Difference and Annual Change of Latex Total Protein Content in <i>Hevea</i> Germplasm under Non-stimulated Tapping System

ZENG Xia; ZHOU Shijun; TU Min; HU Yanshi

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2021.06.012

Chinese Journal of Tropical Crops >

2021 , Vol. 42 >Issue 6: 1594 - 1598

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.06.012

Plant Cultivation, Physiology & Biochemistry

Difference and Annual Change of Latex Total Protein Content in Hevea Germplasm under Non-stimulated Tapping System

ZENG Xia ¹^,² ,
ZHOU Shijun ² ,
TU Min ¹^,² ,
HU Yanshi ^,¹^,²^,^*

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1. Rubber Research Institute, CATAS, Haikou, Hainan 571101, China
2. National Rubber Tree Germplasm Repository, Danzhou, Hainan 571737, China

^* HU Yanshi,E-mail： hysrri@163.com。

Received date: 2020-06-15

Revised date: 2020-08-11

Online published: 2021-07-19

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Abstract

Protein in the latex has an important effect on the rubber biosynthesis, latex stability, properties of NR and etc.. The difference of latex total protein content (LTPC) among germplasm and the annual changes has not been systematically studied. In this study, 13 germplasms planted in the National Rubber Tree Germplasm Repository, including Hevea pauciflora, Hevea nitida and Hevea brasiliensis, were used to investigate the difference of LTPC and annual changes in 2018—2019. It was found the LTPC of 13 germplasms was between 0.147-0.174 g/kg, reaching a significant difference (P<0.01). It could be divided into three categories, the high LTPC category with more than 0.17 g/kg, the low with less than 0.15 g/kg and the intermediate between 0.15-0.17 g/kg. LTPC was also well distinguished among sibling lines and the parents, which could be used as the characteristic index of latex. LTPC decreased in late-May and increased in mid-November. Except that, there was no significant difference. LTPC could be measured in the last ten days of each month or in the representative month of June, August and October. DRC/TSC was mostly between 89% and 97%, and decreased gradually within the year. There were two trough, i.e. late-May and October-November, which indicated that the non-rubber components were higher. It was speculated that the non-rubber components in late-May and October had nothing to do with protein.

Key words： Hevea; germplasm; latex; total protein content; annual change

Cite this article

ZENG Xia , ZHOU Shijun , TU Min , HU Yanshi . Difference and Annual Change of Latex Total Protein Content in Hevea Germplasm under Non-stimulated Tapping System[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2021 , 42(6) : 1594 -1598 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.06.012

天然橡胶99%来源于巴西橡胶树所产胶乳^[1]。胶乳是一个复杂的胶体系统,除了水和20%~50%的橡胶烃以外,还含有5%~8%的非胶组分,包括蛋白质、类脂物、水溶物、丙酮溶物、无机盐等^[2]。其中蛋白质是其中重要的非胶组分,研究其含量及其变化具有重要的现实意义。蛋白质约占胶乳的1%~2%^[3],其中约27.2%分布于橡胶粒子表面,47.5%分布于C-乳清,25.3%分布于胶乳底层部分^[4]。蛋白质在胶乳生理生化活动发挥重要作用,与橡胶分子链合成、细胞代谢、生物防御等密切相关^[5],维持着胶乳稳定性^[6],并且是天然橡胶的天然防老剂,其分解产物碱性氨基酸能有效促进橡胶的硫化交联,提高橡胶的硫化交联密度,提高定伸应力^[7⇓⇓-10]。Bowler^[11]研究发现橡胶粒子表面的蛋白质有多种类型,且含量因品系而不同。马来西亚橡胶研究院Tata等^[12]1964年利用淀粉凝胶电泳对RRIM501、GT1、Tjir1和Pil A44的C-乳清进行研究,发现22个蛋白质条带,4个品种在谱带上差异很小,且同一品种季节变化上没有差异。Yeang等^[13]1977年发现C-乳清碱性pH下有26条蛋白带,酸性pH下有15条蛋白,但在研究的5个品种Tjir1、PR107、GT1、PB86和BR2之间没有显著差异。吕飞杰等^[14]1986年利用红外光谱对PR107、PB86、GT1、海垦1和实生树经丙酮和水抽提后的橡胶样品研究发现,蛋白质含量在不同品种间有差异。蛋白质在胶乳中的作用独特,以往仅对胶乳各部分的蛋白质含量进行研究,且没有针对周年开展总蛋白质含量及其年度变化研究,且品种立地条件不尽一致。本研究对同一地块,种植年份、抚管和采胶管理一致、不同来源的13份橡胶树种质原生胶乳中总蛋白质含量及其年度变化进行研究,探讨不同种质总蛋白质含量变化规律以及遗传特性,以期为优异种质挖掘,优良新品种选育和天然橡胶加工等提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为中国热带农业科学院试验场三队国家橡胶树种质资源圃鉴定评价基地2007年定植的种质。参试种质13份,每份种质种植5株,株行距3.0 m×6.0 m。这些种质种植集中、连片,具有较好的气候、土壤均一性,且由同一胶工割胶,抚管、采割条件基本一致。13份种质中（表1）,有橡胶树属的3个种,即少花橡胶、光亮橡胶和巴西橡胶,其中巴西橡胶选择了3份野生种和8份栽培种,AC/F/6B 40/110等3份野生种质为国际橡胶研究与发展委员会（IRRDB）1981年在亚马逊流域采集^[15]。

表1 参试种质清单

Tab. 1 List of germplasm

序号 No.	种质名称 Germplasm	父母本 Parents	统一编号 Accession number
1	少花橡胶	/	XJP00001
2	光亮矮生橡胶	/	XJNV0002
3	AC/F/6B 40/110	/	XJA00965
4	AC/S/12 42/543	/	XJA01686
5	AC/S/11 41/298	/	XJA01499
6	RRIM600	Tjir1×PB86	XJWE0360
7	PR107	初生代无性系	XJWE0335
8	GT1	初生代无性系	XJWE0309
9	热研7-33-97	RRIM600×PR107	XJWD0678
10	热研7-20-59	RRIM600×PR107	XJWD0675
11	云研77-4	GT1×PR107	XJWD0763
12	云研77-2	GT1×PR107	XJWD0762
13	热研217	RRIM513×PR107	XJWD0639

1.2 方法

1.2.1 采样种质资源圃鉴定评价基地2018年全面开割,采用1刀/4 d割制,不进行刺激。2018— 2019年割胶期间进行采样,每月上、中、下旬根据天气情况采样。每份种质采样时,对5株树的胶乳混合后取样。

1.2.2 胶乳干总比的测定向平底皿加入约5.00 g胶乳（称重,精确至0.01 g）（M₀）。轻轻转动培养皿,使里面的胶乳均匀覆盖皿底,室温下抽湿干燥,至完全干透称重（M₁）。通过M₁/M₀计算总固形物含量。

向平底皿加入约5.00 g胶乳（称重,精确至0.01 g）（M₀）。取足量2%（质量百分比）醋酸加入,轻轻转动培养皿混匀后静置。待凝固后取出凝块压薄,流水漂洗5 min,静止30 min,反复3次,滴水后放入(70±2)℃烘箱中干燥,至完全干透称重（M₂）。通过M₂/M₀计算干胶含量。通过M₂/M₁计算干总比。

1.2.3 胶乳总蛋白质的测定使用凯氏定氮仪,按照《天然生胶和天然胶乳氮含量的测定》（GB/T 8088—2008）^[16]测定样品中的总N含量,再乘以16%计算总蛋白质含量。

1.3 数据处理

使用Excel 2016和SPSS V.20.0.0软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 种质胶乳总蛋白质含量测试结果

2018—2019年测定结果显示,13份种质胶乳总蛋白质含量为0.147~0.174 g/kg,变异系数4.5%~10.8%（表2）。种质间总蛋白质含量的差异达到极显著水平,总体上野生种质和栽培种质差异不大。来源于同一个州的AC/F/6B 40/110、AC/ S/1242/543、AC/S/11 41/298相互间有一定差异。同胞品系‘热研7-33-97’和‘热研7-20-59’间达到显著差异,二者与母本‘RRIM600’间达到极显著差异,‘热研7-33-97’与父本‘PR107’间也达到极显著差异。同胞品系‘云研77-2’和‘云研77-4’较为接近,但二者与母本‘GT1’间也达到极显著差异。热研217与父本‘PR107’间也达到极显著差异。根据13份种质总蛋白质含量水平,可初步分为3类,第1类是高蛋白质含量,大于0.17 g/kg,如热研217;第2类是低蛋白质含量,小于0.15 g/kg,如RRIM600和AC/S/12 42/543;第3类属于中间类型,蛋白质含量为0.15~ 0.17 g/kg。

表2 13份种质2018—2019年胶乳总蛋白质含量情况

Tab. 2 LTPC of 13 germplasms in 2018—2019

种质名称 Germplasm	平均值±标准差 Mean±SD/(g·kg^-1)	变幅 Change range /(g·kg^-1)	变异系数Variation coefficient/%
少花橡胶	0.1566±0.109^C	0.1356~0.1764	6.97
光亮矮生橡胶	0.1631±0.145^BC	0.1337~0.1882	8.90
AC/F/6B 40/110	0.1567±0.170^C	0.1106~0.1886	10.82
AC/S/12 42/543	0.1468±0.103^D	0.1355~0.1726	6.98
AC/S/11 41/298	0.1633±0.146^BC	0.1437~2.0970	8.96
RRIM600	0.1484±0.108^D	0.1214~0.1639	7.26
PR107	0.1581±0.091^C	0.1372~0.1719	5.78
GT1	0.1662±0.122^B	0.1374~0.1907	7.36
热研7-33-97	0.1697±0.143^AB	0.1461~0.1990	8.44
热研7-20-59	0.1579±0.113^C	0.1356~0.1791	7.14
云研77-4	0.1564±0.098^C	0.1319~0.1765	6.26
云研77-2	0.1513±0.119^CD	0.1281~0.1933	7.85
热研217	0.1735±0.078^A	0.1512~0.1874	4.50

	注：同列不同大写字母表示差异极显著（P<0.01）。
	Note: Different uppercase letters in the same column indicate extremely significant difference (P<0.01).

2.2 胶乳总蛋白质含量年度变化

从2018—2019年连续2年测定结果看,除5月下旬和11月中旬外,其他时间总蛋白质含量差异不显著。5月下旬较5月中旬下降11.4%左右,6月上旬则快速恢复到5月中旬的水平。11月上旬总蛋白质含量较10月上升约2.37%,11月中旬在此基础继续上升约9.16%,11月下旬略有下降,12月上旬恢复到10月下旬的水平（表3）。

表3 13份种质2018—2019年胶乳总蛋白质含量各旬变化情况

Tab. 3 Ten-day change of LTPC of 13 germpalsms in 2018—2019

时间 Time	平均值±标准差 Mean±SD /(g·kg^-1)	变幅 Change range /(g·kg^-1)	变异系数 Variation coefficient/%	增幅Increase /%
5月上旬	0.1644±0.205^ab	0.1296~0.2097	12.45
5月中旬	0.1623±0.156^b	0.1356~0.1901	9.61	-1.30
5月下旬	0.1438±0.156^c	0.1106~0.1730	10.88	-11.40
6月上旬	0.1601±0.138^b	0.1382~0.1860	8.64	11.32
6月中旬	0.1599±0.161^b	0.1403~0.1882	10.04	-0.07
6月下旬	0.1610±0.121^b	0.1432~0.1815	7.51	0.69
7月上旬	0.1581±0.102^b	0.1442~0.1779	6.42	-1.83
7月中旬	0.1552±0.138^b	0.1319~0.1832	8.90	-1.85
7月下旬	0.1604±0.102^b	0.1408~0.1781	6.37	3.37
8月上旬	0.1561±0.156^b	0.1281~0.1848	10.00	-2.68
8月中旬	0.1623±0.093^b	0.1505~0.1804	5.72	3.99
8月下旬	0.1577±0.144^b	0.1358~0.1749	9.16	-2.85
9月上旬	0.1566±0.098^b	0.1385~0.1697	6.28	-0.72
9月中旬	0.1601±0.119^b	0.1355~0.1830	7.46	2.26
9月下旬	0.1583±0.099^b	0.1446~0.1773	6.28	-1.14
10月上旬	0.1644±0.111^ab	0.1474~0.1835	6.73	3.87
10月中旬	0.1551±0.125^b	0.1337~0.1736	8.08	-5.65
10月下旬	0.1553±0.110^b	0.1387~0.1735	7.06	0.12
11月上旬	0.1590±0.116^b	0.1397~0.1724	7.30	2.37
11月中旬	0.1736±0.156^a	0.1447~0.1990	9.00	9.16
11月下旬	0.1684±0.150^ab	0.1417~0.1931	8.92	-2.98
12月上旬	0.1532±0.129^bc	0.1356~0.1756	8.42	-9.01
12月中旬	0.1538±0.142^bc	0.1373~0.1815	9.21	0.35

	注：同列不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。
	Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference (P<0.05).

总蛋白质含量前期变化在8月以前与总固形物含量、干胶含量吻合,但8月下旬后总固形物含量和干胶含量随着割胶时间的延长,呈不断下降的趋势。相关性分析结果表明（图1）,总蛋白质含量与总固形物含量、干胶含量间的相关性达到极显著,相关系数分别为0.795和0.794（P<0.01）。

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图1 13份种质2018—2019年胶乳总蛋白质含量、总固形物含量、干胶含量平均值年度变化情况

Fig. 1 Annual change of LTPC, TSC, DRC average value of 13 germplasms in 2018—2019

2.3 干总比年度变化

13份种质的干总比年度变化大多为89%~97%,年度变化上呈现逐步下降的趋势,有2个低凹期,一是在5月下旬,二是在10—11月（图2）。

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图2 2018—2019年干总比变化情况

Fig. 2 Annual change of DRC/TSC in 2018—2019

2.4 总蛋白质含量测试时期分析

对胶乳总蛋白质代表性月份每旬测产1次,割胶期每月测定1次与全年测定结果进行相关性分析。从表4可看出,代表性月份每旬测产1次,割胶期每月测定1次与全年测定结果均达到极显著相关,其中6、8、10月或每月下旬的测定平均值相关系数达到0.96以上。

表4 测试月份相关分析

Tab. 4 Correlation analysis of latex protein content test month

名称 Name	5、7、10月平均值 Average value of May, July and October	6、8、10月平均值 Average value of June, August and October	上旬平均值 Average value of the first ten-day period of a month	中旬平均值 Average value of the middle ten-day period of a month	下旬平均值 Average value of the last ten-day period of a month
总蛋白质含量LTPC	0.897^**	0.965^**	0.942^**	0.892^**	0.962^**

	注：^**表示在0.01水平（双侧）上极显著相关。
	Note: ^** indicates extremely significant correlation at the 0.01 level (bilateral).

3 讨论

3.1 总蛋白质作为胶乳特性指标的可行性

胶乳总蛋白质含量一般为1%~2%。本研究中的13份种质2018—2019年含量也在这个范围,不同种质总蛋白质含量呈现出显著性差异。父母本和同胞品系间也可进行区分,说明总蛋白质含量适合作为胶乳遗传指标。通过‘RRIM600’×‘PR107’和‘GT1’×‘PR107’2个组合来看,其2个子代的总蛋白质含量或均高于父/母本,或低于父/母本,说明总蛋白质含量高低可能可以通过选育种进行定向选择。但本研究中杂交组合的子代范围较小,对总蛋白质可能的遗传效应和变异情况还有待于进一步扩大遗传群体进行研究和验证。

3.2 总蛋白质含量与胶树生理变化的相关性

本研究发现总蛋白质含量全年总体呈现一种平稳的态势,仅在5月下旬和10月中旬有明显的变化。5月下旬的下降在2018年和2019年均有出现,这可能与开割后5月份迎来第一个产量小高峰,此外为6月份第2蓬叶生长、夏花和春果生长提供利用,蛋白质耗损较多,因此含量迅速下降。基于蛋白质是胶乳中重要的代谢促进剂,其后含量保持一个稳定水平,以维持正常的生理状态。11月中旬总蛋白质含量的上升只是在2019年出现,而2018年则表现平稳,2019年11月4日起海南儋州地区夜间温度为17~19 ℃,12月1日夜间温度跌破15 ℃,所在区域全面停割。而2018年11月21日起夜间温度才低于20 ℃,大多保持在19 ℃,11月底气温又回升至20 ℃以上。从2 a天气情况对比看,总蛋白质含量的突然上升可能与胶树对低温应激性存在关联。未来有必要对冬季前后蛋白水平及其代谢作进一步研究,进一步明确橡胶树抗寒的生理生化应激机制。

3.3 总蛋白质测试时间的改进

一直以来,在橡胶树产量、总固形物含量和干胶含量的测定上除了全年测产,还有通过每月测定,5、7、10月3个月或者6、8、10月3个月进行测定,在代表月份可选择每割次测,或是每旬测产1~2次^[17]。本研究对总蛋白质含量测定的时间也进行了探讨,发现也可采用类似的测定,以每月下旬或代表性月份6月、8月、10月为佳。

从本研究结果看,部分种质的总蛋白质含量在年度间也存在一定变异,这可能与树龄及气候相关。未来在种质评价中,还需要延续性研究不同年份的总蛋白质含量变化趋势,明确种质鉴定时间和年限,对鉴定地点和割胶制度也不能忽视,避免测试结果无法相互比较和分析的问题。

3.4 蛋白质含量与天然橡胶加工的相关性

天然橡胶通用性能等较合成橡胶优秀,其中一个重要原因是天然橡胶具有较宽的分子量分布^[18],另一方面与天然橡胶中含有种类多样的非胶组分有关^[7⇓⇓-10]。干总比可间接反映胶乳非胶组分含量的高低,本研究的年度干总比分析发现5月下旬和10—11月干总比较低,尤其是在10—11月份,反映了这个时间段的非胶组分含量较高。高端用胶中有“掐头去尾”的说法,这与其中的非胶组分可能存在重要关联。而本研究发现总蛋白质在5月下旬下降,11月份上升,其他时间则比较稳定,说明了非胶组分的5月下旬和10月份的上升与总蛋白质无关,而受蛋白以外其他非胶组分影响。对于低蛋白天然橡胶加工,可以选用RRIM600等低蛋白质含量的品种,另外应尽量避免使用11月份的胶乳初产品,尤其是当年有低温影响。

References

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