野生剑麻种质资源调查及其纤维品质分析

刘文，张泽钊，贺立红，田夏红，董斌，刘季平*，郑继昌*

（1.广东农工商职业技术学院热带农林学院，广东广州510507；2.仲恺农业工程学院农业与生物学院，广东广州510225；3.广东省湛江农垦科学研究所，广东湛江524086）

剑麻（Agave sisalana），又名菠萝麻，龙舌兰科龙舌兰属，是热区重要的经济作物，原产地是墨西哥，在非洲、拉丁美洲、亚洲等地均有种植，是当今世界用量最大、范围最广的一种硬质纤维，是国防、工业和民生领域中不可或缺的材料之一[1-2]。

20世纪60年代，为打破剑麻原材料的国际封锁，我国引进了剑麻品种H.11648（东一号），该品种逐渐发展成为剑麻的主栽品种，并几乎成为剑麻主栽的唯一品种[3-4]。由于剑麻品种过于单一，出现了品种退化和病虫害爆发的现象[5-6]。2008年以来，剑麻紫色卷叶病、斑马纹病、叶斑病和新菠萝灰粉蚧等病虫害的爆发，造成剑麻产量逐年下降，栽培面积逐年减少，严重降低了剑麻种植的积极性，制约了产业的发展[4，7-8]。另外，当前主栽的剑麻品种（东一号）耐寒性极差，不能抵御0℃以下的气候，该品种的生长温度要求，极大地限制了剑麻种植产业从热区向外拓展。因此，从我国剑麻产业的长远发展来看，亟须选育一批具有抗寒、耐贫瘠、产量高和纤维品质好的剑麻品种。

剑麻病虫害爆发和种质资源单一的问题越来越受到研究人员的重视。研究人员[5-6，8]对剑麻病虫害进行调查和预报研究，并对叶斑病病原菌进行鉴定和同源性分析。另外，有研究[9-12]利用四十余份龙舌兰麻和剑麻种质资源进行遗传多样性分析，对抗病种质进行斑马纹病鉴定和筛选，试图筛选出具有一定应用前景的剑麻种质资源。此外还有通过选育剑麻抗病种苗和引进抗病品系进行抗病效应的试种研究[13-14]。总的来看，目前研究人员主要从现有收集的种质资源进行剑麻抗性试验，以及利用形态学、AFLP和SSR分子标记筛选剑麻病原微生物。

野生剑麻（A.americana）主要分布在华南和西南热带气候地区，属于小刺番麻类，曾为各地提供了大量的硬质纤维。由于野生剑麻数量多、类型丰富，能够为剑麻育种提供大量宝贵的研究材料，以及对资源进行保存、评价、创新和利用。然而，随着70年代农垦大量种植东一号，规模化生产逐渐替代了华南和西南地区的剑麻。随着经济的高速发展，许多野生剑麻的原生地被开发用作非农业用途，野生剑麻面积剧减，一些居群已面临消失的危险，因此，本研究拟对野生剑麻种质进行资源调查、迁地保护和纤维品质的初步分析，以拓宽当前剑麻种质资源库，为剑麻创新育种研究提供材料基础。

1 材料与方法

1.1 材料

野外种质资源调查的野生剑麻材料为小刺番麻类，调查范围为广东省兴宁市全境（兴宁盆地）。纤维品质测定材料为东一号（A.sisalana No.11648）和野生剑麻，栽培种东一号采集于广东农工商职业技术学院增城校区剑麻园，苗龄3年，野生剑麻采集于广东省兴宁市新陂镇福丰村峰山围峰山岭，株高约2 m，苗龄不详。对两种剑麻的叶片形态、叶片基部、中部及叶尖含麻量、纤维长度和纤维直径进行分析。

1.2 野生剑麻资源的调查和迁地保护

为了解广东省兴宁市（兴宁盆地）的野生剑麻资源分布和生境状况，调查组首先利用群众资源，通过微信、电话等通讯方法发送图片和剑麻形态描述给群众，获得具体的定位，获得反馈后进行现场调查和资源收集。现场调查通过拍照以及对植被种群、土壤、居群数量和植株长势等进行记录，并对当地老人采访剑麻产业历史。现场调查后，采集剑麻走茎分蘖苗进行移植迁地保护，保存于广东农工商职业技术学院剑麻园。

1.3 剑麻纤维提取

将采集好的野生剑麻叶和东一号剑麻叶进行纤维提取，提取方法采用碱提取法，该方法最早可追溯到19世纪40年代，由有采麻经验的85岁吴姓老人提供。碱提取法方法如下（图1）：每片剑麻叶在其叶尖、叶中部、叶基部分别切取一小段，每段长10 cm，宽5 cm，在研钵内用适宜力度敲碎剑麻叶，去除叶肉，剥皮后用清水清洗，并浸泡24 h。浸泡后用清水漂洗，然后用2%的肥皂水400 mL煮90min，煮完后捞出剑麻纤维漂洗干净，然后在清水中浸泡24 h，浸泡后捞出晾晒2 d，获得剑麻纤维。

为获得剑麻全长纤维，将整片剑麻叶压榨剥皮后，采用上述方法，用2%肥皂水2 L煮120min，然后捞出剑麻纤维用清水漂洗干净，再用清水浸泡24 h后晾晒2 d，获得剑麻全长纤维。

图1 剑麻纤维碱法提取过程Fig.1 Extraction process of sisal fiber alkaline heating

1.4 剑麻叶片形态测定和纤维含麻量、长度以及茎粗测定

挑选野生剑麻和东一号剑麻的成熟叶片，测定两个品种的叶长、叶宽、叶基部厚度和单片叶鲜重，重复5次，计算平均值和标准差。麻叶上、中、下各个部位的纤维含量依据公式：含麻量=纤维干重/麻叶鲜重×100%计算，重复5次。用尺测量出每条纤维的长度，每个品种重复40次，用电子测微尺测量纤维的直径，每个品种重复20次，利用纤维长度和直径的数值制作箱点分布图。

2 结果与分析

2.1 野生剑麻资源和产业历史调查

通过收集群众反馈的信息，发现广东省兴宁盆地几乎全境均有大量野生剑麻分布。实地调查了兴宁盆地新陂、永和、叶塘、龙田和合水5个镇的12个居群（见图2、表1），其中，龙田镇和合水镇交界处分布数据最多。生境调查发现，野生剑麻主要生境为干旱、贫瘠坡地，土质主要为紫色或红色的砂岩、页岩和泥岩，剑麻常混生在草丛、灌木或竹林等环境（图2），但其长势均良好，叶片肥厚，表现出明显的耐旱和耐贫瘠能力。另外，兴宁盆地每年均有霜冻，部分地区冬季最低温度为0℃左右，说明该野生剑麻具有较强的耐寒性。

不同居群之间的剑麻生长状况存在差异，主要表现在植株大小和开花习性上。如新陂镇峰山岭居群的植株较大，与过去该地块曾种植大豆、花生等作物有一定关系，其他有些居群的植株较小，与土地贫瘠或树林遮阴有关。本次调查还发现，只有龙田和合水镇的野生剑麻能够正常开花（7月），这与当地小气候相关（该2个镇是广东省最北的荔枝产区）。

通过当地老人口述，调查了该地区的剑麻产业历史，认为兴宁盆地曾经剑麻产业兴旺，20世纪80年代前存在大量的种植和加工产业。在种植技术方面，一般采用分蘖繁殖，也有少量用种子繁殖，种植后几乎不进行任何田间水肥和病虫害管理。在剑麻纤维提取工艺方面，龙田鸳塘碧园村等地，很多水资源丰富的村几乎家家户户手工取丝制麻，并且至少有2种以上的制麻方法，最早可追溯到20世纪40年代。最常见的制麻方法为：割叶-扁担捶打-清水浸泡（冬季10 d，夏季7 d）-扁担捶打-清水浸泡（冬季10 d，夏季7 d）-清洗-梳子梳理纤维；另一种方法为碱提取法：割叶-扁担敲打-清水浸泡1 d-碱水熬煮1～2 h-清水浸泡1 d-清洗-梳子梳理纤维。在加工和销售方面，新中国成立前新陂镇望江水闸发电站有专门的机械化麻绳厂，县城高华路有多家叶塘镇河西村人开办的纺织厂收购剑麻纤维，主要生产麻绳、衣服（硬质）和蚊帐，产品主要销往福建、江西和广东。在20世纪60～80年代，兴宁各镇的供销社收购部长期大量收购剑麻纤维，具体用途不详。因此，从过去兴宁的剑麻产业历史来看，兴宁地区曾经有着完整的剑麻产加销产业体系。

图2 兴宁野生剑麻资源分布调查Fig.2 Resource distribution investigation of Xingning wild sisal

表1 兴宁盆地野生剑麻资源生境和居群调查Table 1 Wild resource habitat and populations investigation of Xingning wild sisal

2.2 野生剑麻和栽培种剑麻形态比较

比较了两种剑麻的叶片形态，野生剑麻叶片呈浅绿色，表皮带银白色蜡质，叶缘带皮刺，叶片较厚，东一号剑麻叶片深绿色，叶表皮蜡质薄，叶缘光滑，叶片比野生剑麻薄（见图3）。由表2可以看出，两种剑麻叶片长度相近（约为100 cm），野生剑麻的叶宽比东一号宽1.4 cm左右，叶基部厚度比东一号厚约7 cm，而其单片叶鲜重约为东一号的3倍。

图3 野生剑麻和栽培种剑麻形态Fig.3 Themorphology ofwild and cultivated sisals

表2 两种剑麻的叶片形态比较Table 2 Leavesmorphology comparison of two sisals

2.3 两种剑麻纤维含麻量

提取的剑麻纤维在未晒干前，东一号纤维相对更为顺直整齐（图4，A），而野生剑麻纤维较乱（图4，B）；梳理纤维晒干后，野生剑麻纤维较为硬质，颜色较白，但有起毛（图4，C、D）。

两种剑麻叶尖、叶中部和叶基部的含麻量差异较大（图5）。野生剑麻的叶尖、叶中部和叶基部含麻量约为1.51%～2.19%，而东一号三个部分含麻量为2.60%～2.82%，不同部分含麻量变化较小。

总体来看，虽然东一号的含麻量比野生剑麻要高0.41%～1.31%，但野生剑麻的单叶鲜重约为东一号的3倍，因此，野生剑麻仍具有一定的潜在开发价值。

图4 东一号和野生剑麻纤维外观Fig.4 Fibers of Dongyihao and wild sisals

图5 野生剑麻与东一号剑麻叶片不同部位含麻量比较Fig.5 Fibers content comparison of Dongyihao and wild sisals in different leaf parts

2.4 两种剑麻纤维长度和直径比较

野生剑麻的纤维长度大部分为44～62 cm，平均值为48.7 cm，不足其叶片长度的一半；东一号剑麻大部分纤维长度都在89 cm以上，平均值约为94 cm，与其叶片长度相近。东一号纤维长度约为野生剑麻的2倍（图6，A）。野生剑麻的纤维直径在0.15～0.19 mm之间，平均为0.17 mm；东一号剑麻的纤维直径在0.12～0.14 mm之间，平均为0.13 mm（图6，B），野生剑麻比东一号的直径约大0.04 mm。因此，从纤维长度和直径的结果来看，野生剑麻比东一号的纤维长度要小，直径较大。

图6 两种剑麻纤维的长度和直径箱型图比较Fig.6 Fibers Box-plot comparison of two sisals in length and diameter

3 讨论

龙舌兰科植物种质资源比较丰富，全世界共有21个属约670个种，其中，东一号是目前国内栽培最广泛的品种[15]。剑麻属种类繁多，叶片纤维丰富，不同的种类其叶片农艺性状、产量、纤维含量和质量差异较大[16]，保护和利用剑麻种质资源是未来剑麻产业发展的重要方向之一。目前我国已经开展了剑麻的种质资源保护，其中广东省湛江市农业农村部剑麻种质资源圃种质最为丰富，有100余份种质资源材料，位居全国第一。本次调查发现，广东省兴宁盆地有着大量的野生剑麻资源，大多生长在贫瘠的坡地，具有良好的抗旱、耐贫瘠、耐寒和抗病虫害的特性，且该剑麻种质资源尚未在农业农村部剑麻种质资源圃（广东省湛江农垦科学研究所）中收录保存，因此，本次的迁地保护可以较好地扩充剑麻种质资源圃，也是首次从本土收集到的具有一定产业开发价值的剑麻材料。

根据本课题组初步调查，广东南雄、仁化、始兴、曲江、英德、和平、紫金、兴宁、五华、丰顺、德庆、罗定、南澳、惠东、博罗、台山、阳春、阳江、化州、电白、廉江和遂溪等地均有野生剑麻分布。生长环境土地贫瘠、干旱、气候寒冷，历史上曾作为当地纤维生产的主要来源，具有重要的生产价值。而当前的主栽品种东一号严重遭受紫色卷叶病、斑马纹病和新菠萝灰粉蚧的危害[17-18]，以及种植范围限制在我国热区，因此，开发和利用野生剑麻这一宝贵的种质资源，有助于培育适合华南地区栽培和北引推广的新种质。

生产上，剑麻叶片纤维提取方法主要是刮麻机机械加工。科研过程中需要的纤维量较少，通常采用氢氧化钠高温高压提取和微波提取剑麻纤维，该方法提取时间短，效率高[19]。但本研究曾采用氢氧化钠高温高压提取和微波提取的方法，发现强碱处理过的纤维质脆易断，且含有少量胶质造成纤维粘着成团。在产业历史调查后，本研究采用了2%肥皂溶液的热碱法提取，该方法虽然效率低，但纤维不易断，非常适合于纤维研究过程中的小量提取。

剑麻纤维是国防、渔业、航海、石油、工矿等领域的重要原材料，也是当今世界用量最大和范围最广的一种硬质纤维[20-21]。本研究比较了两种剑麻的形态和纤维的指标，发现野生剑麻的单片叶鲜重和纤维直径高于栽培种，说明野生剑麻在一定程度上可以扩充硬质纤维的种类。