陳美玲 王傳貴 張雙燕 武恒 裴韻文 劉成倩

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，合肥，230036)

責(zé)任編輯:戴芳天。

木材是一種天然的生物質(zhì)材料，也是一種天然的有機(jī)高分子復(fù)合材料。纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是木材細(xì)胞壁的主要組成成分，也是構(gòu)成細(xì)胞壁的物質(zhì)基礎(chǔ)。從樹(shù)木生長(zhǎng)的角度看，木材的特殊構(gòu)造一方面保證了木材中水分和養(yǎng)分的輸送，另一方面還使木材具有很高的強(qiáng)度和模量。從木材利用的角度看，這種結(jié)構(gòu)賦予木材較大的強(qiáng)重比，綜合性能優(yōu)異，但也還存在些不足，比如變形、阻燃和耐腐性能一般等。細(xì)胞壁是構(gòu)成木材的實(shí)體，木材的各種性質(zhì)在很大程度上都與細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和組成密切相關(guān)，其次木材性質(zhì)也決定了其加工利用方式。因此，在當(dāng)前木材供需矛盾日益尖銳和能源危機(jī)日益加劇的形勢(shì)下，對(duì)木材細(xì)胞壁關(guān)鍵組分進(jìn)行深入研究是非常必要的。

纖維素、半纖維素和木質(zhì)素是木材細(xì)胞壁的主要組成成分，也是構(gòu)成細(xì)胞壁的物質(zhì)基礎(chǔ)。由于不同的木材腐朽菌生理特性不同，所分泌的酶及酶的活性各不相同，因此，不同的腐朽菌所分解木材的各種成分及相對(duì)速度各不相同［1］。有些木腐菌只能分解纖維素和木質(zhì)素二者之一;有些木腐菌則可同時(shí)分解二者;還有些菌類(lèi)能以二者之一為主要分解對(duì)象，兼或稍具分解另一物質(zhì)［2］。

杉木是我國(guó)特有針葉樹(shù)種，其樹(shù)體高大，紋理順直，結(jié)構(gòu)細(xì)致，不翹不裂，具有一定耐腐性，被廣泛用于建筑、橋梁、家具等方面［3］。因其構(gòu)造便于觀察分析，本試驗(yàn)選取杉木為研究對(duì)象，利用彩絨革蓋菌(Coriolus versicolor (L.)Quél)和密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum (Pers.)Murrill)對(duì)杉木木材進(jìn)行降解，觀察化學(xué)成分、纖維形態(tài)的變化情況，為選擇性分解細(xì)胞壁關(guān)鍵組分提供新的思路，對(duì)加深細(xì)胞壁的認(rèn)識(shí)和理解，指導(dǎo)木材性質(zhì)基因改良具有重要意義。

1 材料與方法

杉木(Cunninghamia lanceolata (Lamb.)Hook.)采自安徽省六安霍山茅山林場(chǎng)，海拔730～740 m，東北坡，坡度14°～18°，氣干后，分為心邊材，胸徑1.5 m處取樣，鋸成50 mm×10 mm×5 mm 規(guī)格的試樣，待用;彩絨革蓋菌(Coriolus versicolor (L.)Quél)和密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum (Pers.)Murrill)購(gòu)于中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所。

本試驗(yàn)采用PDA 培養(yǎng)基，利用彩絨革蓋菌和密粘褶菌兩種木腐菌對(duì)杉木木材進(jìn)行侵染，由于杉木木材含有較多的內(nèi)含物且心邊材明顯，故將試材分為4 組:苯醇未抽提邊材、苯醇抽提后邊材、苯醇未抽提心材、苯醇抽提后心材。侵染1 個(gè)月后，取樣測(cè)定質(zhì)量損失率、化學(xué)成分和纖維形態(tài)。

杉木木材質(zhì)量損失率測(cè)定:參照GB/T 13942—2009《木材耐久性能 第1 部分:天然耐腐性實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)定。

杉木木材主要化學(xué)成分測(cè)定:將素材和處理后試樣清洗后氣干，磨成40～60 目顆粒。參照GB/T 2677—1994《造紙?jiān)嫌袡C(jī)溶劑抽出物含量的測(cè)定》、GB/T 747—2003《造紙?jiān)纤岵蝗苣举|(zhì)素含量測(cè)定》、GB/T 744—1989《紙漿纖維素的測(cè)定》和GB/T 2677.10—1995《綜纖維素測(cè)定》對(duì)杉木木材進(jìn)行有機(jī)溶劑(苯醇)抽提物、酸不溶木質(zhì)素、纖維素和綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)定，3 次重復(fù)。

杉木木材纖維形態(tài)測(cè)定:采用雙氧水—冰醋酸法對(duì)試樣進(jìn)行纖維離析，取樣在體式顯微鏡下拍照，在電腦中用專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行測(cè)量，取200 根完整纖維測(cè)量纖維長(zhǎng)度和寬度，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 木腐菌對(duì)杉木心邊材質(zhì)量損失率的影響

由于木腐菌的生理特性不同，所分泌的酶及酶的活性各不相同，因此，不同的木腐菌分解木材的各種成分及相對(duì)速度就各不相同，不同的木腐菌對(duì)于相同的木質(zhì)纖維基質(zhì)也有不同的中間代謝產(chǎn)物和途徑。從表1中可以看出，兩種木腐菌對(duì)杉木木材的分解能力不同，經(jīng)密粘褶菌侵染后的木材，其平均質(zhì)量損失率高于彩絨革蓋菌對(duì)杉木木材的侵染，說(shuō)明密粘褶菌對(duì)杉木木材的分解能力要強(qiáng)于彩絨革蓋菌。

其次，密粘褶菌侵染的木材，其酸不溶木質(zhì)素減少百分率和纖維素減少百分率均低于彩絨革蓋菌對(duì)杉木木材的侵染，酸不溶木質(zhì)素和纖維素減少百分率僅有0.65%和0.11%，幾乎可以忽略密粘褶菌對(duì)杉木木材木質(zhì)素和纖維素的分解;同時(shí)，其綜纖維素減少百分率和半纖維素減少百分率均高于彩絨革蓋菌對(duì)杉木木材的侵染，這說(shuō)明密粘褶菌對(duì)半纖維素的分解能力要強(qiáng)于彩絨革蓋菌，密粘褶菌對(duì)木質(zhì)素的分解能力要低于彩絨革蓋菌，且?guī)缀醪痪哂蟹纸饽举|(zhì)素的能力，彩絨革蓋菌對(duì)杉木木材木質(zhì)素、纖維素和半纖維素同時(shí)進(jìn)行分解。兩種木腐菌分解半纖維素的相對(duì)速度要比分解酸不溶木質(zhì)素的相對(duì)速度快，半纖維素減少百分率均達(dá)到20%，且酸不溶木質(zhì)素分解率很低，這說(shuō)明兩種木腐菌主要分解半纖維素。

綜上所述，彩絨革蓋菌對(duì)杉木木材半纖維素進(jìn)行分解，稍具分解木質(zhì)素和纖維素的能力;密粘褶菌對(duì)杉木木材半纖維素進(jìn)行分解。

表1 杉木木材質(zhì)量損失率

2.2 木腐菌對(duì)杉木心邊材化學(xué)成分的影響

表2是杉木木材經(jīng)木腐菌侵染后化學(xué)成分的變化。

2.2.1 木腐菌處理對(duì)苯醇抽出物的影響

經(jīng)彩絨革蓋菌侵染后的試樣，邊材和心材的抽出物均低于素材邊材和心材，這說(shuō)明分解木材大分子成分的速度低于其消耗這些分解產(chǎn)物的速度，在受侵染木材中沒(méi)有積聚的分解產(chǎn)物，而且還將木材中原本溶于苯醇的物質(zhì)消耗了很多［4-5］。經(jīng)密粘褶菌侵染后的試樣，未經(jīng)抽提的邊材苯醇抽出物與素材邊材相比略有降低，未呈現(xiàn)明顯差異，說(shuō)明密粘褶菌分解木材所生成的分解產(chǎn)物的速度與消耗這些分解產(chǎn)物的速度幾乎相等;抽提后的邊材苯醇抽出物低于素材邊材，侵染后的心材苯醇抽出物都低于素材心材，這說(shuō)明密粘褶菌降解木材使其變成低分子量物質(zhì)的同時(shí)，又對(duì)其進(jìn)行消化，且消耗速度大于降解的速度［6-8］。

表2 杉木木材化學(xué)成分分析

2.2.2 木腐菌處理對(duì)酸不溶木質(zhì)素的影響

經(jīng)彩絨革蓋菌侵染的木材，未抽提的試樣酸不溶木質(zhì)素略有降低，說(shuō)明彩絨革蓋菌對(duì)試樣的木質(zhì)素有一定的分解作用。抽提后試樣的酸不溶木質(zhì)素變化很小，可能由于抽提后，木材內(nèi)含物減少，不利于木腐菌的生長(zhǎng)。抽提后試樣的酸不溶木質(zhì)素基本不變，未抽提邊材的酸不溶木質(zhì)素略有降低，未抽提心材的酸不溶木質(zhì)素基本不變，說(shuō)明密粘褶菌分解木質(zhì)素的作用很小，在1 個(gè)月內(nèi)，幾乎沒(méi)有分解木質(zhì)素的能力。

2.2.3 木腐菌處理對(duì)綜纖維素的影響

經(jīng)彩絨革蓋菌侵染后的試樣，其綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有降低，說(shuō)明彩絨革蓋菌對(duì)綜纖維素有一定的降解。抽提后的試樣，綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少較未抽提試樣的多，表明抽提后的木材更利于彩絨革蓋菌的生長(zhǎng)和對(duì)木材的分解。經(jīng)密粘褶菌侵染后的試樣，其綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有降低，說(shuō)明密粘褶菌對(duì)綜纖維素有一定的降解作用。未抽提的試樣，綜纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少較抽提后試樣的多，說(shuō)明抽提后內(nèi)含物的減少降低了密粘褶菌的分解作用。

2.2.4 木腐菌處理對(duì)纖維素的影響

彩絨革蓋菌對(duì)杉木木材的纖維素有一定降解作用，對(duì)未抽提的杉木木材的分解能力大于抽提后的試樣，抽提后的試樣減弱了彩絨革蓋菌對(duì)杉木木材纖維素的分解能力。密粘褶菌處理前后，杉木木材纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明密粘褶菌在1 個(gè)月內(nèi)，對(duì)杉木木材纖維素的分解能力不明顯。

2.2.5 木腐菌處理對(duì)半纖維素的影響

經(jīng)彩絨革蓋菌侵染的試樣，其半纖維素均有降低，說(shuō)明彩絨革蓋菌能降解杉木木材的半纖維素。抽提后邊材的半纖維素低于未抽提邊材，抽提后心材的半纖維素和未抽提心材的半纖維素差別很小，說(shuō)明抽提對(duì)邊材的侵染有較大的影響，對(duì)心材影響較小。經(jīng)密粘褶菌侵染的試樣，其半纖維素均有降低，說(shuō)明密粘褶菌能降解杉木木材的半纖維素。抽提后試樣的半纖維素高于未抽提試樣，說(shuō)明未進(jìn)行抽提的木材內(nèi)含物為密粘褶菌分解木材提供了部分營(yíng)養(yǎng)，從而促進(jìn)了半纖維素的分解。

2.3 木腐菌對(duì)杉木心邊材纖維形態(tài)的影響

表3是杉木木材受侵染前后纖維形態(tài)。可以看出，處理前后杉木木材纖維的長(zhǎng)度、寬度和長(zhǎng)寬比沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明兩種木腐菌的侵染在1 個(gè)月內(nèi)對(duì)杉木木材纖維形態(tài)沒(méi)有顯著影響。圖1是未侵染杉木邊材的纖維形態(tài)，圖2是侵染后杉木邊材纖維形態(tài)圖。從圖2中可以看出，侵染1 個(gè)月后，纖維兩段較細(xì)部位有細(xì)微缺口，說(shuō)明在侵染過(guò)程中對(duì)木材纖維進(jìn)行了分解。

表3 杉木木材纖維形態(tài)

圖1 未侵染杉木邊材纖維形態(tài)

圖2 侵染后杉木邊材纖維形態(tài)

3 結(jié)論

密粘褶菌對(duì)杉木木材半纖維素的分解能力要強(qiáng)于彩絨革蓋菌，彩絨革蓋菌稍具分解木質(zhì)素和纖維素的能力，而密粘褶菌對(duì)木質(zhì)素和纖維素的分解能力不明顯，可利用兩種木腐菌對(duì)杉木木材的細(xì)胞壁主要組分進(jìn)行分解。苯醇抽提處理后，降低了彩絨革蓋菌對(duì)木質(zhì)素和纖維素的分解能力，提高了彩絨革蓋菌對(duì)綜纖維素和半纖維素的分解能力，降低了密粘褶菌對(duì)綜纖維素和半纖維素的分解能力。杉木木材經(jīng)兩種木腐菌處理1 個(gè)月后，其纖維長(zhǎng)度、纖維寬度、長(zhǎng)寬比無(wú)顯著變化。

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