油茶果壳木质化细胞的微细结构研究

作     者：汪倩倩 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苌姗姗

授予年度：2021年

学科分类：082902[工学-木材科学与技术] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：油茶果壳 石细胞 木质化 孔隙结构 微细结构 

摘      要：我国木材资源匮乏,最根本的解决方法就是推行木材节约和代用。油茶果壳储量丰富但未得到合理的利用,研究开发油茶果壳这一非木质化资源,不仅节约资源且在一定的程度上保护环境。生物质材料的细胞组成、形态以及排列方式往往决定着材料的各种性能。本研究主要对不同生长时期油茶果壳的木质化细胞的微细结构进行研究,以期提高油茶果壳的附加值的利用。本研究主要得到以下结论:（1）微观观察结果表明:油茶果壳中主要包含石细胞、薄壁细胞、螺纹导管和维管束四种类型的细胞组织,其中薄壁细胞与石细胞的组织比量高达90%。在细胞发育过程中,薄壁细胞、螺纹导管和维管束的细胞形态变异性不大,而石细胞的形态较为复杂,主要以同心圆状与不规则长条状的两种形态为主。通过扫描电镜观察发现,油茶果壳的石细胞壁上存在丰富的纹孔结构。导管中螺纹加厚结构附着在细胞壁上,维管束中细胞壁加厚的组织可能为导管组织。根据石细胞与薄壁细胞组织比量的反比关系以及微观图像特征可推断出:石细胞是由薄壁细胞增厚细胞壁并沉积木质素转化而来的,在发育中期约7月份（NO.12）后石细胞数量趋于稳定。（2）通过荧光显微镜观察可知,油茶果壳中各类细胞的细胞壁中均含有木质素,主要沉积于具有厚壁组织的石细胞中。木质素在油茶果壳细胞组织中的分布为复合胞间层的浓度最高,次生壁内层S3次之,次生壁中层S2最低。荧光值L*与石细胞的壁腔比不呈正比关系以及Wiesner法和Maule法的染色效果研究可知,木质素沉积到一定程度后不再继续,但细胞形态尺寸仍继续增加,因此单位面积内的木质素浓度降低。综合Wiesner法、Maule法以及傅里叶红外图谱分析可知,在细胞发育过程中油茶果壳石细胞细胞壁的木质素类型均以G-木质素与S-木质素为主。（3）通过氮气吸附法测量可知,不同发育阶段的油茶果壳中均存在大量孔径集中于2-20nm之间的介孔,其孔BET比表面积值在4月底（NO.5）达到峰值后下降至6月初（NO.9）后达到稳定。其中6月份（NO.9-NO.10）为发育前期狭缝型孔隙向发育后期狭缝型与墨水瓶孔隙共存转化的节点,此期间石细胞数量丰富,并沉积大量木质素,木质素无规则填充于微纤丝间的空隙,使得孔隙结构与形态发生了变化。油茶果壳中纳米级的孔隙来源于石细胞与薄壁细胞细胞壁上的孔隙,可能是细胞壁的纤维素、木质素及半纤维素等物质结合时产生的孔隙。通过压汞法测试可知,不同发育阶段的油茶果壳中还存在大量的大孔孔隙,其大孔孔径的变化趋势为:在油茶果壳发育初期孔径较大,中期大孔孔径减小,后期大孔孔径趋于平稳状态。测量得到的大孔孔隙可能来源于石细胞和薄壁细胞细胞壁上三素结合过程中产生的孔径较大的孔隙,还有可能来源于石细胞壁上的纹孔以及果壳中孔径较小的导管。