草本植物半纤维素研究进展

半纤维素是草本植物细胞壁的重要组成成分,可以直接或者间接应用于食品、材料、医药、化工等领域。半纤维素成分多样,主要包括木聚糖(xylan)、木葡聚糖(xyloglucan)、甘露聚糖(mannan)和它们的衍生物。这些糖在结构上不仅有长短不一的主链,还有结构特异的侧链,在不同物种甚至同一物种不同细胞类型之间差异都很大。本文结合最新进展详细评述了草本植物主要半纤维素成分的结构、生物合成过程以及在生长发育过程中的作用,为全面、深入研究草本植物半纤维素奠定基础。     

猴头菌对木质纤维素的降解

实验测定了4个猴头菌株在4种培养基质上生长时的营养规律。结果表明,猴头菌在废棉及棉籽壳基质上生长时子实体转化率较高,能够利用纤维素、半纤维素和木素为碳源。纤维素是猴头菌子实体阶段的主要碳源;猴头菌对不同纤维素含量的培养基质的利用率有显著不同;猴头菌生长期间能向基质中释放胞外 CMC 酶、FP 酶和 HC 酶,3种酶的活性高峰均出现在子实体生长阶段。     

7种针叶树材红外光谱（FTIR）特征的比较与分析

使用傅立叶红外光谱(FTIR)对樟子松、银杏等7种针叶树材的木材样本进行了检测和分析。结果表明,7种木材反映木质素、纤维素和半纤维素的主要吸收峰出峰位置接近,如3333~3437 cm~(-1)范围的O-H伸缩振动吸收峰、2917~2933 cm~(-1)处的C-H伸缩振动吸收峰、1694~1737 cm~(-1)附近的C=O伸缩振动、1510~1513 cm~(-1)苯环碳骨架振动振动吸收峰等;在1265~1275 cm~(-1)处均有明显的强峰,说明愈疮木基丙烷是木质素的主要组分;但三尖杉、柳杉、柏木和银杏均表现出含有紫丁香基木质素的特征。树脂、挥发油等成分对樟子松、柏木和柳杉的特征吸收峰的位置及强度产生了一定的影响。7种木材均有能够反映物种特性的吸收峰,如南方红豆杉在2896 cm~(-1)附近的2933 cm~(-1)处有个较小的肩峰,柳杉在1108 cm~(-1)处形成特有吸收峰,樟子松在3078、2654和2537 cm~(-1)处具特有吸收峰等等,均可用做木材的识别特征峰。     

植物细胞壁中甘露糖单元与木质素间化学键连接的研究

从甘露糖单元的角度分析半纤维素中糖单元与木质素苯丙烷结构单元之间的连接方式,从而阐明裸子植物中木质素-碳水化合物复合体(LCC)的木质素与半纤维素之间的相互关系。为了使生长中的植物细胞壁甘露糖单元上的碳原子被13C同位素示踪并抑制甘露糖向木质素转化,将带D-13C6-甘露糖、外源性木质素前驱物松伯醇-β-D-葡萄糖苷以及苯丙氨酸解氨酶的抑制剂AOPP一起投入到银杏(Ginkgo biloba L.)植株中。结果表明,新生木质部的LCC中甘露糖单元被13C同位素标记,而且对银杏的正常代谢没有明显的影响。从带13C标记的新生木质部组织提取LCC,并用纤维素酶和半纤维素酶酶解LCC得酶解LCC(EDLCC)。用FT-IR及13C NMR分析LCC和EDLCC,结果证明半纤维素中的甘露糖C-6位与木质素侧链的α-C以苯甲醚键方式连接。     

FTIR spectroscopy of early and latewood of Larix gmelinii growing along the polar treeline: the correlation between absorption bands and climatic factors

ABSTRACT

This paper presents the results of FTIR spectroscopy of the 1988–1998 annual ring early and latewood of Larix gmelinii (Rupr.) Rupr.) found along the polar treeline (Taimyr Peninsula, 70°52′53″ N, 102°58′26″ E). We analyzed samples of early and latewood to identify absorption bands of groups of wood components, as well as the bands that characterized the interactions among the components. We studied bound water spectral characteristics for wood formed in different years. An analysis of the correlation between the values of spectral absorption bands and mean monthly air temperature and precipitation showed that May-August weather had the greatest influence on the synthesis of the main polymeric components of early and latewood. Air temperature had a considerable effect on polymer composition of cell walls forming in early and latewood, whereas precipitation influenced only earlywood. FTIR spectroscopy is a promising tool to develop information on the biochemical composition of the walls of early and late tracheids of annual rings and on weather and climate influences on cell wall synthesis.     

三种檀香木的红外光谱比较研究

使用傅立叶红外光谱(FTIR)对3种檀香木进行检测和分析.结果表明,3个样本木质素、纤维素和半纤维素的主要红外吸收峰的出峰位置接近,峰位1595/1510的强度比均为1,表明3个样本木质素结构较为一致,愈疮木基和紫丁香基的作用强度极为接近,反映了三者之间的亲缘关系.每个样本可以得到特征性的红外图谱,其出峰位置具有一定的种间差异;M1的主要吸收峰强度明显低于M2和M3,而M2和地的主要吸收峰强度较接近;1371/1510强度比反映出3个样本的综纤维素的含量M3和M2相同,略高于M1,这些特征可应用于3种檀香木样本的红外识别.     

水稻秸秆降解菌的筛选

为解决水稻秸秆还田的快速腐熟问题,通过刚果红和半纤维素平板透明圈法的初筛和酶活力高低的复筛,从稻田土壤中分离筛选出纤维素降解菌X-5和半纤维素降解菌B-3,30℃条件下水稻秸秆7d的降解率分别为27．4％和23．9％。     

Cell wall development in the berries of two grapevines

The cell wall content of the berries of grape cultivars ‘Barbera’ and ‘Freisa’ was examined and analyzed during their growth and ripening from July to October.The build-up of cell wall material was much faster in ‘Barbera’ than in ‘Freisa’, and ended 2 weeks before completion of commercial maturity, while in ‘Freisa’ it progressed at a lower rate, but continued up to picking-time. The two most important groups of cell wall polysaccharides were insoluble pectins and hemicellulose. Their behaviour appeared to be always complementary.Cell number per berry apparently decreased steadily in both cultivars, more rapidly in ‘Freisa’ than in ‘Barbera’. The reason for this is not certain, but appears to be due either to cell fusion or to cell squeezing. The average number of cells per berry in both cultivars was of the same order of magnitude, and in agreement with the findings of other authors.     

氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)对重金属富集植物腐蚀作用研究

为了获得重金属富集植物生物法预处理的最佳工艺条件,实现其资源化利用,以黑麦草(Lolium perenne)为材料,探究氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans,T.f)在不同接种量和不同浓度底物添加剂(S0、Na2S2O_3、Fe SO4、Fe S和Fe0)条件下对黑麦草的腐蚀作用,通过扫描电镜进一步观察其对细胞壁的破坏情况。结果表明:氧化亚铁硫杆菌对黑麦草具有较好的腐蚀作用,各接种量(5%~15%)之间差异较小,反应第10 d,10%接种量处理组中黑麦草的纤维素降解率达40.97%,半纤维素降解率达77.49%,木质素降解率达19.33%。投加底物添加剂后,氧化亚铁硫杆菌对纤维素降解率有明显提高。总体来看,添加14 g·L~(-1)的S0对黑麦草的降解效果较好,纤维素、半纤维素及木质素的降解率分别达到81.31%、82.29%、26.02%,此条件下铀、铬、镉的浸出效率均较高。在氧化亚铁硫杆菌及底物添加剂的作用下,除Fe S、Fe0处理组外,其他各处理组的pH值均呈下降趋势,反应10 d后,pH值最低降至1.0左右,pH值的降低能有效提高半纤维素降解率,但与纤维素及木质素的降解率无明显关系。扫描电镜结果表明氧化亚铁硫杆菌对黑麦草细胞壁有较强的破坏作用。氧化亚铁硫杆菌对黑麦草具有很好的腐蚀效果,并且能充分利用底物添加剂提高黑麦草中纤维素降解率。后期需进一步考虑提高氧化亚铁硫杆菌对木质素的降解效率及黑麦草中重金属的回收率。     

硼促进缺铁条件下拟南芥根系细胞壁铁的再利用

【目的】为了探讨在缺铁条件下外源施加硼对植株表型以及体内铁含量的影响,揭示拟南芥在缺铁状态下体内铁的再分配机理,为缓解植株缺铁症状提供一个新的策略。【方法】以模式作物拟南芥(野生型)为供试材料进行了水培试验。供试营养液以正常铁浓度为加铁(+Fe)处理,不含铁营养液为缺铁(-Fe)处理,在两种铁营养液中分别加入H_3BO_3 100、1000μmol/L,共形成6个处理。拟南芥幼苗在全营养液中培养3周后,在处理溶液中培养7 d,收集根系和地上部,分别测定植株全铁、有效铁以及细胞壁吸附的铁含量;剪下根尖部位检测内源NO含量,提取根系RNA检测铁运输相关基因的表达量。【结果】在缺铁条件下,外源添加硼(1000μmol/L H_3BO_3)后植株根系和地上部有效铁含量分别是不加硼时的1.56倍和2.65倍,拟南芥新叶缺铁黄化的症状受到显著缓解。细胞壁组分含量分析结果表明,与不加硼相比,添加1000μmol/L H_3BO_3后植株根系细胞壁铁含量、半纤维铁含量以及半纤维素含量分别降低了60%、52%和53%,同时与100μmol/L H_3BO_3相比也分别降低了41%、41%和43%,说明随着外源添加硼浓度的增加,细胞壁以及细胞壁铁的解析作用也愈加明显。通过对植株不同部位总铁含量以及铁运输相关基因表达量分析后发现,只有在添加1000μmol/L H_3BO_3时缺铁胁迫下铁运输相关的3个基因才能受到显著诱导,具体表现为:与不加硼相比,1000μmol/L H_3BO_3处理后AtFRD3、AtYSL2和AtNAS1 3个基因的表达量分别上调了1.44、1.15和0.75倍,并且伴随着植株体内总铁含量的升高;而100μmol/L H_3BO_3浓度处理对铁相关基因的表达以及总铁含量的积累影响不大。最后,通过对根系内源NO含量的检测分析显示,硼可以影响内源NO的代谢,且外源施加硼后根系NO含量是不施加硼时的1.5倍,暗示信号分子NO可能参与这一过程。【结论】硼主要是通过改变细胞壁中的半纤维素含量和半纤维素上结合的铁含量来增加拟南芥根系细胞壁铁的释放,进而提高植株体内有效铁的含量,促进植株在缺铁的条件下正常生长。在缺铁的条件下,外源添加硼(1000μmol/L H_3BO_3)可以通过促进拟南芥植株体内铁的再利用机制来缓解植物缺铁症状,而添加100μmol/L H_3BO_3则对植株体内铁的再分配过程影响不大。