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.     

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.     

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。     

杏壳半纤维素的结构表征与热解产物特性

【目的】研究杏壳半纤维素的结构组成、微观形貌以及其热解特性和产物生成规律,为杏壳热化学利用提供理论基础。【方法】采用碱抽提和乙醇纯化方式分离杏壳半纤维素,基于红外光谱、核磁共振、扫描电子显微镜对其结构组成和微观形貌进行表征,利用热重分析、热重红外连用分析杏壳半纤维素的热解特性。【结果】从杏壳中分离出半纤维素的得率为29.44%,红外光谱特征吸收峰主要集中在1 620～600 cm^-1范围内,半纤维素成分以吡喃环结构的木糖为主。核磁共振图谱表明,杏壳半纤维素是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,在木糖基的C-2位连接4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸,C-3位连有α-L-呋喃阿拉伯糖。扫描电子显微镜分析显示,半纤维素存在团聚现象,微观形态呈堆砌状的近似球形结构,半纤维素结构有一定的破坏。杏壳半纤维素的主要热解温度范围为210～380℃,在240℃出现一个肩状峰,在308℃出现最大失重尖峰,失重过程在600℃左右结束,800℃时热解残炭量为25.33%。杏壳半纤维素热解时各产物析出量在310℃时达到最高,小分子气体产物主要有CO_2、CO、CH_4,且CO_2和CO量远高于CH_4。【结论】杏壳半纤维素得率为29.44%,是以β-D-吡喃木糖形成的木聚糖为主链,呈堆砌状的近似球形结构,热解产物以CO_2、CO及乙酸、糠醛、丙酮等为主。     

金属阳离子促进酸预处理玉米秸秆效果

0.01%稀硫酸辅助超声波洗涤玉米秸秆可除去大量K、Ca、Mg及P元素。洗涤后秸秆用0.1%硫酸预处理时,硫酸中添加金属氯盐预处理时半纤维素降解率达37%,预处理渣的酶解率最高达23%;经洗涤的秸秆在未添加金属氯盐时,其值分别为17%和 12%。添加金属氯盐使反应体系溶液pH值降低,但添加与金属氯盐溶液的pH值相同的纯硫酸预处理经洗涤的玉米秸秆时,半纤维素降解率为19%,低于添加金属氯盐预处理的半纤维素降解率37%。几种氯盐中,FeCl3促进酸预处理半纤维素降解率高于其他几种。可知,金属氯盐特别是氯化铁能促进稀硫酸预处理玉米秸秆半纤维素降解率,且pH值降低不是引起预处理效率提高的关键原因。     

铜－吡啶类络合物模拟漆酶催化漆酚氧化聚合成膜的红外光谱分析

用红外光谱研究了Ｃｕ－ｐｙ、Ｃｕ－ＰＶＰｙ和Ｃｕ－ＱＰＶＰｙ催化漆酚氧化聚合交联过程。漆酚氧化聚合阶段的共同特征是：１．漆酚酿吸收峰１６５２ｃｒｎ￣－１先涨后落；２．共轭双烯吸收峰９８２和９４５ｃｍ￣－１逐渐减弱，而共轭三烯吸收峰９９２ｃｍ￣－１和芳醚吸收峰１２１５ｃｍ￣－１却逐步增强；３．苯环三取代吸收峰８３０、７６５ｃｍ￣－１都有所减弱，苯环四取代吸收峰８７５和８０５ｃｍ￣－１出现；４．苯环骨架吸收峰１６２０、１５９２ｃｍ￣－１之间的界限缩小甚至消失。到了漆膜的实于阶段，漆酚酿吸收峰１６５２ｃｍ￣－１再度兴起，但９９２ｃｍ￣－１吸收峰却由涨转落，其他吸收峰也有变化。以上光谱变化表明这３种催化剂都模拟了漆酶的催化作用。在Ｃｕ－ＰＶＰｙ催化漆酚氧化聚合阶段，发现孤立双键吸收峰３００８ｃｍ￣－１比共轭双烯吸收峰９８２和９４５ｃｍ￣－１消失得更早；并且从反应一开始就出现了１７１５ｃｍ｀－１羰基吸收峰。还比较了Ｃｕ－ＰＶＰｙ与Ｃｕ－ＱＰＶＰｙ催化的异同。     

木糖乙醇发酵技术研究进展与前景

本文对木糖乙醇发酵技术的国内外研究进展状况进行了综述。阐述了半纤维素（占纤维质的20％-35％）的充分利用是植物纤维质资源生产燃料乙醇经济可行的关键，其中成熟的木糖乙醇发酵技术是实现纤维质能源产业化的关键技术。并针对目前国际上木糖发酵生产乙醇技术的研究现状和最新进展，提出了未来的研究方向。     

超甜玉米果皮主要成分含量动态变化

以3份生育期一致、果皮柔嫩度存在梯度差异的超甜玉米(Zea mays L.)自交系为材料,探讨果皮细胞壁主要成分含量在子粒发育过程中的动态变化规律。结果表明,在湖北武汉(2014年春)和海南陵水(2014年冬),PE10(果皮柔嫩性好)、T105(果皮柔嫩性中)、S33205(果皮柔嫩性差)在授粉后第12~24天果皮半纤维素含量均呈逐渐增加的特点,木质素含量则呈单峰曲线变化,而纤维素含量始终在24%上下波动,果胶与灰分含量变化不大且没有明显的规律。在两种环境条件下,3份自交系除PE10在授粉后第12、14天外,其余各测试时间点的果皮主要成分含量均值由大到小的顺序始终为半纤维素、纤维素、木质素;授粉后第12天果皮的半纤维素含量均值由大到小的顺序均为S33205、T105、PE10,而PE10半纤维素平均累积速率大于T105和S33205;授粉后第12天至最大值时间段内的果皮木质素含量均值由大到小的顺序均为S33205、T105、PE10。环境改变影响半纤维素、木质素累积速率。     

双指标优化黑曲霉液态发酵条件及降解棉秆效果

【目的】以羧甲基纤维素钠酶活(Carboxymethylcellulose sodium enzyme activity,CMCase)和滤纸酶活(Filter paper enzyme activity,FPAase)作为双指标,通过响应面法对黑曲霉(Aspergillus niger)ZD产纤维素酶的液体发酵条件进行优化,研究黑曲霉对棉花秸秆的降解效果。【方法】通过单因素试验确定主要影响因素,通过Plackett-Burman和Box-Behnken设计进行因素优化和交互作用的影响,测定棉秆中纤维素含量。【结果】单因素试验确定碳源为淀粉,氮源为蛋白胨,无机盐为K₂HPO₄,培养时间168 h,转速150 r/min,温度30℃,接种量7%;利用Plackett-Burman设计筛选出影响产酶的显著因素是淀粉质量浓度、蛋白胨质量浓度、转速和接种量;最后通过Box-behnken确定产酶的最佳发酵条件,淀粉质量浓度1.21 g/100 mL,蛋白胨质量浓度0.25 g/100 mL,K₂HPO₄质量浓度0.1 g/100 mL,培养时间168 h,转速170 r/min,温度30℃,接种量7.8%,比初始发酵条件提高了35.96%。【结论】利用黑曲霉通过液体发酵降解棉秆效果显著,可以有效降解棉秆中纤维素和半纤维素,用真菌实现棉秆饲草化极具前景。