基因操作调控木质素含量和组分的研究进展

木质素作为木材的主要化学成分,在植物中具有重要的生物学功能。然而它的存在却制约了制浆造纸工业的发展,导致环境污染。因此,近来的试验期望通过调控木质素合成途径中的相关基因,来提高制浆造纸生产中原材料的质量。简要介绍了木质素生物合成中酶的调控对转基因植株木质素含量和组分,以及田间生长一定时期后的转基因植株对制浆影响的研究概况。适宜的低木质素含量和合理组分的转基因植株木材有望改善制浆造纸工业的经济和环境效益,实现该产业的可持续发展。     

木质素生物合成及其基因调控研究进展

介绍了木质素的组成、生物合成途径、涉及的酶类,综述了近年来基因工程技术调控木质素生物合成的研究进展,并对今后的研究进行了展望。     

真菌侵染对泡桐材微观结构及主要组分的影响

进行了变色真菌对泡桐木材微观构造及主要组分的影响研究,作了链格孢菌（Alternaria alternata)侵染泡桐木材试验,检测了真菌对泡桐木材的侵染状况,并确定了真菌侵蚀泡桐木材的主要部位,测试了泡桐木材在真菌作用下的成分变化,阐明了真菌导致泡桐木材发生变色的物理化学过程。     

水分对木材细胞壁孔隙结构影响研究进展

木材是一种具有多级孔隙结构的天然可再生资源,其孔隙构造尤其是细胞壁孔隙结构至关重要。细胞壁孔隙结构的研究是木材加工的理论基础,对于提高木材综合利用率具有重要的现实意义。本文简要介绍了木材孔隙的种类及其表征技术,在此基础上梳理了水分对木材细胞壁孔隙结构影响的相关研究成果,总结了目前由水分引发的木材细胞壁孔隙结构变化领域仍存在的一些问题与挑战,对未来的发展方向及其前景进行展望,以期为深入揭示木材与水分的相互作用提供参考。     

木质素的化学结构和利用

木质素是植物界里仅次于纤维素的第二种丰富的有机资源。现在对木质素的基本结构单元、官能团和结构单元之间的键型已经有了基本的了解,但在分析数据和其他方面尚存在不少问题。当前,木质素真正达到工业利用的还为数不多,基本上尚处于探索阶段,但从目前研究的情况看,展示了木质素必将成为极有价值的天然高聚物。     

木质素生物合成及其基因调控研究综述

木质素是木材中仅次于纤维素的主要成分，占木材干重15％-36％，对造纸业有很重要的影响。通过探索其生物合成途径，针对合成过程中的不同酶系：PAL、C4H、4CL、CCR、CAD、COMT等，采用基因工程的反义技术构建调控基因进行转化，可以达到降低木质素含量、改变其化学结构和组织的目的。综述了用于木质素基因工程、合成酶基因的克隆和表达研究现状，并指出了功能基因组和基因芯片技术在木质素合成途径研究中的应用前景。     

马尾松木材化学组分的遗传变异研究

以30个22年生马尾松初级种子园自由授粉家系为材料,研究其生长与材性遗传。结果表明,树高、纤维素含量、苯醇抽提物和1%NaOH抽提物家系间差异达显著水平;纤维素和苯醇抽提物受中等强度控制,树高和1%NaOH抽提物受低遗传控制;纤维素与木材密度,冷水抽提物与热水抽提物呈极显著正相关性,1%NaoH抽提物与综纤维含量呈显著负相关,胸径、材积和水分分别与灰分成显著正相关;马尾松家系材性改良方案是幼林期进行生长和干型等表型选择,中龄期进行纤维素的正向选择(可用木材密度作为间接选择指标),苯醇抽提物为负向选择的参考指标。     

植物木质素合成调控及基因工程研究进展

木质素作为植物次生细胞壁的重要组分,分布于输导组织和木质化组织细胞壁中,不仅能提高细胞壁的隔水性和机械强度,而且在提高植物的抗病性、抗逆性方面也发挥着重要作用。本文从植物木质素的种类、合成调控、检测方法和利用基因工程从源头调控植物木质素含量等方面对植物木质素的研究现状进行了概述,并基于转基因技术的发展,对改变植物木质素组成的有效途径进行了展望。     

植物木质素的合成与调控研究进展

木质素作为植物次生细胞壁的重要组分,分布于输导组织和木质化组织细胞壁中,不仅具有提高细胞壁的隔水性和机械强度,而且在提高植物的抗病抗逆方面也发挥着重要作用。对植物木质素的种类、合成调控和利用基因工程从源头调控植物木质素含量等方面的研究现状进行了概述;随着转基因技术的发展,有望通过更多更有效的途径来改变植物木质素的组成。     

木质素生物合成调控基因工程研究进展

木质素生物合成是植物体内比较复杂的生化过程,存在多基因、多条途径交互作用。基因工程调节植物木质素合成已成为国际上研究的热点。综述了转基因技术调控植物木质素生物合成的研究进展。提出创造低木质素含量和组分改变的优质新品种,对于造纸和纺织工业等的可持续发展具有重要的意义。     

真菌对泡桐木材化学成分及其结构的影响

为弄清真菌对变色泡桐木材成分与结构的影响,更加有效防治泡桐木材变色,该文对真菌引起的变色泡桐木材成分含量及其结构进行了研究. 通过对变色前后泡桐木材化学成分分析及红外谱图(FTIR)和光电子能谱(ESCA)分析,发现热水抽提物由5.01％增加到5.87％,冷水抽提物由2.10％增加到3.47％,1%NaOH抽提物由18.19％增加到20.48％,木质素基本未变,综纤维素由77.60％变为76.10％,其中综纤维素中α纤维素基本未变,而戊聚糖由26.13％减小至22.75％,半纤维素含量降低.FTIR表明,与正常材相比,变色泡桐木材的与羰基CO振动相关的红外吸收谱峰1 744、1 734 cm-1有些减弱,即具有羧基的半纤维素和少量纤维素发生变化;变色木材的木质素特征吸收谱峰1 508、1 270、1 266 cm-1（G型）相对比较稳定,即木质素变化不大;变色木材的具有多糖类特征吸收谱峰1 200、1 153、1 112 cm-1相对减弱,即在变色菌作用下,半纤维素发生较多的降解反应. ESCA分析结果为:正常材C1s峰面积为68.91%,变色材增加为73.92%,变色前后木材中C1含量变化较小（15.11%～15.02%）,C2与C3显著减少（15.98%～11.06%）, 与正常材相比,变色泡桐木材O1s/C1s的比值下降,与FTIR和化学成分定量分析结果一致.      

木材褐腐过程中化学组成对其液化的影响

为了探明木材腐朽程度引起的化学组成变化规律与液化特性之间的关系，该文利用褐腐真菌茯苓对马尾松木材进行不同程度的生物降解预处理，用残渣率指标、GPC、FTIR和NMR对木材的液化程度及液化产物特征进行了表征。结果表明:褐腐木材在液比为2和磷酸催化条件下可取得良好的液化效果。对褐腐木材而言，随腐朽时间从3周延长至7周，液化残渣率逐渐降低，液化产物中残留的苯酚量逐渐减少，液化产物的分子量和分子量分布逐渐增大。当腐朽时间达到11和15周时，残渣率迅速下降，分子量和分子量分布继续呈上升趋势，而残留的苯酚量却有微弱的增加。说明褐腐处理的木材比正常木材在苯酚中的液化条件温和，木材腐朽程度越严重，液化反应越容易，腐朽时间11周(1％NaOH抽出物含量为54％)是木材在苯酚中的液化反应由难到易的转折点。FTIR和NMR结果显示:腐朽木材与苯酚的酚化反应主要发生在酚羟基的邻位和对位，且以单取代为主，木材组分通过酚化反应转化为含有活性部位的酚类物质。      

日本落叶松无性系化学组成遗传变异的研究

对10个10年生日本落叶松无性系的水分含量、1%NaOH抽出物含量和综纤维素含量进行了测定。结果表明,水分含量1、%NaOH抽出物含量和综纤维素含量无性系间差异极显著。木材水分含量、综纤维素含量同树高、胸径、形率、冠幅、皮厚、主枝粗、枝干比、主枝夹角、主枝长的相关关系不显著。1%NaOH抽出物含量与树高、胸径、冠幅的负相关关系达到显著水平。1%NaOH抽出物含量与综纤维素含量之间显著负相关。水分含量1、%NaOH抽出物含量和综纤维素含量都受到中等水平的遗传控制。重复力分别为0.709 1、0.701 0和0.588 8。按照20%的选择率,水分含量、1%NaOH抽出物含量和综纤维素含量的遗传增益分别为8.71%、8.70%和1.19%。     

蒸汽爆破预处理桉木的形态结构与主化学成分变化

为了弄清楚通过生物方法将桉木原料转化成单细胞蛋白,该研究用蒸汽爆破技术分离了桉木的主化学成分,通过常规化学分析方法及扫描电镜、X射线衍射、红外光谱等现代分析手段,分析了蒸汽爆破前后桉木主化学成分和形态结构的变化。结果表明,蒸汽爆破处理能使桉木纤维的结合变得松散,表面积增大,纹孔膜破裂,提高了生物酶的可及度,有利于改善其生物化学反应环境;蒸汽爆破过程溶解出一定量的半纤维素和木素,纤维素除无定形区有少量降解外,基本不受影响,有利于提高酶解率。      

化学成分对木材细胞壁纵向弹性模量和硬度的影响

以杉木成熟材晚材为研究对象,采用化学成分选择性脱除方法依次脱除木质素和半纤维素。利用纳米压痕技术,在纳米尺度上,探讨半纤维素和木质素对木材细胞壁压入力学性能的影响。结果表明:木质素对细胞壁的弹性模量影响显著,脱除木质素后细胞壁弹性模量损失了6.53%。半纤维素是一种界面高分子,在细胞壁中作为连接纤维素和木质素的界面偶联剂,对细胞壁的纵向弹性模量影响极显著,脱除半纤维素后细胞壁弹性模量损失约为9.16%。木质素和半纤维素对细胞壁的硬度影响均显著。木质素脱除后,细胞壁硬度降低了16.98%。半纤维素脱除处理与脱木质素处理相比,硬度仅下降了0.87%。      

不同杨树无性系幼龄材和成熟材化学成分的比较

【目的】研究5个杨树无性系幼龄材和成熟材的化学成分,为杨树优良无性系的选择和杨树制浆造纸利用提供依据。【方法】选择欧美杨107杨(Populus×euramericana ‘Neva’)、中汉22杨(P.×deltoides cv.‘Zhonghan22’)、皖林1号杨(P.×deltoids cv.‘Wanlin1’)、Z9(P.×deltoids cv.‘Z9’) 和B3(P.×deltoids cv.‘B3’) 5个杨树无性系为研究材料,参照有关国家标准,分别测定其幼龄材和成熟材的化学成分,通过单因素方差分析,比较不同无性系及不同材龄之间的差异性。【结果】综纤维素、纤维素、木质素、苯醇抽提物、10 g/L NaOH抽提物的含量,在所测的5个杨树无性系试样中分别为749.7～830.7,398.1～434.1,177.1～198.0,8.8～14.8和190.2～237.2 g/kg。5个杨树无性系成熟材中的综纤维素和纤维素含量均高于幼龄材,木质素含量均低于幼龄材;苯醇抽提物含量除皖林1号杨外,其余无性系均表现为成熟材大于幼龄材;10 g/L NaOH抽提物含量在不同无性系之间差异较大。幼龄材与成熟材之间,综纤维素含量差异极显著（P<0.01）,苯醇抽提物含量差异显著（P<0.05）,其余化学成分差异均不显著;不同无性系之间,综纤维素含量和10 g/L NaOH抽提物含量在P=0.001水平上差异显著,木质素含量在P=0.01水平上差异显著,其余化学成分差异均不显著。【结论】从化学成分来看,5个杨树无性系均是制浆造纸的优良原料。由于无性系之间化学成分差异显著,幼龄材与成熟材之间化学成分也存在差异,因此建议在选择制浆造纸原料时,应优先考虑无性系的影响。     

不同杨树无性系幼龄材和成熟材化学成分的比较

【目的】研究5个杨树无性系幼龄材和成熟材的化学成分,为杨树优良无性系的选择和杨树制浆造纸利用提供依据。【方法】选择欧美杨107杨(Populus×euramericana‘Neva’)、中汉22杨(P.×deltoidescv.‘Zhonghan-22’)、皖林1号杨(P.×deltoidscv.‘Wanlin-1’)、Z9(P.×deltoidscv.‘Z9’)和B3(P.×deltoidscv.‘B3’)5个杨树无性系为研究材料,参照有关国家标准,分别测定其幼龄材和成熟材的化学成分,通过单因素方差分析,比较不同无性系及不同材龄之间的差异性。【结果】综纤维素、纤维素、木质素、苯醇抽提物、10 g/L NaOH抽提物的含量,在所测的5个杨树无性系试样中分别为749.7~830.7,398.1~434.1,177.1~198.0,8.8~14.8和190.2~237.2 g/kg。5个杨树无性系成熟材中的综纤维素和纤维素含量均高于幼龄材,木质素含量均低于幼龄材;苯醇抽提物含量除皖林1号杨外,其余无性系均表现为成熟材大于幼龄材;10 g/L NaOH抽提物含量在不同无性系之间差异较大。幼龄材与成熟材之间,综纤维素含量差异极显著(P<0.01),苯醇抽提物含量差异显著(P<0.05),其余化学成分差异均不显著;不同无性系之间,综纤维素含量和10 g/L NaOH抽提物含量在P=0.001水平上差异显著,木质素含量在P=0.01水平上差异显著,其余化学成分差异均不显著。【结论】从化学成分来看,5个杨树无性系均是制浆造纸的优良原料。由于无性系之间化学成分差异显著,幼龄材与成熟材之间化学成分也存在差异,因此建议在选择制浆造纸原料时,应优先考虑无性系的影响。     

大木竹化学成分的研究

对浙江南部产的大木竹Bambusa wenchouensis化学成分进行了分析,并与造纸性能良好的青皮竹Bambusa textilis和当地分布较广的水竹Bambusa textilis var.fasca,绿竹Dendrocalamopsis oldhami等3个参试竹种及木本和草本制浆原料作了比较.结果表明,3年生大木竹竹材综纤维素质量分数为721.9 g·kg-1,木素226.4 g·kg-1,氢氧化钠抽出物251.3 g·kg-1,苯-醇抽出物46.3 g·kg-1.从造纸原料要求的标准讲,该竹综纤维素质量分数较高,木素与溶液抽出物较低或中等,属较好的造纸竹种.从年龄上看,1年生大木竹的综纤维素和多戊糖质量分数比3年生竹要大,而木素和灰分相对较少.表2参12     

枫香木材化学成分及其在高度上的变异规律

对枫香木材纵向化学成分进行测定。结果表明:(1)枫香木材的苯醇抽提物、热水抽提物、综纤维素和木质素平均含量分别为2.35%、4.14%、82.02%和24.84%,方差分析显示,以上指标在其纵向上均不显著;冷水抽提物、1%Na OH抽提物和纤维素平均含量分别为2.60%、17.64%和46.58%,在纵向上达到1%显著性水平。(2)枫香木材纵向变化规律各异,沿树基到树梢方向上,冷水抽提物呈两端高、中间低的变化规律;苯醇抽提物、热水抽提物、1%Na OH抽提物和木质素含量呈逐渐降低的变化规律;综纤维素和纤维素含量分别呈逐渐升高和先升高后降低的变化规律。     

功能型木材改性剂对速生杨木物理力学性能的改性效果

以速生杨木为研究对象,通过木材改性剂对速生材浸渍强化处理,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、傅氏转换红外线光谱分析仪对改性前后的木材进行表征,并分析改性前后木材的物理性能。结果表明：经木材改性后,速生材物理性能显著提高。X射线衍射仪数据表明,木材改性剂使木材结晶度从39．65％降到36．89％,能谱分析仪结果显示：氮（N）氧（0）碳（C）元素在木材内部分布均匀,扫描电子显微镜谱图分析了禾材改性剂在木材管孔中的分布,最后红外光谱图表明改性剂与木材内部集团发生交联反应．并且羟基数目大量减少。图4表1参7