RNA干涉培育低木质素杨树

采用改良的CTAB法提取南林95杨的基因组DNA,经PCR扩增得到肉桂酰辅酶A还原酶CCR基因的第4个外显子部分序列,通过中间载体pUCCRNAi,构建含正反向干涉片段的pBI121表达载体,导入农杆菌LBA4404。利用叶盘法侵染南林95杨,获得3株转基因植株,经分子鉴定证实干涉片段已导入南林95杨。测定Klason木质素及综纤维素含量的结果显示:转基因植株Klason木质素含量与对照相比平均降低了9.86%,综纤维素含量与对照相比平均增加了3.17%,纤维长宽比明显增加,均表明转基因植株更有利于造纸。     

通过RNAi技术抑制杨树c3h基因表达提高糖转化效率

利用克隆得到的毛白杨c3h1基因构建其RNAi抑制表达载体,通过根癌农杆菌介导的叶盘法转化银腺杨无性系84 K,Realtime PCR检测表明其转基因株系323、325和322中c3h1基因表达量较野生型植株分别下调89.04%、82.22%和68.38%;茎横切片组化染色和显微结构观察表明转基因植株木质部发育和木质素沉积方式发生了改变;木质素、纤维素含量测定及苯酚—硫酸法总糖含量与HPLC法可溶性总糖和单糖含量检测结果表明:转基因植株木质素含量平均降低23.00%,最高可达39.71%;酸前处理效率最高提高了41.39%;未经酸处理直接酶解的糖化效率是对照植株的2.34～2.72倍,322株系和323株系比对照植株经酸前处理后再酶解的糖化效率高出81.18%和375.53%。     

丹红杨等4个黑杨无性系在湖区外滩引种试验

选择近年来引进的洞庭湖区造林的丹红杨、巨霸杨、南林-95杨、南林-895杨，于2004年春在西洞庭目平湖外滩进行对比造林试验，经4年观测，其造林保存率均低于78％。丹红杨、巨霸杨胸径生长量较大；巨霸杨、丹红杨、南林-895杨的材积生长量较南林-95杨增产15．9％～25．6％。各项生长量指标在4个无性系之间均无显著差异。     

南林895杨抗旱耐盐基因DREB1C的转化

以美洲黑杨杂种优良无性系南林895杨为转基因受体材料,利用农杆菌介导法转化与逆境胁迫相关的DREB1C基因.经潮霉素筛选,共获得80株抗性植株,经PCR及RT-PCR检测有30株抗性植株呈阳性,初步证明DREB1C基因已整合到南林895杨基因组中.抗性试验结果初步表明,转基因植株的抗旱、耐盐性均有所提高.     

杉木、I-72杨主要化学组成的株内纵向变异研究

对杉木和I-72杨的心、边材的主要化学组成沿树高方向的株内纵向变异进行了研究。主要研究内容为综纤维素、α-纤维素、半纤维素、木质素、酸溶木质素的含量及综纤维素与木质素的比值变化等。研究结果揭示了这两个树种的心、边材的主要化学成分在纵向上的变异规律：杉木和I-72杨的心、边材综纤维素和α-纤维素的含量均为边材高于心材,但在沿树高方向的纵向变化规律各异;杉木、I-72杨心、边材的半纤维素含量沿着树高方向表现出不同的变化规律;杉木木质素在各个树高部位均为边材高于心材,边材木质素含量随着树高的增加逐步降低,而心材木质素含量则沿树高方向先增加然后逐步降低。I-72杨心、边材木质素含量的变化表现各异,心材含量随着树高的增加逐步增加,边材则表现为无规律变化;杉木、I-72杨心、边材的酸溶木质素含量均沿树高方向逐渐降低,但杉木边材的酸溶木质素含量高于心材,而I-72杨却是心材高于边材;综纤维素与木质素的比值在沿树高方向具有不同的纵向变化规律。     

不同品种杨树人工林材性差异及其对单板胶合强度的影响

以转基因欧洲黑杨、北抗杨、转基因741杨和107杨为试验对象,研究了其物理力学性能、化学性能及解剖学特性,从理论上分析了4种杨木木材的材性及其对单板胶合性能的影响。结果表明:4种杨树木材纤维素、综纤维素和木质素含量差异不太显著,107杨纤维素含量略高于其他3种杨树木材;年轮宽度上,转基因欧洲黑杨、北抗杨大于转基因741杨和107杨;4种杨木木材密度存在显著差异,其中107杨木的密度最大,这主要是由于不同木材的孔隙度差异造成的。研究同时也表明,4种杨木木材中,107杨是胶合板制备中更适宜的树种。     

杨树木质素合成基因C3H与HCT表达下调对细胞壁空间形态的影响

木质纤维素是地球上数量最大的可再生资源,由木质素、半纤维素及纤维素三者紧密结合产生的抗降解屏障作用是纤维素能源利用的主要障碍。高效分离木质素,须对木质素在木材细胞壁中的结构与分布进行充分的研究。本研究中选定莽草酸/奎尼酸羟基肉桂酰转移酶HCT基因和毛白杨香豆酰莽草酸/奎宁酸羟化酶C3H基因为调控目标,通过根癌农杆菌叶盘转化法转化银腺杨无性系84K,最终得到C3H-RNAi与HCT-RNAi转基因植株。发现C3H-RNAi和HCTRNAi转基因株系比野生型植株内中外三层木质部的平均导管腔茎、导管壁、木纤维腔径、木纤维壁均变小。壁腔比值都小于1,比较适合作为造纸纤维原料。探索通过基因改良技术改变杨树木质素结构在细胞壁中空间尺度上分布变化,这将为林木材性改良,木质纤维素高效利用研究奠定基础。     

毛果杨Rubisco活化酶基因的克隆与功能分析

【目的】核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(Rubisco)是参与植物光合作用的第1步碳同化的关键酶,而Rubisco活化酶(RCA)能够使Rubisco处于稳定的催化活性状态,从而提高光合效率。本研究从毛果杨中克隆RCA基因并通过遗传转化南林895杨,获得PtRCA高表达的转基因株系,并进行分子检测及相关功能分析,为培育杨树新型高光效抗逆品种提供依据。【方法】基于毛果杨基因组数据库信息克隆PtRCA基因序列,利用生物信息学对PtRCA基因进行功能和结构分析。采用Gateway技术将PtRCA构建到植物表达载体pGWB406中,以南林895杨为受体材料,通过农杆菌介导法进行遗传转化。以转PtRCA基因南林895杨和对照(南林895杨)为材料,测定分析在高温胁迫下转基因植株的基因表达、光合参数和叶绿素荧光参数的差异。【结果】从毛果杨中克隆获得PtRCA的CDS序列长1 323 bp,编码440个氨基酸残基,其蛋白相对分子质量为48 315.9 Da,等电点pI为5.57,为疏水性蛋白,无信号肽以及跨膜结构;通过序列对比,发现PtRCA属AAA+超级家族一员,且与大豆、拟南芥RCA蛋白同源性较高。转PtRCA基因南林895杨RCA表达量均高于对照,且能够利用强光充分进行光合作用,其光饱和点也均高于对照,增加约12.5%~37.5%;光补偿点除3号株系外,其他转基因株系均略低于对照;转基因植株在光饱和点的光合速率比对照增高24.6%~55.7%。转基因株系对CO_2的利用能力和羧化效率均强于对照组,CO_2饱和点除1号和4号株系外,其他株系均比对照低12.5%~25.0%;CO_2补偿点比对照降低53.1%~80.4%;光呼吸比对照低37.7%~79.3%,并且转基因杨树在CO_2饱和点的光合速率比对照增高4.4%~26.4%。另外,转基因杨树表现出耐光氧化的能力,光氧化处理后,对照PSⅡ原初光化学效率下降61.7%,而转基因杨树下降45.0%~53.1%;对照PSⅡ实际光化学效率下降54.1%,而转基因杨树下降38.7%~52.0%;光化学猝灭系数对照下降68.3%,而转基因杨树下降51.0%~65.8%;非光化学猝灭系数对照仅增加3.0%,而转基因杨树增加6.0%~26.5%。【结论】杨树Rubisco活化酶(PtRCA)蛋白与大豆、拟南芥RCA蛋白同源性较高。通过实时定量及相关生理分析表明,转PtRCA基因南林895杨具耐高温特性,利用CO_2和强光进行光合作用的能力较强,催化Ru BP进行羧化反应的效率较高。转PtRCA基因杨树能够充分利用吸收的光子,PSⅡ反应中心效率较高,过剩光能量得到较好的耗散,表现出耐光氧化的能力。研究结果表明,PtRCA基因的高效表达提高了转基因植株的光合效率,并对高温高光强具有调节能力。     

杉木间伐材高温热处理后化学成分的变化

以空气和菜子油为介质,分别用180,200和220℃处理杉木间伐材2和4 h,测定处理样综纤维素、纤维素、Klason木质素和苯醇抽出物相对含量的变化,并用傅里叶变换红外光谱分析高温热处理过程中木材内综纤维素的变化规律.结果表明:热处理后试材综纤维素含量均有不同程度的降低、纤维素总体降低较少,相应的苯醇抽出物含量、Klason木质素含量增加;温度升高、处理时间延长,木材主要化学组成的变化程度增大;在隔氧的油介质中进行热处理,试件的化学成分变化程度低于空气介质中热处理材;方差分析表明不同温度、时间、介质对主要化学组成产生极显著的影响;FTIR分析表明,180℃热处理时开始发生半纤维素分解,到200℃时纤维素也开始分解;氧气氛围对糖残基的热分解具有促进作用.在3 412,1 050,898 cm~(-1)附近相关糖残基,1 736 cm~(-1)附近相关C=O以及2 907 cm~(-1)附近对应C-H的吸收强度的变化也表征出热处理过程中各化学成分的变化规律.     

两种杨树对铅和铅-镉复合胁迫的生理响应

不同品种的杨树对重金属污染土壤的修复和耐受性存在显著差异,为了解不同品种的杨树对铅(Pb)和镉(Cd)的耐抗特性,以南林95杨和南林895杨为研究对象,研究其在不同浓度Pb胁迫和PbCd复合胁迫下的生理响应,对其根系活力、过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性蛋白质和叶绿素含量等指标进行对比分析,并采用主成分分析和隶属函数法综合评价2种杨树对Pb和Cd胁迫的耐受性。结果表明,南林95杨和南林895杨在Pb胁迫和Pb-Cd复合胁迫下,各生理指标的变化趋势大致相同,均表现出较强的耐受性;在Pb胁迫和Pb-Cd复合胁迫下,南林895杨的根系活力和CAT活性均强于南林95杨,但其叶绿素含量少于南林95杨。Pb胁迫下,南林95杨的可溶性蛋白质含量略高于南林895杨,在Pb-Cd复合胁迫下则相反。综合评价结果表明,南林895杨对重金属Pb和Cd的耐受性强于南林95杨,具有更好的修复前景。     

四种算法用于近红外测定制浆材材性的对比研究

采集了常见制浆材(桉木、相思木及杨木)样品的近红外光谱,测定了样品的基本密度、综纤维素、木质素和苯醇抽出物含量,用人为控制水分的方法测定了样品的水分含量。对原始光谱进行预处理后,分别运用偏最小二乘法(PLS)、LASSO算法、支持向量机法(SVR)和人工神经网络法(BP-ANN)建立基本密度、水分含量、综纤维素、木质素和苯醇抽出物含量的预测模型。对预测模型进行独立验证,结果显示:LASSO算法建立的基本密度和综纤维素模型性能最优,其预测均方根误差(RMSEP)分别为0.006 3 g/cm~3和0.49%,绝对偏差(AD)范围分别为-0.008 8~0.009 6 g/cm~3和-0.85%~0.87%;PLS建立的水分含量模型及苯醇抽出物模型最优,RMSEP值分别为1.21%和0.24%,AD范围分别为-1.99%~2.03%和-0.35%~0.38%;SVR建立的木质素模型最优,RMSEP值为0.43%,AD范围为-0.76%~0.74%,均满足制浆造纸工业中对误差的要求。     

马尾松木材化学组分的遗传控制及对木材育种的意义

本文利用 1 3年生马尾松子代测定林的 2 0个自由授粉家系的木材试样 ,着重研究木材化学组分的遗传学问题。研究结果表明 ,木材化学组分、基本密度和生长性状在家系间的差异都达到了极显著水平 ,并受中等至强度的遗传控制。在 6个木材化学组分中 ,灰分、戊聚糖和 1 %NaOH抽出物含量的遗传力较高 ,木质素、综纤维素和热水抽出物含量的遗传力稍低。生长性状与木材密度呈显著的负相关 ,而与木材化学组分相关性很小 ,似相互独立。遗传相关认为灰分和热水抽出物含量可分别作为综纤维素和木质素的间接选择指标。由于综纤维素和木质素含量在家系间的绝对差异较小 ,仅为 2 %～ 3% ,对选育的实际意义不大。可选择综纤维素含量高的优株进行无性繁殖加以利用     

Analysis on Chemical Composition of Guadua amplexifolia Planted in China

The objective of this study is to determine the properties of G. amplexifolia. In this paper; the chemical composition, including holocellulose, acid-insoluble lignin, 1% NaOH solubility, benzene-ethanol extractives and ash content, was considered for the variability with respect to positions along bamboo culm height （bottom, middle and top）, parts along radial direction （inner part and outer part）and ages （1-year and 2- year）. The test results were also compared to those of moso that is commonly planted and used in China. This study indicated that both the holocellulosecontent and the lignin content in inner part were lower than ; in outer part, but for extractives and ash content, the reverse was true. Bamboo age also had effect on chemical composition; both the holocellulose content and the ash content in the culm of 1- year were higher than those of 2-year; while the lignin content and the extractive content m the culm of 1- year were higher than those of 2-year. High holocellulose content, low lignin contentand extractive content were advantages of G. amplexifolia.     

Effect of Coriolus versicolor on physico-chemical properties of Eucalyptus globulus wood

Summary The purpose of this study was to determine the progressive changes in physical and chemical properties of Eucalyptus globulus wood under the action of a representative white rot fungus, Coriolus versicolor. Observations concerning the nature and relative effects on weight loss, hot water solubility, 1% sodium hydroxide solubility, Klason lignin, holocellulose, intrinsic viscosity and degree of polymerisation of holocellulose, pentosans, methoxyl value, neutral sugar composition and nitrobenzene oxidation products are discussed.The authors thank Dr. P. S. Rehill, the then Officer-in-Charge, Forest Pathology Branch, for valuable suggestions and providing facilities for decay experiments     

Influence of process variables on the properties of pulp and paper sheets obtained by sulphite pulping of olive tree wood

Summary A central composition design was developed to study the influence of process variables (temperature, pulping time, sulphite concentration, anthraquinone concentration and liquid/solid relation) on the properties of pulps (yield, holocellulose, α-cellulose and lignin contents, and brightness) and the paper sheets (stretch, burst index and tear index) obtained from them, in the sulphite pulping of olive tree wood. Equations that reproduce the properties of pulps prepared by sulphite pulping and of paper sheets obtained from it are reported. The proposed equations fit the experimental yield and the holocellulose and α-cellulose contents of the pulps with errors less than 5%, as well as brightness with errors less than 10%. Also, they reproduce the lignin content of the pulps, and the stretch, burst index and tear index of the paper sheets with errors less than 15%. Obtaining pulps with acceptably high yield, holocellulose and α-cellulose contents, and also a high brightness, in addition to low lignin contents, entails operating at a temperature of 193 °C for 143 min, using a sulphite concentration of 19.85%, an anthraquinone concentration of 0.1% and a liquid/solid relation of 6.24. These are also the most suitable conditions for obtaining paper sheets with a high stretch, burst index and tear index. Received 23 April 1998     

Elastic modulus of lignin as related to moisture content

The Young's and shear moduli of two lignins have been measured at several moisture contents. Cylindrical test specimens moulded from periodate and Klason lignin powders were conditioned to the required moisture contents and tested in tension and torsion. The Young's modulus of periodate lignin increased linearly from 3.1x10⁹ to 6.7x10⁹ Pa, and the shear modulus from 1.2x10⁹ to 2.1x10⁹ Pa as the moisture content of the lignin decreased from 12 to 3.6%. Klason lignin showed similar behaviour but its moduli were always much lower. This was probably a consequence of the more drastic alteration undergone by the Klason lignin during its isolation from the wood cell wall.I am indebted to Messrs M. B. Forsyth and L. P. Lowe for assistance with the design and construction of the testing equipment used in this work.     

近红外光谱法快速测定速生桉木化学成分含量

用常规方法测定了104个速生桉木样品的综纤维素、聚戊糖、酸不溶木素及苯醇抽出物含量并采集了样品的近红外光谱。对原始光谱进行多元散射校正后,运用偏最小二乘法和交互验证的方法,确定最佳主成分数并建立样品相关化学成分含量的校正模型。独立验证中综纤维素、聚戊糖、酸不溶木素和苯醇抽出物模型的决定系数 Rval2分别为0.9067、0.9033、0.9504、0.9570;预测均方根误差(RMSEP)分别为0.33%、0.50%、0.31%、0.17%;相对分析误差(RPD)值分别为3.22、3.20、4.43、4.73;绝对偏差(AD)分别为?0.53%~0.60%、?0.95%~0.77%、?0.55%~0.52%、?0.22%~0.29%,4个校正模型较好地预测了验证集样品的化学成分含量,基本满足制浆造纸工业中快速测定速生桉木原料的需求。