慈竹生長過程纖維素、木質(zhì)素及灰分動態(tài)積累

馮芳敏，胡尚連，周振華，曹 穎，盧學(xué)琴，徐 剛，龍志堅(jiān)，任 鵬

(西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽 621010)

慈竹生長過程纖維素、木質(zhì)素及灰分動態(tài)積累

馮芳敏，胡尚連，周振華，曹 穎，盧學(xué)琴，徐 剛，龍志堅(jiān)，任 鵬

(西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽 621010)

以當(dāng)年生不同生長高度的慈竹為研究對象，探討慈竹生長過程中纖維素、木質(zhì)素和灰分含量的積累規(guī)律。結(jié)果表明：慈竹不同生長高度纖維素含量頂、中部變化趨勢均以對數(shù)方式增長；基部纖維素含量和莖稈纖維素總含量變化趨勢都呈“S型”曲線；各部位木質(zhì)素含量變化趨勢總體呈倒“S型”曲線，且不同高度間的木質(zhì)素含量的差異達(dá)顯著水平；隨著生長高度的增高，莖稈頂部、基部灰分含量以及莖稈灰分總含量總體呈倒“S型”曲線變化，中部灰分含量總體呈“S型”曲線變化。纖維素總含量、木質(zhì)素總含量的積累分別集中在莖稈高度為150～800、30～800 cm這個生長時期；灰分總量在300～800 cm保持較高的水平。

慈竹；纖維素；木質(zhì)素；灰分

慈竹(Bambusaemeiensis)是我國西南地區(qū)竹林資源規(guī)模最大的竹種，生長快、易繁殖、經(jīng)濟(jì)價值高，其莖稈壁薄、竹節(jié)長、纖維長度長，是優(yōu)良的紙漿原料[1]。以往慈竹的研究主要集中在遺傳多樣性[2-5]、不同竹齡莖稈中纖維素和木質(zhì)素含量[6]、栽培等方面[7-9]。纖維素、木質(zhì)素和灰分影響紙漿產(chǎn)量和質(zhì)量[10]，但作為優(yōu)良紙漿原料的慈竹，其由出筍到全部抽枝展葉為止這一生長過程中，其莖稈不同生長發(fā)育階段纖維素、木質(zhì)素和灰分含量的動態(tài)積累規(guī)律方面的研究鮮見報(bào)道。鑒于此，本研究在相同立地條件下營造的同期慈竹林中，選擇竹叢基本一致、且相鄰、同一時間內(nèi)抽出的竹筍為材料，在竹筍整個生長過程中，按照慈竹不同生長高度采集樣品，測量樣品的基本形態(tài)特征(高、徑等)，再按其基部、中部和頂部分別截取組織樣品，開展慈竹纖維素、木質(zhì)素和灰分含量的動態(tài)積累規(guī)律方面的研究，為從栽培生理角度指導(dǎo)慈竹優(yōu)質(zhì)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院資源圃內(nèi)，年均氣溫17.2 ℃，年均降水量793.5 mm。選取當(dāng)年生、高度為10、20、30、50 cm的慈竹各20根，高度為 150、300、600、800 cm的慈竹各10根。對每個生長高度的慈竹莖稈按其長度平均劃分為基部、中部和頂部3個部位，并分別按部位混合形成樣品池。樣品于105 ℃烘箱殺青30 min，60 ℃烘干至恒重，粉碎并過80目篩，放置干燥器中用于纖維素、木質(zhì)素和灰分含量測定。

1.2 試驗(yàn)方法

纖維素和木質(zhì)素含量是利用FOSS公司(瑞典)Fibertec TM M61020/1021型纖維素分析儀，分別通過酸性洗滌纖維(ADF)[11]和酸性洗滌木素(ADL)[12-13]法進(jìn)行測定?；曳趾繀⒄瘴墨I(xiàn)[14]方法進(jìn)行測定。每個樣品重復(fù)3次，每批測試樣品運(yùn)行1個空白對照。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010、SAS 8.0軟件對纖維素含量、木質(zhì)素含量和灰分含量進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生長高度慈竹纖維素含量動態(tài)變化

不同生長高度慈竹莖稈纖維素含量變化存在差異(圖1)。慈竹生長過程中隨高度的增高，頂部與中部纖維素含量以對數(shù)方式增長；基部纖維素含量與莖稈纖維素總含量呈“S型”變化曲線。10～50 cm高的慈竹莖稈頂部、中部和基部的纖維素含量均比高度150 cm以上慈竹莖稈相應(yīng)部位的低，差異達(dá)顯著水平，而且各部位的纖維素含量均值都低于15%。此外，莖稈不同部位的纖維素含量也存在明顯差異，中部、基部纖維素含量高于頂部。纖維素總含量的積累主要集中在慈竹莖稈150～800 cm生長時期內(nèi)。

大、小寫字母分別為在0.01、0.05水平上差異顯著，下同。圖1 不同生長高度慈竹纖維素含量變化

2.2 不同生長高度慈竹木質(zhì)素含量動態(tài)變化

竹子生長過程中，不同品種間以及同一品種的不同部位，由于受到遺傳特征的影響，木質(zhì)素含量有所不同[16]。慈竹生長過程中隨著莖稈高度的增高，莖稈頂部、中部和基部的木質(zhì)素含量變化趨勢總體呈倒“S型”曲線，且不同生長高度各部位木質(zhì)素含量及莖稈木質(zhì)素總含量間均存在差異，有的達(dá)到差異極顯著水平。慈竹在發(fā)筍初期出現(xiàn)木質(zhì)化現(xiàn)象，10～50 cm高的慈竹的頂、中、基部木質(zhì)素含量隨慈竹莖稈的伸長而呈上升趨勢；>150 cm以后，不同生長高度的慈竹莖稈各部位均保持較高的木質(zhì)化水平。不同生長高度的慈竹莖稈木質(zhì)素含量均值為2.88%～18.60%，木質(zhì)素總含量的積累主要在慈竹莖稈30～800 cm 生長時期內(nèi)(圖2)。

圖2 不同生長高度慈竹木質(zhì)素含量變化

2.3 不同生長高度慈竹灰分含量動態(tài)變化

慈竹不同生長階段，其莖稈灰分含量變化較大(圖3)。隨著生長高度的增高，莖稈頂部、基部以及灰分的總含量總體呈倒“S型”曲線變化，中部灰分含量總體呈“S型”變化。高度為10～20 cm幼竹的頂、中、基部灰分含量較高；高度30～50 cm的慈竹灰分含量相對較低；高度300～800 cm慈竹中、基部灰分含量均保持較高的水平，且差異極顯著?；曳趾孔罡咧党霈F(xiàn)在800 cm高的莖稈中，含量為2.60%。

2.4 慈竹生長過程中莖稈纖維素、木質(zhì)素、灰分含量相關(guān)性分析

對慈竹生長過程中莖稈纖維素、木質(zhì)素、灰分含量間的相關(guān)性分析表明(表1)，10 cm高的慈竹頂部纖維素含量與灰分含量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；150 cm高的慈竹基部纖維素與木質(zhì)素含量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；300 cm高的慈竹中部纖維素與木質(zhì)素含量間極顯著負(fù)相關(guān)；其余高度的慈竹纖維素、木質(zhì)素、灰分含量之間均呈不顯著的正或負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

竹類植物莖稈中含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和少量的灰分及淀粉等[17]，其中纖維素是制漿造紙的重要原料，而木質(zhì)素和灰分是影響造紙工業(yè)紙漿質(zhì)量和工藝的重要因素。張喜[18]認(rèn)為纖維素含量>40%的材料是較好的紙漿原料。有研究表明，四川不同地區(qū)2年生和3年生慈竹莖稈纖維素平均含量47.63%，木質(zhì)素平均含量為19.62%[19]，是優(yōu)良的紙漿原料，但纖維素、木質(zhì)素以及灰分的生物積累發(fā)生在慈竹莖稈的形成與發(fā)育過程中，而有關(guān)慈竹這方面的動態(tài)研究鮮見報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)，慈竹由出筍到全部抽枝展葉的整個過程中，慈竹莖稈纖維素總含量的快速積累期主要集中在莖稈高度為150～ 800 cm的生長時期，而且纖維素總含量都呈“S型”曲線變化；木質(zhì)素總含量的積累集中在慈竹莖稈30～800 cm 的生長時期；莖稈灰分含量在300～800 cm均保持較高的水平，以800 cm高的莖稈灰分含量為最高。有研究表明，施用氮、磷、鉀肥對毛竹的產(chǎn)量具有一定的作用，且對毛竹紙漿林新竹產(chǎn)量增產(chǎn)的作用大小依次為氮肥>鉀肥>磷肥[20]。還有研究表明，施用氮、鉀肥沒有改變慈竹各部位木質(zhì)素和纖維素的分布及其含量的動態(tài)積累趨勢，但可降低慈竹木質(zhì)素含量，提高纖維素含量；木質(zhì)素含量明顯比未施用氮、鉀肥的慈竹降低1.05%～3.97%，纖維素含量提高1.25%～3.36%[21]，同時施肥處理后慈竹的灰分含量隨K肥用量的增加而上升，受N肥用量影響不大[22]。因此，根據(jù)前人研究，結(jié)合本研究中發(fā)現(xiàn)的慈竹莖稈生長發(fā)育過程中纖維素、木質(zhì)素和灰分的動態(tài)積累規(guī)律，提出從栽培技術(shù)角度，合理且提早施用氮、磷、鉀肥，可為營造高產(chǎn)慈竹林和提高單位面積慈竹纖維素產(chǎn)量，降低單位面積慈竹木質(zhì)素和灰分產(chǎn)量奠定良好基礎(chǔ)。

圖3 不同生長高度慈竹灰分含量變化

高度/cm頂部灰分—纖維素灰分—木質(zhì)素纖維素—木質(zhì)素中部灰分—纖維素灰分—木質(zhì)素纖維素—木質(zhì)素基部灰分—纖維素灰分—木質(zhì)素纖維素—木質(zhì)素10 0999?? 0652 0650 0239-0641 0592-0965 0941-099720-0859-0950 0656 0172 0430 0963 0995-0699-062130-0278-0993 0160 0964-0842-0668-0488-0272-070750 0623-0746-0986 0781 0426-0232 0936 0043 0392150-0314-0371-0765 0682-0599-0994-0713-0722 0999??300-0742-0441 0929-0377 0387-0999?? 0408 0595 0977600-0596 0936-0274-0975-0915 0982-0834-0988 0737800 0987 0892 0953 0052-0738 0636-0555 0995-0471

*：**為相關(guān)性極顯著(P<0.01)。

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Dynamic Accumulation of Cellulose，Lignin and Ash Content During the Growth ProcessofBambusaemeiensis

FENG Fang-min，HU Shang-lian，ZHOU Zhen-hua，CAO Ying，LU Xue-qin，XU Gang，LONG Zhi-jian，REN Peng

(CollegeofLifeScienceandEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang621010，Sichuan，China)

The annualBambusaemeiensiswith different growth height was selected as the research object and the dynamic accumulation of cellulose，lignin and ash content was explored.The results showed that the change of cellulose content at the top and middle section was in logarithmic growth.The change of cellulose content from the base and total cellulose content from the stalk was in S type curve.The change of lignin content trends from the different sections trended to the inverted S curve.The difference of lignin content from the stalk with the different height was significant.With the increase of height，the changes of ash content from the base and top parts and total ash content from stalk trended to the inverted S curve，the change of ash content from the middle parts trended to the S type curve.The accumulation of total cellulose，lignin content and ash content mainly concentrated in the growth period of 150 cm to 800 cm，30 cm to 800 cm and 300 cm to 800 cm，respectively.

Bambusaemeiensis；cellulose；lignin；ash

2014-04-04；

2014-04-27

四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目(2013JY0182)；四川省生物質(zhì)資源利用與改性工程技術(shù)研究中心資助項(xiàng)目(13zxsk01)

馮芳敏(1989—)，女，青海西寧人，西南科技大學(xué)碩士研究生，從事植物遺傳與品種改良研究。E-mail：380573907@qq.com。

胡尚連(1966—)，女，河北秦皇島人，西南科技大學(xué)教授，博士，從事植物生理與生物技術(shù)研究。E-mail：hushanglian@126.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.01.002

S795.5

A

1002-7351(2015)01-0007-04