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速生杨木质部细胞的分化成熟过程

作 者: 席恩华
导 师: 赵广杰
学 校: 北京林业大学
专 业: 木材科学与技术
关键词: 欧美杨107 木质部细胞 解剖特征 细胞壁 可视化
分类号: S792.11
类 型: 博士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


为了弄清楚速生欧美杨107的木质部细胞分化模式以及在分化成熟过程中细胞形态比量、细胞壁层堆积、细胞壁化学成分分布和细胞壁力学性质的变化规律,本研究采用定量解剖学、计算机图形学、分形方法、偏光显微技术、激光共聚焦显微拉曼光谱技术和纳米压痕技术对活动期不同分化发育阶段木质部细胞的解剖特性、细胞壁壁层的堆积、细胞壁化学成分的分布、细胞壁力学性质和细胞形态比量及壁层的可视化进行了测定、分析和模拟。本研究得到以下主要成果和结论:1、从4月初到10月初,在整个活动期内欧美杨107形成层细胞和木质部细胞的解剖特征变化差异明显,各组织比量差异明显,木纤维的变化比导管分子显著,微纤丝角呈降低的趋势,结晶度呈增加的趋势,形成层解剖特征和木质部细胞的形态学相关性显著,外部气候因素和形成层及木质部细胞发育之间的相关性显著。2、在活动期内木质部细胞群图案的分形表征结果表明,横切面的分形维数呈增加的趋势,而弦切面的分形维数呈先降后增的趋势,横切面的分形维数大于弦切面的,横切面木质部细胞微观构造图案的分形维数与木质部细胞解剖特征的相关性显著。3、从偏光显微镜下细胞壁层出现明暗相间的分层图像判定,木纤维细胞次生壁在5月分化出了S1层和S2层,到了7月出现S3层,木纤维细胞次生壁S1层、S2层和S3层的厚度在活动期内都呈逐渐增加的趋势,晚材次生壁各壁层的厚度明显大于早材。4、在活动期内形成层和木质部细胞形态变化、细胞数量累积和木纤维细胞壁层堆积的可视化模拟,形象直观的展示了形成层和木质部细胞发育成熟过程中解剖特性的变化和细胞壁次生壁S层的堆积过程。5、在活动期内同一阶段木纤维细胞壁层不同部位化学成分分布结果表明,纤维素分布是S2>CML>CC,木素分布为CC>CML>S2;同一时期不同细胞次生壁木素和纤维素分布规律为导管分子>木纤维>薄壁组织;对活动期内不同阶段木纤维不同部位化学成分的分布发现,次生壁S2层、胞间层CML和细胞角隅CC的木素和纤维素分布规律为晚材>早材;导管分子次生壁木素和纤维素的分布规律也为晚材>早材。6、在活动期内木纤维细胞次生壁S2层、胞间层CML和细胞角隅CC处纵向弹性模量都呈增加的趋势;木纤维细胞次生壁S2层的纵向硬度呈增加的趋势,细胞角隅CC处呈下降趋势而胞间层CML纵向硬度变化不明显;木纤维细胞不同部位的纵向弹性模量大小为S2>CML>CC,硬度在早期大小为CC>CML>S2,在晚期的大小为S2>CML>CC;细胞壁纵向弹性模量与纤维索的浓度有着密切的关系,细胞壁的纵向硬度与木素的浓度有密切的关系。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-24
  1.1 引言  10
  1.2 形成层和木质部细胞的分化  10-12
    1.2.1 形成层细胞的分裂  10-11
    1.2.2 木质部细胞的分化  11-12
  1.3 植物生长可视化模拟的研究现状  12-13
    1.3.1 可视化模拟的方法  12
    1.3.2 可视化模拟的意义  12-13
  1.4 分形在木材学中的研究进展  13-14
  1.5 木质部细胞壁化学成分的分布  14-18
    1.5.1 水质部细胞的细胞壁结构  14-15
    1.5.2 细胞壁化学成分分布的研究  15-16
    1.5.3 木材细胞壁主成分的拉曼光谱  16-18
  1.6 木材细胞壁的微观力学性能  18-20
    1.6.1 水材细胞壁不同部位的微观力学性能  19
    1.6.2 改性木材细胞壁的微观力学性能  19
    1.6.3 影响木材细胞壁微观力学性能的因素  19-20
  1.7 研究目的与意义  20-22
  1.8 论文构成  22-24
    1.8.1 技术路线  22
    1.8.2 研究内容  22-24
2 活动期内形成层与木质部细胞形态、比量的变化  24-46
  2.1 材料与方法  24-27
    2.1.1 材料  24-25
    2.1.2 试验方法  25-27
      2.1.2.1 切片制作  25
      2.1.2.2 木材离析  25
      2.1.2.3 微纤丝角  25-26
      2.1.2.4 结晶度  26-27
  2.2 结果与讨论  27-44
    2.2.1 形成层的活动周期  27-30
    2.2.2 不同时期形成层及其木质部的分化的解剖特征  30-40
      2.2.2.1 活动期内形成层带细胞解剖特征的变化  30-33
      2.2.2.2 活动期内木质部细胞的解剖特征的变化  33-40
    2.2.3 不同时期形成层及其木质部和气候之间的相关性  40-44
      2.2.3.1 活动期内形成层和木质部细胞的相关性  40-41
      2.2.3.2 活动期内形成层和木质部与气候变化的相关性  41-44
  2.3 小结  44-46
3 分化过程中木质部细胞层数堆积的可视化模拟  46-54
  3.1 材料与方法  46-47
    3.1.1 材料  46
    3.1.2 试样制作  46
    3.1.3 试验方法  46-47
  3.2 结果与讨论  47-53
    3.2.1 交互界面设计  47-48
    3.2.2 细胞发育生长过程的模拟绘制  48-50
    3.2.3 细胞发育生长过程的交互合成  50-53
  3.3 小结  53-54
4 分化过程中木质部细胞群图案的分形表征  54-64
  4.1 材料与方法  54-56
    4.1.1 材料  54-55
    4.1.2 试样制作  55
    4.1.3 试验方法  55-56
  4.2 结果与讨论  56-62
    4.2.1 活动期内木质部细胞微观构造图案的分形分析  56-58
    4.2.2 横切面图案分形维数和木质部细胞解剖特征的相关性  58-62
  4.3 小结  62-64
5 分化过程中木质部细胞壁层的堆积及其可视化模拟  64-76
  5.1 材料与方法  64-65
    5.1.1 材料  64
    5.1.2 试样制作  64
    5.1.3 试验方法  64-65
  5.2 结果与讨论  65-74
    5.2.1 分化过程中细胞壁层的堆积  65-69
    5.2.2 分化过程中细胞壁层堆积的可视化  69-74
  5.3 小结  74-76
6 分化过程中木质部细胞壁的化学成分分布  76-92
  6.1 材料与方法  76-78
    6.1.1 材料  76
    6.1.2 试样制作  76-77
    6.1.3 试验方法  77-78
  6.2 结果与讨论  78-91
    6.2.1 木质部细胞的超微构造  78
    6.2.2 同一时期木质部细胞不同部位化学成分的分布  78-86
      6.2.2.1 纤维素分布的显微拉曼成像  79-81
      6.2.2.2 木素分布的显微拉曼成像  81-86
    6.2.3 同一时期不同细胞化学成分的分布  86-87
    6.2.4 不同时期相同部位化学成分的分布  87-91
      6.2.4.1 木纤维细胞  87-90
      6.2.4.2 导管分子  90-91
  6.3 小结  91-92
7 分化过程中木质部细胞壁的微观力学性质  92-106
  7.1 材料与方法  92-95
    7.1.1 材料  92
    7.1.2 试样制作  92-93
    7.1.3 试验方法  93-95
  7.2 结果与讨论  95-103
    7.2.1 木纤维细胞次生壁S2层力学性质的变化  97-98
    7.2.2 木纤维细胞胞间层力学性质的变化  98-99
    7.2.3 木纤维细胞角隅处力学性质的变化  99-100
    7.2.4 木纤维细胞次生壁、胞间层和角隅对比  100-101
    7.2.5 细胞壁力学性质与木素和纤维素的关系  101-103
      7.2.5.1 细胞壁力学性质与木素浓度和分布的关系  101-102
      7.2.5.2 细胞壁力学性质与纤维素的关系  102-103
  7.3 小结  103-106
8 总结论  106-108
参考文献  108-120
个人简介  120-122
导师简介  122-124
获得成果目录清单  124-126
致谢  126

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