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钾镁胁迫对橡胶幼苗叶片物质成分影响的FTIR表征

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光谱学与光谱分析 2022年第1期42卷 74-79页

作者：薛欣欣王文斌罗雪华张永发赵春梅中国热带农业科学院橡胶研究所土壤肥料研究中心农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海南海口571101

养分亏缺是作物产量和质量提升的重要限制因子。我国砖红壤植胶区钾、镁缺乏及其低的有效性长期制约天然橡胶的产、质量。以“热研7-33-97”橡胶幼苗为研究对象,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对钾、镁胁迫下橡胶树叶片物质组成特征进行... 详细信息

养分亏缺是作物产量和质量提升的重要限制因子。我国砖红壤植胶区钾、镁缺乏及其低的有效性长期制约天然橡胶的产、质量。以“热研7-33-97”橡胶幼苗为研究对象,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对钾、镁胁迫下橡胶树叶片物质组成特征进行研究,分析不同钾、镁胁迫条件下叶片红外光谱图谱特征峰的变化及其差异,探讨钾、镁胁迫对叶片物质成分和结构的影响,以期为钾镁缺乏影响橡胶树生长与生理代谢的机理研究提供参考。结果表明:(1)缺钾条件下,1554,1519和1075 cm^(-1)处的吸收峰缺失,表明橡胶叶片中蛋白质酰胺Ⅱ带、酚类物质、碳水化合物的化学结构受到破坏,并且其他特征峰吸光度与正常处理相比均有不同程度的升高,表明缺钾造成蛋白质、碳水化合物等物质在叶片中大量积累,物质转运效率降低;(2)缺镁条件下,1554 cm^(-1)处吸收峰向高频方向位移了6 cm^(-1),说明缺镁造成蛋白质酰胺Ⅱ带的结构发生改变,同时,1550~1350 cm^(-1)波数范围内吸收峰相对吸光度明显下降,说明缺镁降低了细胞壁多糖以及含油脂化合物的含量,且该波数范围内的三个吸收峰较其他吸收峰变化敏感,表明该波段可以较好地指示橡胶叶片镁营养状况;(3)钾镁同时缺乏条件下,各吸收峰的相对吸光度和强度明显减弱,1554,1519和1075 cm^(-1)处的吸收峰缺失,说明蛋白质酰胺Ⅱ带、酚类物质、碳水化合物的化学结构受到破坏,1057 cm^(-1)处吸收峰向高频方向位移了11 cm^(-1),表明橡胶叶片中果胶类多糖分子结构发生了变化。综上所述,缺钾造成橡胶叶片蛋白质、糖类物质的含量的大量积累,缺镁造成叶片细胞壁多糖和油脂化合物下降,而钾镁同时缺乏时蛋白质、脂类、糖类物质等物质含量均明显下降。研究表明,使用FTIR技术对养分缺乏下的橡胶叶片物质成分定性分析具有一定的可行性,同时可为橡胶钾、镁营养生理代谢的机制研究提供新的思路和方法。

关键词：橡胶钾镁傅里叶红外光谱

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乙烯利过度刺激诱发橡胶树死皮的生理效应

林业科学 2021年第6期57卷 46-55页

作者：刘辉胡义钰冯成天袁坤王真辉中国热带农业科学院橡胶研究所省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室海口571101

【目的】研究乙烯利过度刺激采胶所诱导的橡胶树死皮发生、发展过程中的胶乳产量和生理变化规律,为利用乙烯利刺激增产以及采取有效措施预防死皮发生提供理论依据。【方法】选择橡胶树品种‘热研7-33-97’健康植株,通过乙烯利过度刺激... 详细信息

【目的】研究乙烯利过度刺激采胶所诱导的橡胶树死皮发生、发展过程中的胶乳产量和生理变化规律,为利用乙烯利刺激增产以及采取有效措施预防死皮发生提供理论依据。【方法】选择橡胶树品种‘热研7-33-97’健康植株,通过乙烯利过度刺激采胶诱发不同等级死皮,测定分析不同等级死皮植株胶乳产量和相关生理指标的变化规律,包括pH值、黄色体破裂指数、干胶含量、总固形物含量、硫醇含量、无机磷含量、橡胶粒子粒径分布及平均粒径等。【结果】1)在乙烯利过度刺激采胶过程中,胶乳产量呈先升后降的变化趋势。在刺激割胶早期阶段,胶乳产量不断增加,普遍增产3倍以上,但很快会诱发死皮。随着死皮发生、发展,胶乳产量逐渐下降,最终低于健康植株。2)黄色体破裂会导致乳管堵塞,黄色体破裂指数随植株死皮等级提高而显著提高,这与死皮发生有直接关系。死皮植株的胶乳pH值也略有上升,但仅3级死皮植株与健康植株具有显著差异。3)乙烯利过度刺激对胶乳具有稀释效应,死皮植株胶乳干胶和总固形物含量均低于健康植株,其中2~3级死皮植株中的含量递减,而4~5级死皮植株中的含量逐步回升。4)2~3级死皮植株的胶乳硫醇含量递增,均显著高于健康植株,而4~5级死皮植株中的含量逐步回落,与健康植株无明显差异。2~5级死皮植株的胶乳无机磷含量呈递减趋势,但均高于健康植株。5)健康植株的胶乳橡胶粒子粒径在0.09~2.27μm范围呈单峰分布。随植株死皮发生发展,胶乳橡胶粒子粒径分布向小粒径方向逐步偏移,且峰值逐渐下降。与之相符,胶乳橡胶粒子平均粒径亦随死皮等级提高而逐渐变小,2~5级死皮植株的平均粒径均显著低于健康植株。健康植株的胶乳橡胶粒子平均粒径为0.89μm,而5级死皮植株的平均粒径仅0.79μm。【结论】乙烯利过度刺激采胶会促使胶乳黄色体破裂增加、硫醇和无机磷大量外排、橡胶粒子变小,从而导致乳管系统受损与堵塞,影响橡胶生物合成和胶乳外排,表现出死皮症状。天然橡胶生产中应合理使用乙烯利刺激,避免因过度刺激诱发死皮造成减产。

关键词：橡胶树死皮生理效应乙烯利刺激胶乳

强割和乙烯利刺激对不同品系幼龄橡胶树排胶生理特性的影响

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林业科学 2023年第12期59卷 105-116页

作者：丁欢杨署光蒋毅葛立鑫田维敏史敏晶中国热带农业科学院橡胶研究所、农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室、省部共建国家重点实验室培育基地−海南省热带作物栽培生理学重点实验室海口571101

【目的】研究不同割胶方式下不同品系幼龄橡胶树的排胶生理特性,为阐述乳管排胶机制提供理论基础,也为天然橡胶生产中针对不同品系进行合理规划割胶提供参考依据。【方法】选取PR107、RY8-79、Tjir1和RY7-33-97共4个品系的6龄未开割橡胶... 详细信息

【目的】研究不同割胶方式下不同品系幼龄橡胶树的排胶生理特性,为阐述乳管排胶机制提供理论基础,也为天然橡胶生产中针对不同品系进行合理规划割胶提供参考依据。【方法】选取PR107、RY8-79、Tjir1和RY7-33-97共4个品系的6龄未开割橡胶树,在S/2 d/2(割线长度为1/2茎围,每2天割1刀)的强割和后续添加1%乙烯利刺激割胶方式下,对其橡胶粒子粒径以及干胶含量、排胶体积、排胶时间、排胶初速度、堵塞指数、硫醇含量等常规排胶生理参数进行分析,并比较不同割胶刀次对这些参数的影响。【结果】(1)不同品系胶乳橡胶粒子粒径具有明显差异,起始值最大的是RY8-79和PR107,RY7-33-97的胶乳粒径较小,Tjir1的胶乳粒径最小。强割后,随着割胶刀次增加,不同品系胶乳粒径普遍短暂上升后降低,其中RY8-79和Tjir1的胶乳粒径变化较大,PR107和RY7-33-97的胶乳粒径相对稳定,但均在强割8刀后胶乳粒径降至0.80μm以下,与最大胶乳粒径之间存在显著差异(P所有品系的排胶时间和总体积显著提高(P所有品系的排胶初速度。(5)强割条件下不同品系堵塞指数差异较大,RY8-79最低,RY7-33-97最高,乙烯利刺激明显降低该指数。(6)强割条件下RY8-79硫醇含量最高,其次为RY7-33-97、PR107,Tjir1最低,乙烯利刺激后48 h 4个品系硫醇含量均表现出降低趋势。【结论】不同品系对强割和乙烯利刺激后的排胶反应不同。强割和过度乙烯利刺激均不利于橡胶粒子粒径、干胶含量等产排胶相关参数的恢复。橡胶粒子粒径和干胶含量相对其他参数受周边环境影响较小,可作为衡量排胶是否过度的参考指标。橡胶粒子粒径0.80μm是一个较有标志性的值,胶乳粒径降到该值之下,预示应降低割胶强度。自然条件下排胶量大的品系通常不耐强割和乙烯利刺激,RY8-79和RY7-33-97作为主栽品种应尽量避免割胶中施加乙烯利,而PR107可配合施用乙烯利刺激剂。利用幼龄树,结合强割和乙烯利刺激,可以作为育种早期快速筛选不同品系是否具有耐割和耐刺激的方法之一,也为不同品系割胶制度的制定提供依据。

关键词：橡胶树强割乙烯利橡胶粒子排胶

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橡胶树橡胶粒子起源的超微结构分析

林业科学 2016年第2期52卷 114-119页

作者：史敏晶吴继林郝秉中谭海燕田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所农业部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室儋州571737

【目的】橡胶树乳管细胞所富含的一种特征性细胞器是橡胶粒子,其主要功能是合成和贮存天然橡胶,但该细胞器的起源仍无定论。通过观察不同发育阶段乳管细胞的超微结构,比较分析橡胶粒子的发育与其他细胞器之间的关系,探明橡胶粒子的起源... 详细信息

【目的】橡胶树乳管细胞所富含的一种特征性细胞器是橡胶粒子,其主要功能是合成和贮存天然橡胶,但该细胞器的起源仍无定论。通过观察不同发育阶段乳管细胞的超微结构,比较分析橡胶粒子的发育与其他细胞器之间的关系,探明橡胶粒子的起源,为进一步认识橡胶粒子的功能奠定基础。【方法】利用透射电子显微镜技术,观察橡胶树萌条幼茎和成龄树树干的树皮中不同发育阶段的乳管细胞超微结构,分析最初的橡胶粒子与其他细胞器之间的关系。【结果】幼嫩萌条的初生乳管细胞的细胞质浓厚,可辨认的最初的橡胶粒子呈电子致密小球,主要分布在富含内质网和核糖体的区域。成龄树树干树皮形成层附近的幼嫩次生乳管细胞中,分布有大量的内质网和比较稀疏的橡胶粒子,其他细胞器的形态也较清晰,适合作为研究橡胶粒子起源的材料。在高倍放大的情况下,可观察到直径约50 nm、内部呈电子致密的球形小颗粒直接与内质网相连接,在内质网周围存在直径逐渐增大的有明显界膜的球形颗粒,并且这些颗粒的内部开始呈现电子透明,这些特征与橡胶粒子的发育相吻合。虽然高尔基体周缘也存在一些球形泡状结构,但这些小泡的内含物呈颗粒状,与最初形成的橡胶粒子明显不同。在充分发育的成熟乳管细胞中充满橡胶粒子,而树皮外侧的衰老乳管细胞开始出现橡胶粒子凝固,在这2种类型的乳管细胞中都很难分辨不同类型的细胞器,因此不适合作为研究橡胶粒子起源的材料。【结论】通过观察不同类型和不同发育阶段的乳管细胞超微结构可知,靠近形成层的幼嫩次生乳管细胞是研究橡胶粒子起源的最佳材料。在这一发育时期的乳管细胞中,可以清晰地观察到最幼嫩的橡胶粒子与内质网紧密相连,而与其他细胞器没有直接联系,因此本文结果支持橡胶粒子主要起源于内质网这一观点。该结果不仅可为橡胶粒子的起源提供直接的细胞学证据,而且为其他细胞器起源的研究提供借鉴。考虑到大、小橡胶粒子的膜蛋白和功能的差异,有必要利用胶体金电镜免疫细胞化学定位技术进一步研究大、小橡胶粒子的起源问题。

关键词：橡胶树乳管细胞超微结构橡胶粒子内质网

基于归一化植被指数获取环境因子权重的土壤管理分区方法

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农业工程学报 2023年第3期39卷 60-67页

作者：郭澎涛茶正早罗微中国热带农业科学院橡胶研究所海口571101 农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室海口571101 海南省热带作物栽培生理学重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地海口571101 中国热带农业科学院土壤肥料研究中心海口571101

在基于加权环境变量进行土壤管理分区时,常利用作物产量与环境变量之间的关系来获取环境变量的影响权重。然而,当作物产量难以获取或作物产量与环境变量之间不能建立关系模型时,这种基于作物产量获取环境变量影响权重的方法将不再适用... 详细信息

在基于加权环境变量进行土壤管理分区时,常利用作物产量与环境变量之间的关系来获取环境变量的影响权重。然而,当作物产量难以获取或作物产量与环境变量之间不能建立关系模型时,这种基于作物产量获取环境变量影响权重的方法将不再适用。针对此问题,该研究基于归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)可以反映土壤条件而土壤条件又受环境变量影响,提出一种利用NDVI获取环境变量影响权重的方法,并将其应用于橡胶园土壤管理分区。结果表明,利用该方法可以筛选出与NDVI关系紧密的15个关键环境变量,并且可以获取这些环境变量的权重,其中,前5个环境变量(坡向正弦和余弦,地形位置指数,地形湿度指数,剖面曲率)的权重几乎占到15个环境变量权重之和的一半。利用加权后的环境变量可将研究区橡胶园划分为6个分区。这些分区可以很好地区分不同土壤养分(土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾)的丰缺水平。同时,不同分区间环境变量的差异也达到了显著水平(P研究提出的利用NDVI获取环境变量影响权重的方法是可靠的。研究可为土壤管理分区提供可靠的思路。

关键词：聚类土壤环境管理分区影响权重橡胶园

橡胶树胶乳高表达的法尼基焦磷酸合成酶的功能

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林业科学 2022年第1期58卷 43-51页

作者：邓小敏杨署光田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海口571101

【目的】天然橡胶生物合成途径是典型的植物类异戊二烯代谢途径,MVA代谢途径是天然橡胶与萜类化合物所需的五碳构成单元IPP和DMAPP生物合成的主要途径之一。由2分子IPP和1分子DMAPP聚合形成的法尼基焦磷酸是乳管细胞天然橡胶生物合成的... 详细信息

【目的】天然橡胶生物合成途径是典型的植物类异戊二烯代谢途径,MVA代谢途径是天然橡胶与萜类化合物所需的五碳构成单元IPP和DMAPP生物合成的主要途径之一。由2分子IPP和1分子DMAPP聚合形成的法尼基焦磷酸是乳管细胞天然橡胶生物合成的起始前体,厘清该起始物的合成酶酶学性质不仅有助于阐明天然橡胶生物合成机制,同时也为天然橡胶遗传改良提供酶学理论基础。【方法】对橡胶树热研7-33-97基因组中同源的3个预测的法尼基焦磷酸合成酶(HbFPS1、HbFPS2、HbFPS3)进行序列特征分析,优选胶乳中高表达的2个法尼基焦磷酸合成酶基因构建原核表达载体,经蛋白纯化与MALDI TOF质谱确证,并同时进行体外酶活性检测,最终评价其对体外橡胶合成效率的影响。【结果】橡胶树基因组含有的3个预测的法尼基焦磷酸合成酶都含有特征性的2个保守结构域“DDIMD”和“DDYXD”及相似的三维空间结构,其中胶乳高表达的HbFPS1和HbFPS2基因编码的蛋白氨基酸序列相似性达到95%,说明HbFPS1和HbFPS22个冗余基因可能经历了基因组中同源基因的后期拷贝事件。同时HbFPS1和HbFPS2基因能够正确地在大肠杆菌中表达,HbFPS3却难以正确折叠而形成包涵体,体现了这2类蛋白质N末端氨基酸明显的亲疏水性差异对蛋白可溶表达的影响。HbFPS1和HbFPS2蛋白在体外除了能够利用GPP为底物合成FPP外,还能够直接转化IPP和DMAPP生成FPP。同时,分别添加HbFPS1和HbFPS2蛋白能够提高体外橡胶合成效率并且存在蛋白剂量相关性特征。与对照相比,在特定的反应体系中,当HbFPS1和HbFPS2蛋白添加量增加时体外橡胶合成效率随之不同程度地提高,且在100μg时促进作用最明显。【结论】橡胶树胶乳中高表达的2个冗余基因HbFPS1和HbFPS2与HbFPS3基因编码蛋白的序列差异可能影响酶的活性。HbFPS1和HbFPS2蛋白确证是胶乳中能够促进天然橡胶合成的功能酶,而且能够直接聚合IPP和DMAPP生成天然橡胶合成起始物FPP。本研究建立了基于天然橡胶粒子的体外蛋白功能研究平台,并证明HbFPS1和HbFPS2酶在一定的含量下能够显著地提升橡胶合成效率。通过调控HbFPS1和HbFPS2酶活性将有助于橡胶树优质高产品种的改良与选育。

关键词：橡胶树法尼基焦磷酸合成酶天然橡胶生物合成胶乳

橡胶树魏克汉种质萌条机械伤害诱导的次生乳管分化特征

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林业科学 2020年第3期56卷 28-37页

作者：史敏晶杨署光张世鑫邓顺楠何鑫陈月异田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海口571101 德宏职业学院芒市678400 商丘市农林科学院商丘476000

【目的】分析橡胶树魏克汉种质萌条经机械伤害处理后次生乳管的分化特征,为成龄大树割胶后次生乳管的分化能力提供早期预测,为鉴定和评价魏克汉种质提供依据。【方法】选取304份魏克汉种质,用刀片刮伤其幼嫩萌条茎的表面,深至皮层。萌... 详细信息

【目的】分析橡胶树魏克汉种质萌条经机械伤害处理后次生乳管的分化特征,为成龄大树割胶后次生乳管的分化能力提供早期预测,为鉴定和评价魏克汉种质提供依据。【方法】选取304份魏克汉种质,用刀片刮伤其幼嫩萌条茎的表面,深至皮层。萌条受伤害5天和10天后采集茎皮,经碘-溴染色处理制备石蜡切片。光学显微镜下观察不同种质次生乳管的分化情况并进行统计,分析次生乳管出现的早晚和多少。【结果】不同魏克汉种质萌条经机械伤害处理后被诱导分化出次生乳管的能力存在明显差异。刮伤后5天,在304份种质中,有95份种质分化出明显的成列的次生乳管;有172份种质分化出未成列的分散的次生乳管;余下37份种质未检测到次生乳管。刮伤后10天,有265份种质分化出明显的成列的次生乳管,其中22份种质分化的次生乳管有2列及以上;有37份种质分化出未成列的分散的次生乳管;仅2份种质未检测到次生乳管。机械伤害处理后10天萌条分化出次生乳管的比例明显多于伤害处理后5天。不同种质受伤害诱导分化次生乳管的敏感性不同,响应强弱各异。在不同育种系列中,次生乳管诱导效果好的种质主要有大丰、保亭、热研、大岭系列,以海南选育的种质为主。根据萌条分化出次生乳管的早晚以及分化乳管的强弱程度可将304份魏克汉种质分为敏感型、敏感叠加型、迟缓型和迟缓叠加型4种类型,生产中的高产品种大多属于叠加型分化种质。【结论】不同魏克汉种质萌条经机械伤害处理后诱导分化次生乳管的反应不同,具有明显的种质特异性。机械伤害处理5天可用来筛选次生乳管分化敏感的种质,而10天更适合用来筛选分化滞后叠加的种质。在4种不同分化类型中,叠加型种质可成为筛选优良高产品种的主要来源。萌条的伤害诱导性乳管分化能力可作为高产育种早期选择的一个有效指标。

关键词：橡胶树魏克汉种质机械伤害次生乳管分化

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巴西橡胶树HbTFIIB的克隆与表达分析

植物生理学报 2017年第8期53卷 1392-1398页

作者：晁金泉陈月异杨署光田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所农业部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室/省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海南儋州571737

本研究采用RACE和RT-PCR方法,从巴西橡胶树无性系热研7-33-97的乳管细胞中克隆到转录复合体关键成员TFIIB的同源基因,命名为HbTFIIB。该基因全长1 472 bp,其中开放阅读框810 bp,编码一个由270个氨基酸残基组成的蛋白质。该蛋白质分子量... 详细信息

本研究采用RACE和RT-PCR方法,从巴西橡胶树无性系热研7-33-97的乳管细胞中克隆到转录复合体关键成员TFIIB的同源基因,命名为HbTFIIB。该基因全长1 472 bp,其中开放阅读框810 bp,编码一个由270个氨基酸残基组成的蛋白质。该蛋白质分子量为29.48 kDa,理论等电点为8.3。实时荧光定量PCR结果表明,HbTFIIB基因受割胶上调表达,而且在后期排出的胶乳中表达量显著高于前期排出的胶乳。Western blot分析表明,开割树胶乳中的HbTFIIB蛋白含量高于未开割树,而且在早期排出的胶乳中的含量明显高于后期排出的胶乳中的含量。本研究表明,割胶促进转录复合体蛋白基因表达和转录蛋白质合成,而且排胶会流失转录复合体蛋白。

关键词：橡胶树乳管细胞胶乳转录复合体 HbTFIIB

乙烯刺激割胶对巴西橡胶树PR107树皮结构的影响

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中国科学：生命科学 2024年第10期54卷 1954-1964页

作者：史敏晶杨署光张世鑫吴继林郝秉中田维敏中国热带农业科学院橡胶研究所农业农村部橡胶树生物学与遗传资源利用重点实验室省部共建国家重点实验室培育基地-海南省热带作物栽培生理学重点实验室海口571101

树干树皮中的次生乳管及其周围的组织是巴西橡胶树天然橡胶生产的结构基础.施用乙烯能明显增加橡胶树PR107的胶乳产量,但对其树皮结构的影响鲜有报道.本文以橡胶树PR107为试验材料,研究了乙烯利和乙烯气刺微割采胶对树皮光学显微结构的... 详细信息

树干树皮中的次生乳管及其周围的组织是巴西橡胶树天然橡胶生产的结构基础.施用乙烯能明显增加橡胶树PR107的胶乳产量,但对其树皮结构的影响鲜有报道.本文以橡胶树PR107为试验材料,研究了乙烯利和乙烯气刺微割采胶对树皮光学显微结构的影响以及乙烯利刺激后短期(2天、4天和7天)树皮超微结构的变化.结果显示,乙烯利和乙烯气体长期刺激都会导致水囊皮(有功能韧皮部)厚度减少,筛管直径缩小,表明其输导能力明显减弱;树皮中出现膨大乳管以及积累单宁,石细胞位置内移,表现出早衰,其中乙烯利诱导单宁细胞、石细胞的作用更强,而乙烯在增强细胞的分裂增生且纵向影响上则更深远.高浓度乙烯利短期处理后,筛管中积累大量P-蛋白以及胼胝体,筛分子的连通受到阻碍;薄壁细胞中膜代谢异常,与蛋白质合成、能量代谢相关的细胞器也发生明显的变化.本研究旨在为制定合理的刺激割胶制度提供解剖学上的依据.

关键词：巴西橡胶树乙烯利乙烯气体微割树皮结构