三倍体毛白杨生长过程中木质素分布积累规律及其分子结构研究

The dynamic regularity and molecular structure of lignin during the growing process of plant is the key and difficult basic research in the filed of chemistry of plant resources. To solve several major difficulties, such as lack of an fast and accurate in-situ detection technology, an efficient separation technology, and an comprehensive quantitative analysis system, in this project, Triploid Populus tomentosa of different ages and parts will be selected as specimens, confocal Raman microscopy will be developed to illustrate the dynamic regularity and distribution of native lignin during the growing process of Triploid Populus tomentosa. A novel method based on whole cell wall dissolution and enzymatic hydrolysis for the isolation of the high-yield native lignin from the cell walls will be put forward and the isolation mechanism will be clarified. Qualitative and quantitative characterization of molecular structural of lignin during the growing process of Triploid Populus tomentosa will be achieved by the state-of-the-art NMR and degraded techniques (quantitative 13C NMR, 2D-HSQC NMR, 31P-NMR, DFRC and pyrolysis-GC-MS). Finally, potential structure models of lignin in the Triploid Populus tomentosa will also be proposed. In short, this project will provide important theoretical basis for genetic breeding and potential applications of Triploid Populus tomentosa.

研究植物生长过程中的木质素的动态积累规律及分子结构一直是植物资源化学研究的重点和难点。本项目针对植物细胞壁木质素分布规律研究时缺乏快速准确的原位检测技术及原本木质素分子结构研究时缺乏高效分离方法以及综合的定量分析体系等研究难点，拟以不同生长年限、不同部位的三倍体毛白杨为研究对象，采用共聚焦拉曼显微镜技术，对毛白杨生长过程中木质素分布和积累规律进行系统深入研究；率先采用全溶体系结合酶水解木质素分离技术，得到细胞壁中高得率原本木质素组分，并阐明木质素分离机理；综合采用定量碳谱、定量二维、全溶核磁二维技术，磷谱核磁共振技术及其选择性降解方法对三倍体毛白杨生长过程中木质素的成分和分子结构变化规律进行定性定量研究，并提出不同年份三倍体毛白杨原本木质素的可能结构模型。本项目的研究将为三倍体毛白杨的遗传育种及高效利用，特别是杨木木质素高效分离及其应用提供相关的理论基础依据和技术支撑。

研究植物生长过程中的木质素的动态积累规律及分子结构一直是植物资源化学研究的重点和难点。本项目针对植物细胞壁木质素分布规律研究时缺乏快速准确的原位检测技术及原本木质素分子结构研究时缺乏高效分离方法以及综合的定量分析体系等研究难点，系统地研究了（1）三倍体毛白杨生长过程中木质素积累和分布规律；（2）三倍体毛白杨生长过程中木质素信息的快速表征；（3）细胞壁预润胀前后木质素的分布规律；（4）木质素高效分离新技术与机理研究；（5）三倍体毛白杨生长过程中木质素的分子结构定量表征研究。围绕上述研究内容本项目主要揭示了三倍体杨木生长过程中的木质素积累变化规律，提出了代表性强原本木质素的分离新方法，初步解译了三倍体毛白杨生长过程中木质素的不均一性分布。此外，项目着重研究了杨木原本木质素分子结构和分离木质素的成分和结构特性。总之，研究结果表明，三倍体毛白杨中的木质素成分和结构在生长早期（3-18月）呈现一个较为显著的变化，但随着树龄的增长（大于1年）木质素变化慢慢趋于平缓。基于结构明确的木质素，我们还提出了杨木的生物质炼制新模式。同时，我们也采用本项目中提出的木质素新方法对比研究了桉木和竹材在不同预处理中的结构变化规律，获得了一些较有意义的结论。在本项目的支持下，三年期间总共发表SCI论文12篇，被邀请撰写中文综述论文2篇，项目执行期间申请专利2项，目前授权1项。分别于2016和2018年参加国际会议2次并做报告，项目执行期间参加国内学术会议3次并做3次报告。本项目的研究将为三倍体毛白杨的遗传育种及高效利用，特别是杨木木质素高效分离及其应用提供相关的理论基础依据和技术支撑。