两种木腐菌对杉木心边材的选择性分解1)

陈美玲 王传贵 张双燕 武恒 裴韵文 刘成倩

(安徽农业大学，合肥，230036)

责任编辑:戴芳天。

木材是一种天然的生物质材料，也是一种天然的有机高分子复合材料。纤维素、半纤维素和木质素是木材细胞壁的主要组成成分，也是构成细胞壁的物质基础。从树木生长的角度看，木材的特殊构造一方面保证了木材中水分和养分的输送，另一方面还使木材具有很高的强度和模量。从木材利用的角度看，这种结构赋予木材较大的强重比，综合性能优异，但也还存在些不足，比如变形、阻燃和耐腐性能一般等。细胞壁是构成木材的实体，木材的各种性质在很大程度上都与细胞壁的结构和组成密切相关，其次木材性质也决定了其加工利用方式。因此，在当前木材供需矛盾日益尖锐和能源危机日益加剧的形势下，对木材细胞壁关键组分进行深入研究是非常必要的。

纤维素、半纤维素和木质素是木材细胞壁的主要组成成分，也是构成细胞壁的物质基础。由于不同的木材腐朽菌生理特性不同，所分泌的酶及酶的活性各不相同，因此，不同的腐朽菌所分解木材的各种成分及相对速度各不相同［1］。有些木腐菌只能分解纤维素和木质素二者之一;有些木腐菌则可同时分解二者;还有些菌类能以二者之一为主要分解对象，兼或稍具分解另一物质［2］。

杉木是我国特有针叶树种，其树体高大，纹理顺直，结构细致，不翘不裂，具有一定耐腐性，被广泛用于建筑、桥梁、家具等方面［3］。因其构造便于观察分析，本试验选取杉木为研究对象，利用彩绒革盖菌(Coriolus versicolor (L.)Quél)和密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum (Pers.)Murrill)对杉木木材进行降解，观察化学成分、纤维形态的变化情况，为选择性分解细胞壁关键组分提供新的思路，对加深细胞壁的认识和理解，指导木材性质基因改良具有重要意义。

1 材料与方法

杉木(Cunninghamia lanceolata (Lamb.)Hook.)采自安徽省六安霍山茅山林场，海拔730～740 m，东北坡，坡度14°～18°，气干后，分为心边材，胸径1.5 m处取样，锯成50 mm×10 mm×5 mm 规格的试样，待用;彩绒革盖菌(Coriolus versicolor (L.)Quél)和密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum (Pers.)Murrill)购于中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所。

本试验采用PDA 培养基，利用彩绒革盖菌和密粘褶菌两种木腐菌对杉木木材进行侵染，由于杉木木材含有较多的内含物且心边材明显，故将试材分为4 组:苯醇未抽提边材、苯醇抽提后边材、苯醇未抽提心材、苯醇抽提后心材。侵染1 个月后，取样测定质量损失率、化学成分和纤维形态。

杉木木材质量损失率测定:参照GB/T 13942—2009《木材耐久性能 第1 部分:天然耐腐性实验室试验方法》进行测定。

杉木木材主要化学成分测定:将素材和处理后试样清洗后气干，磨成40～60 目颗粒。参照GB/T 2677—1994《造纸原料有机溶剂抽出物含量的测定》、GB/T 747—2003《造纸原料酸不溶木质素含量测定》、GB/T 744—1989《纸浆纤维素的测定》和GB/T 2677.10—1995《综纤维素测定》对杉木木材进行有机溶剂(苯醇)抽提物、酸不溶木质素、纤维素和综纤维素质量分数进行测定，3 次重复。

杉木木材纤维形态测定:采用双氧水—冰醋酸法对试样进行纤维离析，取样在体式显微镜下拍照，在电脑中用专业软件进行测量，取200 根完整纤维测量纤维长度和宽度，取平均值。

2 结果与分析

2.1 木腐菌对杉木心边材质量损失率的影响

由于木腐菌的生理特性不同，所分泌的酶及酶的活性各不相同，因此，不同的木腐菌分解木材的各种成分及相对速度就各不相同，不同的木腐菌对于相同的木质纤维基质也有不同的中间代谢产物和途径。从表1中可以看出，两种木腐菌对杉木木材的分解能力不同，经密粘褶菌侵染后的木材，其平均质量损失率高于彩绒革盖菌对杉木木材的侵染，说明密粘褶菌对杉木木材的分解能力要强于彩绒革盖菌。

其次，密粘褶菌侵染的木材，其酸不溶木质素减少百分率和纤维素减少百分率均低于彩绒革盖菌对杉木木材的侵染，酸不溶木质素和纤维素减少百分率仅有0.65%和0.11%，几乎可以忽略密粘褶菌对杉木木材木质素和纤维素的分解;同时，其综纤维素减少百分率和半纤维素减少百分率均高于彩绒革盖菌对杉木木材的侵染，这说明密粘褶菌对半纤维素的分解能力要强于彩绒革盖菌，密粘褶菌对木质素的分解能力要低于彩绒革盖菌，且几乎不具有分解木质素的能力，彩绒革盖菌对杉木木材木质素、纤维素和半纤维素同时进行分解。两种木腐菌分解半纤维素的相对速度要比分解酸不溶木质素的相对速度快，半纤维素减少百分率均达到20%，且酸不溶木质素分解率很低，这说明两种木腐菌主要分解半纤维素。

综上所述，彩绒革盖菌对杉木木材半纤维素进行分解，稍具分解木质素和纤维素的能力;密粘褶菌对杉木木材半纤维素进行分解。

表1 杉木木材质量损失率

2.2 木腐菌对杉木心边材化学成分的影响

表2是杉木木材经木腐菌侵染后化学成分的变化。

2.2.1 木腐菌处理对苯醇抽出物的影响

经彩绒革盖菌侵染后的试样，边材和心材的抽出物均低于素材边材和心材，这说明分解木材大分子成分的速度低于其消耗这些分解产物的速度，在受侵染木材中没有积聚的分解产物，而且还将木材中原本溶于苯醇的物质消耗了很多［4-5］。经密粘褶菌侵染后的试样，未经抽提的边材苯醇抽出物与素材边材相比略有降低，未呈现明显差异，说明密粘褶菌分解木材所生成的分解产物的速度与消耗这些分解产物的速度几乎相等;抽提后的边材苯醇抽出物低于素材边材，侵染后的心材苯醇抽出物都低于素材心材，这说明密粘褶菌降解木材使其变成低分子量物质的同时，又对其进行消化，且消耗速度大于降解的速度［6-8］。

表2 杉木木材化学成分分析

2.2.2 木腐菌处理对酸不溶木质素的影响

经彩绒革盖菌侵染的木材，未抽提的试样酸不溶木质素略有降低，说明彩绒革盖菌对试样的木质素有一定的分解作用。抽提后试样的酸不溶木质素变化很小，可能由于抽提后，木材内含物减少，不利于木腐菌的生长。抽提后试样的酸不溶木质素基本不变，未抽提边材的酸不溶木质素略有降低，未抽提心材的酸不溶木质素基本不变，说明密粘褶菌分解木质素的作用很小，在1 个月内，几乎没有分解木质素的能力。

2.2.3 木腐菌处理对综纤维素的影响

经彩绒革盖菌侵染后的试样，其综纤维素质量分数均有降低，说明彩绒革盖菌对综纤维素有一定的降解。抽提后的试样，综纤维素质量分数的减少较未抽提试样的多，表明抽提后的木材更利于彩绒革盖菌的生长和对木材的分解。经密粘褶菌侵染后的试样，其综纤维素质量分数均有降低，说明密粘褶菌对综纤维素有一定的降解作用。未抽提的试样，综纤维素质量分数的减少较抽提后试样的多，说明抽提后内含物的减少降低了密粘褶菌的分解作用。

2.2.4 木腐菌处理对纤维素的影响

彩绒革盖菌对杉木木材的纤维素有一定降解作用，对未抽提的杉木木材的分解能力大于抽提后的试样，抽提后的试样减弱了彩绒革盖菌对杉木木材纤维素的分解能力。密粘褶菌处理前后，杉木木材纤维素质量分数没有明显变化，说明密粘褶菌在1 个月内，对杉木木材纤维素的分解能力不明显。

2.2.5 木腐菌处理对半纤维素的影响

经彩绒革盖菌侵染的试样，其半纤维素均有降低，说明彩绒革盖菌能降解杉木木材的半纤维素。抽提后边材的半纤维素低于未抽提边材，抽提后心材的半纤维素和未抽提心材的半纤维素差别很小，说明抽提对边材的侵染有较大的影响，对心材影响较小。经密粘褶菌侵染的试样，其半纤维素均有降低，说明密粘褶菌能降解杉木木材的半纤维素。抽提后试样的半纤维素高于未抽提试样，说明未进行抽提的木材内含物为密粘褶菌分解木材提供了部分营养，从而促进了半纤维素的分解。

2.3 木腐菌对杉木心边材纤维形态的影响

表3是杉木木材受侵染前后纤维形态。可以看出，处理前后杉木木材纤维的长度、宽度和长宽比没有明显变化，说明两种木腐菌的侵染在1 个月内对杉木木材纤维形态没有显著影响。图1是未侵染杉木边材的纤维形态，图2是侵染后杉木边材纤维形态图。从图2中可以看出，侵染1 个月后，纤维两段较细部位有细微缺口，说明在侵染过程中对木材纤维进行了分解。

表3 杉木木材纤维形态

图1 未侵染杉木边材纤维形态

图2 侵染后杉木边材纤维形态

3 结论

密粘褶菌对杉木木材半纤维素的分解能力要强于彩绒革盖菌，彩绒革盖菌稍具分解木质素和纤维素的能力，而密粘褶菌对木质素和纤维素的分解能力不明显，可利用两种木腐菌对杉木木材的细胞壁主要组分进行分解。苯醇抽提处理后，降低了彩绒革盖菌对木质素和纤维素的分解能力，提高了彩绒革盖菌对综纤维素和半纤维素的分解能力，降低了密粘褶菌对综纤维素和半纤维素的分解能力。杉木木材经两种木腐菌处理1 个月后，其纤维长度、纤维宽度、长宽比无显著变化。

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