橡胶树魏克汉种质分子量与非胶组分含量的比较分析

蔡海滨 涂敏 孙爱花 安泽伟 程汉 胡彦师 李维国

摘 要 天然橡胶分子量与非胶组分的含量对其品质影响巨大，为探究不同橡胶树种质分子量与非胶组分的差异，选取目前大面积种植的3份橡胶树魏克汉种质‘RRIM600、‘热研73397、‘热研879为研究材料，种植7年后收集胶乳，制成干胶，分别检测分子量与蛋白质、糖、脂肪、金属离子等4种非胶组分，并对其进行分析。结果表明，3份种质差异显著，‘热研879干胶分子量、糖、脂肪和金属离子含量显著高于其它两份种质；‘热研73397干胶蛋白质含量最高；‘RRIM600干膠分子量最低，非胶组分总体最少。

关键词 天然橡胶 ；魏克汉种质 ；分子量 ；非胶组分

中图分类号 S794.1 文献标识码 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

天然橡胶是可再生的弹性材料，分子结构为顺式聚异戊二烯，除含有橡胶烃外，还含有小部分的非胶组分，主要包括蛋白质、类脂物、糖、无机盐等物质。研究表明，不同品系的天然橡胶分子量与非胶组分存在较大的差异。前人研究不同品系天然橡胶的分子量、分子量分布发现，‘热研8813生胶的数均分子量、重均分子量分布较宽，‘热研879生胶的数均分子量较高，分子量分布较窄[1]；研究橡胶品系对天然橡胶的非胶组分的影响时发现，采用相同的割胶方式的6个品系胶乳特性中，‘RRIM600的分子量较大，金属离子含量较小[2]；利用激光粒度仪和GPC研究‘热研73397和‘热研879的粒径与分子量分布，结果表明，‘热研879相对分子量分布宽且高，具有较好的力学性能[3]；对‘热研772和‘热垦73397等7个品系的加工性能比较发现，‘云研772和‘热垦73397流动性较好，有很好的橡胶加工性能[4]。利用 DSC研究天然橡胶生胶的玻璃转化温度分析得出，品系对天然橡胶的热氧老化性能影响较大[5]；同时，不同品系天然橡胶的低温诱导结晶性能也有较大差异[6]。

经过几代人的努力，适应我国生态环境种植的橡胶树优良品系逐渐增多。各品系的生理特性及胶乳成分的差异也很大，如‘热研99-10、‘热研99-8，‘热研99-2、‘热研99-8、‘热研99-10 等胶木兼优橡胶树品系的生长量、初产期干胶产量与排胶生理参数存在较大的差异[7]。但以往的研究主要针对成年胶园的橡胶品系进行比较，未从资源评价的角度进行种质的特性分析，笔者选取已经大面积种植的3份魏克汉种质‘RRIM600、‘热研73397、‘热研879，在同一条件下将初次胶乳进行生胶制备，考察不同种质的天然橡胶生胶的分子量和非胶组分含量的差异，为橡胶树选育高产、优质的橡胶品系提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验材料

3份魏克汉种质为主栽品系‘RRIM600、‘热研879、‘热研73397，种苗质量符合GB/T 17822.2-1999的要求，每份种质15棵，2009年种植于试验场三队，树位相隔在100 m内，具有相同的气候与土壤条件，栽培技术按照NY/T 221-2006进行。施肥、灌概、管理均为同一专业人员。2016年5月进行采集胶乳，选择相同高度和朝向，同一割胶工在同一时间获取第一刀胶乳供制备生胶。

1.1.2 仪器

电子天平SOP OUINTIX224-1CN，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；傅里变换叶红外光分析谱仪Spectrum 100型，美国Perkin-Elmer公司；凝胶色谱仪Waters SLS，美国Waters公司。

1.2 方法

1.2.1 天然橡胶生胶制备

收集第一刀胶乳，每份种质5棵树收集的胶乳混合，15棵树共3个重复。揽拌均匀，过滤除去杂质，待胶乳静置一定时间凝固后进行瓣洗压绘，将压片的湿凝胶避光晾干。

1.2.2 天然橡胶分子量测定

新制的天然橡胶生胶1 g，溶于四氢呋喃，流动相为四氢呋喃，流速初定为 1 mL/min，进行各个样品的橡胶分子量和分子量分布检测。

1.2.3 天然橡胶生胶总蛋白质、脂肪与糖的测定

天然橡胶的总蛋白质测定方法参考GB 5009.5-2010；总脂肪测定方法参考GB 5009.6-2010；总糖测定方法参考GB 5009.7-2010。

1.2.4 天然橡胶生胶金属离子含量测定

将新制得的天然橡胶生胶，采用万分之一天平称取5 g左右生胶，称量精确到0.1 mg，剪碎，用定量滤纸包裹，采用同样方法设定空白样。放入马弗炉中采用程序升温方式进行高温灼烧，残留的灰分加入5 mL优级纯硝酸进行溶解5 h，并过滤杂质，移入25 mL容量瓶中采用蒸馈水定容。采用Atomic Absorption Spectrometiy TAS-990 Super AFG测定金属离子锰、铜、钙、镁含量。仪器参数设定：波长范围190～900 nm；光栅刻线为1 200条或1 800条；光谱带宽为化1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 nm五档自动切换，波长精度为±0.1 nm，波长重复性为0.15 nm，基线漂移为0.004 A/30 min。

1.2.5 数据分析

用Excel记录实验数据，并使用IBM SPSS Statistics（22）进行差异分析。

2 结果与分析

2.1 生胶分子量分析

通过（GPC）检测，3份种质分子量差异明显。橡胶种质‘热研879数均分子量和重均分子量均高过其它两份种质，差异达到极显著水平（表1）。3份种质GPC峰图显示，种质‘热研879的短链较少，大部分峰值位于105附近，表明长链较多，具有良好的延展性能；种质‘RRIM600则相反，短链富集较多，此类橡胶易于硫化加工（图1）。

2.2 生胶蛋白质含量分析

3份种质生胶总蛋白质含量结果如图2。结果表明，3份种质总蛋白质平均含量为‘热研73397> ‘RRIM600>‘热研879。‘热研879的最低，为2.13 g/hg；‘热研73397总蛋白质平均含量最高，为2.91 g/hg。

2.3 生胶糖含量分析

3份种质生胶总糖含量结果如图3。结果显示，‘热研879的总糖含量最高，达到6.59 g/hg；‘RRIM600总糖含量最低，为1.94 g/h，差距3倍以上。同时发现，3个品系的胶乳产量排序与糖含量一致，均为‘热研879>‘热研73397>‘RRIM600。

2.4 生胶脂肪含量分析

3份种质生胶总脂肪含量结果如图4。结果显示3份种质总脂肪含量为‘热研879>‘热研73397>‘RRIM600。‘热研879的总脂肪含量最高，达到10.57 g/hg；‘RRIM600含量最低，为4.57 g/hg，差距2倍以上。

2.5 生胶金属离子含量分析

3份种质生胶金属离子含量的结果如表2。结果显示，3份种质生胶的锰离子含量无显著差异；‘热研879的钙、镁离子低于另外2份种质，差异达到极显著水平；其铜离子高于另外2份种质，差异为极显著水平。

3 讨论与结论

分子量和非胶组分含量是显著影响橡胶品质的两大因素。本研究发现，作为目前生产中产量最高品系‘热研879，其数均分子量和重均分子量均高于其它2份种质，差异达到极显著水平，且长链较多，表明其具有良好的延展性能。非胶组分中蛋白质和类脂物都有促进硫化的作用，并提高橡胶的物理机械性能和老化性能，蛋白质还可以提高橡胶塑性，但其含量过高也会引发过敏，导致吸湿发霉、生热等问题。本研究发现，‘热研879其生胶糖含量最高，证实了高产橡胶树具有较高的糖分利用率，将较多的糖分分配在橡胶合成的过程中。同时，天然橡胶中蛋白质含量越高，玻璃化温度和储能模量越高，但压缩生热和压缩永久变形也会升高，蛋白质质量分数在1.0%左右时，硫化胶综合性能最好。由此可知，‘热研879在3份种质中蛋白质含量最低，在生产耐热和硫化性能好的橡胶制品方面具有较大的潜能。

脂类会促进橡胶老化，降低橡胶的老化性能[8]，磷脂还能提高橡胶的抗张强度[9]，硬脂酸能有效改善硫化胶的抗硫化返原性[10]。‘热研879在3份种质中，脂肪含量最高，表明其在耐老化性能方面具有很大的潜力。非胶组分中金属离子对天然橡胶品质危害很大，大大降低制品的老化性能，因此在生产中需要严格控制无机盐的含量。‘热研879生胶中铜离子含量均显著高于其他2份种质，表明该种质在橡胶铜的含量上需要进一步改良。在实际生产中，通过控制天然橡胶中的非胶组分含量，能有效提升天然橡胶性能和一致性。尽管不少学者已经对不同品系的天然橡胶分子量、非胶组分、门尼粘度、塑性初值、生胶的物理性能、抗臭氧老等[11]方面做了相当多的研究，但是都是存在不同树龄、不同胶园、不同批次等问题，很难准确鉴定种质最初的差异。通过本实验的研究，明确不同种质的橡胶分子量与非胶组分含量存在顯著性差异。因此，通过改良品种来提高天然橡胶品质的目的是可行的，这为下一步高产优质的橡胶树选育奠定了理论基础。

参考文献

[1] 陈海芳，张华平，陈旭国. 天然橡胶分子量、分子量分布及其性能的研究[J]. 广西热带农业，2008（3）：9-12.

[2] 吴 翠，廖小雪，廖双泉. 不同品系橡胶树的组份及生胶性能研究[J]. 中国农学通报，2011，27（16）：7-10.

[3] 文晓君，廖小雪，廖双泉. 两种品系天然橡胶的结构与性能研究[J]. 弹性体，2013，23（1）：44-47.

[4] 吕明哲，黄茂芳，方 蕾. 不同新品系天然生胶加工性能分析[J]. 广东农业科学，2013，40（15）：113-116.

[5] 陈 美. 不同品系天然橡胶硫化胶老化性能的研究. 2007年全国高分子学术论文报告会论文摘要集（上册）[C]. 中国化学会高分子学科委员会，2007：1-11.

[6] 汪月琼. 不同品系天然橡胶的低温诱导结晶性能. 2017第一届天然材料研究与应用研讨会论文集[C]. 北京理工大学，2017：4-11.

[7] 高新生，李维国，黄华孙. 4个胶木兼优品系生长量、初产期产量与排胶生理特性[J]. 热带农业科学，2007，27（3）：1-4.

[8] 蔡克平，李普旺，刘 元.蛋白质含量对天然橡胶性能的影响[J]. 橡胶科技，2014，12（2）：18-22.

[9] 王 进. 天然脂质和蛋白质在纯天然橡胶热老化行为中的作用[J]. 橡胶参考资料，2008，38（6）：37-42.

[10] 赵勤修，刘建民，刘祖镗. 胶乳中磷脂的提取和分离及其对橡胶性能的影响[J]. 热带作物学报，1981，2（2）：100-105.

[11] 张成焱. 硬脂酸用量对天然橡胶胎面胶的撕裂性能与生热性的影响[J]. 世界橡胶工业，1998，25（2）：12-14.