不同引种地厚竹纤维形态和含量比较

孙娅东 ，张文根 ，2，黎祖尧 ，2，张 雷 ，张艳华 ，李 苑

（1.江西农业大学 林学院，江西 南昌 330045；2.江西省竹子种质资源与利用重点实验室，江西 南昌 330045)

不同引种地厚竹纤维形态和含量比较

孙娅东1，张文根1，2，黎祖尧1，2，张 雷1，张艳华1，李 苑1

（1.江西农业大学 林学院，江西 南昌 330045；2.江西省竹子种质资源与利用重点实验室，江西 南昌 330045)

为了探索不同引种地厚竹的纤维形态特征和含量变化，通过测定11个产地厚竹竹秆基部、中部和顶部的秆壁外部、中部和内部的纤维长度、宽度和含量，采用方差分析和多重比较，分析厚竹原产地和引种地的竹秆纤维形态、轴向和径向变化规律及纤维素含量。结果表明：厚竹单根纤维长度379.03～5 104.56 μm，平均1 583.29 μm；宽度3.19～33.45 μm，平均14.32 μm。纤维长度主要在1 000～2 000 μm间，占总纤维数的63.47%～77.47%。纤维形态存在轴向和径向差异，轴向差异大于径向差异。引种地竹秆基部和顶部的纤维长度均有显著差异，有4个引种地的纤维长度在基部、中部和顶部间存在显著差异。不同引种地的纤维形态的轴向和径向差异不一样。随着竹秆高度的上升，11个产地中有6个产地的纤维长度先增长然后变短，4个产地由基部向梢部逐渐变短，仅永安由基部向梢部逐渐增长。纤维宽度的轴向变化幅度小于纤维长度，其中有3个产地的纤维宽度轴向差异不显著。纤维长度的径向变化主要表现为秆壁中部最长，其次是内部，外部纤维相对较短，但也有部分产地竹壁外部的纤维长于内部。引种地和种源地之间，其纤维形态、轴向和径向变化、纤维素含量等均不存在系统差异，引种栽植在纤维质量和含量层面不会对竹材工业利用价值产生负面变化。

厚竹；产地；纤维形态；纤维素含量；比较

竹材生长周期短、产量高、伐期短，以及自身纤维的特性，广泛应用于人类生活中。随着世界性天然林资源的枯竭和天然林资源保护工程的实施，木材供需矛盾更加尖锐，以竹代木是解决我国木材资源短缺的重要途径[1]。长期以来，竹子广泛用于造纸行业。竹纤维是我国自主开发的新一代绿色环保纤维[2]，近年来，竹纤维纺织品[3]方兴未艾，以竹纤维作为复合材料的增强剂也有其可行性，开发了竹纤维增强聚已内酯复合材料[4]、竹/玻璃纤维增强高聚物[5-6]、天然竹纤维新型塑料[7]等。关于竹纤维的改性工艺，李文燕等从细胞水平进行了研究[8-10]。关于竹纤维的形态，研究人员已经对毛竹纤维形态及立地条件对毛竹纤维形态的影响进行了深入研究[11-13]，林国金等对方竹、实心瓜多竹等竹种的纤维形态进行了研究[11,14-15]，Shanmughavel[16]探讨了竹龄对翁竹纤维特性的影响。结果表明，不同竹种的纤维形态不同，同一竹种的纤维形态存在轴向和径向差异，生长环境对竹纤维的形态有一定的影响。

厚竹Phyllostachys edulis‘Pachyloen’又名厚皮毛竹、厚壁毛竹，因秆壁厚度是等径毛竹的1.8～2.0倍且性状稳定而得名，是江西省特有的毛竹变异品种，2008年获得国家林业局植物新品种保护权证，是我国首个获得植物新品种保护权的竹类植物。良好的性状和生长特性，使厚竹具有较高的经济价值和种质价值。过去对厚竹的研究主要集中在种质性状、生长特性和繁育技术上[17-18]，郭起荣等[19]对厚竹的纤维形态进行了初步研究，方楷等[20]对原产地与引种地厚竹的竹材成分进行了研究，但引种地和原产地距离近，试验样品取样区域小。本试验采集国内主要厚竹引种基地的竹秆，通过分析不同产地竹材纤维的形态和含量，探索种源地和不同引种地间的纤维质量和数量差异及轴向和径向变化规律，为有效利用和大面积推广这一优良种质资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 取样地概况

本次试验所用厚竹竹秆采集于国内6个省的11个厚竹种植基地，试验材料采集范围：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，各个采样地基本情况如表1所示。其中江西省万载县高村乡严田村为厚竹原产地，江西农业大学竹种园1993年引种，其余9个引种地均是2008年以后从江西农业大学竹种园引种。

表1 厚竹产地概况Table 1 The basic facts of Phyllostachys edulis‘Pachyloen’from different habitats

1.2 试验材料采集

采集时间：2016年3月28日至4月10日。采集方法：将每个厚竹种植基地分为3个区域，每个区域调查林分状况、母竹和发笋情况，选择一棵出土竹笋完整挖取，并取竹笋旁边0～40 cm混合土样，然后选取一株2014年成竹、胸径最大、生长健壮的立竹作为试验用竹。将试验用竹齐地砍倒，去除枝叶，测量竹秆长度、分枝高度、胸径和分枝处直径。然后从竹秆基部往上将竹秆锯成1 m长的秆段至竹梢段长度小于1 m，分株分段编号，运回江西农业大学。在实验室将每株试验用竹秆分为基部、1/4秆高处、中部、3/4秆高处、顶部5个部位，每个部位分竹壁内部、中部和外部取样，即每根试验用竹秆取15个分析样品。

1.3 分析方法

1.3.1 纤维形态测定

将分析样品劈成火柴杆大小，放入试管中并加适量蒸馏水，将此试管放置在沸水浴中，加热至样品沉入水中。取出试管，倒去水分，加适量33%硝酸和少量固体氯酸钾。再将试管放置于水浴锅中，加热煮沸，直到样品变白、松软。取出试管，倒去酸液。用蒸馏水冲洗样品5～6次，直至洗尽酸液。最后，加适量蒸馏水，用拇指压紧试管口，强烈震动试管，促使样品松散，细胞解离，制成纤维悬浮液，并加入1～2滴番红试剂染色。

将干净的载玻片、盖玻片泡在70%乙醇中，用时取出擦净。用滴管取出纤维悬浮液2～3滴，放在载玻片中部，用大头针拔动纤维，使之分散均匀，盖上盖玻片，用滤纸轻轻吸取四溢的水分，制成纤维形态测定试片。使用Leica显微镜自动成像系统成像，Leica Qwin V3软件测量各试片中的纤维长度和宽度等形态指标。每个样品测量50根纤维。

1.3.2 纤维含量测定

对每根试验用竹秆分基部、中部和顶部3个部位取样，将样品切成1 cm左右的小段，用65 ℃干燥箱干燥至恒质量，然后用粉碎机粉碎，过40目分样筛，用硝酸乙醇法测定纤维含量。

1.3.3 数据分析

运用SPSS17.0软件中的ANOVA方差分析和Duncan多重比较法，对11个产地厚竹的竹材纤维形态进行差异显著性分析和比较。

2 结果与分析

2.1 不同产地厚竹纤维形态特征

2.1.1 纤维形态

通过测定，厚竹单根纤维长度最长5 104.56 μm，最短379.03 μm，平均长度为1 583.29 μm。单根纤维宽度最宽33.45 μm，最窄3.19 μm，平均宽度为14.32 μm。11个厚竹产地的平均纤维长度、宽度、分布范围和长宽比情况如表2所示。

表2 不同产地纤维形态特征Table 2 The characteristics of fiber from different habitats†

由表2可知，11个产地的平均纤维长度为 1 466.02 μm～1 817.92 μm，平均纤维宽度13.22 μm～15.53 μm，不同产地的纤维形态存在较大差异。益阳的平均纤维长度最长，显著长于其他10个产地；永安的平均纤维长度最短，与富阳和黄山以外的其他8个产地差异性显著；鹰潭、南昌、江西农大、万载、长沙、信阳6个产地之间纤维长度差异不显著，但显著短于益阳，显著长于永安和黄山。平均纤维宽度值以富阳、黄山和长沙最大，显著宽于其他8个产地；永安和万载的纤维宽度次之，显著宽于富阳、黄山和长沙以外的其他产地；赣州的纤维最窄，与南昌以外其他产地差异显著。纤维的长/宽值益阳最大，与其他产地均存在显著差异；其次是赣州、鹰潭和南昌，显著大于永安、富阳、黄山、万载、长沙和信阳；长/宽值最小的是黄山、富阳和长沙，显著小于万载和永安以外的其他产地。东部产地的纤维偏短偏宽，西部产地的纤维偏长偏窄。种源地的纤维长度、宽度和长/宽值与引种地间没有系统差异。

2.1.2 纤维长度分布频率

纤维长度分布频率一般是指每一长度级别纤维根数占纤维总根数的百分比，是衡量竹材中纤维长度分布均匀性、确定纸浆原料配比等的重要依据。经过分析，11个产地的纤维分布频率如图1所示。

图1 不同产地纤维长度的分布频率Fig. 1 Frequency of fi ber length distribution in different habitats

图1表明，厚竹纤维长度主要分布在1 000～2 000 μm之间，占总纤维数量的63.47%～77.47%；其次是2 000～3 000 μm长的纤维，占总纤维数量的13.47%～20.80%；长度＜1 000 μm的纤维占4.40%～19.60%，长度＞3 000 μm的仅占0.80%～4.00%，不同产地之间的纤维长度分布频率有一定差异。原产地江西万载和引种地江西农大比较，＜2 000 μm的纤维比例原产地低于引种地，而 ＞2 000 μm纤维比例原产地高于引种地。种源地江西农业大学与其他9个引种地比较，种源地的竹材纤维在1 000～2 000 μm长度段分布频率偏高，在2 000～3 000 μm长度段分布频率偏低，＜1 000 μm和＞3 000 μm的分布频率居中。在9个以江西农大为种源的引种地中，0～1 000 μm长度段，信阳的所占比重最小（5.60%），赣州的所占比重最大（19.60%）；1 000～2 000 μm长度段，赣州的所占比重最小（63.47%），南昌的所占比重最大（77.47%）；2 000～3 000 μm长度段，黄山的所占比重最小（11.33%），信阳的所占比重最大（20.80%）；＞3 000 μm长度段，永安和南昌的所占比重最小（0.80%），益阳的所占比重最大（4.00%）。

2.2 厚竹纤维形态的轴向和径向比较

过去的研究表明，许多竹种的纤维形态在竹秆的不同高度及同一高度竹壁的内侧、中部和外侧均存在较大的差异[11,21]。经测定，不同产地厚竹纤维形态的径向和轴向变化情况如表3所示。

2.2.1 厚竹纤维长度的轴向变化

从表3可知，厚竹的纤维长度存在轴向差异，并且不同产地间厚竹纤维的轴向差异不一样。除原产地江西万载的竹秆纤维长度基部和顶部差异不显著以外，所有引种地的基部和顶部的纤维长度均有显著差异。富阳、鹰潭、南昌和江西农大4个产地的基部、中部和顶部纤维长度均存在显著差异，其中江西农大和南昌是中部＞基部＞顶部，富阳是中部＞顶部＞基部，鹰潭是基部＞中部＞顶部。11个产地中，南昌、江西农大、万载、长沙、富阳、黄山6个产地竹秆中部纤维最长，赣州、鹰潭、益阳、信阳4个产地竹秆基部纤维最长，永安的竹秆顶部纤维最长。不同产地纤维长度的轴向变化曲线如图2所示。

图2表明，赣州、鹰潭、益阳、信阳产地的纤维长度轴向上由基部到顶部呈逐渐变短趋势；南昌、江西农大、万载产地由基部到顶部纤维长度呈先增长后变短趋势，基部纤维长于顶部纤维；长沙、富阳、黄山产地的纤维长度也呈现先增长后变短趋势，但基部纤维短于顶部纤维；永安在轴向上呈现从基部到顶部逐渐增长趋势。

纤维宽度的轴向变化幅度小于纤维长度。永安、黄山和长沙3个产地的基部、中部和顶部纤维宽度存在显著差异，信阳、益阳和江西农大3个产地的纤维宽度轴向变化差异不显著。赣州、永安、富阳、南昌、长沙和信阳6个产地的竹秆基部纤维最宽，黄山、鹰潭、江西农大、万载和益阳5个产地的竹秆顶部纤维最宽，赣州、富阳、黄山、鹰潭、南昌、农大和长沙7个产地的竹秆中部纤维最窄。赣州、永安、富阳、南昌、农大、万载、长沙和益阳8个产地的纤维长/宽值在竹秆基部、中部和顶部之间均存在显著差异，信阳的纤维长/宽值轴向差异不显著。

2.2.2 厚竹纤维形态的径向变化

由表3可知，厚竹不同部位的纤维形态存在径向差异，并且不同产地的径向差异不一样。赣州、富阳、黄山、鹰潭、南昌、江西农大、长沙、益阳8个产地纤维长度的径向表现为中部＞内部＞外部，其中中部和外部之间有显著差异。永安、万载、信阳的内部和中部之间纤维长度存在显著差异，其中永安和万载表现为中部＞外部＞内部，信阳表现为内部＞中部＞外部，11个产地中仅信阳的竹秆内部纤维最长。

表3 厚竹不同部位纤维形态特征†Table 3 Morphological characteristics of fiber in different parts of Phyllostachys edulis‘Pachyloen’

赣州、黄山2个产地的纤维宽度径向差异不显著。其他9个产地的纤维宽度均存在显著的径向差异，其中富阳的中部和外部之间纤维差异显著，江西农大的中部与外部和内部纤维差异显著，其余7个产地是内部和外部纤维间有显著差异。永安、富阳、鹰潭、南昌、万载、长沙、益阳、信阳8个产地的外部纤维最宽，赣州、江西农大2个产地的中部纤维最宽，仅黄山的为内部纤维最宽。

图2 不同产地纤维平均长度轴向变化Fig. 2 Axial variation of fi ber’s average length of in different habitats

纤维的长/宽值在径向上也存在差异。黄山的外部与中部间差异显著，永安的内、中、外3个部位差异不显著，其余9产地的外部与中部和内部间差异显著。永安、富阳、黄山、鹰潭、南昌、万载6个产地的长/宽值中部最大，其余5产地为内部最大；永安的长/宽值内部最小，其余10产地为外部最小。

2.3 纤维素含量

11个产地竹秆不同部位的纤维含量如表4所示。

表4 不同产地竹秆不同部位纤维含量†Table 4 Fiber content in different parts of bamboo culm %

由表4可知，不同产地间厚竹的纤维素含量存在差异。在11个产地中，赣州的纤维素含量最高，达45.85%，显著高于其他产地。其次是永安，含量达43.43%，显著高于赣州以外的其他产地。益阳的纤维素含量最少，为37.58%，显著低于信阳、南昌、鹰潭和黄山以外的其他6个产地。11个产地厚竹的纤维素含量均高于毛竹的纤维素含量（13.44%～21.71%）[11]。同一产地的纤维素含量存在轴向差异，黄山和南昌的顶部和中部间存在显著差异，其余9个产地的顶部和基部间存在显著差异；除富阳外，

其他10个产地的基部纤维含量均大于顶部。

3 结论与讨论

厚竹单根纤维长度379.03～5 104.56 μm，平均为1 583.29 μm；宽度3.19～33.45 μm，平均为14.32 μm，平均长度和宽度均大于毛竹[13]。厚竹纤维长度主要分布在1 000～2 000 μm之间，占总纤维数的63.47%～77.47%；其次是2 000～3 000 μm 段和＜ 1 000 μm 段，＞ 3 000 μm 的纤维数量比较小。不同产地间的纤维长度分布频率有一定差异，东部产地的纤维偏短偏宽，西部产地的纤维偏长偏窄。种源地和引种地间的纤维形态未出现系统差异，说明厚竹的纤维形态性状稳定，不会因为跨区域引种栽植而出现较大变异。

厚竹纤维形态存在轴向和径向差异，并且是轴向差异程度大于径向差异，不同产地的轴向和径向差异不一样。所有产地基部和顶部间的纤维长度均有显著差异，其中富阳、鹰潭、南昌和江西农大的基部、中部和顶部之间纤维长度均存在显著差异。随着竹秆部位的升高，11个产地中有6个产地的纤维长度是先增长后变短，4个产地逐渐变短，仅永安逐渐增长。纤维宽度的轴向变化幅度小于纤维长度，并有3个产地的纤维宽度轴向变化差异不显著。纤维长度的径向变化主要表现为竹壁中部最长，其次是内部，外部纤维相对较短，部分产地竹壁外部纤维长于内部，种源地和引种地之间纤维的轴向和径向变化不存在系统差异。厚竹纤维素含量大于毛竹，大多数引种地的纤维素含量均值大于种源地。综合分析不同产地的纤维质量和纤维含量，可以看出，厚竹引种后在纤维质量和含量层面上不会对竹材工业利用价值产生负面变化。

鲁顺保等认为毛竹材纤维长度主要是受海拔和速效N的影响[13]。本次试验中所有试验材料均来自同一种源，遗传基因相同，但调查和分析发现，不同厚竹种植基地的海拔等地形条件和土壤化学性质差异较大，土壤中的有机质、有机C、全N、碱解N、全P、速效K及矿质营养含量等存在显著差异，可能影响了厚竹纤维的长度、宽度及长/宽值，造成部分产地厚竹的纤维形态之间存在显著差异。

关于竹材纤维长度在轴向和径向上的变化规律，不同的研究人员报道的结论不一致，没有同时适合于每一竹种的绝对概括性规律。房桂干等研究了毛竹的形态学特征，结论为纤维长度以上、中部较长，下部较短，纤维宽度以下部最宽，由基部向梢部递减[12]。林金国等研究表明，方竹纤维长度表现为下部＞中部＞上部，纤维宽度、长宽比为中部＞下部＞上部，纤维长度在径向上表现为中层＞外层＞内层[11]。徐金梅等[14]研究表明，实心瓜多竹纤维长度和长宽比表现为梢部＞基部＞中部，纤维宽度与此变化规律相反，径向上，纤维长度和长宽比从竹壁内壁到竹壁厚度2/3处缓慢增加，之后有减小的趋势。郭起荣等[19]认为厚竹纤维长度以中部为大，上部次之，下部最小。本次试验发现11个产地的厚竹纤维长度的轴向变化规律为4种走势，万载、南昌和长沙产地的与郭起荣等的研究结果一致，但距离原产地较远的产地出现了不同的轴向变化规律，其原因可能是地形、气候和土壤理化性质差异较大，影响了竹材纤维细胞的形成和发育，有待于深入探讨。另外，不同产地厚竹的纤维形态和含量是否会因竹秆的规格和年龄不同而发生变化，也有待于进一步研究。

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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

国家科技支撑计划课题（2015BAD04B01）；江西省重点科技成果转移转化项目（20133ACI90001）

孙娅东，硕士研究生

黎祖尧，教授；E-mail：jxlizuyao@126.com

孙娅东，张文根，黎祖尧，等 . 不同引种地厚竹纤维形态和含量比较[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(12): 51-57.

[本文编校：文凤鸣]