不同生长期毛竹材细胞壁力学性能与微纤丝角

【目的】以不同生长期的毛竹材纤维细胞壁为研究重点,在纳米尺度下分别表征不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能,阐明成熟毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能与幼龄竹和过熟竹的差异,为竹材的科学采伐和竹材分级、改性及重组研究与合理利用提供理论依据。【方法】采用滑走显微制片法观察毛竹材横切面显微结构并精准确定其纳米压痕测试部位,应用纳米压痕技术结合非包埋制样法对0.5年幼龄毛竹、4.5年成熟毛竹和10.5年过熟毛竹材纤维细胞壁力学性能进行研究;利用广角X-射线散射法结合高斯拟合算法对不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的微纤丝角进行测算。【结果】毛竹材竹肉横切面显微结构表明,毛竹主要由薄壁组织细胞和维管束组成,维管束由导管和包裹着导管周围的厚壁纤维细胞组成;对其厚壁纤维细胞壁的纳米压痕测试结果表明,3个生长发育期的毛竹材细胞壁力学性能指标有较大不同,其中0.5年幼龄毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度最小,分别为10.7 GPa和0.358 GPa,4.5年成熟毛竹材的细胞壁弹性模量和硬度均为最大,分别为19.6 GPa和0.498 GPa,10.5年过熟毛竹材的细胞壁硬度和弹性模量居二者之间,分别为17.6 GPa和0.445 GPa;微纤丝角测试结果同样表明不同生长发育期毛竹材细胞壁的微纤丝角不同,其中0.5年幼龄毛竹材微纤丝角最大,为13.5°,4.5年成熟毛竹材微纤丝角度最小,为8.43°,而10.5年过熟毛竹材微纤丝角介于二者之间,为11.9°。【结论】生长期对毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝排列均有影响,幼龄毛竹材纤维细胞壁力学性能与成熟毛竹材纤维细胞壁力学性能有较大差别,随着竹龄增大达到成熟期时,毛竹材纤维细胞壁力学性能达到最大,但毛竹材并不是生长期越长其细胞壁力学性能越好,而是随着竹材老化其力学性能呈下降状态。处于成熟期的毛竹材其纤维细胞壁微纤丝排列与主轴的夹角呈较小状态,也决定了其具有较优的力学性能。依据3个竹龄毛竹材纤维细胞壁力学性能和微纤丝角测量结果,本研究在细胞壁水平阐明了毛竹材在成熟期时其微观力学性能优于幼龄毛竹材和过熟毛竹材。

FTIR及CLSM对转基因杨木细胞壁木质素含量及微区分布研究

通过木质素基因工程能够有效降低杨木细胞壁木质素含量,从而改善人工林杨树作为木质纤维材料的利用现状。选取C3H基因活性抑制表达的转基因杨树和其对照组杨树为实验材料,利用傅里叶红外光谱(FTIR)技术快速表征C3H基因表达活性降低后幼龄杨木细胞壁木质素的含量,并结合激光共聚焦显微镜(CLSM)和组织化学染色技术原位表征木质素含量微区分布变化规律。结果表明转基因杨树与对照组杨树红外谱图的形状和特征峰数目、位置基本一致,表明C3H基因活性降低并未改变杨木细胞壁主要化学成分及结构,但I_(1 508)/I_(1 379),I_(1 508)/I_(1 425)和I_(1 508)/I_(1 740)木质素特征峰高度比值结果表明转基因杨木木质素含量下降了8.2%~9.5%,峰强度的区别说明C3H基因活性抑制表达能够改变杨木细胞壁上木质素等化学组分含量;CLSM观察发现转基因杨木木质素微区分布含量均为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,与对照组木质素呈现相同的沉积规律,且转基因杨木细胞壁木质素浓度低于对照组杨木;组织化学染色的结果同样表明杨木S单体木质素均匀分布于纤维细胞壁上,而G单体木质素微区沉积规律为纤维细胞角隅>复合胞间层>次生壁,进一步揭示了C3H基因活性的降低并没有改变转基因杨木G和S木质素单体的沉积规律,但对其纤维和导管壁上木质素单体含量分布有一定影响。

木质素基因调控对木材细胞壁化学组分与微观结构影响的研究进展

木质素是木材细胞壁的第2大化学组分,对树木新陈代谢和生长发育具有重要作用,但木质素的存在阻碍了木材资源作为木质纤维材料的利用。文章分别详细阐述了木质素基因调控对木材细胞壁组分和组织细胞微观结构两方面影响的研究进展,以期为优质速生人工林的选育和培育提供科学理论依据,并在前人研究成果的基础上进行了展望。

基于X射线剖面密度仪和FTIR快速测定两种实木地板材的物理化学性能

实木地板作为一种天然环保的地面铺装材料,得到越来越多消费者的选择,需求量日益剧增,而如何快速了解和检测木材材性一直是地板选材和质量检测急需解决的问题。采用了X射线剖面密度仪和傅里叶红外光谱仪(FTIR)两种快速检测技术,对市场上常用的进口地板材番龙眼和香二翅豆的剖面密度和化学主要组成成分进行了快速测定;同时采用直接测量法测量了木材的基本密度值,并将两种地板材快速测定密度值与实测密度值进行了相关性分析。剖面密度分析结果表明,香二翅豆的平均密度高于番龙眼的平均密度,两种地板材质地均匀性都很好;相关性数据表明番龙眼与香二翅豆两种地板材剖面密度的平均值与其基本密度值都具有很好的相关性,拟合后的相关系数达到了0.983和0.981,所有样品的两种密度的相关系数为0.991;傅里叶红外光谱分析结果表明香二翅豆的抽提物含量要高于番龙眼,香二翅豆木质素的特征峰I1 507/I1 425,I1 507/I1 740的高度比值高于番龙眼的,而纤维素的特征峰I895/I1 425,I895/I1 507高度比值低于番龙眼的,表明香二翅豆的木质素含量高于番龙眼,纤维素含量低于番龙眼。由此可见,X射线剖面密度仪可以快速检测出木材的质地均匀性以及预测木材基本密度值,而FTIR可以快速检测木材化学组分相对含量的高低,两种方法结合可以对实木地板材以及其他木材的物理化学性能进行快速检测。

C3H-RNAi转基因杨木木质部纤维形态特征研究

为了探明基因调控对杨树木质部纤维形态的影响,采用切片制作结合光学和电子显微镜以及纤维离析的方法,观测了不同高度的C3H-RNAi转基因杨木及其对照组杨木的纤维形态特征及参数。结果表明,转基因杨木上、中、下3部位的纤维壁厚值分别较对照组的下降了13.16%、13.47%和10.71%,而腔径值无明显差异,上、中、下3部位的纤维长度和长宽比分别较对照组的上升了1.39%、8.52%、3.80%和9.48%、16.24%、8.97%,纤维宽度分别下降了7.40%、6.64%、4.72%。发现转基因杨木和对照组杨木纤维壁厚和长度等纤维形态参数值均随木质化程度的增加而增加,并且中、下部位纤维形态更适用于制浆造纸。