《巨尾桉生長過程中木質素局部化學及分子結構表征研究》是依託北京林業大學，由袁同琦擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：巨尾桉生長過程中木質素局部化學及分子結構表征研究
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：袁同琦
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
植物生長過程中木質素局部化學及分子結構的不均一性，是植物化學基礎研究領域的重點及難點，嚴重影響植物原料在製漿造紙、人造板及纖維燃料乙醇等領域的轉化利用。本項目針對木質素局部化學及分子結構研究時缺乏高效的原位檢測技術、高效的分離技術以及準確的定量表征技術等研究難點，擬選用我國南方主要速生材巨尾桉為原料，採用共聚焦拉曼顯微鏡等多種高解析度電子顯微鏡技術，結合特殊染色法，對巨尾桉生長過程中木質素局部化學進行系統深入研究；率先採用弱鹼預潤脹結合原位酶水解新技術，分離得到細胞壁中全部木質素組分，並闡明其分離木質素的機理；利用定量碳譜、定量磷譜及二維異核單量子相干譜等先進核磁共振技術，結合傳統化學分析方法，對巨尾桉生長過程中木質素分子結構進行定量表征研究，並構建巨尾桉木質素可能結構模型。本項目的研究屬於植物學與化學的交叉，不僅可以解決所研究內容的關鍵科學問題，還將為巨尾桉的高效利用提供理論指導。
結題摘要
植物生長過程中木質素局部化學及分子結構的不均一性，是植物化學基礎研究領域的重點及難點。巨尾桉是我國南方主要速生材，本項目選取不同生長年限（1-4年）、不同部位（上、中、下部）巨尾桉為原料，利用拉曼顯微技術確定木質素在細胞壁各層的分布規律，對巨尾桉生長過程中木質素局部化學的不均一性進行了解譯。提出了弱鹼預潤脹結合原位酶水解的木質素分離新技術，並對該分離技術進行了進一步最佳化，確定了最優預潤脹分離條件。在最佳化後的基礎上，分離得到不同生長年限和不同生長部位的預潤脹酶解殘渣木質素樣品（SREL）。利用核磁共振結合傳統化學分析方法，對分離木質素組分的分子結構進行了定量表征研究，解譯了巨尾桉生長過程中木質素分子結構的不均一性，並構建了巨尾桉木質素的可能結構模型。研究結果顯示，隨著樹齡增長，各部位細胞壁層厚度增加；細胞壁角隅處的木質素濃度最高，其次是胞間層，次生壁層的濃度最低；隨著樹木成熟，次生壁層的木質素濃度增加幅度不如角隅處明顯，並且濃度差逐漸縮小。利用弱鹼預潤脹結合原位酶水解技術分離得到的SREL樣品與酶木質素（CEL）和鹼木質素（AL）進行對比，結果發現氫氧化鈉預潤脹過程可顯著提高纖維素的酶解轉化能力，使SREL具有較高的得率（95%）和較低的含糖量（8.7%），通過二維核磁發現SREL具有豐富的β-O-4′聯接鍵，且得到了CEL 和AL中未被檢測到的對羥苯基結構單元（H）。通過改變NaOH濃度（2%、4%、8%）對預潤脹酶解分離木質素的方法進行最佳化，結果發現用2%的NaOH潤脹木粉，不僅能使分離得到的SREL保證高得率和低含糖量，還能有效移除細胞壁中的半纖維素，使纖維素髮生從Ⅰ型到Ⅱ型的晶型轉變，同時還能保留更完整的木質素分子結構。對在最佳化後基礎上分離得到的不同樹齡和不同部位的SREL樣品進行表征，發現SREL中的主要單糖隨著樹木成熟，逐漸由半乳糖轉變為葡萄糖；隨著樹木的成熟，S/G比例呈現增加的趨勢。本研究將為巨尾桉的轉化利用提供理論指導，並為其他植物原料的木質素研究提供借鑑。
