不同引種地厚竹纖維形態(tài)和含量比較

孫婭東 ，張文根 ，2，黎祖堯 ，2，張 雷 ，張艷華 ，李 苑

（1.江西農業(yè)大學 林學院，江西 南昌 330045；2.江西省竹子種質資源與利用重點實驗室，江西 南昌 330045)

不同引種地厚竹纖維形態(tài)和含量比較

孫婭東1，張文根1，2，黎祖堯1，2，張 雷1，張艷華1，李 苑1

（1.江西農業(yè)大學 林學院，江西 南昌 330045；2.江西省竹子種質資源與利用重點實驗室，江西 南昌 330045)

為了探索不同引種地厚竹的纖維形態(tài)特征和含量變化，通過測定11個產地厚竹竹稈基部、中部和頂部的稈壁外部、中部和內部的纖維長度、寬度和含量，采用方差分析和多重比較，分析厚竹原產地和引種地的竹稈纖維形態(tài)、軸向和徑向變化規(guī)律及纖維素含量。結果表明：厚竹單根纖維長度379.03～5 104.56 μm，平均1 583.29 μm；寬度3.19～33.45 μm，平均14.32 μm。纖維長度主要在1 000～2 000 μm間，占總纖維數(shù)的63.47%～77.47%。纖維形態(tài)存在軸向和徑向差異，軸向差異大于徑向差異。引種地竹稈基部和頂部的纖維長度均有顯著差異，有4個引種地的纖維長度在基部、中部和頂部間存在顯著差異。不同引種地的纖維形態(tài)的軸向和徑向差異不一樣。隨著竹稈高度的上升，11個產地中有6個產地的纖維長度先增長然后變短，4個產地由基部向梢部逐漸變短，僅永安由基部向梢部逐漸增長。纖維寬度的軸向變化幅度小于纖維長度，其中有3個產地的纖維寬度軸向差異不顯著。纖維長度的徑向變化主要表現(xiàn)為稈壁中部最長，其次是內部，外部纖維相對較短，但也有部分產地竹壁外部的纖維長于內部。引種地和種源地之間，其纖維形態(tài)、軸向和徑向變化、纖維素含量等均不存在系統(tǒng)差異，引種栽植在纖維質量和含量層面不會對竹材工業(yè)利用價值產生負面變化。

厚竹；產地；纖維形態(tài)；纖維素含量；比較

竹材生長周期短、產量高、伐期短，以及自身纖維的特性，廣泛應用于人類生活中。隨著世界性天然林資源的枯竭和天然林資源保護工程的實施，木材供需矛盾更加尖銳，以竹代木是解決我國木材資源短缺的重要途徑[1]。長期以來，竹子廣泛用于造紙行業(yè)。竹纖維是我國自主開發(fā)的新一代綠色環(huán)保纖維[2]，近年來，竹纖維紡織品[3]方興未艾，以竹纖維作為復合材料的增強劑也有其可行性，開發(fā)了竹纖維增強聚已內酯復合材料[4]、竹/玻璃纖維增強高聚物[5-6]、天然竹纖維新型塑料[7]等。關于竹纖維的改性工藝，李文燕等從細胞水平進行了研究[8-10]。關于竹纖維的形態(tài)，研究人員已經對毛竹纖維形態(tài)及立地條件對毛竹纖維形態(tài)的影響進行了深入研究[11-13]，林國金等對方竹、實心瓜多竹等竹種的纖維形態(tài)進行了研究[11,14-15]，Shanmughavel[16]探討了竹齡對翁竹纖維特性的影響。結果表明，不同竹種的纖維形態(tài)不同，同一竹種的纖維形態(tài)存在軸向和徑向差異，生長環(huán)境對竹纖維的形態(tài)有一定的影響。

厚竹Phyllostachys edulis‘Pachyloen’又名厚皮毛竹、厚壁毛竹，因稈壁厚度是等徑毛竹的1.8～2.0倍且性狀穩(wěn)定而得名，是江西省特有的毛竹變異品種，2008年獲得國家林業(yè)局植物新品種保護權證，是我國首個獲得植物新品種保護權的竹類植物。良好的性狀和生長特性，使厚竹具有較高的經濟價值和種質價值。過去對厚竹的研究主要集中在種質性狀、生長特性和繁育技術上[17-18]，郭起榮等[19]對厚竹的纖維形態(tài)進行了初步研究，方楷等[20]對原產地與引種地厚竹的竹材成分進行了研究，但引種地和原產地距離近，試驗樣品取樣區(qū)域小。本試驗采集國內主要厚竹引種基地的竹稈，通過分析不同產地竹材纖維的形態(tài)和含量，探索種源地和不同引種地間的纖維質量和數(shù)量差異及軸向和徑向變化規(guī)律，為有效利用和大面積推廣這一優(yōu)良種質資源提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 取樣地概況

本次試驗所用厚竹竹稈采集于國內6個省的11個厚竹種植基地，試驗材料采集范圍：112°20′58.02″～ 119°43′22.67″E，25°47′28.74″～32°01′7.58″N，海拔高度 25 ～ 700 m，各個采樣地基本情況如表1所示。其中江西省萬載縣高村鄉(xiāng)嚴田村為厚竹原產地，江西農業(yè)大學竹種園1993年引種，其余9個引種地均是2008年以后從江西農業(yè)大學竹種園引種。

表1 厚竹產地概況Table 1 The basic facts of Phyllostachys edulis‘Pachyloen’from different habitats

1.2 試驗材料采集

采集時間：2016年3月28日至4月10日。采集方法：將每個厚竹種植基地分為3個區(qū)域，每個區(qū)域調查林分狀況、母竹和發(fā)筍情況，選擇一棵出土竹筍完整挖取，并取竹筍旁邊0～40 cm混合土樣，然后選取一株2014年成竹、胸徑最大、生長健壯的立竹作為試驗用竹。將試驗用竹齊地砍倒，去除枝葉，測量竹稈長度、分枝高度、胸徑和分枝處直徑。然后從竹稈基部往上將竹稈鋸成1 m長的稈段至竹梢段長度小于1 m，分株分段編號，運回江西農業(yè)大學。在實驗室將每株試驗用竹稈分為基部、1/4稈高處、中部、3/4稈高處、頂部5個部位，每個部位分竹壁內部、中部和外部取樣，即每根試驗用竹稈取15個分析樣品。

1.3 分析方法

1.3.1 纖維形態(tài)測定

將分析樣品劈成火柴桿大小，放入試管中并加適量蒸餾水，將此試管放置在沸水浴中，加熱至樣品沉入水中。取出試管，倒去水分，加適量33%硝酸和少量固體氯酸鉀。再將試管放置于水浴鍋中，加熱煮沸，直到樣品變白、松軟。取出試管，倒去酸液。用蒸餾水沖洗樣品5～6次，直至洗盡酸液。最后，加適量蒸餾水，用拇指壓緊試管口，強烈震動試管，促使樣品松散，細胞解離，制成纖維懸浮液，并加入1～2滴番紅試劑染色。

將干凈的載玻片、蓋玻片泡在70%乙醇中，用時取出擦凈。用滴管取出纖維懸浮液2～3滴，放在載玻片中部，用大頭針拔動纖維，使之分散均勻，蓋上蓋玻片，用濾紙輕輕吸取四溢的水分，制成纖維形態(tài)測定試片。使用Leica顯微鏡自動成像系統(tǒng)成像，Leica Qwin V3軟件測量各試片中的纖維長度和寬度等形態(tài)指標。每個樣品測量50根纖維。

1.3.2 纖維含量測定

對每根試驗用竹稈分基部、中部和頂部3個部位取樣，將樣品切成1 cm左右的小段，用65 ℃干燥箱干燥至恒質量，然后用粉碎機粉碎，過40目分樣篩，用硝酸乙醇法測定纖維含量。

1.3.3 數(shù)據分析

運用SPSS17.0軟件中的ANOVA方差分析和Duncan多重比較法，對11個產地厚竹的竹材纖維形態(tài)進行差異顯著性分析和比較。

2 結果與分析

2.1 不同產地厚竹纖維形態(tài)特征

2.1.1 纖維形態(tài)

通過測定，厚竹單根纖維長度最長5 104.56 μm，最短379.03 μm，平均長度為1 583.29 μm。單根纖維寬度最寬33.45 μm，最窄3.19 μm，平均寬度為14.32 μm。11個厚竹產地的平均纖維長度、寬度、分布范圍和長寬比情況如表2所示。

表2 不同產地纖維形態(tài)特征Table 2 The characteristics of fiber from different habitats?

由表2可知，11個產地的平均纖維長度為 1 466.02 μm～1 817.92 μm，平均纖維寬度13.22 μm～15.53 μm，不同產地的纖維形態(tài)存在較大差異。益陽的平均纖維長度最長，顯著長于其他10個產地；永安的平均纖維長度最短，與富陽和黃山以外的其他8個產地差異性顯著；鷹潭、南昌、江西農大、萬載、長沙、信陽6個產地之間纖維長度差異不顯著，但顯著短于益陽，顯著長于永安和黃山。平均纖維寬度值以富陽、黃山和長沙最大，顯著寬于其他8個產地；永安和萬載的纖維寬度次之，顯著寬于富陽、黃山和長沙以外的其他產地；贛州的纖維最窄，與南昌以外其他產地差異顯著。纖維的長/寬值益陽最大，與其他產地均存在顯著差異；其次是贛州、鷹潭和南昌，顯著大于永安、富陽、黃山、萬載、長沙和信陽；長/寬值最小的是黃山、富陽和長沙，顯著小于萬載和永安以外的其他產地。東部產地的纖維偏短偏寬，西部產地的纖維偏長偏窄。種源地的纖維長度、寬度和長/寬值與引種地間沒有系統(tǒng)差異。

2.1.2 纖維長度分布頻率

纖維長度分布頻率一般是指每一長度級別纖維根數(shù)占纖維總根數(shù)的百分比，是衡量竹材中纖維長度分布均勻性、確定紙漿原料配比等的重要依據。經過分析，11個產地的纖維分布頻率如圖1所示。

圖1 不同產地纖維長度的分布頻率Fig. 1 Frequency of fi ber length distribution in different habitats

圖1表明，厚竹纖維長度主要分布在1 000～2 000 μm之間，占總纖維數(shù)量的63.47%～77.47%；其次是2 000～3 000 μm長的纖維，占總纖維數(shù)量的13.47%～20.80%；長度＜1 000 μm的纖維占4.40%～19.60%，長度＞3 000 μm的僅占0.80%～4.00%，不同產地之間的纖維長度分布頻率有一定差異。原產地江西萬載和引種地江西農大比較，＜2 000 μm的纖維比例原產地低于引種地，而 ＞2 000 μm纖維比例原產地高于引種地。種源地江西農業(yè)大學與其他9個引種地比較，種源地的竹材纖維在1 000～2 000 μm長度段分布頻率偏高，在2 000～3 000 μm長度段分布頻率偏低，＜1 000 μm和＞3 000 μm的分布頻率居中。在9個以江西農大為種源的引種地中，0～1 000 μm長度段，信陽的所占比重最小（5.60%），贛州的所占比重最大（19.60%）；1 000～2 000 μm長度段，贛州的所占比重最小（63.47%），南昌的所占比重最大（77.47%）；2 000～3 000 μm長度段，黃山的所占比重最?。?1.33%），信陽的所占比重最大（20.80%）；＞3 000 μm長度段，永安和南昌的所占比重最?。?.80%），益陽的所占比重最大（4.00%）。

2.2 厚竹纖維形態(tài)的軸向和徑向比較

過去的研究表明，許多竹種的纖維形態(tài)在竹稈的不同高度及同一高度竹壁的內側、中部和外側均存在較大的差異[11,21]。經測定，不同產地厚竹纖維形態(tài)的徑向和軸向變化情況如表3所示。

2.2.1 厚竹纖維長度的軸向變化

從表3可知，厚竹的纖維長度存在軸向差異，并且不同產地間厚竹纖維的軸向差異不一樣。除原產地江西萬載的竹稈纖維長度基部和頂部差異不顯著以外，所有引種地的基部和頂部的纖維長度均有顯著差異。富陽、鷹潭、南昌和江西農大4個產地的基部、中部和頂部纖維長度均存在顯著差異，其中江西農大和南昌是中部＞基部＞頂部，富陽是中部＞頂部＞基部，鷹潭是基部＞中部＞頂部。11個產地中，南昌、江西農大、萬載、長沙、富陽、黃山6個產地竹稈中部纖維最長，贛州、鷹潭、益陽、信陽4個產地竹稈基部纖維最長，永安的竹稈頂部纖維最長。不同產地纖維長度的軸向變化曲線如圖2所示。

圖2表明，贛州、鷹潭、益陽、信陽產地的纖維長度軸向上由基部到頂部呈逐漸變短趨勢；南昌、江西農大、萬載產地由基部到頂部纖維長度呈先增長后變短趨勢，基部纖維長于頂部纖維；長沙、富陽、黃山產地的纖維長度也呈現(xiàn)先增長后變短趨勢，但基部纖維短于頂部纖維；永安在軸向上呈現(xiàn)從基部到頂部逐漸增長趨勢。

纖維寬度的軸向變化幅度小于纖維長度。永安、黃山和長沙3個產地的基部、中部和頂部纖維寬度存在顯著差異，信陽、益陽和江西農大3個產地的纖維寬度軸向變化差異不顯著。贛州、永安、富陽、南昌、長沙和信陽6個產地的竹稈基部纖維最寬，黃山、鷹潭、江西農大、萬載和益陽5個產地的竹稈頂部纖維最寬，贛州、富陽、黃山、鷹潭、南昌、農大和長沙7個產地的竹稈中部纖維最窄。贛州、永安、富陽、南昌、農大、萬載、長沙和益陽8個產地的纖維長/寬值在竹稈基部、中部和頂部之間均存在顯著差異，信陽的纖維長/寬值軸向差異不顯著。

2.2.2 厚竹纖維形態(tài)的徑向變化

由表3可知，厚竹不同部位的纖維形態(tài)存在徑向差異，并且不同產地的徑向差異不一樣。贛州、富陽、黃山、鷹潭、南昌、江西農大、長沙、益陽8個產地纖維長度的徑向表現(xiàn)為中部＞內部＞外部，其中中部和外部之間有顯著差異。永安、萬載、信陽的內部和中部之間纖維長度存在顯著差異，其中永安和萬載表現(xiàn)為中部＞外部＞內部，信陽表現(xiàn)為內部＞中部＞外部，11個產地中僅信陽的竹稈內部纖維最長。

表3 厚竹不同部位纖維形態(tài)特征?Table 3 Morphological characteristics of fiber in different parts of Phyllostachys edulis‘Pachyloen’

贛州、黃山2個產地的纖維寬度徑向差異不顯著。其他9個產地的纖維寬度均存在顯著的徑向差異，其中富陽的中部和外部之間纖維差異顯著，江西農大的中部與外部和內部纖維差異顯著，其余7個產地是內部和外部纖維間有顯著差異。永安、富陽、鷹潭、南昌、萬載、長沙、益陽、信陽8個產地的外部纖維最寬，贛州、江西農大2個產地的中部纖維最寬，僅黃山的為內部纖維最寬。

圖2 不同產地纖維平均長度軸向變化Fig. 2 Axial variation of fi ber’s average length of in different habitats

纖維的長/寬值在徑向上也存在差異。黃山的外部與中部間差異顯著，永安的內、中、外3個部位差異不顯著，其余9產地的外部與中部和內部間差異顯著。永安、富陽、黃山、鷹潭、南昌、萬載6個產地的長/寬值中部最大，其余5產地為內部最大；永安的長/寬值內部最小，其余10產地為外部最小。

2.3 纖維素含量

11個產地竹稈不同部位的纖維含量如表4所示。

表4 不同產地竹稈不同部位纖維含量?Table 4 Fiber content in different parts of bamboo culm %

由表4可知，不同產地間厚竹的纖維素含量存在差異。在11個產地中，贛州的纖維素含量最高，達45.85%，顯著高于其他產地。其次是永安，含量達43.43%，顯著高于贛州以外的其他產地。益陽的纖維素含量最少，為37.58%，顯著低于信陽、南昌、鷹潭和黃山以外的其他6個產地。11個產地厚竹的纖維素含量均高于毛竹的纖維素含量（13.44%～21.71%）[11]。同一產地的纖維素含量存在軸向差異，黃山和南昌的頂部和中部間存在顯著差異，其余9個產地的頂部和基部間存在顯著差異；除富陽外，

其他10個產地的基部纖維含量均大于頂部。

3 結論與討論

厚竹單根纖維長度379.03～5 104.56 μm，平均為1 583.29 μm；寬度3.19～33.45 μm，平均為14.32 μm，平均長度和寬度均大于毛竹[13]。厚竹纖維長度主要分布在1 000～2 000 μm之間，占總纖維數(shù)的63.47%～77.47%；其次是2 000～3 000 μm 段和＜ 1 000 μm 段，＞ 3 000 μm 的纖維數(shù)量比較小。不同產地間的纖維長度分布頻率有一定差異，東部產地的纖維偏短偏寬，西部產地的纖維偏長偏窄。種源地和引種地間的纖維形態(tài)未出現(xiàn)系統(tǒng)差異，說明厚竹的纖維形態(tài)性狀穩(wěn)定，不會因為跨區(qū)域引種栽植而出現(xiàn)較大變異。

厚竹纖維形態(tài)存在軸向和徑向差異，并且是軸向差異程度大于徑向差異，不同產地的軸向和徑向差異不一樣。所有產地基部和頂部間的纖維長度均有顯著差異，其中富陽、鷹潭、南昌和江西農大的基部、中部和頂部之間纖維長度均存在顯著差異。隨著竹稈部位的升高，11個產地中有6個產地的纖維長度是先增長后變短，4個產地逐漸變短，僅永安逐漸增長。纖維寬度的軸向變化幅度小于纖維長度，并有3個產地的纖維寬度軸向變化差異不顯著。纖維長度的徑向變化主要表現(xiàn)為竹壁中部最長，其次是內部，外部纖維相對較短，部分產地竹壁外部纖維長于內部，種源地和引種地之間纖維的軸向和徑向變化不存在系統(tǒng)差異。厚竹纖維素含量大于毛竹，大多數(shù)引種地的纖維素含量均值大于種源地。綜合分析不同產地的纖維質量和纖維含量，可以看出，厚竹引種后在纖維質量和含量層面上不會對竹材工業(yè)利用價值產生負面變化。

魯順保等認為毛竹材纖維長度主要是受海拔和速效N的影響[13]。本次試驗中所有試驗材料均來自同一種源，遺傳基因相同，但調查和分析發(fā)現(xiàn)，不同厚竹種植基地的海拔等地形條件和土壤化學性質差異較大，土壤中的有機質、有機C、全N、堿解N、全P、速效K及礦質營養(yǎng)含量等存在顯著差異，可能影響了厚竹纖維的長度、寬度及長/寬值，造成部分產地厚竹的纖維形態(tài)之間存在顯著差異。

關于竹材纖維長度在軸向和徑向上的變化規(guī)律，不同的研究人員報道的結論不一致，沒有同時適合于每一竹種的絕對概括性規(guī)律。房桂干等研究了毛竹的形態(tài)學特征，結論為纖維長度以上、中部較長，下部較短，纖維寬度以下部最寬，由基部向梢部遞減[12]。林金國等研究表明，方竹纖維長度表現(xiàn)為下部＞中部＞上部，纖維寬度、長寬比為中部＞下部＞上部，纖維長度在徑向上表現(xiàn)為中層＞外層＞內層[11]。徐金梅等[14]研究表明，實心瓜多竹纖維長度和長寬比表現(xiàn)為梢部＞基部＞中部，纖維寬度與此變化規(guī)律相反，徑向上，纖維長度和長寬比從竹壁內壁到竹壁厚度2/3處緩慢增加，之后有減小的趨勢。郭起榮等[19]認為厚竹纖維長度以中部為大，上部次之，下部最小。本次試驗發(fā)現(xiàn)11個產地的厚竹纖維長度的軸向變化規(guī)律為4種走勢，萬載、南昌和長沙產地的與郭起榮等的研究結果一致，但距離原產地較遠的產地出現(xiàn)了不同的軸向變化規(guī)律，其原因可能是地形、氣候和土壤理化性質差異較大，影響了竹材纖維細胞的形成和發(fā)育，有待于深入探討。另外，不同產地厚竹的纖維形態(tài)和含量是否會因竹稈的規(guī)格和年齡不同而發(fā)生變化，也有待于進一步研究。

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Comparison of fi ber morphology and contents ofPhyllostachys edulis‘Pachyloen’at different introduction sites

SUN Yadong1, ZHANG Wengen1,2, LI Zuyao1,2, ZHANG Lei1, ZHANG Yanhua1, LI Yuan1
(1. Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, Jiangxi, China;2. Jiangxi Provincial Key Laboratory for Bamboo Germplasm Resources and Utilization, Nanchang 330045, Jiangxi, China)

To explore the changes of fi ber morphology and content ofPhyllostachys edulis‘Pachyloen’from different introduction site, we studiedPhyllostachys edulis‘Pachyloen’from eleven habitats, measured the length, width, and content of the fiber at the external, middle, and internal bamboo culm at bamboo’s base, center, and top. By using variance analysis and Duncan multiple comparison, we analyzed the fi ber content and variation pattern of fi ber morphology, axial variation, and radial variation forP. edulis‘Pachyloen’with different habitats and introduction sites. Our results show that theP. edulis‘Pachyloen’single fiber length varies from 379.03 μm to 5 104.56 μm, with the average value being 1583.29 μm; width is within 3.19 μm to 33.45 μm, with average value 14.32 μm. The fi ber length is mostly distributed in 1 000 μm-2 000 μm, accounting for 63.47%-77.47% of the total fi ber amount.Fiber morphology changes along both axial dimension and radial dimension, where the variance is bigger along radial dimension. The fi ber length at the bottom and top of bamboos are signi fi cantly different among all introduction sites, and in 4 introduction sites the fi ber length are signi fi cantly different among bottom, center, and top region. The axial and radial variation of fi ber morphology are quite different among different introduction sites. Regarding the change of fi ber length, as the bamboo culm height increases, it fi rstly increase then decrease in 6 production sites out of 11, in another 4 sites it gradually decreases, with the only exception being Yong’an where it gradually increases. Regarding fi ber width, the change extent is smaller than fi ber length along radial dimension, in 3 sites the fi ber width does not signi fi cantly change along axial dimension. The main change in fi ber length is that it is longest at the middle of culm wall, followed by inner culm wall, and the external culm wall has relatively short fi ber length. However, at a few sites the external culm wall has longer fi ber than inner culm wall. Among all introduction sites and origin sites, there exists no systematic difference in the fi ber morphology, radial and axial dimension variation, and fi ber content, therefore introduced planting has no negative impact on bamboo’s industrial utility from fi ber quality and content aspects.

Phyllostachys edulis‘Pachyloen’; habitat; fi ber morphology; fi ber content; comparison

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.12.009

http: //qks.csuft.edu.cn

S795

A

1673-923X(2017)12-0051-07

2017-01-16

國家科技支撐計劃課題（2015BAD04B01）；江西省重點科技成果轉移轉化項目（20133ACI90001）

孫婭東，碩士研究生

黎祖堯，教授；E-mail：jxlizuyao@126.com

孫婭東，張文根，黎祖堯，等 . 不同引種地厚竹纖維形態(tài)和含量比較[J].中南林業(yè)科技大學學報，2017, 37(12): 51-57.

[本文編校：文鳳鳴]