打破天然橡胶生产困境：杠柳成为新希望

为解决天然橡胶产能不足问题，研究人员对杠柳展开研究，发现其具产胶潜力，该研究推动其成为替代来源。

　　# 杠柳：天然橡胶生产的新曙光
在现代工业的大舞台上，天然橡胶扮演着举足轻重的角色，它与钢铁、石油、煤炭并称为四大重要且稀缺的工业原料，从汽车轮胎到医疗用品，其身影无处不在。然而，当下天然橡胶的生产却面临着严峻的挑战。目前，全球天然橡胶几乎都来自巴西橡胶树（Hevea brasiliensis），但这种树对生长环境极为挑剔，只能在特定的热带地区种植，这使得天然橡胶的产能难以满足不断增长的市场需求。2023 年，全球天然橡胶产量为 1489 万吨，而消费量却超过了 1512 万吨，供不应求的局面愈发严重。

为了打破这一困境，寻找新的天然橡胶生产替代植物迫在眉睫。宁夏大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Communications Biology》上。

研究人员在众多植物中筛选，最终选定了杠柳（Periploca sepium）这种广泛分布于热带至温带地区的多年生灌木。他们运用了多种先进的技术方法来深入探究杠柳的产胶特性。首先是凝胶渗透色谱（GPC）技术，通过它来分析从植物中提取的聚异戊二烯的分子量分布；核磁共振（NMR）技术则用于确定杠柳聚异戊二烯的分子结构；利用免疫染色和组织化学染色，结合光谱共聚焦激光扫描显微镜（SCLSM），观察天然橡胶积累相关的解剖结构以及橡胶粒子相关蛋白的分布；生物荧光互补（BiFC）技术被用来检测蛋白之间的相互作用；CRISPR - Cas9 基因编辑技术则用于评估相关基因对橡胶生物合成的影响。

研究结果

1. 提取物鉴定：研究人员从杠柳、罗布麻（Apocynum venetum L.）和徐长卿（Cynanchum chinense R.Br.）这三种产乳胶的植物中提取聚异戊二烯。结果显示，三者的聚异戊二烯总含量分别为 1.12%、0.51% 和 0.21%。GPC 分析表明，杠柳的聚异戊二烯分子量分布更广，尤其是在 10? - 10?区域，有一个明显的峰值，这意味着杠柳的聚异戊二烯更有潜力成为优质的天然橡胶来源。
2. 聚异戊二烯结构表征：通过 1H - NMR 和 13C - NMR 光谱分析，发现杠柳聚异戊二烯的主要信号与巴西橡胶树的顺式 - 1,4 - 聚异戊二烯标准品相似，表明其中心异戊二烯单元以顺式 - 1,4 - 构型头尾相连。此外，还发现杠柳聚异戊二烯的 ω - 末端有 2 - 3 个反式 - 1,4 - 构型的异戊二烯单元，α - 末端可能与磷脂相连，并且含有约 3.6% 的 3,4 - 异戊二烯异常侧基。
3. 橡胶积累结构的解剖观察：利用尼罗红（Nile Red）和 Calcofluor White 染色，通过 SCLSM 观察发现，顺式聚异戊二烯主要存在于杠柳茎的次生韧皮部和髓部，且多积累在乳管细胞中，呈分散或非连接的线性形状。同时，免疫染色结果显示，三种橡胶粒子相关蛋白 —— 顺式 - 戊烯基转移酶（CPT）、小橡胶粒子蛋白（SRPP）和橡胶延伸因子（REF），与顺式聚异戊二烯的分布几乎完全重叠，且主要出现在次生韧皮部和髓部，这表明橡胶生物合成主要发生在这些部位。
4. 蛋白相互作用分析：运用 BiFC 技术，研究人员发现 CPT 与 SRPP、SRPP 与 REF、CPT 与 REF 之间均存在蛋白 - 蛋白相互作用，这一结果与在巴西橡胶树中的报道类似。
5. 基因对橡胶生物合成的影响评估：研究人员利用 CRISPR - Cas9 基因编辑技术对编码 CPT、SRPP 和 REF 的基因进行编辑。结果发现，与野生型相比，转基因植物中顺式聚异戊二烯的总含量不同程度降低，且 10? - 10?区域的高分子量峰前移、变小甚至消失，这充分说明这些基因在杠柳天然橡胶生物合成中起着关键作用。

研究结论与意义

综合来看，杠柳展现出了成为天然橡胶替代来源的巨大潜力。其聚异戊二烯的分子量分布、分子结构与巴西橡胶树相似，且相关基因对橡胶生物合成影响显著。虽然目前杠柳的顺式聚异戊二烯含量较低，但它具有适应性广、生长快、易于遗传转化等优点。通过进一步对其关键基因的研究和调控，有望提高橡胶产量和质量，使其成为一种从热带到温带地区都能种植的理想橡胶生产植物。这一研究成果为解决全球天然橡胶产能不足的问题提供了新的方向，也为天然橡胶生物合成研究开辟了新的道路，对推动相关产业的发展具有重要意义。