分子量與非膠組分含量存在顯著性差異。因此，通過改良品種來提高天然橡膠品質的目的是可行的，這為下一步高產優質的橡膠樹選育奠定了理論基礎。

參考文獻

[1] 陳海芳，張華平，陳旭國. 天然橡膠分子量、分子量分布及其性能的研究[J]. 廣西熱帶農業，2008（3）：9-12.

[2] 吳 翠，廖小雪，廖雙泉. 不同品系橡膠樹的組份及生膠性能研究[J]. 中國農學通報，2011，27（16）：7-10.

[3] 文曉君，廖小雪，廖雙泉. 兩種品系天然橡膠的結構與性能研究[J]. 彈性體，2013，23（1）：44-47.

[4] 呂明哲，黃茂芳，方 蕾. 不同新品系天然生膠加工性能分析[J]. 廣東農業科學，2013，40（15）：113-116.

[5] 陳 美. 不同品系天然橡膠硫化膠老化性能的研究. 2007年全國高分子學術論文報告會論文摘要集（上冊）[C]. 中國化學會高分子學科委員會，2007：1-11.

[6] 汪月瓊. 不同品系天然橡膠的低溫誘導結晶性能. 2017第一屆天然材料研究與應用研討會論文集[C]. 北京理工大學，2017：4-11.

[7] 高新生，李維國，黃華孫. 4個膠木兼優品系生長量、初產期產量與排膠生理特性[J]. 熱帶農業科學，2007，27（3）：1-4.

[8] 蔡克平，李普旺，劉 元.蛋白質含量對天然橡膠性能的影響[J]. 橡膠科技，2014，12（2）：18-22.

[9] 王 進. 天然脂質和蛋白質在純天然橡膠熱老化行為中的作用[J]. 橡膠參考資料，2008，38（6）：37-42.

[10] 趙勤修，劉建民，劉祖鏜. 膠乳中磷脂的提取和分離及其對橡膠性能的影響[J]. 熱帶作物學報，1981，2（2）：100-105.

[11] 張成焱. 硬脂酸用量對天然橡膠胎面膠的撕裂性能與生熱性的影響[J]. 世界橡膠工業，1998，25（2）：12-14.