?木素是植物细胞壁中的三大组分之一,是植物界中仅次于纤维素的第二大丰富和重要的有机高聚物。尽管对于木素的研究已经有100多年的历史了,但是为了进一步了解植物细胞壁中木素结构,如何从植物细胞壁中分离出可以代表天然结构的木素组分用于结构表征,一直是困扰广大研究者的难题。对禾本科植物更是如此,除了与碳水化合物之间存在连接外,木素还与羟基肉桂酸类物质存在交联,特别是与聚糖发生酯化的阿魏酸与木素存在交联,这使禾本科植物细胞壁结构更加复杂。但是,有关阿魏酸酯与木素的交联结构类型及其交联机理一直存在争议。利用二甲基亚砜/1-甲基咪唑(DMSO/NMI)的混合溶剂溶解球磨后木粉,在乙酸乙酯中沉淀再生后提取其中的纤维素酶解木素。研究发现,纤维素酶对再生后木粉的水解效率显著提高,再生后的椴木和火炬松木粉经纤维素酶水解48 h,分别有73.7%和66.9%(相对于球磨后木粉的量)的碳水化合物被水解。在相同的水解条件下,未经DMSO/NMI预处理的木粉分别仅有61.7%和49.2%的碳水化合物被水解。用二氧六环/水溶液抽提酶水解后的固体残渣,再生后椴木和火炬松木素的得率分别为45.8%和35.3%(相对于Klason木素含量),而未经预处理的椴木和火炬松的木素得率分别为36.5%和30.5%。经二维核磁检测发现,两种方法得到的木素结构相似,说明DMSO/NMI预处理不会造成木素结构的改变。依次采用96%的二氧六环、50%的二氧六环和含有1%氢氧化钠的80%的二氧六环分别抽提球磨后木粉,抽提液浓缩后沉淀到95%的乙醇中,将其中的半纤维素预先沉淀出来,然后富含木素的乙醇溶液浓缩后滴加到pH 1.5-2.0的蒸馏水中,可以得到三个碳水化合物相对含量较少的木素组分。桉木和杨木的木素得率分别为11.2%和11.4%(相对于球磨后原料重量),沉淀出的半纤维素得率分别为7.5%和14.8%。采用磷核磁共振技术(31P-NMR)和二维异核单量子相干核磁技术(HSQC)对木素组分进行了表征,发现抽提得到的木素各组分结构相似,未发生严重降解。除了50%二氧六环抽提得到的木素组分之外,其余木素组分中碳水化合物含量较少。另外,96%二氧六环抽提得到的木素组分中酚羟基的含量较其它两个组分更高而脂肪族羟基含量更低。在室温下,利用1 M NaOH对蔗渣细胞壁分离得到的5个组分进行水解,释放出其中的肉桂酸类物质。研究发现,蔗渣细胞壁经碱水解后释放出的主要肉桂酸类物质单体为对香豆酸和阿魏酸,分别占球磨后蔗渣细胞壁的3.60%和0.27%。球磨蔗渣经纤维素酶水解后的残余固体中对香豆酸含量最高,占该组分的13.89%,但阿魏酸含量较低,仅为0.25%。球磨蔗渣经纤维素酶水解后得到的的可溶性组分中,阿魏酸含量较其它几个组分高,占该组分的0.53%,但对香豆酸含量最低,仅为0.36%,这说明蔗渣细胞壁中阿魏酸主要是与碳水化合物成酯键连接,而大多数对香豆酸与木素成酯键连接。纤维素酶水解后残余固体再用二氧六环抽提,得到的木素组分中对香豆酸含量占16.69%,进一步证明了这一观点。利用气质色谱连用技术(GC-MS)对各组分水解产物中二聚体进行研究,发现各组分中主要的二聚体产物为松柏醇与阿魏酸间通过β-O-4’形成的二聚体以及阿魏酸自身以8-8’、8-5’、5-5’方式连接的二聚体,另外还含有少量的芥子醇与阿魏酸以β-O-4’方式连接形成的二聚体和对香豆醇自身以8-8’方式连接形成的二聚体。选用阿魏酸乙酯作为植物细胞壁中阿魏酰聚糖的简单模型物,并将其与松柏醇一起放入含有过氧化物酶和过氧化氢-尿素复合物的磷酸盐缓冲液中,模拟植物细胞壁的环境进行反应,生成了多种阿魏酸酯和松柏醇自身及相互间的交联二聚体,利用GC-MS和HSQC二维核磁分析技术对这些二聚体进行了识别和鉴定。研究发现,阿魏酸酯与松柏醇在上述反应体系中通过自由基偶合反应机理生成了以β–O–4’、β–5’/8–5’和8–β’方式交联的二聚体,其中阿魏酸酯和松柏醇以β-5’和8-5’连接的二聚体是首次合成和报道。另外,首次报道了通过羟基酯转换成内酯的分子内酯交换反应得到以8–β’方式连接的阿魏酸酯与松柏醇的偶合二聚体,并介绍了其转换机理。以β–5’/8–5’方式连接形成的阿魏酸酯和松柏醇偶合二聚体的发现,表明植物细胞壁中可能存在这种类型的交联结构。这些研究结果表明,阿魏酸酯在植物细胞壁中通过自由基偶合反应与木素产生交联,生成不同的交联二聚体,其种类远超过先前的报道。按照木素形成过程中的自由基偶合反应机理,对植物细胞壁中阿魏酸酯、松柏醇、松柏醛(CAld.)和芥子醇可能存在的自身及相互间以β-5’或8-5’为连接类型的二聚体进行合成,通过现有合成方法进行改进,采用了一种简捷的合成方法对二聚体进行了合成,并利用核磁技术对其进行了表征。其中首次合成了FA-(8-5)-CAld.、SA-(β-5)–CAld.、SA-(β-5)-CA、SA-(β-5)-FA二聚体,为鉴定细胞壁中该类型结构的存在及其在不同环境下化学反应的研究提供了便捷的手段和必要的核磁分析数据。检测植物细胞壁中阿魏酸酯与松柏醇的连接类型的传统方法为利用氢氧化钠在室温下对植物细胞壁进行水解,但利用该方法难以确定植物细胞壁中是否存在阿魏酸酯与松柏醇的β-5’/8-5’交联偶合二聚体,这是因为在氢氧化钠的作用下,松柏醇与阿魏酸酯的交联偶合二聚体CA-(β-5)-FA水解生成的产物为苯乙烯基阿魏酸,而8-5’阿魏酸酯二聚体FA-(8-5)-FA经氢氧化钠水解后的产物之一也是苯乙烯基阿魏酸。因此,难以通过氢氧化钠水解产物来判断植物细胞壁中是否存在CA-(β-5)-FA二聚体。为检测植物细胞壁中是否存在CA-(β-5)-FA和FA-(8-5)-CA二聚体,本论文提出了一种新的方法,该方法是将传统的碱法水解和加氢作用相结合作用于反应物,即除了加入对化合物起水解作用的氢氧化钠外,又加入了醋酸钠和氯化钯/碳粉催化剂,使得水解后的产物发生加氢反应,利用该方法水解模型物FA-(8-5)-CA、CA-(β-5)-FA和FA-(8-5)-FA,可以得到不同的产物,因此可以根据产物判断起始物。在同样的条件下,选用几种不同的草类原料进行水解加氢反应,GC-MS分析发现植物细胞壁中存在FA-(8-5)-CA和CA-(β-5)-FA的水解加氢产物,因此可以依此推断植物细胞壁中存在FA-(8-5)-CA和CA-(β-5)-FA交联二聚体。禾本科植物细胞壁中存在阿魏酸酯与木素的交联结构,但由于其含量较少,难以直接证明这些结构的存在。本论文合成了三个模型物G-(β-O-4)-CA-(β-5)-FA、G-(β-O-4)-SA-(β-5)-FA和G-(β-O-4)-CA-(β-5)-CA,乙酰化后利用二维核磁技术进行表征,获得了相应的二维核磁数据。选用玉米外壳和蔗渣为原料,提取其中的磨木木素,去除部分木素后再提取剩余残渣中的碱木素,乙酰化后利用核磁技术进行表征。根据模型物的二维核磁吸收峰的位置与乙酰化后碱木素的二维核磁谱图进行对比,发现植物细胞壁中存在松柏醇和芥子醇分别与阿魏酸酯以β-5’形式交联偶合的二聚体。