慈竹生长过程纤维素、木质素及灰分动态积累

冯芳敏，胡尚连，周振华，曹 颖，卢学琴，徐 刚，龙志坚，任 鹏

(西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳 621010)

慈竹生长过程纤维素、木质素及灰分动态积累

冯芳敏，胡尚连，周振华，曹 颖，卢学琴，徐 刚，龙志坚，任 鹏

(西南科技大学生命科学与工程学院，四川 绵阳 621010)

以当年生不同生长高度的慈竹为研究对象，探讨慈竹生长过程中纤维素、木质素和灰分含量的积累规律。结果表明：慈竹不同生长高度纤维素含量顶、中部变化趋势均以对数方式增长；基部纤维素含量和茎秆纤维素总含量变化趋势都呈“S型”曲线；各部位木质素含量变化趋势总体呈倒“S型”曲线，且不同高度间的木质素含量的差异达显著水平；随着生长高度的增高，茎秆顶部、基部灰分含量以及茎秆灰分总含量总体呈倒“S型”曲线变化，中部灰分含量总体呈“S型”曲线变化。纤维素总含量、木质素总含量的积累分别集中在茎秆高度为150～800、30～800 cm这个生长时期；灰分总量在300～800 cm保持较高的水平。

慈竹；纤维素；木质素；灰分

慈竹(Bambusaemeiensis)是我国西南地区竹林资源规模最大的竹种，生长快、易繁殖、经济价值高，其茎秆壁薄、竹节长、纤维长度长，是优良的纸浆原料[1]。以往慈竹的研究主要集中在遗传多样性[2-5]、不同竹龄茎秆中纤维素和木质素含量[6]、栽培等方面[7-9]。纤维素、木质素和灰分影响纸浆产量和质量[10]，但作为优良纸浆原料的慈竹，其由出笋到全部抽枝展叶为止这一生长过程中，其茎秆不同生长发育阶段纤维素、木质素和灰分含量的动态积累规律方面的研究鲜见报道。鉴于此，本研究在相同立地条件下营造的同期慈竹林中，选择竹丛基本一致、且相邻、同一时间内抽出的竹笋为材料，在竹笋整个生长过程中，按照慈竹不同生长高度采集样品，测量样品的基本形态特征(高、径等)，再按其基部、中部和顶部分别截取组织样品，开展慈竹纤维素、木质素和灰分含量的动态积累规律方面的研究，为从栽培生理角度指导慈竹优质栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地位于西南科技大学生命科学与工程学院资源圃内，年均气温17.2 ℃，年均降水量793.5 mm。选取当年生、高度为10、20、30、50 cm的慈竹各20根，高度为 150、300、600、800 cm的慈竹各10根。对每个生长高度的慈竹茎秆按其长度平均划分为基部、中部和顶部3个部位，并分别按部位混合形成样品池。样品于105 ℃烘箱杀青30 min，60 ℃烘干至恒重，粉碎并过80目筛，放置干燥器中用于纤维素、木质素和灰分含量测定。

1.2 试验方法

纤维素和木质素含量是利用FOSS公司(瑞典)Fibertec TM M61020/1021型纤维素分析仪，分别通过酸性洗涤纤维(ADF)[11]和酸性洗涤木素(ADL)[12-13]法进行测定。灰分含量参照文献[14]方法进行测定。每个样品重复3次，每批测试样品运行1个空白对照。

1.3 统计分析

采用Excel 2010、SAS 8.0软件对纤维素含量、木质素含量和灰分含量进行数据统计分析[15]。

2 结果与分析

2.1 不同生长高度慈竹纤维素含量动态变化

不同生长高度慈竹茎秆纤维素含量变化存在差异(图1)。慈竹生长过程中随高度的增高，顶部与中部纤维素含量以对数方式增长；基部纤维素含量与茎秆纤维素总含量呈“S型”变化曲线。10～50 cm高的慈竹茎秆顶部、中部和基部的纤维素含量均比高度150 cm以上慈竹茎秆相应部位的低，差异达显著水平，而且各部位的纤维素含量均值都低于15%。此外，茎秆不同部位的纤维素含量也存在明显差异，中部、基部纤维素含量高于顶部。纤维素总含量的积累主要集中在慈竹茎秆150～800 cm生长时期内。

大、小写字母分别为在0.01、0.05水平上差异显著，下同。图1 不同生长高度慈竹纤维素含量变化

2.2 不同生长高度慈竹木质素含量动态变化

竹子生长过程中，不同品种间以及同一品种的不同部位，由于受到遗传特征的影响，木质素含量有所不同[16]。慈竹生长过程中随着茎秆高度的增高，茎秆顶部、中部和基部的木质素含量变化趋势总体呈倒“S型”曲线，且不同生长高度各部位木质素含量及茎秆木质素总含量间均存在差异，有的达到差异极显著水平。慈竹在发笋初期出现木质化现象，10～50 cm高的慈竹的顶、中、基部木质素含量随慈竹茎秆的伸长而呈上升趋势；>150 cm以后，不同生长高度的慈竹茎秆各部位均保持较高的木质化水平。不同生长高度的慈竹茎秆木质素含量均值为2.88%～18.60%，木质素总含量的积累主要在慈竹茎秆30～800 cm 生长时期内(图2)。

图2 不同生长高度慈竹木质素含量变化

2.3 不同生长高度慈竹灰分含量动态变化

慈竹不同生长阶段，其茎秆灰分含量变化较大(图3)。随着生长高度的增高，茎秆顶部、基部以及灰分的总含量总体呈倒“S型”曲线变化，中部灰分含量总体呈“S型”变化。高度为10～20 cm幼竹的顶、中、基部灰分含量较高；高度30～50 cm的慈竹灰分含量相对较低；高度300～800 cm慈竹中、基部灰分含量均保持较高的水平，且差异极显著。灰分含量最高值出现在800 cm高的茎秆中，含量为2.60%。

2.4 慈竹生长过程中茎秆纤维素、木质素、灰分含量相关性分析

对慈竹生长过程中茎秆纤维素、木质素、灰分含量间的相关性分析表明(表1)，10 cm高的慈竹顶部纤维素含量与灰分含量间呈极显著正相关关系；150 cm高的慈竹基部纤维素与木质素含量间呈极显著正相关关系；300 cm高的慈竹中部纤维素与木质素含量间极显著负相关；其余高度的慈竹纤维素、木质素、灰分含量之间均呈不显著的正或负相关关系。

3 讨论与结论

竹类植物茎秆中含有纤维素、半纤维素、木质素和少量的灰分及淀粉等[17]，其中纤维素是制浆造纸的重要原料，而木质素和灰分是影响造纸工业纸浆质量和工艺的重要因素。张喜[18]认为纤维素含量>40%的材料是较好的纸浆原料。有研究表明，四川不同地区2年生和3年生慈竹茎秆纤维素平均含量47.63%，木质素平均含量为19.62%[19]，是优良的纸浆原料，但纤维素、木质素以及灰分的生物积累发生在慈竹茎秆的形成与发育过程中，而有关慈竹这方面的动态研究鲜见报道。本研究发现，慈竹由出笋到全部抽枝展叶的整个过程中，慈竹茎秆纤维素总含量的快速积累期主要集中在茎秆高度为150～ 800 cm的生长时期，而且纤维素总含量都呈“S型”曲线变化；木质素总含量的积累集中在慈竹茎秆30～800 cm 的生长时期；茎秆灰分含量在300～800 cm均保持较高的水平，以800 cm高的茎秆灰分含量为最高。有研究表明，施用氮、磷、钾肥对毛竹的产量具有一定的作用，且对毛竹纸浆林新竹产量增产的作用大小依次为氮肥>钾肥>磷肥[20]。还有研究表明，施用氮、钾肥没有改变慈竹各部位木质素和纤维素的分布及其含量的动态积累趋势，但可降低慈竹木质素含量，提高纤维素含量；木质素含量明显比未施用氮、钾肥的慈竹降低1.05%～3.97%，纤维素含量提高1.25%～3.36%[21]，同时施肥处理后慈竹的灰分含量随K肥用量的增加而上升，受N肥用量影响不大[22]。因此，根据前人研究，结合本研究中发现的慈竹茎秆生长发育过程中纤维素、木质素和灰分的动态积累规律，提出从栽培技术角度，合理且提早施用氮、磷、钾肥，可为营造高产慈竹林和提高单位面积慈竹纤维素产量，降低单位面积慈竹木质素和灰分产量奠定良好基础。

图3 不同生长高度慈竹灰分含量变化

高度/cm顶部灰分—纤维素灰分—木质素纤维素—木质素中部灰分—纤维素灰分—木质素纤维素—木质素基部灰分—纤维素灰分—木质素纤维素—木质素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

*：**为相关性极显著(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

四川省应用基础研究基金资助项目(2013JY0182)；四川省生物质资源利用与改性工程技术研究中心资助项目(13zxsk01)

冯芳敏(1989—)，女，青海西宁人，西南科技大学硕士研究生，从事植物遗传与品种改良研究。E-mail：380573907@qq.com。

胡尚连(1966—)，女，河北秦皇岛人，西南科技大学教授，博士，从事植物生理与生物技术研究。E-mail：hushanglian@126.com。

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.01.002

S795.5

A

1002-7351(2015)01-0007-04