乙烯利刺激对橡胶树水通道蛋白及韧皮部水分平衡的调控研究

乳管水分排出与补给是橡胶树产排胶中的重要环节。乙烯利刺激能够显著增加胶乳的含水量和产量，但其具体的机制尚不清楚。因橡胶树乳管系统没有胞间连丝且中央液泡较小，乳管系统的水分平衡应该主要由质膜上的水通道蛋白控制，但目前对橡胶树水通道蛋白的研究较少，且未与橡胶树的品种特性、乳管膨压、胶乳生理代谢等重要参数联系起来，对水通道蛋白在乙烯利刺激橡胶树增产中的作用仅是一种推测。本研究将选取对乙烯利不同敏感性的橡胶树品种，基于项目组克隆到的4个水通道蛋白基因和建立起的乳管膨压实时测定探针，系统研究乙烯利刺激对橡胶树水通道蛋白基因的表达、韧皮部水分平衡、乳管膨压及胶乳生理参数等的影响及其协调关系，从水分平衡的角度进一步探讨乙烯利刺激对橡胶树增产和造成伤害的机制，为合理、高效、安全刺激割胶技术的建立及橡胶树抗逆选育种提供理论依据。

天然橡胶来源于橡胶树乳管制造的胶乳。对橡胶树周期性割胶可以获得胶乳。因为能够显著提高橡胶树割胶产量，乙烯利刺激已广泛用于橡胶树割胶生产，但其内在的机制仍不完全清楚。本研究从水通道蛋白（AQP）表达和乳管膨压（PTP）变化角度探讨了乙烯利刺激橡胶树增产的机制。（1）从橡胶树的基因组中鉴定出51个AQP编码基因，进而通过对胶乳转录组数据的分析发现了一个在胶乳中高丰度表达的、具有AQP蛋白活性的基因HbPIP2;3。发现HbPIP2;3在橡胶树叶片、根、树皮和胶乳中均表达并在胶乳中的表达量最高。割胶伤害及乙烯利刺激能上调该基因表达，且与胶乳稀释、产量、不同品种对乙烯利刺激的敏感程度等关联。（2）基于植物细胞压力探针发展了一种能准确、连续观测橡胶树PTP变化规律的橡胶树乳管膨压探针；通过对橡胶树PTP日变化、季节变化，不同高度处PTP差异及PTP变化与橡胶树产量、年龄、茎围、割胶、乙烯利刺激等关系的研究发现，PTP与橡胶树产量密切相关，可作为割胶制度优化和产量早期预测的一个评价指标。乙烯利刺激虽然不能显著提高割胶树的初始PTP，但显著延迟了割胶后的膨压恢复；乙烯利的主要作用是稀释了胶乳，延迟了乳管堵塞。（3）对排胶过程中的胶乳稀释反应的研究发现，橡胶树排胶过程中的乳管系统水分平衡可以分为稀释、亚稳定和浓缩三个阶段。割胶导致的PTP的迅速降低是排胶初期水分进入乳管、胶乳稀释的主要原因；尔后，受渗透调节改变乳管系统的水分平衡，排出的胶乳的含水量呈先亚稳定后浓缩的变化规律。在排胶过程中伴随着胶乳的稀释，相关AQP的表达也相应上调，进一步证明了AQP在橡胶树韧皮部水分平衡重的作用，乙烯利刺激可以提高胶乳和树皮中主要AQP的初始表达量，但对排胶过程中的AQP上调表达影响不大。（4）对橡胶树不同高度处胶乳总固形物含量的研究发现，在橡胶树割线附近存在一个胶乳总固形物显著增加的区域，而在未开割树和割胶树的未割胶面胶乳总固形物含量基本一致。割线附近总固形物含量的增加可能主要由于割胶导致的胶乳合成加速引起，在胶树割胶第4刀时已基本形成。乙烯利刺激能够解除割线附近胶乳总固形物的局部升高，而且这种解除作用与刺激后的胶乳产量增加的持续时间吻合，与其对不同高度处胶乳和树皮中AQP基因的不同程度的上调有关。以上研究结果证明，乙烯利刺激能够改变橡胶树AQP基因的表达，进而改变橡胶树韧皮部的水分平衡关系。