拉曼光谱在木质素研究中的应用进展

随着人类对环境污染和资源危机等问题认识的不断深入,开发利用廉价、可再生、可降解的天然高分子材料日益受到重视。木质素是总量仅次于纤维素的第二大天然高分子材料,是自然界中唯一能提供可再生芳基化合物的非石化资源,木质素及其分子结构研究备受关注。木质素主要由愈创木基(G)、紫丁香基(S)和对羟基苯基(H)3种基本结构单元组成,其存在不仅能够增强植物细胞壁的机械强度,同时也能够防止微生物对细胞壁的侵害,使木质化的植物直立挺拔,不易腐朽。在植物细胞壁中,木质素和半纤维素以共价键形式结合,构成木质素-碳水化合物复合体,其与纤维素微纤丝交联在一起,形成了一个复杂的三维网络结构,这一结构被认为是植物细胞壁天然的抗降解屏障。在生物炼制过程中,木质素在木质纤维原料细胞壁中的分布特点直接影响生物质的转化效率,因此,在原位状态下研究植物细胞壁木质素分子结构、微区分布以及细胞壁水平的溶解规律具有重要意义。在传统湿部化学中,定性或定量研究木质素分子结构普遍采用的是磨木木素和克拉森木素,这2种方法都需要对木质素样品进行物理或化学预处理,不可避免地会改变木质素样品天然状态下的分子结构。尽管传统的光学和电子显微技术能够提供木质素的微区分布信息,但是样品通常需要染色处理,且制样过程繁琐。相比较而言,显微拉曼光谱技术因其无损、快速、高分辨率和高灵敏度等特点在研究大分子结构、区域化学等方面具有得天独厚的优势。本文首先对G、S、H型木质素模型物拉曼光谱特征峰及这些结构单元在生物质原料中的特征峰进行归属,并简要介绍影响木质素拉曼光谱的因素,在此基础上综述该技术在植物细胞壁木质素微区分布和生物质预处理过程中木质素溶解规律等方面的研究进展,最后对该技术在木质素研究领域的发展方向进行展望,以期为植物生理学和生物炼制研究领域,尤其是设计高效的生物质预处理工艺提供新思路和新方法,进而拓宽该技术在生物大分子研究中的应用范围。     

分散式养猪场粪污/秸秆混合发酵沼渣制备缓释肥及缓释性能研究

针对分散式养猪场粪污/秸秆混合发酵沼渣污染物产生量大、养分易流失等特点,本文以沼渣为原料,沸石为载体,聚乙烯醇为包膜材料,不添加沸石制备复混包膜肥Ⅰ,不同MAP、沸石与沼渣质量比制备Ⅱ(1∶4∶25)和Ⅲ(1∶25∶25),对3种复混肥缓释性能进行了探讨,并与市售普通复合肥肥效释放进行对比。结果表明,3种复混肥总磷、总氮初期养分溶出率均低于15%,微分溶出率均小于1%,28 d内累计养分溶出率低于80%,符合《中国缓释肥料(GB/T 23348-2009)》缓释肥评价要求;在静水中总磷累积溶出率表现为:ⅢⅠⅡ,1~20 d内总氮累积溶出率大小为:ⅠⅢⅡ,20~60 d内总氮累积溶出率大小为:ⅠⅡⅢ;在进行土柱淋溶养分溶出试验研究中,总磷、总氮溶出率大小为ⅠⅢⅡ;60 d内复混肥Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在静水中总磷、总氮的溶出率均符合Elovich动力学模型,显著性水平均为P0.01。研究结果可为分散式养猪场粪污/秸秆混合发酵沼渣资源化利用及制备沸石缓释肥配比提供参考。     

硅对籼稻和粳稻品种磷积累的影响

硅(Si)可以改善磷(P)的营养,但是其内在机制尚不明确。本研究以4个籼稻和3个粳稻品种为研究对象,通过水培试验探究硅对不同水稻品种磷积累的影响。在营养液中添加硅显著降低了籼稻和粳稻品种的地上部磷含量,但几乎不影响根部磷含量。加硅处理不影响所有供试水稻品种的磷吸收及磷从根系向地上部的转移,但提高了磷的利用效率,增加了植株P/Mn和P/Zn比率。磷转运蛋白(PT)基因表达分析表明,在粳稻品种中只有OsPT6被硅下调,而OsPT6在籼稻品种中没有显著性变化;其他PT基因的表达不受硅的影响。由此,硅对不同水稻品种的磷积累有不同的影响,磷利用率的提高可能归因于较高的P/Mn和P/Zn比率,从而导致植物中较高的有效磷。     

土壤钾素供应状况的研究——Ⅲ.几种不同土壤中钾的固定与释放

本文用一般化学浸提法、盆栽耗竭试验和恒湿培养试验,研究了几种不同土壤中钾的固定与释放规律。结果表明,在恒湿条件下不同土壤固钾能力相差很大,固定钾的绝对量随施钾量的增加而增加。黑麦草连续收割6次后,土壤交换性钾降到最低值,尔后不再下降,该最低值因土壤不同而异。它表示了在作物生长过程中土壤对溶液中钾的缓冲能力的即土壤钾的释放速率。同时也说明了层间钾(非交换性钾)的释放对作物钾素供应起了重要作用。     

植物细胞壁木质素区域化学紫外显微光谱研究进展

简述了紫外显微光谱仪的基本构造以及该技术在木本及禾本科生物质木质素沉积、分布以及溶解研究中的应用,同时对该技术在生物质预处理研究中的应用进行了展望,以期为生物质转化领域的科学研究及产业化发展提供新的测试手段。     

农林生物质预处理过程中细胞壁主要组分溶解机理研究进展

农林生物质可再生资源的高值转化利用已成为许多国家的重要发展战略和科学研究的热点。目前农林生物质利用技术已经取得了一定的进步,但总体上其转化成本仍然较高,实现木质纤维大规模生产燃料、生物基化学品和材料仍然困难。木质纤维细胞壁的复杂结构及组分分布不均一性是农林生物质难以高值利用的根本原因,其中细胞壁主要化学组分的微观分布及其在生物质转化过程中的降解机理阐释是木质纤维高效利用研究领域亟须解决的瓶颈问题。笔者系统阐明了农林生物质细胞壁超微结构及其主要组分在细胞壁各形态区的区域化学分布特点,并综述了两者在预处理过程中的变化及预处理破除细胞壁顽抗性的机理,为农林生物质进一步高值转化为燃料、化学品等大规模工业化生产提供重要的理论依据。     

4种竹材微纤丝角变异及其对抗弯性质的影响

采用X线衍射技术研究4种常见经济型竹种撑篙竹、粉单竹、吊丝竹、青皮竹的微纤丝角变异以及撑篙竹材质生成过程中微纤丝角（MFA）在纵向和径向位置的变化趋势，并探讨微纤丝角对竹材抗弯强度（MOR）和抗弯弹性模量（MOE）影响。4种3年生竹材的平均微纤丝角由大到小顺序为粉单竹＞吊丝竹＞撑篙竹＞青皮竹，分别为10.46°、9.73°、9.66°和9.52°，竹种间的微纤丝角差异甚微，变化范围在0.53°～1.48°；在径向上，撑篙竹与其他3种竹材微纤丝角从内侧到外侧到竹黄均呈增加趋势。方差分析表明，径向部位对微纤丝角有显著性影响。撑篙竹微纤丝角受竹龄影响不显著，随竹龄的增加呈现先增加后降低的趋势；在纵向上，不同竹龄的微纤丝角沿竹秆高度方向变化趋势不尽相同，受纵向部位影响显著。微纤丝角对4种竹材的抗弯性质都有一定程度的影响，只有粉单竹的抗弯强度和抗弯弹性模量与微纤丝角的相关性比较显著。研究结果以期为竹林培育和竹材合理加工利用提供理论依据。     

苗期水稻和小麦对缺锰胁迫的响应差异及机理

锰是植物生长发育所必需的微量营养元素，缺锰会导致植株矮小，叶片黄化，发育不良等，严重时可致植株死亡。水稻和小麦是我国主要的粮食作物，但种植在有效锰含量不同的土壤中；水稻主要种植在锰有效性高的南方酸性土壤中，小麦主要种植在有效锰含量低的北方石灰性土壤中。为探究水稻和小麦响应缺锰的差异及其机理，本研究采用水培法比较了水稻和小麦苗期在缺锰和加锰处理条件下的生长情况以及植株各部位元素含量和分配情况，并采用绝对定量法比较了小麦和水稻中锰转运基因的表达水平。研究结果表明，与供锰充足的植株相比，缺锰三周严重抑制水稻的生长，而不影响小麦的生长；在缺锰条件下，小麦根到地上部的转运率比供锰充足时提高了16.4%；相反，水稻体内锰从根到地上部的转运率降低了7.5%；苗期小麦根中TaNRAMP2的绝对表达量是水稻OsNRAMP2的3.8-5.1倍。这些结果表明，小麦比水稻更耐缺锰胁迫，这可能与NRAMP2在小麦中的高表达有关。