第30卷第5期2010年10月林 产 化 学 与 工 业Che m istry and Industry of Forest ProductsV o.l 30N o .5O ct .2010竹材木质素在细胞壁中的微区分布收稿日期:2010-01-25基金项目:/十一五0国家科技支撑计划资助(2006BAD19B0403,2008BADA9B0302)作者简介:杨淑敏(1971-),女,内蒙古赤峰人,博士,主要从事竹材化学特性研究;E -m ai:l shangk e620@hot m ai.l co m *通讯作者:江泽慧,首席专家,从事木材科学与技术的研究。
YANG Shu -m i n 杨淑敏,任海青,费本华,江泽慧*(中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091)摘 要: 对12个月的毛竹和茶秆竹进行了木质素微区分布的研究,实验运用光学显微镜和激光共聚焦扫描显微镜鉴定了木质素的存在,并且利用组织化学染色方法及其可见光显微分光光度计半定量测定竹材纤维﹑薄壁组织和导管的细胞壁各微区木质素含量。
毛竹竹茎各组织细胞壁各微区的木质素含量均大于茶秆竹相应部位的。
木质素在各组织中均有分布,其含量因组织类型及其细胞壁不同微区而有差异,其结构中存在愈创木基(G )和紫丁香基(S)两种木质素组成单元。
竹壁径向和纤维帽不同位置的木质素含量未有明显的规律性变化。
纤维次生壁具有薄厚层交替的多层结构,薄层的木质素含量大于厚层的。
关键词: 茶秆竹;毛竹;木质素微区分布;可见光显微分光光谱中图分类号:TQ351.013 文献标识码:A 文章编号:0253-2417(2010)05-0019-06L i gni n D istri buti on i n CellW all of Ba mboo Cul m s (Phyllostachyspubesce ns and P se udosasa a mabilis )YANG Shu -m i n ,REN H a-i q i n g ,FE I Ben -hua ,JI A NG Ze -hu i(R esearch Institute ofW ood Industry ,Chi nese A cade m y of Forestry ,Be iji ng 100091,Chi na)Abstrac t :L ign i n d i str i bution in d iffe rent anato m ica l reg i ons o f 12-month -old bamboo spec i es ,na m e l y m oso ba m boo andPseudosasa a mabilis K eng .f was i nvesti g ated .L i gnificati on w as stud i ed by m eans of optica lm icroscopy and confocal laser scan -n i ng m icro scopy .In add iti on ,distr i buti on o f li gn i n i n different ti ssues (fi bre ,parenchy m a and vesse l)w as investi ga ted by v isi b l e -li ght m i c rospectropho to m etry coup l ed w ithW iesne r andM ¾ule reaction .L i gn i n isw i de l y d istri buted i n d ifferent tiss ues ,i n wh ich t here i s li gn i n content d ifference a m ong ti ssues and anatom ical reg i ons .G uaiacyl ligni n un its and sy ri ngyl li gni n un its can be found in ce llwa ll of fi bre ,parenchym a and vesse.l There is no regu l ar variati on in lign i n content along diff e rent rad i a l loca ti on o f cul m s and diff e rent l ocation i n fi bre strands .T he mu ltilay er o f the fi bre seconda ry ce ll w a ll has alte rnati ng thick and th i n layers ,w hile li gni n conten t of t h i n l ayer is higher t han tha t of t h ick l ayers .K ey word s :P seudosasa amabilis ;moso ba m boo ;distr i buti on of li gn i n ;v isi ble -lightm icrospectrophoto m e try木质素是竹材中竹茎纤维﹑导管和薄壁组织等细胞壁的主要组成成分之一,其作为一种填充和黏结物质,具有增加竹材的机械强度和抵抗微生物侵蚀的能力。
竹材木质化过程和木质素在细胞壁中的微区分布都有过研究[1-5],但对毛竹和茶秆竹木质素的分布系统研究的较少。
通常木质素所含有的对羟基苯基丙烷单元(H )、愈创木基丙烷单元(G)和紫丁香基丙烷单元(S)3种单元对不同的化学试剂显色反应不同。
M ¾ule 反应可以鉴别紫丁香基木质素的存在,主要是紫丁香基中游离的酚羟基使木材产生红色[6]。
W iesner 反应对紫丁香基和愈创木基都会产生颜色反应。
作者利用组织化学染色结合光谱分析研究了毛竹和茶秆竹发育过程中各种组织的细胞壁各微区的木质素组成单元及其含量,这些成果对进一步研究竹材生物形成机理具有重要参考价值。
1 材料和方法实验材料选取:采于浙江庙山坞自然保护区和安吉竹种园,分别选取12个月的毛竹和茶秆竹,自基部向20林产化学与工业第30卷上的第3节间中部,切取0.5c m@0.5c m@T c m(T为竹壁径向宽度)的小竹块,置于标准固定液中固定。
切片制作:固定后的小竹块清洗,甘油酒精溶液软化后,利用滑走切片机切取20L m厚的切片。
切片一部分用于组织化学染色的光学显微镜的观察、拍照,一部分用于测定可见光吸收光谱。
组织化学染色:M¾u le反应,切片用1%高锰酸钾溶液染色5m in后,用蒸馏水冲洗3遍;在3% HC l中浸泡1m i n,蒸馏水洗涤;29%氨水封片观察。
W iesner反应,切片用2%间苯三酚酒精(95%)溶液浸泡5m i n,滴加6m ol/L H C l封片观察。
可见光显微分光光度计测定吸收光谱:M¾ule和W iesner反应后的切片利用可见光显微分光光度计(U nivar,点径1L m,谱带宽10mm)测量可见光吸收光谱。
染色后的切片容易褪色[7-8],在切片褪色前测量完毕,同一部位可用多个切片以防止其褪色。
测定纤维组织次生壁、细胞角隅区和复合胞间层在最大吸收峰处的吸光度时,分别在竹壁的竹黄、竹中和竹青3个区域选择有代表性的维管束3个,从靠近原生木质部导管和初生韧皮部筛管的纤维作为起点,以靠近薄壁组织的纤维作为终点,按近似直线方向依次测定外方纤维帽和内方纤维帽上的纤维次生壁、细胞角隅市和复合胞间层的吸光度。
然后取3个维管束的平均值作为竹壁径向不同位置的吸光度。
薄壁组织和导管的木质素微区分布只测定竹壁中部的。
2结果与讨论2.1木质素的定性分布运用组织化学染色鉴定木质素组成单元的存在,12个月的毛竹和茶秆竹纤维、薄壁组织和导管经过M¾ule试剂显示出棕色(图1(a)~(b)、图2(a)~(b)),经过W iesner反应显示暗红色(图1(c)~(d)、图2 (c)~(d)),说明12个月的毛竹和茶秆竹木质素大量沉积,并且含有愈创木基(G)和紫丁香基(S)两种木质素组成单元。
这和K i m等[9]的研究中发现纤维次生壁含有G和S两种组成单元是一致的。
番红固绿染色后,纤维、导管和薄壁组织被染成红色,说明已经有木质素的沉积,这和组织化学染色的结果一致(图1(e)、图2(e),靠近维管束内部的纤维红色较深,木质素沉积是从维管束内部向外进行(图2(c))。
原生木质部导管,后生木质部导管细胞壁染成红色,纤维和薄壁组织呈现红色,一年生纤维全部呈现红色,纤维全部木质化(图2(c))。
图1毛竹M¾u l e反应横切面Fig.1P.pubescens M¾u le reaction,cross sec ti on第5期杨淑敏,等:竹材木质素在细胞壁中的微区分布21图2茶秆竹Fig.2P.am abilis L egend薄壁组织和纤维的次生壁显示了多层结构,并且薄层的荧光比厚层的明显(图1(f)、图2(f))。
这也支持了以往对生维次纤壁研究所得到的薄层木质素浓度多于厚层的结论[10-11]。
2.2木质素在细胞壁的微区分布毛竹和茶秆竹的竹茎纤维、薄壁组织和导管经M¾ule和W i e sner试剂反应后的可见光吸收光谱见图3。
为了便于对比,把不同竹龄、不同组织的两种反应的最大吸收峰处的波长总结在表1。
分别在每个组织相对应的最大吸收峰波长处测定相应组织及其各微区的吸光度。
图3M¾u le(a、c)和W i e s n er(b、d)反应可见光吸收光谱Fig.3V isib le li gh t absorp tion sp ec tra after M¾u le reaction(a,c)and W iesner react i on(b,d)22林产化学与工业第30卷表1M¾u l e和W iesner反应后各组织的最大吸收峰值T ab le1Absorp tion peak s after M¾ule reac ti on and W ies n er reaction nm 竹种s peci es反应类型reacti on typ e纤维fi b re薄壁组织paren chy m a导管vessel 毛竹P.pubescens M¾u l e510515505茶秆竹P.amabilis M¾u l e510500510毛竹P.pubescens W i es n er530510510茶秆竹P.amabilis W i es n er520510520不同竹种的纤维、薄壁组织和导管的两种组织化学染色的可见光吸收光谱在505~530nm都具有较强的吸收峰值,同样说明不同组织中同时含有S和G木质素。