慈竹发育过程中竿壁解剖特征的变化以及细胞壁超微结构的研究

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细胞壁决定着竹材的力学性质,是竹类定向培育的目标,是竹材加工利用的实体部分。所以对竹材细胞壁的研究具有重要意义。我国慈竹资源丰富,但对于慈竹解剖特征的研究较少,且目前未见关于慈竹细胞壁超微结构的相关研究。本文主要测量了慈竹(sinocalamus affinis)竹竿纤维细胞、导管的尺寸以及纤维素结晶度,总结其变化规律,为生产加工提供依据。此外还利用透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscope)和扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)观察了细胞壁超微结构的变化过程。实验结果如下:在1到3年中,慈竹各节间纤维平均长度在2.4mm~3.1mm,总体平均为2.8mm。在竹竿纵向位置上,由基部到顶部,纤维细胞长度呈现先增大后减小的趋势(这与竹竿节间长度的变化趋势相吻合),纤维细胞长度随竹龄的变化没有明显的规律。慈竹各节间纤维宽度在12.3μm~14.9μm之间,平均13.2μm。随着竹竿高度的增加,纤维细胞宽度略微减小,但是不同竹龄间没有明显变化规律。慈竹纤维细胞的长宽比在189~246之间,平均216。在竹竿纵向上,纤维的长宽比变化规律类似于纤维的长度,先增大后减小。慈竹纤维各节间纤维平均双壁厚在8.05μm~10.63μm,总平均厚度为9.53μm。随着竹竿高度的增加,纤维厚度整体呈现上升趋势,而且纤维厚度也随着竹龄的增加略微升高。慈竹纤维各节间纤维平均壁厚在8.05μm~10.63μm,总平均厚度为9.53μm。随着竹竿高度的增加,纤维厚度整体呈现上升趋势,而且纤维厚度也随着竹龄的增加略微升高。慈竹腔径在2.33μm~5.64μm之间,平均3.7μm。随着竹竿纵向高度的增高,腔径逐渐减小。慈竹纤维壁腔比在1.52~4.58之间,平均2.84。随着竹竿的增高,壁腔比越大。慈竹导管长度在68.8μm~128.9μm之间,平均102.7μm。导管分子的宽度在17.8μm~34.9μm,平均30.8μm。竹竿不同高度的纤维素相对结晶度(Cr I,Crystallinity Index)在48.4%~62.9%之间,平均56.8%。竹竿各轴向位置(由基部到顶部)的Cr I呈现略微下降趋势,其中顶部的结晶度变化幅度最大。利用透射电镜(TEM)慈竹竹竿细胞的发育过程,研究各类细胞(纤维细胞、薄壁细胞和导管分子)的细胞壁及原生质体的发育特点,并分析两者之间的关系。结果发现,从发笋开始各类细胞的原生质体非常丰富,初生壁不断沉细胞渐渐伸展。第30天时,各类细胞的细胞壁已经沉积到次生壁S2层,其中导管分子和薄壁细胞的两层次生壁接近等厚,而纤维细胞的S2层明显厚于S1层。随着次生壁的加厚,纤维和薄壁细胞壁上出现单纹孔,导管分子细胞壁上出现具缘纹孔并且与其旁边的薄壁细胞组成半具缘纹孔对。此时的纤维细胞和导管分子内的原生质体逐渐稀少,出现线粒体降解的现象,细胞走向程序化死亡的过程(PCD,Programmed Death Process)。细胞原生质体的活动与细胞壁的沉积过程密切相关。通过扫描电镜(SEM)观察慈竹各时期细胞壁的纤维素微纤丝(CMfs,Cellulose Microfibrils)的沉积过程,发现导管分子和薄壁细胞的初生壁大体均与细胞轴向垂直。导管次生壁各层CMfs走向均与细胞轴向垂直,纤维细胞与薄壁细胞次生壁各层以与细胞轴向一定角度交叉排列。各类细胞次生壁上的纹孔处,CMfs在纹孔长轴一段交叉绕过在另一端再次交差绕过,其中纤维细胞和薄壁细胞纹孔膜上有筛孔。
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