农林生物质纤维细胞壁超微结构研究

农林生物质原料纤维细胞壁超微结构的复杂性是生物质资源高值化利用的瓶颈问题，亟需解决。本项目拟以草类及灌木为原料，采用拉曼显微技术在不改变纤维初始状态的情况下，获得其它传统分析技术无法获得的分子结构信息、组分的形态学特征及分子定位方式，从而确定纤维细胞壁原位的超微结构特点。主要研究内容包括：纤维细胞壁的分层结构及次生壁（S1、S2）的次分层结构；灌木受拉木的特点及其特殊壁层（G层）的确定；受拉木与正常木细胞壁超微结构的差异；纤维素与木质素在细胞壁各层（CCML、CML、S2）的分布特点；纤维素微纤维在细胞壁各层的排列方式及与纤维轴的夹角等。研究成果不仅可提高我国在植物超微结构前沿研究领域的学术地位，还可为草类及林业废弃物资源的合理利用、制浆造纸工业的节能减排，以及生物质高值化利用提供重要的科学理论依据，加快我国向资源节约型、环境友好型的低碳经济社会发展。

本项目针对农林生物质资源高值化利用的瓶颈问题“纤维细胞壁超微结构的复杂性”开展研究。以草类及灌木为主要原料，主要采用拉曼显微技术在原位状态下，获得分子结构信息、组分的形态学特征及分子定位方式，从而确定纤维细胞壁原位超微结构特点。得到的主要研究结果如下：草类、灌木纤维细胞壁的分层结构及次生壁的亚分层结构不同，特别是草类原料次生壁分多层，各层厚度及微纤丝排列方向不同；阔叶木受拉木与正常木细胞壁超微结构不同，具有特殊的壁层（凝胶层，G 层），该层纤维素浓度极高，仅含有痕迹量的木质素，而针叶木受压木S2L层木素浓度很高，与CC相当；纤维素与木质素的分布规律不同，一般来说纤维素浓度在次生壁S2层最高，而木质素浓度在CCML最高；纤维素微纤维在不同细胞及纤维细胞不同形态区的排列方式不同。研究成果共发表SCI收录论文12篇，申请发明专利2件，获教育部自然科学一等奖1项，培养研究生3名。在研究的过程中不仅提高了我国在植物超微结构前沿研究领域的学术地位，同时也提高了研究团队的科研能力和水平。2013年底项目负责人当选为国际木材科学院院士。