轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因741楊樹皮特性的研究

李 星，魏立婷，楊 松，孫照斌，徐鳳娟

(1.南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北 保定 071000)

研究與設(shè)計

轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因741楊樹皮特性的研究

李 星1，魏立婷2，楊 松2，孫照斌2，徐鳳娟2

(1.南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北 保定 071000)

為開發(fā)利用楊樹樹皮，對轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的纖維特性、物理特性和部分化學(xué)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的纖維特性、物理特性和部分化學(xué)特性均優(yōu)于非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮。

轉(zhuǎn)基因741楊；非轉(zhuǎn)基因楊；樹皮；纖維形態(tài)；物理化學(xué)特性

綜合利用包括樹皮在內(nèi)的各種木質(zhì)生物質(zhì)資源不但可以減少腐爛樹皮對環(huán)境的污染，而且還可以作到變廢為寶，生產(chǎn)出高附加值的產(chǎn)品[1]。目前我國對樹皮的應(yīng)用研究主要集中在樹皮形成[2]、樹皮

形態(tài)與解剖構(gòu)造[3-4]、化學(xué)組成[5]、物理性能[6-7]、樹皮率[8]、樹皮性能[9-10]、開發(fā)利用[11]等幾個方面，而對于利用樹皮來制造人造板[12]的研究則相對較少。

轉(zhuǎn)基因741楊是河北林學(xué)院培育的無性系優(yōu)良白楊，其具有生長迅速、材質(zhì)優(yōu)良、干形好、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在毛白楊適生區(qū)域具有廣泛的推廣前景[13]。本文對非轉(zhuǎn)基因與轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮纖維特性、物理特性和部分化學(xué)特性進(jìn)行了研究，以揭示轉(zhuǎn)基因培育方法對樹木生長的影響，為楊樹樹皮的開發(fā)利用提供參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

(1)試材：樹皮采自保定涿州地區(qū)的新鮮轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因楊樹，7～8年生，樹高16.08 m，胸徑15.5 cm，分別取三棵轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮(Z3、Z4、Z5)與三棵非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮(F2、F3、F4)，取樣從樹種的根部即上(從根部算起1～2 m)、中部即中(2～4 m)、梢部即下(4～6 m)三處分別截取約1～2 cm長的樹皮，切成小條。

(2)樹皮粉末加工：隨機(jī)取風(fēng)干的楊樹樹皮原料，截成小段，放在鼓風(fēng)干燥箱中以(105±3)℃的溫度進(jìn)行干燥。然后置于粉碎機(jī)中磨成細(xì)末，過篩選取通過40目篩但通不過60目篩的細(xì)末；涼至室溫后貯存于1 000 mL具有磨砂玻璃塞的廣口瓶中，備分析時使用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

恒溫水浴鍋(溫度范圍為室溫～100 ℃可調(diào))；具有可以調(diào)節(jié)溫度(23±2)℃的恒溫裝置；恒溫烘箱；30 mL玻璃濾器(1G2)；容量500 mL和300 mL的錐形瓶；冷凝管。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 楊樹樹皮纖維形態(tài)的研究

將楊樹樹皮試樣切成長約1～2 cm的長條狀，取適量樹皮放入試管中，注入蒸餾水至淹沒樹皮為止，將試管放在水浴鍋中加熱煮沸至樹皮下沉，然后倒出試管中的水，注入30%的硝酸至淹沒樹皮，微熱至產(chǎn)生黃色氣體，再加入少量的氯酸鉀，在水浴鍋中煮沸，待樹皮膨大變白為止。倒出藥液，待冷卻后沖洗數(shù)次，注入少量的水，振蕩使樹皮細(xì)胞分離成纖維，然后制片，測定纖維的長度和寬度。

1.3.2 物理特性分析

新鮮楊樹樹皮按照排水法測定體積，參照GB/T 1933-2009 木材密度測定方法計算密度[14]；樹皮含水率測定參照GB/T 1931-2009木材含水率測定方法規(guī)定的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行[15]；樹皮吸水性參照GB/T 1934.1-2009 木材吸水性測定規(guī)定的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行[16]。

1.3.3 化學(xué)特性測定分析

冷水及熱水抽提物含量的測定均依據(jù)GB/T 2677.4-1993進(jìn)行；1%NaOH抽提物含量的測定依據(jù)GB/T 2677.5-1993進(jìn)行[17]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 楊樹樹皮纖維形態(tài)

纖維形態(tài)除了包括纖維的長度、寬度等基本形態(tài)指標(biāo)外，還包括這些指標(biāo)組合而成的其他形態(tài)指標(biāo)，通常有長寬比等。纖維長度、寬度隨基因類型與樹皮部位的變化如圖1、圖2所示，樹皮纖維形態(tài)對比見表1。

圖1 纖維長度隨基因類型與樹皮部位的變化

圖2 纖維寬度隨基因類型與樹皮部位的變化

表1 樹皮纖維形態(tài)對比

從圖1可以看出，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮梢部的纖維長度為1.14 mm，中部的纖維長度為1.19 mm，根部的纖維長度為1.30 mm；而轉(zhuǎn)基因樹皮梢部的纖維長度為1.18 mm，中部的纖維長度為1.22 mm，根部的纖維長度為1.35 mm。非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮梢部的纖維寬度為18.65 um，中部的纖維寬度為19.65 um，根部的纖維寬度為21.85 um；轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮梢部的纖維寬度為18.72 um，中部的纖維寬度為20.24 um，根部的纖維寬度為22.57 um。轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮纖維的長度和寬度隨著樹高的增加而逐漸變小，長寬比隨著樹高的增加而逐漸變大。其纖維長度和寬度在樹干根部最長，隨著樹高的增加，其纖維長度和寬度開始逐漸變小，在樹干梢部變得最小。

對圖1、圖2所示數(shù)據(jù)的分析表明，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的纖維平均長度為 1.21 mm，平均寬度為20.05 um；轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的纖維平均長度為1.24 mm，平均寬度為20.51 um；轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的纖維長度、寬度的平均值要稍高于非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮纖維長度和寬度的平均值。

按照國際解剖學(xué)會的規(guī)定，0.91～1.6 mm屬中等長度的纖維，纖維長度主要與生長的地理環(huán)境及氣候條件有關(guān)，從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，楊樹樹皮比部分闊葉材的纖維長度要長些，但遠(yuǎn)不及棉桿皮和紅麻皮這些優(yōu)質(zhì)的造紙原料。人造板的質(zhì)量不僅取決于纖維的強(qiáng)度，更依賴于纖維之間的交織結(jié)合強(qiáng)度，該強(qiáng)度即取決于纖維的長寬比，楊樹樹皮的長寬比要好于部分針葉材及闊葉材?？傮w來看，楊木樹皮可以作為人造板用材。

2.2 楊樹樹皮物理特性

2.2.1 新鮮樹皮密度

新鮮楊樹樹皮密度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 新鮮轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮密度在樹高上的變化

從圖3可以看出，非轉(zhuǎn)基因新鮮樹皮梢部的密度為1.026 g/cm3，中部的密度為1.035 g/cm3，根部的密度為1.044 g/cm3；轉(zhuǎn)基因新鮮樹皮梢部的密度為1.024 g/cm3，中部的密度為1.039 g/cm3，根部的密度為1.052 g/cm3。轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因新鮮樹皮的密度隨著樹高的增加而逐漸變小，其密度在樹干根部最大，隨著樹高的增加，其密度開始逐漸變小，在樹干梢部變得最小。

通過對圖3所示的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，非轉(zhuǎn)基因新鮮楊樹樹皮密度的平均值為1.035 g/cm3，轉(zhuǎn)基因楊木樹皮密度的平均值為1.038 g/cm3，轉(zhuǎn)基因新鮮楊樹樹皮密度的平均值要稍大于非轉(zhuǎn)基因楊木樹皮密度的平均值。

2.2.2 絕干樹皮密度

絕干楊樹樹皮密度試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮絕干密度在樹高上的變化

從圖4可以看出，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮梢部的絕干密度為0.313 g/cm3，中部的絕干密度為0.337 g/cm3，根部的絕干密度為0.358 g/cm3；轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮梢部的絕干密度為0.339 g/cm3，中部的絕干密度為0.349 g/cm3，根部的絕干密度為0.374 g/cm3。轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因樹皮的絕干密度隨著樹高的增加而逐漸變小，其密度在樹干根部最大，隨著樹高的增加，其密度開始逐漸變小，在樹干梢部變得最小。

通過對圖4所示的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮絕干密度的平均值為0.336 g/cm3，轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮絕干密度的平均值為0.354 g/cm3，轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮絕干密度的平均值要稍大于非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的絕干密度。

2.2.3 楊樹樹皮吸水率

楊樹樹皮吸水率試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，非轉(zhuǎn)基因樹皮梢部的吸水率為116.0%，中部的吸水率為104.7%，根部的吸水率為98.3%；轉(zhuǎn)基因樹皮梢部的吸水率為114.7%，中部的吸水率為99.3%，根部的吸水率為91.0%。轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因樹皮的吸水率隨著樹高的增加而逐漸變大，其吸水率在樹干根部最小，隨著樹高的增加，其吸水率開始逐漸變大，在樹干梢部變得最大。

圖5 轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮吸水率在樹高上的變化

由圖5分析可知，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮吸水率的平均值為106.3%，轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮吸水率的平均值為101.7%，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮吸水率的平均值要稍大于轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮吸水率的平均值。

2.3 楊樹樹皮的化學(xué)特性

轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮與非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的冷水、熱水，以及1%NaOH抽提物含量測定結(jié)果如圖6、圖7、圖8所示。

圖6 轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮冷水抽物含量在樹高上的變化

圖7 轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮熱水抽提物含量在樹高上的變化

圖8 轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮1% NaOH抽提物含量在樹高上的變化

由圖6、圖7可知，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的冷水抽提物平均含量為22.00%，熱水抽提物平均含量為28.00%；轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的冷水抽提物平均含量為19.83%，熱水抽提物平均含量為25.83%。非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的水抽提物要大于轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的水抽提物，水抽提物的大量存在對人造板的性能有不良影響，而且還會造成工業(yè)上的廢水污染以及粘板現(xiàn)象。

由圖8可知，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮梢部1% NaOH抽提物含量為46.0%，中部1%NaOH抽提物含量為47.5%，根部1% NaOH抽提物含量為51.0%；轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮梢部1% NaOH抽提物含量為44.5%，中部1% NaOH抽提物含量為47.5%，根部1% NaOH抽提物含量為49.0%。楊樹樹皮1% NaOH抽提物含量隨著樹高的增加而逐漸降低，非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的1% NaOH(稀堿)抽提物含量要高于轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的1% NaOH(稀堿)抽提物含量。1% NaOH抽提物為低分子量的碳水化合物，包括半纖維素和可降解的纖維素，這些抽提物的數(shù)量可以說明真菌腐朽或光、熱、氧化腐朽的程度。1% NaOH的抽提物越多，腐朽或降解的程度越嚴(yán)重。

3 結(jié)論

(1)轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮纖維長度、寬度的平均值要高于非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮纖維長度和寬度的平均值。楊樹樹皮的長寬比優(yōu)于部分針葉材及闊葉材，可以作為人造板用材。

(2)轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因新鮮樹皮密度和絕干密度隨著樹高的增加而逐漸變??；轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因樹皮的吸水率隨著樹高的增加而逐漸變大。非轉(zhuǎn)基因和轉(zhuǎn)基因新鮮楊木樹皮密度的平均值分別為1.035 g/cm3、1.038 g/cm3，絕干樹皮密度的平均值為0.336 g/cm3、0.354 g/cm3，吸水率的平均值為106.3%、101.7%，轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的各項物理性能均略好于非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮。

(3)楊樹樹皮的冷熱水抽提物含量隨著樹高的增加而逐漸增加，1% NaOH抽提物含量隨著樹高的增加而逐漸降低；非轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的冷水抽提物含量的平均值為22.00%，熱水抽提物含量的平均值為28.00%，1% NaOH(稀堿)抽提物含量的平均值高達(dá)48.17%；轉(zhuǎn)基因楊樹樹皮的冷水抽提物含量平均值為19.83%，熱水抽提物含量平均值為25.83%，1% NaOH(稀堿)抽提物含量的平均值為47.00%。水抽提物的大量存在對人造板的性能會產(chǎn)生不良影響，而且還會造成工業(yè)上的廢水污染以及粘板現(xiàn)象，1% NaOH的抽提物含量越多，腐朽或降解的程度越嚴(yán)重。

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(責(zé)任編輯 張雅芳)

Study on Characteristics of Tree Bark of Transgenic and Nor-transgenic Hybrid Poplar 741

LI Xing1，Wei Li-ting2，Yang Song2，SUN Zhao-bin2，XU Feng-juan2

(1.College of Materials Science and Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037，China；2.College of Forestry，Agricultural University of Hebei，Baoding Hebei 071000，China )

In order to develop and utilize poplar bark，the study on the fiber characteristics，physical properties and chemical properties of the bark of non-transgenic hybrid and transgenic hybrid poplar is conducted，with the result showing that the fiber characteristics，physical properties and chemical properties of transgenic poplar bark are superior to those of non-transgenic poplar bark.

transgenic poplar 741；non-transgenic poplar；bark；fiber morphology；physical and chemical properties

2017-03-27

國家轉(zhuǎn)基因生物新品種培育重大專項項目(2009ZX08011-0278)

李 星(1994-)，男，碩士研究生，主要從事木材材性與加工利用方面的研究，E-mail：lixingts@163.com。

TS621

A

2095-2953(2017)06-0028-05