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摘要
杉木(Cunninghamia lanceolata)是我国重要的速生针叶用材树种,其木材广泛应用于建筑、家具和船只等。杉木心材形成较早,心边材区别明显。快速检测新无性系心材和边材化学组分、细胞壁超微和显微构造等微观结构差异,可为了解该木材心材和边材品质性状提供重要的结构特征数据。以新培育的杉木无性系为实验材料,采用傅里叶变换红外光谱技术, X射线衍射技术,光学显微图像结合Image J图像分析技术,分别对杉木无性系洋61心材与边材的细胞壁化学组分、细胞壁纤维素结晶度及其显微构造进行了快速检测。研究结果表明,心材和边材红外光谱谱图中化学官能团的波数基本相同,即主要结构相同,其差别主要在峰强度上。心材的红外光谱谱图中酚类和醇类化合物特征峰(1 034和1 122 cm-1)及Caryl-O伸缩振动特征峰(1 264和1 232 cm-1)的吸收强度较边材的高,说明可能杉木无性系心材抽提物含量和木质素的交联程度高于边材。同时采用特征峰比值法分析了三大化学组分相对含量的变化,发现与边材相比,心材木质素相对含量增加2%～4%左右,纤维素相对含量减少约2%,半纤维素含量基本不变。通过分析X射线衍射图谱,发现杉木心材和边材的衍射图形状基本相同,不同的是边材的半高宽较心材的窄,且在2θ=22.5°处边材的峰强度高于心材,说明两者细胞壁纤维素结晶部分晶胞构造相同,但边材细胞壁纤维素结晶程度大于心材的。测算得知杉木心材相对结晶度为35.1%,边材相对结晶度为43.1%,两者在0.01水平具有显著差异。通过光学显微镜获得杉木心边材显微图像后,利用Image J图像分析技术快速检测到心材管胞腔面积比率和平均管胞面积均比边材的小,即心材细胞与边材相比具有壁厚腔小的特点。以上研究结果发现傅里叶红外光谱技术, X射线衍射技术和光学显微图像结合Image J图像分析技术可快速准确的检测杉木无性系心材和边材的微观结构特征差异。研究结果可为后续该无性系心材和边材的物理力学品质性状评价、细胞壁改性处理以及心材和边材的高效利用提供理论指导与科学依据。
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单位中国林业科学研究院林业新技术研究所; 中国林业科学研究院木材工业研究所; 安徽农业大学
