毛竹腐朽过程显微构造及化学特性变化研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiansong2001
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我国竹资源丰富,竹制品应用领域日益广泛,由于竹材含有较多碳水化合物,易受虫蛀菌腐的特点,竹材防护成为研究的热点和难点。本文以我国重要经济竹种毛竹(Phyllostachys pubescens Mazel ex H. de Lebaie)为试验材料,对0.5、1、2、4、6年生的竹材淀粉分布进行研究,并采用白腐菌种彩绒革盖菌(Coriolus versicolor(L.ex Fr.) Quel)和褐腐菌种密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum(Pers.ex Fr.) Murr.)对不同年生毛竹材进行侵腐,通过研究竹材淀粉含量和分布及其与竹材腐朽之间的关系,通过腐朽菌侵腐过程中毛竹显微结构、化学特性、纤维形态的变化,探讨了竹材腐朽途径和机理,为竹材采伐、贮存、加工利用提供科学依据。本次试验主要结论如下:  (1)竹材室内耐腐性  4个年龄的竹材被GT腐朽12周后均属于Ⅱ;0.5、4、6年生竹材被CV侵腐12周后也属于Ⅱ,而2年生竹材属于Ⅲ。菌种对竹材耐腐性影响很大,彩绒革盖菌对竹材的致腐力比密粘褶菌强,两种腐朽菌在腐朽6到7周后,竹材失重率加速增大。竹青、竹黄耐腐性与腐朽菌种有关,白腐菌(CV)对竹青致腐力小于褐腐菌(GT),而两种腐朽菌对竹黄都有很强的致腐力。竹龄是影响竹材室内耐腐性主要因子之一,两种腐朽菌(GT和CV)对竹材腐朽失重率随竹龄增大呈逐渐减小趋势。  (2)竹材腐朽显微观察  未腐朽竹材淀粉主要分布于长形薄壁细胞中,在幼竹的维管束中,纤维和初生韧皮部也时有分布。竹材淀粉含量与竹龄相关,0.5年生竹材淀粉含量很少,多以单个颗粒存在;1~2年生竹材淀粉含量丰富;3~4年以后淀粉颗粒含量基本稳定,略有减少趋势;6年生竹材淀粉含量明显减少。竹材不同高度淀粉含量的差异不明显,基部竹髓环细胞内的淀粉含量少于竹竿中部和上部。  竹材侵腐一般规律:菌丝首先进入后生木质部导管,在其中大量繁殖并逐渐向竹材内部蔓延;而后由导管壁上的纹孔和空隙蔓延至初生木质部的筛管、傍管和包围导管的薄壁细胞等部位;随后,在维管束中菌丝沿着内外方纤维股和纤维鞘之间的薄壁细胞扩散至基本薄壁细胞中。当菌丝进入薄壁细胞组织后,借助细胞壁上的纹孔和细胞间隙向相邻细胞蔓延,造成细胞壁上孔穴的个数不断增多,细胞壁逐渐被降解而变薄。纤维鞘中的纤维细胞较竹材其他组织耐腐,随着薄壁细胞壁逐渐被腐朽菌侵腐崩溃,与薄壁细胞相邻的纤维细胞也被菌丝穿透并向纤维鞘内蔓延,经腐朽菌分泌胞外酶降解使纤维细胞壁变薄。  竹材薄壁细胞中淀粉颗粒含量与其耐腐性成负相关,淀粉含量越多竹材耐腐性越差。菌丝侵腐竹材时,由导管逐渐蔓延至薄壁细胞,当细胞中含有淀粉颗粒时,菌丝在细胞腔内迅速繁殖后向四周细胞扩散。白腐菌和褐腐菌分解淀粉颗粒速度略有差异,褐腐菌侵腐4周后淀粉颗粒都几近瓦解,而白腐菌侵腐6~7周淀粉颗粒才陆续被降解。  (3)竹材腐朽纤维形态变化  褐腐菌对竹材的细胞壁破坏程度大于白腐菌,在腐朽最初1~2周内,褐腐菌(GT)便对竹材细胞壁进行了降解,而白腐菌(CV)在此期间对竹材细胞壁破坏不明显,从6周以后 CV菌对竹材腐朽加剧。纤维长度、宽度、长宽比随腐朽时间变化趋势不明显,而纤维双壁厚、腔径、腔径比随腐朽时间变化明显。纤维双壁厚随腐朽时间逐渐变小,纤维腔径随腐朽时间逐渐增大,导致竹材腔径比随腐朽时间逐渐减小,竹肉部位变化趋势最明显。  (4)竹材腐朽化学特性变化  竹材被两种腐朽菌(GT和CV)侵腐过程中,褐腐竹材的热水和1%NaOH抽提物逐渐增大,在腐朽后期又减少,而冷水抽提物和白腐竹材的冷水、热水、苯醇和1%NaOH抽提物在腐朽过程中均显著减少。综纤素在腐朽过程中均有减少趋势,褐腐竹材尤为明显;木素变化趋势则有所不同,白腐竹材呈逐渐减少的趋势而褐腐竹材不变或略有上升。从两种腐朽竹材1%NaOH抽提物含量来看,白腐菌降解竹材时,竹材主要成分被降解的同时也迅速被白腐菌本身消耗,而褐腐菌在降解竹材初期主要是竹材变成低分子可溶物质,但是不消化,直到后期才消化降解产物。  利用FTIR和二维红外相关光谱分析,竹材白腐的初期,腐朽菌主要分解利用半纤维素;在腐朽后期,对木质素的分解速度加快,最终木质素的消耗量大大超过半纤维素;而竹材褐腐初期,褐腐菌主要分解半纤维素,随着腐朽加剧纤维素逐渐被降解。
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