蓖麻研究概况

蓖麻研究概况高彩婷;宝力高;刘涛【摘要】蓖麻是世界十大油料作物之一,随着世界工业的发展,国际市场石油价格连年上升,随之衍生的各种问题让人们越来越关注蓖麻这种绿色能源.本文从蓖麻概况、育种进展、毒蛋白研究、产业及种植前景等方面概述了目前国内外蓖麻研究的现状.【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(025)002【总页数】4页(P178-181)【关键词】蓖麻;育种进展;毒蛋白【作者】高彩婷;宝力高;刘涛【作者单位】内蒙古民族大学,农学院,内蒙古,通辽,028043;内蒙古民族大学,职业技术学院,内蒙古,通辽,028043;通辽金山种业有限责任公司,内蒙古,通辽,028000【正文语种】中文【中图分类】S565.6蓖麻为大戟科蓖麻属双子叶一年生或多年生草本植物，别名红麻、大麻子等，是世界十大油料作物之一.原产于东非的埃寒俄比亚，先后传入亚洲、欧洲和美洲，现在遍及全球的热带、温带地区，以印度、巴西、中国最多.蓖麻性喜温湿，但因其根系强大，入土深，所以抗旱性强，适应性广，有一定的耐盐碱能力.尽管蓖麻种子毒性很强，它依然是许多重要的经济产品的原料，也是最早的工业商品之一〔1〕.我国历来有栽培蓖麻的传统，但只是利用闲散地零星种植，没有形成规模.栽培面积较大的省（区）有吉林、内蒙、山西、陕西等〔2〕.国外蓖麻研究十分活跃，主要集中在诱变育种、杂交育种、抗性育种、杂优利用方面.蓖麻是雌雄同株异花植物，1986年Louis报道：用5万拉的γ射线处理蓖麻种子，M2代花器出现四种类型：雌雄同株花；单雌花和雌雄同株花；雌雄同株花，单独雄花和雌花；雌雄同株异花.进一步研究认为雌雄同株性状受一个雌花发育隐性基因控制，用3万拉的γ射线处理蓖麻种子，得到一矮秆突变体，该突变体后代中大约有3：1的不育雌花，进一步研究认为该突变体受一单基因隐性基因所控制〔3〕.前苏联Bokhan（1990）、印度Athmap等人（1982、1984）用不同的化学诱变剂在不同的剂量条件下，处理不同的蓖麻品种，发现诱变突变谱与品种、诱变剂及处理时期有关〔4〕.蓖麻遗传改良的选择，多数采用系谱选择和混合选择，同时也利用N型雌性品系进行杂交品种的生产.美国早在1902年在俄克拉何马植物园就开始进行蓖麻的改良工作.一个多世纪以来，蓖麻育种目标是培育高产、高含油量和适于机械收获的品种；矮生、分枝少、蒴果不开裂、抗脱粒和抗病是重要的选择标准.为了选育适于机械化收获的早熟品种，美国、巴西、意大利、法国和印度等在蓖麻遗传改良研究工作上都取得进展.在印度，主要育种目标是选育高产高含油量的品种，1970年吉吉拉特邦育成了第一个商品杂交种〔5〕.Sviridov.A.A等人在严重感病条件下，对生长健壮植株自交选择，提高了育种材料对枯萎病的抗性.蓖麻杂种优势主要表现在株高、地上部干物质积累、朔果皮壳率、百粒重、籽粒粗脂肪含量等方面.国外对于蓖麻杂优利用的工作开展得比较早〔6〕，1950年美国Claasen等〔7〕发现N型雌性单株，其雌性由1对隐性基因（f）控制，当其纯合时，植株为雌性单株，杂合则为正常的两性株.这种植株可以通过姊妹交传递下去，但其后代雌性单株和两性株各占一半.S型雌性单株则是1956年由Shifriss〔8〕发现，其特点是早期为雌性单株，后期则出现雄花，变成两性株. Shifriss经过长期的研究，提出一个未经证实的假说，认为存在一个易变的位点，它控制植株的性别表现.同N型雌性单株形成的雌性系一样，由S型雌性单株形成的雌性系也曾被用来生产蓖麻杂交种，它们都需要在传粉前拔去两性株，只是后者需拔除的两性株要少一些.Shifriss〔9〕1960年发现NES型雌性系的特点是雌性单株的花序上，有少量与雌花混杂着生的雄花，这些雄花的出现与否，受温度等环境因素的影响，他提出利用此类雌性单株可形成真正的蓖麻雌性系.1966年，Zimmerman等〔10〕提出，NES是N型基因（f）的纯合体，同时存在环境敏感型修饰基因（s），他们利用NES雌性单株，育成了温敏型雌性系.由此产生了蓖麻杂交育种的“两系法”.但在实际操作中，两系法杂交育种需人工去雄，工作量大，技术难度大，可控性差，杂交种纯度难以保证，因此无法在生产中推广应用.正因为蓖麻杂种优势明显，杂交选育难度大，单雌蓖麻的研究与利用就成为热门话题.已有的研究表明，蓖麻的单雌性状由核基因控制，但具体的遗传规律还不清楚，有待于进一步的研究.我国蓖麻育种工作起步较晚.20世纪60年代以中国农科院油料所为首的一些科研单位开始了品种资源的搜集整理和利用工作〔11〕.20世纪80年代开始，我国几个研究所在品种资源搜集、整理的基础上，开展了新品种选育工作，育成了一些优良品种，如哲蓖1号，是哲盟农研所由农家品种系选育成的蓖麻优良品种（1986）.80年代至90年代通过系统选育、杂交育种等手段育成一批高产优质抗病品种，如哲蓖3号、哲蓖4号.这批品种在发展蓖麻生产中起到积极作用.进入21世纪以来，蓖麻的遗传育种取得新的进展，2000年4月山东省淄博市农业科学研究所育成的淄蓖麻2号通过山东省农作物品种审定委员会审定，该品种平均亩产达329.7Kg〔12〕.同年内蒙古通辽市农业科学院选育出新品种通蓖5号，该品种具有高产、抗病、优质等特性.2003年中阳县经济作物研究会与吕梁农业种子站合作育出晋蓖麻3号，该品种以早熟、高产、抗旱、再生能力强、适应性强和粒大优质独居一品〔13〕.蓖麻毒蛋白存在于蓖麻籽中，是一种致命的植物蛋白，称为外源凝集素.其分子结构为一糖蛋白的异二聚体，相对分子质量为64000，它有两条肽链构成：一条毒性多肽链A链（RAT）是活性链，具有抑制蛋白质合成的N-糖苷酶的活性部位，相对分子质量为32000；另一条多肽链B链（RTB）是结合链，表现出凝集素的特性，相对分子质量为34000，两条链通过二硫键连接组成糖基化的异二聚体〔14〕.蓖麻毒素对细胞毒性作用的机制有：（1）抑制蛋白合成.这是蓖麻毒素的主要毒性作用机制，过程较为复杂，但可概括为以下几点：①RTB与细胞受体结合，形成通道；②蓖麻毒素内吞，形成内吞体；③完整的毒素在高尔基体或粗面内质网中裂解为A链和B链，A链转位至胞浆；④A链在胞浆中催化失活60S亚基，切下其组分中28sRNA上特异的腺嘌呤，从而抑制细胞蛋白质的合成，最终导致细胞死亡〔15〕.（2）蓖麻毒素诱导体内单核细胞、淋巴样细胞分泌肿瘤坏死因子（TNF－α）、白细胞介素（IL－1、IL－6），引起组织坏死出血.毒素诱导细胞产生细胞因子有时间依赖性和剂量依赖性.（3）脂质过氧化损伤作用.蓖麻毒素与巨噬细胞的相互作用，不仅诱导细胞免疫，而且诱导产生自由基和活性氧，引起脂质过氧化作用.（4）细胞凋亡.蓖麻毒素可诱导巨噬细胞、未成熟T细胞出现DNA破碎，而后者被认为是与凋亡有关的生化改变之一.目前为止，蓖麻毒素中毒后，还没有有效的治疗方法，但有报道，建立了快速检测蓖麻毒素的方法，如：间接酶联免疫法快速检测蓖麻毒素的方法，可以满足蓖麻毒素的应急处理和检测的要求；重组蓖麻毒素A链的原核表达和单克隆抗体的制备、鉴定及应用，实现重组蓖麻毒素A链（rRTA）的高效表达,获得rRTA的单克隆抗体,建立基于单抗的蓖麻毒素检测方法，研究表达的rRTA及其单克隆抗体和基于单抗的ricin检测方法等将在肿瘤生物治疗、生物恐怖袭击的侦检治疗和预防中发挥重要作用〔16〕.蓖麻全身都是宝，尤其是取自蓖麻籽的蓖麻油.蓖麻籽含油量因品种和产地的不同而各异.亚洲波斯等产的红茎、青茎两种的蓖麻籽含油量约42%，印度、北非等产的茎叶果实都是赤褐色，含油量在50%左右.东北的蓖麻分赤茎和白茎两种（其中又分为有刺和无刺两种）其化学成分为：含油量40%～50%；碳水化合物及粗纤维20%～30%；粗蛋白15%～18%灰分为2%～3%.籽仁含油量可达70%以上.蓖麻油为不干性油，具有一系列优良特性，在－18℃时不凝固，在500℃～600℃高温下不变质、不燃烧.它可以代替煤和石油来制造很多产品.现在世界上利用蓖麻籽油可生产出400多种衍生物，2000多项系列产品〔17〕，它是药用泻剂，纺织、化工及轻工等部门用蓖麻油作助染剂、润滑剂、增塑刑、乳化刑和制造涂料、油漆、皂类及油墨的原料.蓖麻油经浓硫酸处理可得到表面活性很好的硫酸酯（俗称土耳其红油）.蓖麻油脱水则可得到具有共轭双键的干性油脂.以不同的氢化条件处理蓖麻油可以得到多种产品，因此蓖麻油广泛应用于各种工业部门.蓖麻油最接近纯化合物单酸甘三酯，在常见油脂中只有橄榄油（含80%左右的油酸）、红花油（70%以上亚油酸）和桐油（约含85%的桐酸）有此特点.蓖麻叶可用来养蓖麻蚕.蓖麻蚕丝是优良的轻纺原料，可出口.蚕蛹含有丰富的蛋白质，是可口的食品.成熟的蓖麻叶可制成杀虫剂〔19〕，蓖麻叶还可吸收空气中的有毒气体，减少环境污染，净化空气.蓖麻秆含有10%的麻纤维表皮，是制绳索、造纸和加工中密度板的好原料，去皮后也可以用氯化锌法生产活性炭.因蓖麻秆中含有蓖麻碱和毒蛋白，秆中不藏有虫卵和害虫，用蓖麻秆生产的中密度板做出口产品的包装材料，是国际免检产品.蓖麻饼粕是优质的有机肥料,经脱毒处理后,又是优质的蛋白质饲料，籽实脱脂后的饼粕N、P、K含量达35%以上,脱壳脱脂饼粕的蛋白质含量高达69%.随着世界工业的发展，国际市场石油价格连年上升，石油贮藏量日益减少，随之衍生的各种问题，让人们越来越多的把目光集中到蓖麻这种绿色能源上.这也使得国际市场蓖麻产品严重短缺，从而导致价格连年上涨，蓖麻籽价格一年来上涨10%，蓖麻油上涨9%.蓖麻产品缺口逐年加大，后市行情看好，种植蓖麻正当时.据有关部门统计，全国年产蓖麻籽40万吨左右方可使产销基本平衡.目前，年均总产才15万吨，缺口达几近三分之二.国内现有大、中型蓖麻油加工企业近20家，其中年加工2万吨以上的8家.由于蓖麻原材料供应短缺的困扰，多数企业处于停产半停产状态.因而，种植蓖麻首先不存在销售难的问题，而且大力发展也是势在必行.它的经济效益是粮食作物无法相比的，仅从种子方面来说，现在的市场价格每千克4.15~5元，采用新品种种植，每亩用种两千克，亩投入70元左右，可产蓖麻籽250~350千克，亩效益就是1200~1800元，再加上蓖麻叶、秆、籽粕的收入，经济效益是其它粮食作物不可比拟的〔20〕.综上所述，种植蓖麻投入少、见效快、效益高，是农村脱贫致富和产业结构调整的好项目.【相关文献】〔1〕Castor been plant〔EB/OL〕..plmar99.htm，2006.3-5. 〔2〕程继光.蓖麻产业链简介〔J〕.科技情报开发与经济,2006（16）:185-186.〔3〕Classen C E,Hoffman A.The inheritance of the pistillate character in castor and its possible utilization in the production of commercial hybridseed〔J〕.Agron J,1950，（42）:79-82.〔4〕张维峰.国外蓖麻育种与遗传研究动态〔J〕.中国油料,1988，（1）:90-92.〔5〕Ankineedu G,Ganga Parasada Rao N.Development of pistillate castor〔J〕.IndianJournal of Genetics and Plant Breeding, 1973，（4）:417-422.〔6〕邹立波,詹金彪.蓖麻毒素与肿瘤治疗〔J〕.国外医学临床生物化学与检验学分册,2001,22（6）:290.〔7〕Claasen C E,Hoffman A.The inheritance of the pistillate character in castor and its possible utilization in the production of commerical hybridseed〔J〕.Agron.J.,1950，（42）:79-82.〔8〕Shifriss O.Sex instability in Ricinus〔J〕.Genetics,1956，（41）:256-280.〔9〕Shifriss O.Conventional and unconventional systems controllingsex variation in Ricinus〔J〕.J of Genetics,1960，（57）: 361-388.〔10〕Zimmerman L H,Smith J D.Production of F1 seeds in castorbean by use of sex gene ssensitive to environment〔J〕.CropSci, 1966（6）:406-409.〔11〕张维峰.蓖麻杂种优势利用途径的商榷〔J〕.山西农业科学,1986，（10）:13-14.〔12〕黄家祥,黄庆科.高油蓖麻新品种淄蓖麻2号〔J〕.中国种业,2001，（1）:25.〔13〕李金琴,朱国立,李靖霞,等.蓖麻新品种通蓖5号的选育〔J〕.内蒙古农业科技,2004，（1）:10-11.〔14〕Lord JM,Roberts LM,Robertus JD.Ricin:structure,mode of action,and some current applications〔J〕.FASEB J,1994,8（2）:201-208.〔15〕邹立波,詹金彪.蓖麻毒素与肿瘤治疗〔J〕.国外医学临床生物化学与检验学分册,2001,22（6）:290.〔16〕王英,邱泽武.蓖麻毒素中毒与救治〔J〕.药物不良反映杂志,2007,9（3）:190-192. 〔17〕吕凤霞,刘恩魁,刘永平.蓖麻的开发利用前途广阔〔J〕.河北农业科技,1994，（4）:12. 〔18〕樊锦春,黄海涛.蓖麻的开发利用与高产栽培技术〔J〕.上海农业科技,2003，（1）:90. 〔19〕尹秀玲,徐兴友,孟宪东,等.蓖麻的开发利用〔J〕.生物学杂志,1998，（2）:35.〔20〕郝卫国，陈永胜，朱国立，等.适于蓖麻遗传多样性分析的RAPD引物筛选〔J〕.内蒙古民族大学学报（自然科学版），2008，（2）：168-171.。