【杜仲胶在杜仲叶发育过程中的含量变化研究】.doc

杜仲胶在杜仲叶发育过程中的含量变化研究摘要：综合应用石蜡切片法和实验室提胶法研究了杜仲胶在杜仲叶生长发育过程中的变化规律，探讨了杜仲叶结构发育与杜仲胶积累的关系结果表明，杜仲叶含胶细胞在一年中的形成积累具有一定的独立性从叶片展开到叶片停止生长仅有１个月时间，叶片大小在生长３０ ｄ以后基本保持恒定随着叶片栅栏组织、海绵组织等叶肉细胞的分化发育，叶片内含胶细胞也在不断地形成积累；叶片各结构生长停止后，含胶细胞仍继续增加和生长，叶片含胶率总体上呈增加的趋势由于杜仲叶片内杜仲胶分泌、积累与叶片生命周期在1年中同步，使在将近黄落的１１月份叶片含胶率较高，可达１．１1％关键词：杜仲；叶片发育；杜仲胶；含量ａｂｓｔｒａｃｔ： ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｐａｒａｆｆｉｎ ｓｅｃｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ ｇｕｔｔａ－ｐｅｒｃｈａ ｒｕｂｂｅｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｒｕｌｅ ｏｆ ｇｕｔｔａ－ｐｅｒｃｈａ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｕｃｏｍｍｉａ ｕｌｍｏｉｄｅｓ oliver ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｇｕｔｔａ－ｐｅｒｃｈａ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｅａｆ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ｃｅｌｌ ｉｎ one ｙｅａｒ ｈａｄ ｃｅｒｔａｉｎ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ． ｉｔ ｗａｓ ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｍｏｎｔｈ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ ｓｔｏｐｐｉｎｇ； ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｆｔｅｒ growing for ３０ ｄ． ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ｃｅｌｌ ｉｎ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｐａｌｉｓａｄｅ ｐａｒｅｎｃｈｙｍａ ａｎｄ ｓｐｏｎｇｙ ｐａｒｅｎｃｈｙｍａ ｉｎ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ． ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｒｕｂｂｅｒ ｃｅｌｌ ｓｔｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ａｎｄ ｇｒｅｗ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ ｈａｄ ｓｔｏｐｐｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｒｕｂｂｅｒ ｉｎ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ． ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｇｕｔｔａ－ｐｅｒｃｈａ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ（１．１1％） ｉｎ ｎｏｖｅｍｂｅｒ ｄｕｅ ｔｏ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ whole ｙｅａｒ．ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｕｃｏｍｍｉａ ｕｌｍｏｉｄｅｓ oliver； ｌｅａｆ ｇｒｏｗｔｈ； ｇｕｔｔａ－ｐｅｒｃｈａ； ｃｏｎｔｅｎｔ杜仲（ｅｕｃｏｍｍｉａ ｕｌｍｏｉｄｅｓ ｏｌｉｖｅｒ）又名思仲、丝连皮、丝面皮、丝绵树、木绵树，是多年生落叶乔木，自成1属1科，即杜仲科（ｅｕｃｏｍｍｉａｃｅａｅ）杜仲属（ｅｕｃｏｍｍｉａ ｏｌｉｖｅｒ）［１］，杜仲树高可达１５～２０ ｍ，是地质史上第三纪冰川运动残留下来的古生物树种［２－４］，因其体内多个部位均含有胶状成分，故折断面都有银白色的细丝出现［５］，这是识别杜仲的最重要特征。

杜仲是国家珍稀濒危二级保护植物，为中国特有的优良经济林树种［６］传统上杜仲以皮入药，中药里的杜仲指的就是杜仲皮［７］，古代把杜仲视为中药的上品，具有许多医疗功效［８，９］；现代科学研究证实了杜仲叶及杜仲皮具有补肝肾、强筋骨、安胎、降压等功效［１０，１１］，所以杜仲为名贵的中药材研究表明，在杜仲的叶、根、树皮、种子和果皮等部位中含有的胶状成分是一种白色的胶丝物质，又称为杜仲胶，这是一种野生的天然高分子资源，其化学成分是反－１，４－聚异戊二烯；物理性质方面，其在室温时是皮革状的坚韧物质，纯胶无色，商品胶则带有各种颜色纯胶在１０ ℃时结晶，４０～５０ ℃开始表现有弹性、易伸长，到１００ ℃时软化，具有可塑性，冷却后可恢复原来的性质［１２－１４］因此可以用于开发热塑性功能材料、热弹性形状记忆材料，特别是可以开发研制杜仲胶高弹性材料，这种高弹性材料如果用于航空及有关特殊轮胎的开发，可以解决长期以来困扰航空业及相关行业中轮胎强度、轮胎寿命、轮胎摩擦放热等一系列重大技术难题，可最大限度地减少因飞机轮胎爆裂而造成的灾难，能为国防工业、航空航天工业的发展提供新型的橡胶材料［６，１５，１６］由于杜仲胶具有橡胶－塑料二重性，所以是一种新型的特殊橡胶材料［１４］，应用开发前景广阔。

杜仲胶具有很强的抗酸、碱能力，耐水性、耐寒性、低膨胀率和高绝缘性非常显著，是我国特有的优质天然橡胶资源［１２，１４，１７，１８］在２０世纪中叶，前苏联从我国引种杜仲获得成功，并开始规模化人工提取杜仲胶，此后不少国家开展了这方面的研究工作国内从１９８０年以来，相继开展了杜仲栽培［１９，２０］、生长发育规律［１８，２１－２７］、杜仲胶分泌细胞的形态及其分布［２８，２９］等方面的探讨，对杜仲的含胶细胞在植物体内的分布规律、显微结构、超显微结构以及胚胎学特征等［２５，３０－３２］进行了系统研究，发现是一种十分细长、两端膨大、内部充满橡胶颗粒的丝状单细胞在分泌杜仲胶，并且也是贮藏杜仲胶的场所［３３－３５］目前，对杜仲胶的提取分离分为工业上大规模提取［１７］和实验室小规模提取［３６，３７］两种途径本研究采用石蜡切片法和实验室综合提胶法［３７－３９］对杜仲叶生长发育过程中结构与杜仲胶积累的变化规律进行了探讨， 旨在确定杜仲叶的最适采收季节，以期为杜仲叶的综合开发利用及最佳采叶时期的确定提供科学依据１ 材料与方法１．１ 杜仲叶结构的观察试验所用材料均取自河南省新乡市杜仲产区，地理位置在北纬３５°３１′，东经１１３°54′。

从２０１０年４月开始，每月采摘杜仲叶１次用于测定杜仲胶，直到当年落叶前的１１月，共采摘８次供试的杜仲叶选择树冠中部外围阳面生长正常的当年生枝条上的健康完整叶片；采摘后去掉叶柄，于室内自然风干，粉碎备用用于制片的叶片采摘后马上送回实验室，立即用３％戊二醛固定液固定并保存，常规石蜡切片法制片，番红－固绿染色，ｏｌｙｍｐｕｓ显微镜观察组织结构，常规显微测量用于生长动态观测的叶片从２０１０年４月１日开始到１１月１日止，在每月的１、１6日取样调查，共调查１５次每次选择树冠中部外围当年生新梢第五或第六片叶，取ｌ０片，分别测定叶长、叶宽、单叶面积、单叶质量１．２ 杜仲胶的测定方法实验室综合提胶法在采用非极性溶剂提取、极性溶剂纯化的基础上加以适当改进，使用无机试剂与有机溶剂相结合、物理与化学相结合的方法，将杜仲胶浸提出来，通过冷冻法使胶沉淀而发生相分离综合提胶法的主要工艺流程为：备料→打碎（取１０ ｇ杜仲叶）→碱煮（１０ ％ｎａｏｈ，９０～１００ ℃浸提３ ｈ）→筛洗→加碱、小量甲苯７０ ℃水浴１５ ｍｉｎ→水洗→干燥→溶剂抽提（石油醚８０ ℃浸提，提取３次，每次２ ｈ）→热过滤→冷冻→过滤（加丙酮洗）→精胶。

将分离后的杜仲精胶自然风干至恒重后，用１／１ ０００的天平称取每个样品杜仲胶的质量，计算每个样品的含胶率２ 结果与分析２．１ 杜仲叶生长发育中形态结构的变化杜仲叶片结构属于典型的中生性双子叶植物叶结构上表皮为１层细胞，排列紧密，长方形，外被角质层；栅栏组织也由1层细胞组成，细胞呈长圆柱形；栅栏组织下方是由多层细胞组成的海绵组织，海绵组织细胞内含有胶细胞，即海绵组织内含有胶丝下表皮也由1层扁平细胞组成，并分布有较多气孔网状叶脉，其中主脉维管束呈外韧型，形成层明显杜仲叶的结构在生长发育过程中随着时间进程也在不断变化（见表１）4月份叶片结构分化不明显，栅栏组织、海绵组织没有完全分开，随着时间的推移，叶片总的厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度以及后二者的比值都逐渐增加，只有表皮与叶片厚度比值逐渐降低到７月份各项指标都达到最大，以栅栏组织、海绵组织分化最明显，而后直到11月份叶片落下都保持稳定２．２ 杜仲叶片生长的年变化特点杜仲叶年生长动态观测结果见表２从表２可知，在４月初杜仲叶片展开以后就迅速生长，生长速度呈直线上升趋势；而进入６月以后，生长速度呈缓慢的上升趋势；此后叶片的长度基本保持恒定大小，仅叶片的宽度尚在缓慢增加，到8月中旬叶宽达最大，以后基本保持稳定不变。

相对而言，杜仲叶从叶片展开到叶片生长的高峰基本上仅保持为１个月左右在展叶后的１５ ｄ内，叶长的生长速度明显大于叶宽的生长速度，并且在整个生长过程中叶片的长度都大于宽度由表１可知，叶片的厚度则表现为在生长季节呈稳步增加的趋势，并且在７月以后叶片厚度趋于稳定，不再增加２．３ 杜仲单叶面积和单叶质量的年变化特点从表２还可见，杜仲叶片的单叶面积与叶长和叶宽的生长直接相关，因此单叶面积在杜仲展叶后的３０ ｄ内快速增加，进入５月后才放缓增加，之后叶面积基本保持恒定不变，直到落叶杜仲的单叶质量在生长季节随着时间的推移而逐步增加，其中展叶后到５月１日随着叶片的迅速生长单叶质量快速增加；５月到７月里随着叶片生长的逐步放慢，单叶质量呈缓慢增加的趋势这时的增加主要是由于叶片厚度的增加（表１）而产生的９月中旬以后，随着整个树体生长的停止，单叶质量不再增加２．４ 不同生长发育时期的杜仲叶中杜仲胶含量的变化杜仲全身除木质部外，都含有杜仲胶杜仲胶在叶片内存在于各级叶脉韧皮部及主脉上、下薄壁组织中，在叶柄里存在于维管束韧皮部及薄壁组织中不同生长发育时期的杜仲叶中杜仲胶含量的变化情况见表３从表３可见，４～１１月份，杜仲叶内含胶率随叶片生长发育逐步积累递增，杜仲叶的生长和胶含量都随季节的变化而变化。

从表３中可以明显看出，以７月和１１月的胶含量较高，而其他月份的胶含量相对较低在杜仲叶发育早期，叶片的含胶率最低，如在４月仅为０．３１％；之后随着叶片的生长，叶片含胶率总体呈增加的趋势，将近黄落时的１１月份，叶片的胶含量较高，含胶率达１．１１％，中间的７月份叶片胶含量相对也高，仅次于１１月的含量，而在５、６月和９月的杜仲叶胶含量变化不大，保持着相对稳定的状态３ 小结与讨论杜仲是中国特有的经济树种，在我国有大面积种植，每年杜仲叶产量约为４００万ｔ杜仲胶在叶片内存在于各级叶脉韧皮部及主脉上、下薄壁组织中，在叶柄内存在于维管束韧皮部及薄壁组织中研究结果表明，杜仲叶中含有丰富的杜仲胶杜仲叶内杜仲胶的年变化随着季节的变化基本呈跳跃式积累，其中７月和１１月的含胶率较高，而其他月份的含胶率相对较低这是因为杜仲叶片内含胶细胞在一年中的形成积累具有一定的独立性，一方面随着叶片的生长，叶片内含胶细胞也在不断地形成积累；而另一方面则是叶片各结构生长停止后，含胶细胞仍在继续增加，使叶片含胶率总体上呈增加的趋势由于杜仲树叶内的杜仲胶分泌与叶片生命周期在1年中同步，所以在将近黄落的１１月份叶片含胶率较高综合分析叶片生物量和杜仲胶含量，我们认为在１１月份杜仲叶片黄落时收集叶片较合适。

这样既不影响杜仲树的生长，又可获得较高的产胶量特别是在成片的杜仲林里，落叶之后可用收叶工具集中收叶虽然有很多的研究认为叶片的含胶量在杜仲的各器官中是最低的［。