方 楷，陳尚钘，楊光耀，于 芬，王宗德，楊清培，施建敏，陳伏生

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 江西省竹子種質(zhì)資源與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330045)

竹類是重要的林業(yè)可再生資源，竹葉、竹枝和竹稈都有十分廣闊的應(yīng)用前景。厚壁毛竹(Phyllostachys edulis‘Pachyloen’)是毛竹一種材性優(yōu)良的變異種類，竹稈高可達(dá)12 m，胸徑可達(dá)8 cm，髓心部分的細(xì)胞解體較少，竹稈壁厚是等徑毛竹的1.8～2.0 倍，竹材沖擊韌性和纖維性狀特征優(yōu)良［1］。厚壁毛竹作為一種稈壁厚、材質(zhì)好的中型竹種，具有較高的種質(zhì)研究價(jià)值和綜合利用價(jià)值［1-4］。

但目前主要用途仍是以竹漿造紙、燒制竹碳、生產(chǎn)竹地板及竹家具為主，用于生物質(zhì)能源和生物質(zhì)化學(xué)品等高值化利用途徑仍相對較少［5-6］。纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)性成分，以復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)單元聚合成高度異質(zhì)的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，成為生物質(zhì)抗降解的主要屏障，結(jié)構(gòu)性成分的組成及變化特征成為生物質(zhì)降解利用過程中急需解決的重大基礎(chǔ)問題［7-13］。

生物材料中纖維素等成分含量的測定常采用造紙?jiān)戏治龇椒?如GB/T 2677 系列測定方法)，得到的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素含量總和常接近或大于100%，這與真實(shí)含量值之間存在較大偏差［10，14-15］。而采用范氏洗滌纖維分析法測定纖維素等結(jié)構(gòu)性成分，能有效去除復(fù)合組分的影響，較好地反映出同一樣品中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量，為研究纖維素等結(jié)構(gòu)性成分含量的變化趨勢提供很好的參考。本文采用范氏洗滌纖維法測定厚壁毛竹3 大成分含量，旨在探究厚壁毛竹中結(jié)構(gòu)性成分含量隨部位和生長時間的變化特征。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗(yàn)材料于2012 年6 月采自于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)竹類種質(zhì)園，選取無明顯病蟲害、生長健壯的代表樣株。分竹葉、竹枝和竹稈基部、竹稈中部和竹稈梢部，分別采集生長時間為竹筍出土后的2、14、38、62 和86 個月的樣株(各3 株)，分別按竹葉、竹枝、竹稈基部、竹稈中部和竹稈梢部5 個部位選取試驗(yàn)樣品。鮮樣迅速用冷凍干燥機(jī)干燥，粉碎后密封備用。

冷凍干燥機(jī)VDF-1000A(北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

1.2 測定方法

厚壁毛竹的竹葉、竹枝和竹稈試樣中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量的測定和計(jì)算采用范氏洗滌纖維分析法測定，并參考GB/T 20805-2006《飼料中酸性洗滌木質(zhì)素(ADl)的測定》。纖維素均指酸性洗滌纖維素，木質(zhì)素均為酸不溶性木質(zhì)素，結(jié)構(gòu)性成分含量總和為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量之和，以下同。

2 結(jié)果與討論

2.1 竹葉的結(jié)構(gòu)性成分

厚壁毛竹竹葉結(jié)構(gòu)性成分含量隨生長時間的變化趨勢見圖1。由圖1 可知，竹葉結(jié)構(gòu)性成分含量總和為(70.93±6.44)%，其中半纖維素的含量最高，為(38.02±5.76)%，纖維素含量次之，為(27.71±5.82)%，木質(zhì)素含量最低，僅(5.20±0.33)%。隨竹稈的生長，竹葉的結(jié)構(gòu)性成分含量呈現(xiàn)不同的變化趨勢。與第2、86 個月相比，竹葉結(jié)構(gòu)性成分含量總和在第14～62 個月期間略有下降。而纖維素含量在第2個月時較高，為(30.23±9.52)%，在第14～86 個月期間的纖維素含量則介于(26.04±1.44)%～(27.03±1.43)%，竹葉木質(zhì)素含量在整個生長時期內(nèi)的變化都不明顯，介于(4.42±0.49)%～(5.78±0.56)%。

2.2 竹枝的結(jié)構(gòu)性成分

厚壁毛竹竹枝的結(jié)構(gòu)性成分含量的變化見圖2。竹枝的結(jié)構(gòu)性成分含量總和平均為(85.38±2.37)%。由圖2 可知，各結(jié)構(gòu)性成分中，纖維素含量最高，達(dá)(43.06±3.30)%，半纖維素和木質(zhì)素含量依次降低，分別為(27.92±3.05)%、(14.40±3.00)%。竹枝中結(jié)構(gòu)性成分含量總和在第2～38 個月期間保持在較低水平(低于0.85 %)，而第62、86 個月時有明顯的升高，分別為(88.53±1.60)%、(86.73±0.73)%。木質(zhì)素含量隨生長時間增加而明顯升高，如第2 個月時木質(zhì)素含量僅(11.41±2.53)%，到第86 個月時，木質(zhì)素含量增加到前者的1.5 倍，達(dá)(16.98±0.56)%。而纖維素、半纖維素的含量隨生長時間的變化不明顯。

圖1 竹葉結(jié)構(gòu)性成分的含量Fig.1 The contents of the structural compositions in leaf

圖2 竹枝結(jié)構(gòu)性成分的含量Fig.2 The contents of the structural compositions in branch

2.3 竹稈的結(jié)構(gòu)性成分

2.3.1 竹稈基部的結(jié)構(gòu)性成分特征 厚壁毛竹竹稈基部結(jié)構(gòu)性成分含量隨生長時間增長而相對穩(wěn)定(圖3)。由圖3 可知，不同生長時間，竹稈基部結(jié)構(gòu)性成分含量總和的平均值為(89.10±3.60)%，其中，第2 個月時為(87.18±5.53)%，隨后略有升高穩(wěn)定在(89.29±2.75)%～(90.11±1.52)%。竹稈基部的纖維素、半纖維素的平均含量分別為(49.05±2.44)%、(23.87±2.83)%，第2～62 個月期間二者變化較小，分別介于(49.14±1.50)%～(49.77±3.08)%、(22.87±2.53)%～(23.47±3.29)%。而木質(zhì)素平均含量為(16.18±3.83)%，在第14～86 個月期間介于(16.45±2.60)%～(18.56±3.34)%。

圖3 竹稈基部結(jié)構(gòu)性成分的含量Fig.3 The contents of structural compositions in basal portions of culm

2.3.2 竹稈中部的結(jié)構(gòu)性成分特征 厚壁毛竹竹稈中部的結(jié)構(gòu)性成分的含量存在顯著差異(圖4)。由圖4 可知，竹稈中部的結(jié)構(gòu)性成分總和的平均值為(89.21±2.85)%，且隨生長時間的變化相對較小［介于(88.46±3.87)%～(90.37±1.72)%］。纖維素含量達(dá)(49.43±3.39)%，明顯高于半纖維素和木質(zhì)素含量［二者分別為(23.34±3.91)%、(16.44±3.71)%］。竹稈中部的各結(jié)構(gòu)性成分中，纖維素含量隨生長時間的增加而有所降低［從第2 個月的(52.10±3.89)%降低至第86 個月的(47.32±2.63)%］，而半纖維素、木質(zhì)素含量隨生長時間的變化均無明顯變化。

圖4 竹稈中部結(jié)構(gòu)性成分的含量Fig.4 The contents of structural compositions in middle portions of culm

2.3.3 竹稈梢部的結(jié)構(gòu)性成分特征 厚壁毛竹竹稈梢部的結(jié)構(gòu)性成分含量的特征見圖5。由圖5 可知，竹稈梢部的結(jié)構(gòu)性成分含量的總和為(88.12±4.24)%，在第2 個月時僅(84.54±6.48)%，第14～86 個月期間則保持在較高水平［介于(88.75±1.53)%～(90.00±1.76)%］。竹稈梢部的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量依次降低，分別為(47.32±4.33)%、(25.76±4.59)%、(15.04±4.41)%，但3 者隨生長時間變化的趨勢存在明顯差異。第2 個月時，纖維素、木質(zhì)素含量分別為(46.86±6.93)%、(11.66±5.19)%，在第14 個月時，二者含量分別升高到(48.19±2.12)%、(16.97±3.31)%，隨后均又逐漸降低。但半纖維素含量的變化趨勢則與之相反，第2、14 個月時分別為(26.02±4.98)%、(23.59±2.54)%，隨后則逐漸升高。

圖5 竹稈梢部結(jié)構(gòu)性成分的含量Fig.5 The contents of structural compositions in upper portions of culm

2.4 結(jié)構(gòu)性成分含量的方差分析

統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果表明，部位因素和生長時間因素對結(jié)構(gòu)性成分含量的影響存在明顯差異(表1)，不同部位間的纖維素、半纖維、木質(zhì)素含量及其總和的差異性均達(dá)到極顯著性水平(P＜0.01)。除木質(zhì)素含量的差異達(dá)到顯著性水平(F=4.777，P=0.012)，生長時間因素所引起的結(jié)構(gòu)性成分含量的差異均未達(dá)到統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)顯著性水平。

由于受來源和生長時間等材料異質(zhì)性因素的影響，大量有關(guān)生物質(zhì)材料的成分結(jié)構(gòu)及其綜合應(yīng)用研究常得到不同的研究結(jié)果，增加了研究生物質(zhì)材料的難度［7，9，11-13］。對厚壁毛竹不同器官(部位)和不同生長時間的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的含量及其總量的變化特征進(jìn)行研究，對生物質(zhì)能源和生物質(zhì)化學(xué)品等的高值化利用具有重要意義，但由于纖維素等結(jié)構(gòu)性成分為復(fù)雜的高分子化合物［11-12，20-22］，它們的分子結(jié)構(gòu)特征有必要綜合含量與結(jié)構(gòu)這兩方面的異質(zhì)性特征進(jìn)行深入研究，以便更好地為厚壁毛竹生物質(zhì)材料的高值化利用提供理論基礎(chǔ)。

表1 結(jié)構(gòu)性成分的方差分析Tab.1 The ANOVA of structural compositions

3 結(jié)論

厚壁毛竹竹葉中纖維素含量低于半纖維素含量(二者分別為27.71±5.82%、38.02±5.76%)，而竹枝和竹稈中纖維素含量均高于半纖維素含量。纖維素、木質(zhì)素和結(jié)構(gòu)性成分含量總和均按竹葉、竹枝、竹梢、基部、中部的順序遞增，而半纖維素含量卻逐漸降低。不同部位間的纖維素、半纖維、木質(zhì)素含量及其總和的差異性均達(dá)到極顯著性水平(P＜0.01)，不同生長時間的結(jié)構(gòu)性成分含量的差異較小，僅木質(zhì)素含量的差異達(dá)到顯著性水平(F=4.777，P=0.012)，與毛竹等竹類植物結(jié)構(gòu)性成分含量的分析結(jié)果相似。

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