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竹子种类多,分布广,具有生长快、强度高、韧性好、一次种植永续利用等优点,是最具发展潜力的可再生性生物资源之一。竹材细胞壁独特的多壁层结构和精巧的化学组分分布是其优良特性的决定因素,也是难以攻克的基础问题。深入研究竹子细胞壁独特多层结构中的化学组分分布,不仅有助于从物质积累的角度理解竹子的生长机制,开展竹类植物遗传改良和定向培育,而且对于开展生物能源转化研究以及开发仿竹材细胞壁结构的仿生材料同样具有重要的指导意义。本研究以我国种植最多、最具经济价值和利用价值的毛竹(Phyllostachys edulis(Carr.)J.Houz)为研究对象,紧紧围绕细胞壁化学组分分布这一主题,利用现代光谱技术手段,从多细胞、双细胞和单细胞三个不同的层次,对毛竹细胞壁主要化学组分的分布展开研究。重点研究了毛竹纤维细胞多层结构中重要组成物质的分布规律,获得了不同壁层中主要化学组分浓度的半定量数值,并首次将纳米红外光谱技术应用于竹材细胞壁多层结构的研究中,获得了毛竹细胞壁纳米级的红外光谱,为竹材细胞壁研究提供了新的技术手段,也进一步加深了对竹材独特多层结构的认识。本研究的主要成果如下:(1)纤维鞘最外围的几层细胞之间,细胞壁主要化学组分分布具有明显的梯度变化。(2)纤维鞘中木质素结构单元具有不同的分布,其中S型木质素的分布较稳定,G型木质素呈小幅波动变化,而H型木质素的变化最大,分布很不均匀。羟基肉桂酸的分布与H型木质素相似。纤维素在纤维鞘内不同方向上的分布不同,其中径向方向为内部浓度高,两端浓度低,而弦向方向则正好相反,为两端浓度高,内部浓度低。(3)毛竹竹壁不同径向位置的纤维鞘,其主要化学组分的分布不同。纤维素的浓度为竹壁中部>竹青侧和竹黄侧,竹青侧和竹黄侧的浓度相当,大约为竹壁中部的0.88倍;羟基肉桂酸和H型木质素的浓度均为竹黄侧>竹青侧>竹壁中部,比值分别为1.79:1.28:1和1.88:1.31:1;G型木质素在竹黄侧的浓度最高,在竹青侧和竹壁中部的浓度大致相当;总木质素、S型木质素在竹壁中的分布差别不大;(4)毛竹不同类型细胞的细胞壁,其化学组分的组成比例不同。以纤维细胞为参照,纤维细胞、薄壁细胞、原生木质部导管细胞和后生木质部导管细胞主要化学组分浓度的比值分别为:纤维素1:0.42:0.51:0.43;H型木质素1:1.3:0.53:1.22;G型木质素1:0.95:0.58:1.14;S型木质素1:0.63:0.53:0.76;羟基肉桂酸1:1.61:0.71:1.42;总木质素1:1.06:0.51:1.13。(5)纤维素、S型木质素、H型木质素和羟基肉桂酸在纤维细胞、薄壁细胞和导管细胞中具有不同的分布模式。纤维细胞胞间层中的纤维素和S型木质素浓度最低,而薄壁细胞和导管胞间层中的纤维素和S型木质素浓度都比较高,相对较低的地方出现在细胞腔附近的次生壁中。羟基肉桂酸和H型木质素在纤维细胞次生壁中的某些区域中分布很少,甚至没有分布,但是在薄壁细胞和导管细胞次生壁中却是广泛存在。(6)拉曼成像结果表明,在毛竹纤维细胞的多层结构中,不仅化学组分的含量存在变化,并且化学组分的组成结构也有区别。从浓度的变化来看,纤维素均匀分布于次生壁中的宽壁层内,在胞间层和次生壁宽壁层之间的壁层(窄层)中分布密度较小;木质素则主要分布在上述纤维素浓度低的区域中,其中在胞间层中的分布密度最大,从细胞外围向细胞内部分布密度呈阶梯状降低;在细胞腔周围的壁层里也有相对较高的木质素分布密度。(7)毛竹纳米红外光谱与传统显微红外光谱主要谱峰的峰位一致,纳米红外技术能正确反映竹材细胞壁中的化学物质信息。纳米红外原位成像显示,木质素和木聚糖在毛竹细胞壁中的分布具有很好的协同性,反映了两者之间的密切关系。在纳米尺度下观察,木聚糖和木质素在毛竹细胞壁中的分布并不均匀,在横切面上成块状团聚分布,在弦切面上则呈条状分布。