提到橡胶，大家不会感到陌生：轮胎、手套、密封圈、医用器材、电线电缆、鞋底、玩具……现代社会几乎处处离不开它。

 

橡胶在生活中无处不在(图片来源：mightyearth.org)

 

　　但很少有人知道，全球橡胶产业的核心供给，高度绑定于一种热带植物——橡胶树。一旦橡胶树种植遭遇病害暴发、极端气候等冲击，橡胶产业链将面临严峻冲击。

　　如何解决这一难题?中国科学家将目光投向了一种能产橡胶的草本植物——橡胶草。近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士团队发表了最新研究，揭示了蔗糖在橡胶合成与菊糖储存之间的竞争性分配机制，通过“敲减”一个关键基因，将橡胶草的橡胶含量提升至近30%，为实现橡胶草高产育种提供了直接的代谢工程策略，也为破解橡胶供给困局带来了新的可能。

 

橡胶树：天然橡胶的天之“娇”子

 

　　按照来源，橡胶可分为两类：天然橡胶和合成橡胶。两者的特性与应用场景差异显著。

　　天然橡胶是从产胶植物中提取、加工而成的绿色可再生资源，主要成分是顺式-1.4-聚异戊二烯，兼具优异的弹性、耐磨性、绝缘性和可塑性。

　　合成橡胶则以石油、天然气为原料聚合而成，性能可调，但属于不可再生资源，在众多关键性能上也不如天然橡胶全面。因此，在航空航天、轨道交通、海洋装备、国防军工等高端领域，天然橡胶至今仍是飞机轮胎胎面、关键密封件和减震件等难以替代的核心材料。

　　目前全球约99%的商用天然橡胶都来自同一个物种——原产于巴西亚马逊雨林的橡胶树(Hevea brasiliensis)。它是典型的热带雨林树种，对气候、温度和病虫害都十分敏感，自然分布局限在南北纬十几度以内的狭窄地带。我国科研人员历经几十年攻关，研发出抗寒高产栽培技术，把橡胶树的种植北线推进到热带北缘(约18°N–24°N)，在海南、云南等地建成了天然橡胶基地，使我国跻身新兴产胶国行列。

 

橡胶树采集天然橡胶(图片来源：视图网)

 

　　即便如此，受品种资源、地理环境与加工技术等条件制约，国产天然橡胶在产量和性能上与东南亚主产区仍有差距，80%以上的消耗量仍依赖进口，航空轮胎等高端产品用胶更是高度依赖进口。

　　更值得警惕的是，全球几乎全部商业橡胶树栽培种均源自1876年从巴西引入的仅22株魏克汉橡胶树。由于长期采用无性系(嫁接)繁殖，遗传基础极为狭窄，导致抗病性减弱、育种进展停滞。一旦遭遇高致病性病害(例如曾重创南美橡胶产业的叶疫病)或极端气候，全球供应链就可能中断。

 

橡胶树常见病虫害特征(图片来源：https://stopfossilfuels.org/critical-infrastructure-systems/without-rubber-machines-stop/leaf-blight/;https://www.yitc.com.cn/cnPc/xjsbh.html)

 

　　因此，寻找可靠的天然橡胶第二来源，已经不仅是一个科学问题，更是关乎全球资源安全的战略命题。可是，除了橡胶树，能够提供我们天然橡胶的植物还有哪些呢?

 

橡胶草：茁壮成长的“后起之秀”

 

　　其实，自然界中能合成天然橡胶的植物超过2000种，但真正具备工业利用价值的只有三类：巴西橡胶树、银胶菊，以及本文的主角——橡胶草(Taraxacum kok-saghyz Rodin，简称TKS)。

　　橡胶草又称产胶蒲公英，主要有以下三个特点：

　　首先，橡胶草是一种“草”。橡胶草是菊科蒲公英属的一种多年生草本植物，长得和路边常见的蒲公英很像。橡胶树需要数年成林、一次种植多年采收，橡胶草却生长周期短、当年即可收获提胶，能够密植栽培、全程机械化耕播与采收，更契合现代化农业的生产方式。

 

开花结实的橡胶草(图片来源：参考文献[1])

 

　　其次，橡胶草的橡胶主要产自根部。橡胶草主要在根部乳管细胞中合成并积累天然橡胶，而且产生的橡胶化学结构与巴西橡胶树的天然橡胶高度相似，核心成分同样是高顺式-1.4-聚异戊二烯，均具有高弹性、耐磨耗、耐冲击等性能，可以直接用于工业级橡胶制品。

 

橡胶草根部的天然橡胶(图片来源：作者提供)

 

　　最后，橡胶草能“四海为家”，种植区域广泛。橡胶草耐寒、耐旱、耐贫瘠、耐盐碱，能够在温带、寒温带的大片边际土地上正常生长。我国大部分地区正处于温带，非常适合规模化种植。这意味着，橡胶草有望从根本上打破橡胶树只能在热带生长的地域限制，成为最具潜力的替代胶源之一。

 

新星：一段在战火中“走红”的往事

 

　　橡胶草的发现历史要追溯到近一个世纪以前。当时，随着国际局势紧张，苏联意识到依赖进口天然橡胶存在巨大风险。因此，自1926年开始，苏联政府启动了“寻找橡胶植物运动”，大规模搜寻可在其境内生长的产胶植物，几年间筛查的植物多达十万种。1931年，苏联植物学家L. E. Rodin及其团队在哈萨克斯坦境内的天山山谷中发现了一种根里含有橡胶的蒲公英，并将其正式命名为Taraxacum kok-saghyz Rodin。20世纪50年代初，我国轻工业部调查团也在新疆发现了大面积野生种群，习惯称之为橡胶草。

 

俄罗斯境内种植的橡胶草(图片来源：Wikipedia)

 

　　真正让橡胶草“走红”的，是战争年代的天然橡胶紧缺。二战期间，随着东南亚主要产胶区被占领，全球约90%的天然橡胶供应被切断，军工和工业生产骤然面临原料断供危机。为破解这一困局，苏联率先大规模扩种橡胶草：战前其种植园每公顷橡胶草的产胶量约为200公斤，到1943年，橡胶草橡胶的年产量一度达到3000吨，为前线的坦克、军靴、轮胎等军事物资制造提供了关键支撑。几乎同一时期，美国、英国、德国等也纷纷寻找本土产胶植物，美国更于1942年启动了“紧急橡胶项目”(Emergency Rubber Project)。我国也在1953年用橡胶草橡胶成功试制出汽车轮胎、自行车胎和胶鞋等产品。在那个特殊年代，橡胶草作为关键的战略备用资源，充分证明了其战时应急的重要价值。

 

在美国种植的橡胶草(左)与用橡胶草橡胶制成的轮胎(右)(图片来源：参考文献[2])

 

衰落：为什么后来“没人种”了？

 

　　既然有成熟的应用先例和广适的种植优势，橡胶草为什么会在二战后迅速退出主流舞台呢?问题并不出在它的产胶能力，而是外部竞争与自身短板叠加的结果。

　　从外部市场环境来看，战后合成橡胶工业实现技术突破和规模化量产，成本低、产量大、性能可定向调控，迅速占领了大量中低端市场;与此同时，东南亚的橡胶树种植体系全面恢复，经过上百年驯化的橡胶树品种稳定、单株产量高、产业链成熟，把天然橡胶价格大幅拉低，形成了绝对的成本优势。

　　更关键的制约来自橡胶草自身。作为一种尚未得到有效驯化的野生植物，橡胶草存在明显的种质短板：植株生物量小、抗杂草能力弱、田间一致性差;雪上加霜的是，它根部的橡胶含量普遍偏低，一年生的橡胶草干根含胶量仅约6%左右，整体投入产出比远不及成熟的橡胶树。在激烈的市场竞争中，橡胶草自然落了下风，研发与应用一度被各国束之高阁。

 

复兴：世界各国的竞相角逐

 

　　进入21世纪，局面正在悄然反转。一方面，随着新能源、高端装备、精密制造等新兴产业快速发展，全球对高品质天然橡胶的需求持续攀升，橡胶树的供给缺口不断扩大;另一方面，热带产区频发的极端灾害和常态化的地缘贸易波动，让单一来源的风险愈发突出。于是，广适、可控、可自主布局的橡胶草，重新登上历史舞台。

 

橡胶树与内蒙古多伦县橡胶草种植基地的对比(图片来源：https://www.cell.com/heliyon/fulltext/S2405-8440%2824%2901382-3)

 

　　自2007年至今，美国、德国和欧盟相继投入数千万美元重启相关研发计划，已培育出干根含胶量17%–20%的橡胶草，并研制出了自行车胎、冬季乘用车轮胎等产品;美国国防部、固特异、BioMADE和Farmed Materials合作，在俄亥俄州种植和收获橡胶草，生产的天然橡胶将用于研制军用飞机轮胎。我国也于2015年组建了由15家高校、院所和企业构成的“蒲公英橡胶产业技术创新战略联盟”，旨在构建“产学研用”一体化的全产业链条，重点突破良种选育、规模化种植、高效提取及终端应用等关键技术，实现橡胶草橡胶的商业化规模生产。通过品种选育，橡胶草根部含胶量已从野生种的约6%提升至15%以上。2024年，玲珑轮胎等企业成员已成功开发出含蒲公英橡胶的可持续环保轮胎(含79%可持续材料)，并将逐步推向市场。

 

新突破：敲减一个基因，产胶量增产数倍

 

　　要让橡胶草真正与橡胶树同台竞争，必须先迈过产量这道坎。最近，中国科学院遗传与发育生物学研究所/崖州湾国家实验室李家洋院士团队，就在这道难题上取得关键突破。

　　团队依托上百份核心种质资源，结合多组学分析与基因干扰技术，揭示了一场 “碳源争夺战”：在橡胶草根部，光合作用合成的蔗糖既可以被转化、储存为菊糖(即菊粉，inulin)，也可以被送去合成天然橡胶，即两条代谢通路在抢同一份原料。研究人员通过特异性地敲减（抑制）菊糖合成的关键限速基因1-SST，化解了这场“内战”，让碳源定向汇入橡胶合成通路。效果立竿见影：在温室种植仅3个月，转基因橡胶草根部的菊糖含量就从野生型的约40%骤降到3%以下，而天然橡胶含量则从野生型的6.5%大幅提升到12.9%–26.5%，最高超过野生型的4倍，单株产胶量显著提高，达到国际先进的高产水平。

　　进一步分析发现，1-SST被抑制后，根部多种糖明显积累，大量蔗糖被转运进负责产胶的乳管细胞，同时一批橡胶合成关键酶基因被激活，共同驱动天然橡胶快速合成与积累。这项成果意味着，在橡胶草种质创新赛道上，我国已凭借自主创新实现了与发达国家的并跑，为橡胶草的工业化应用按下了加速键。

 

蔗糖代谢重编程驱动橡胶草根部天然橡胶大幅增产的代谢网络示意图(图片来源：参考文献[3])

 

　　不可否认的是，相关研究没有脱离代谢权衡的“魔咒”：研究人员发现，如此大幅度的代谢重构会打破植株原有的次生代谢与激素平衡，产生了典型的代谢权衡效应，即当植株把更多资源优先投向橡胶合成时，根系的营养生长会受到影响，根的生物量有所下降。这也提示我们，未来要培育既高产又长得粗壮的优良品种，不能只盯住一个基因，而需要多基因协同调控，推动育种从单一性状改良迈向系统性、智能化设计。

 

结语：天然橡胶的“新曙光”

 

　　橡胶草从被发现至今，还不到一百年的时间。它的这次复兴，已经不是战争年代的应急之策，而是依托现代生物技术的突破，真正有了可落地的产业化基础。

　　而且，橡胶草的价值不止于生产橡胶。蒲公英属植物高含量的菊粉不仅是重要的水溶性膳食纤维和天然益生元，是食品加工和生物能源的重要原料，其本身又是我国传统的药食兼用资源，富含萜类、酚类、黄酮类等活性成分，可用于饮料、药品和动物饲料等。这些副产物带来的附加值，未来都有望分摊橡胶草种植成本、提升综合效益。

 

菊粉(Inulin)是一种优质的膳食纤维，由果糖分子聚合而成，多含在菊科和桔梗科等植物的细胞中，图中展示为菊芋(即洋姜)块茎及其所产的菊粉(图片来源：https://www.yidelai.com.cn/nd.jsp?id=102)

　　当然，从一项实验室突破走到真正的产业化，橡胶草还要跨越技术、资金与市场等多重挑战，但未来的发展方向已经清晰。在全球气候变化与地缘格局日趋复杂的今天，为高度依赖单一物种的天然橡胶产业找到一名可靠的替补队员，对一个国家的资源安全与产业未来意义深远。或许在不久的将来，那些生长在田野里、看似普通的产胶蒲公英，真的会支撑起国家工业原料安全的重任，驱动产业的车轮滚滚向前。

 

　　参考文献：

　　[1] Lin T , Xu X , Ruan J ,et al.Genome analysis of Taraxacum kok-saghyz Rodin provides new insights into rubber biosynthesis.National Science Review, 2018. 5(1):78-87. DOI:10.1093/nsr/nwx101.

　　[2] Whaley W. G., Bowen J. S. Russian Dandelion (Kok-saghyz): An Emergency Source of Natural Rubber. USDA Miscellaneous Publication, 1947. No. 618.

　　[3] Fan X, Chen Q, Song X, Kou L, Wang G, Chu J, Cui X, Yu H, Xu X, Li J. Metabolic reprogramming of sucrose flux boosts natural rubber in Taraxacum kok-saghyz. Journal of Genetics and Genomics, 2026. DOI:10.1016/j.jgg.2026.05.009.

 

　　作者简介

　　作者：范秀丽1.徐霞1.宋晓光1.李家洋1.2

　　作者单位：1中国科学院遗传与发育生物学研究所;2崖州湾国家实验室

　　来源：科学大院