近年来，针对三叶天然橡胶资源紧缺、三叶胶白叶枯病（SALB）的威胁以及石油资源面临枯竭的局面，中国、欧洲、美国和日本等国家和地区都在积极开展寻求新型生物橡胶资源的开发工作。2010年初，欧盟将银菊胶和蒲公英替代三叶天然胶的研究列入“欧盟第七框架计划”；中国近年来也在积极推进杜仲橡胶的开发和应用。
据文献报道，地球上有2000多种植物可以提取橡胶，截至目前为止，人们发现用于工业橡胶的植物主要有三叶橡胶树、杜仲树（含叶林杜仲）、蒲公英草和银胶菊，最近也有关于橘皮油、甘蔗发酵提取橡胶用于轮胎的报道，随着研究的不断深入，新的橡胶资源或将继续问世。
一、杜仲胶
杜仲胶是具有橡塑二重性的优异的高分子材料，化学成分与产于三叶橡胶树的天然橡胶相同，但分子结构不同，杜仲胶为反式聚异戌二烯，三叶天然橡胶则为顺式聚异戌二烯。天然反式聚异戌二烯橡胶目前主要包括杜仲橡胶、古塔胶和巴拉塔胶。天然杜仲胶系由杜仲树的籽壳、叶、皮及枝皮中通过物理或化学提取法制得。古塔胶主要由马来亚半岛、印度尼西亚等热带地区产的山榄科植物的树皮和树叶中的胶乳制得。巴拉塔胶主要由产于圭亚那和委内瑞拉等地的一种山榄科植物的胶乳制得。
日本、美国和俄罗斯等国家对杜仲种植均进行过一系列研究和实践。日立造船公司已分别在中国和美国申请了有关杜仲生物聚合物提取方法的专利，日本大阪大学已开展多项杜仲应用研究课题。美国也有公司在我国申请了杜仲胶用于牙科材料的专利。
世界95%以上的杜仲资源在中国。杜仲树也是世界上适应范围最广、发展潜力最大的优质胶源树种。杜仲的果、叶、皮中均含有丰富的杜仲胶,其中叶含胶2-3%，籽含胶12-18%，皮含胶6-10%。采用果园化种植模式，每公顷可产杜仲籽3600-4500公斤，籽油可以用来制取高级食用油、保健品、美容化妆品等；籽壳、叶和皮在提取绿原酸、桃叶珊瑚苷等医药、保健活性成分后，用于提胶，每公顷可产胶600公斤以上。所余残渣可用于饲料、活性炭和有机肥等。杜仲树为雌雄异株，杜仲雄花含有极高的营养保健成分，可以用来制成雄花茶和高级雄花花粉。
我国著名杜仲胶专家严瑞芳先生基于杜仲胶独特的结构与性能，研究开发出三大类不同用途的材料：橡胶高弹性材料、低温可塑性材料及热弹性材料。多年来，众多科学家和研究人员不断开拓杜仲胶的应用领域，目前应用范围已覆盖到多个领域，如高尔夫球、医用代石膏骨科外固定及矫形用杜仲胶夹板、运动员护肢具、假肢支撑腔（假肢套）、牙齿填料、运动员护齿、实验室玻璃仪器接管、真空油泵、真空水泵密封接管等。
近年来，我国产业的发展受到国家的高度关注。2011年4月，国家发改委发布的“产业结构调整目录（2011年）中，首次将“杜仲种植生产”和“新型天然橡胶的开发和应用”列入鼓励类目录中，并于当年对部分有杜仲产业基础的企业实施了资金扶持。2012年，国家发改委、科技部通过重点项目建设、省部会商项目建设、火炬项目和863科技支撑计划等形式，对杜仲胶的项目建设、提取工艺和应用开发给予了资金扶持。充分表明了国家对杜仲产业发展和开发新型天然橡胶替代材料的重视。
自2010年以来，我国部分高校和科研机构在杜仲胶的分子育种、杜仲胶提取、设备制造和应用开发方面取得了一系列突破性进展。
1、高胶含量杜仲分子育种研究取得新突破
中南林业科技大学通过对杜仲叶片和果实的转录组测序及深度分析研究，获得了大量基因的表达规律，如杜仲胶、α-亚麻酸、苯丙素类、黄酮类、类胡萝卜素等重要活性物质生物合成途径的相关基因的表达规律及关键酶基因信息，果实和叶片差异表达基因和特异表达基因的信息；发现了杜仲胶合成上游相关基因124条，并分离克隆了28条杜仲胶合成上游途径MEP和MVA途径的重要基因cDNA全长；发现杜仲胶合成下游相关基因共74条，其中分离克隆了35条如乳胶管蛋白（MLP）、橡胶延伸因子（REF）、橡胶小颗粒蛋白SRPP和杜仲胶合成关键酶基因异戊二烯磷酸二合酶（TIDS）的cDNA全长；构建了杜仲胶合成基因的RNA干扰表达载体和过量表达载体，并对杜仲和烟草进行转基因试验，筛选出了杜仲胶合成上游和下游关键酶基因，初步分析表明，将提高杜仲胶含量18.65%~26.54%，为将来大幅度提高杜仲胶产量奠定了基础。
2、天然杜仲胶提取工艺及设备制造获新进展
青岛科技大学将超临界二氧化碳技术、超声波辅助技术、逆流提取工艺应用到天然杜仲橡胶的提取过程中，克服了提取过程中提取次数多、产率低等操作带来的成本高、污染重的问题，大大提高了提取效率和溶剂的使用率。为配合天然杜仲胶的提取，开发了连续逆流超声提取成套设备及自动化、信息化控制系统。
3、合成杜仲胶领跑应用开发
中国杜仲胶科学研究院、青岛第派新材有限公司在合成杜仲胶的应用开发方面不断取得新的进展。研究表明，在目前所有用于轮胎的橡胶中，硫化合成杜仲胶的滚动阻力和生热是最低的，仅为乳聚丁苯橡胶的50%左右，而且任何胶料(包括国际上新发展的低滚阻低生热橡胶溶聚丁苯胶在内)与合成杜仲胶并用，都能明显降低其滚动阻力和生热。经轿车和轻型载重子午胎试用证明，在胎面胶中使用20-25质量份合成杜仲胶，替代SBR即可节省汽车燃油消耗2.5%左右，行驶里程超过15万公里。经过配方的优化和在胎面胶、胎侧胶、三角胶中都使用杜仲胶，可以生产出节油3%的绿色半钢子午胎。
进行了合成杜仲胶/聚丙烯合金的制备。试验表明，在保持合金强度较高的条件下，其悬臂梁缺口冲击强度高达近40kJ/m2，可以制成超韧性改性的聚丙烯，应用于汽车配件、体育运动器材及其它对强韧性要求较高的器件或配件。
二、银菊胶
银胶菊（Parthenium hysterophorusL）为菊科银胶菊属一年生草本植物，原产于墨西哥和美国南部半沙漠地区，18世纪墨西哥印第安人发现可从银胶菊中提取橡胶物质，就尝试用银菊胶来制作游戏用的皮球。由于当时三叶胶价格昂贵，当地银胶菊有大片的野生资源，美国与墨西哥合资建立了橡胶提取工厂，1904年正式商品问世，向美国出口了40公斤胶。到1907年，墨西哥已经有20套提取装置运转或建设中，1910年，银菊胶产量达到1万吨，占当时美国橡胶进口量的24%。一直到1912年，大陆橡胶公司还在坚持生产。但由于大面积银胶菊枯死，银菊胶在墨西哥逐渐消失。
墨西哥的加工厂关闭后，美国国际橡胶公司开始了农业和育种研究，并尝试商业化生产。上世纪20年代末，美国银胶菊种植面积达到3200公顷，银菊胶产量1400吨，直到1991年美国经济大萧条才停止生产。
二次世界大战期间，为了应战争所需，美国组织了1000多名科学家和技术人员，9000多名工人，种植了13000公顷银胶菊，同时也形成了完整的种植和加工技术体系，后来由于合成橡胶的开发而中止。
上世纪70年代，由于油价暴涨，又支撑银菊胶研究延续了约12年，不仅产量增长，技术也日益成熟。美国固特异等公司在上世纪70年代也曾种植过银胶菊，并开始了加工和应用。上世纪80年代，固特异用银菊胶试制出汽车轮胎和航空轮胎，其行驶里程、起落次数等使用性能均接近天然胶。
2012年初，普利司通和固铂轮胎公司先后宣布进行银菊胶用于轮胎制造的研究工作。
银菊胶除物理机械性能与天然胶相近外，其最大特点是不含蛋白质，非常适合制造医用手套等医疗产品。美国正计划逐步用合成胶和其他非致敏材料替代三叶天然胶，其中银菊胶成为首选，种植银色橡胶菊也被提升到发展本土天然胶资源的高度。美国农业部自2000年开始，将开发无过敏性反应的天然胶乳列入美国农业研究机构项目发展计划，并于当年9月与Yulex公司签订了为期5年、拨款230万美元的项目合同。合同内容包括：完善采收后处理技术，提高可萃取胶乳的产量；研究将银色橡胶菊种植纳入现有耕种体系的管理方法；寻找更有效的育种、栽培技术等。
根据欧盟最近在法国蒙彼利埃和西班牙卡特赫娜两个种植基地的试验结果，法国蒙彼利埃年降水量多，植物不需要灌溉，每公顷年产胶乳450公斤，而西班牙卡特赫娜较干燥，缺水时可适当补充水分，每公顷胶乳年产量可达1600公斤。
近年来，银胶菊综合开发也取得很大进展。将银胶菊的树脂提取后用于制造涂料和粘合剂，剩余不含树脂的部分用来提取橡胶，提胶后的余渣进一步用来生产复合板、建筑材料和用作肥料等。
Yulex公司将胶乳和树脂分离后，可以从树脂中回收萜类化合物、脂肪酸等。胶渣可以转化为生物能源，经发酵可以转化为乙醇，经裂解可以制成生物燃料，经汽化可以生成合成气，燃烧用于发电等。
但也有研究认为，银胶菊植株体表的微细状体和花粉对人类及动物有害，可引起过敏性鼻炎、过敏性皮炎等，也可引起肝脏和遗传病变。银胶菊对其他植物也会产生较强的化感作用，危害入侵地的植物生态平衡。目前对银胶菊的化感作用、花粉毒性以及银胶菊生物防治等方面的研究正在进行中。
三、蒲公英胶
蒲公英传统上是一种制作沙拉、中药茶和酒的材料。早在上世纪初，欧洲一些国家如法国、芬兰、瑞士、匈牙利以及捷克等国家的科学家就开始了蒲公英种植和提胶的研究工作，并提出了蒲公英含胶量12%的理论。近年来，德国亚琛弗劳恩霍夫分子生物学与应用生态学研究所的克里斯蒂安•舒尔茨（Christian Schulze Gronover）和他的同事们确认了基因在俄罗斯蒲公英产生橡胶中的作用，他们发现，多酚氧化酶能令橡胶草胶液凝结。与此同时，美国俄亥俄州立大学的马修•克莱因亨茨也在研究如何提高蒲公英橡胶草的橡胶产量。克莱因亨茨博士用的是旧式的办法——种植多个株系的橡胶草，然后磨碎根部（大部分汁液存在于这一部位）以寻找橡胶含量最高的那些株系，然后再将这些株系杂交。结合两种方法（高技术含量的生物工程方法和低技术含量的植物育种方法），他们认为，或许能培育出一种现代社会鲜有的全新作物品种。
总部设在美国阿克伦城的德尔塔公司也正致力于开发蒲公英橡胶草（Taraxacum kok-saghyz）资源并准备将其产业化。蒲公英橡胶草又称为俄国蒲公英或者TKS。据文献介绍，每公顷TKS可年产胶约1120公斤。萃取后产生的副产品是230万加仑乙醇，这种替代燃料产生的价值完全能抵消TKS的成本，从而拉低TKS的市场价格。从TKS得到的天然橡胶，其物理机械性能与三叶天然橡胶不一样，用于轮胎还需要一个适应过程。在加工工艺上会有些细微的差异，但加工设备，比如密炼机、压延机都是一样的。
欧盟向哈萨克斯坦提供了800万欧元的科技援助资金，支持哈萨克斯坦的科技工作者研究从蒲公英中提取天然橡胶。哈萨克斯坦广阔田野中生长着大面积的野生蒲公英，且今后也可以人工种植蒲公英，哈萨克斯坦有望成为蒲公英橡胶生产大国。哈萨克斯坦的科学家希望，今后哈萨克斯坦不仅要向科技发达国家出口能提取橡胶的蒲公英根茎，而且还将出口从蒲公英中提取出的天然橡胶和橡胶制品。
四、其他生物基工程弹性体
生物基工程弹性体是由可再生的生物质资源，比如玉米、土豆、甘蔗等经发酵得到生物基单体，比如癸二酸、衣康酸、丁二酸、1,3-丙二醇及1,4-丁二醇，再经化学合成得到的弹性体聚合物。北京化工大学弹性体研究中心在国家自然科学基金和美国固特异轮胎有限公司的资助下正在对这一领域展开深入的研究，目前已开发出三种最有希望的生物基工程弹性体：聚酯基生物基工程弹性体、衣康酸酯基生物基工程弹性体和豆油基生物工程弹性体。北京化工大学弹性体研究中心的研究人员认为：生物基弹性体可以像传统的天然橡胶或者合成橡胶一样制成轮胎以及其它一些橡胶制品。
五、结语
各种天然橡胶替代资源的研究开发，标志着人类向植物产品回归的道路上迈出了重要一步。
每一种天然橡胶替代植物，将伴随着科学家的不断探索和试验向人类展示出其越来越多的潜在价值。
在中国，截至目前的研究表明，杜仲是我国发展潜力最大、综合开发价值最高的生物橡胶资源。杜仲树集工业应用、医药、农产业、林产业、养殖、生态于一身，即可以发展多种种植模式，又可以发展立体种植，是极具社会效益、经济效益和生态效益的宝贵植物。
主要参考文献：
1、杜仲分子育种研究新进展，乌云塔娜，《2012中国杜仲产业发展高峰论坛论文集》，2012.9.
2、天然杜仲橡胶的现代提取技术及综合利用，夏琳、辛振祥等，《2012中国杜仲产业发展高峰论坛论文集》，2012.9.
3、合成杜仲胶应用新进展，赵志超、陈占勋，《2012中国杜仲产业发展高峰论坛论文集》，2012.9.
4、中国橡胶工业可持续发展的未来--生物橡胶的研究进展，张立群、张继川等，《2012中国杜仲产业发展高峰论坛论文集》，2012.9.
5、Growing Hypoallergenic Rubber Plants In Texas,Science Daily,2008.1
6、Dennis T. Ray, Guayule:A Source of Natural Rubber,1992
7、D. Snoeck, E.N. van Loo, T. Chapuset, S. Palu， Agronomic evaluation of Guayule cultivation in two Mediterranean areas (Spain and France) ,2010
8、Has Mooibroek, Polymers & Tyre Asia,6-7,2010
9、Morh. K. Finlay, The Many Futures of Alternative Rubber Plants, Armstrong Atlantic State University,2010.10
10、Dr.matt Kleinhenz,Dept.of Horticulture and Crop. Science, The OSU-OARDC,2010.10
11、Collee McMahan etc. United States Department of Agriculture,2010.
