木材光降解对褐腐真菌定植初期降解模式的影响机制研究

Photoaging and decay are the most important styles of deterioration for wood used outdoors. The majority of the wood used outdoors belongs to softwoods, which are vulnerable to brown rot decay. Under natural environment, the photoaging and brown rot decay of wood usually happen simultaneously. However, the influencing relations between photodegradation and brown rot decay still remain unclear. In this project, the method combining theoretical design with experimental verification is applied. Firstly, the influences of photodegradation and brown rot decay on the degradation speed, structures, and properties of wood are compared, in order to establish the reference datum. Then, the influencing relations between photodegradation and brown rot decay during the initial stage of fungi colonization are investigated. During this process, the changes in wood internal pore structure and wood cell wall are mainly focused, in order to clarify the influence of photodegradation on the entering pathways of brown rot fungi into wood. Based on that, extractives and lignin are separated from wood and then photoaged, which aims to reveal the effects of their photodegradation products on the non-enzymatic degradation mechanisms of brown rot fungi. Finally, the research will illustrate the influence of wood photodegradation on the degradation mechanisms of brown rot fungi during its initial stage of colonization, from the aspects of both microstructure and degradation mechanisms. The results from this project will establish foundations for the fully understanding of wood degradation outdoors, as well as provide a new idea for the scientific realization of wood anti-photoaging and fungal durability.

光老化和腐朽是户外木材发生劣化最主要的两种形式。目前，户外使用的绝大部分针叶材易受到褐腐侵害。在自然环境中，木材的光老化与褐腐现象同时发生。然而，这两者之间的相互影响关系尚不明确。本项目采用理论设计和实验验证相结合的方法，首先对比光降解与褐腐降解在降解木材速度、对木材结构和性能影响方面的异同，建立两种降解形式的参照基准。其次，探索光降解与褐腐降解在真菌定植初期，两者之间的相互影响关系，重点关注在此过程中木材内部孔隙结构与细胞壁成分的变化，阐明光降解对后期褐腐菌进入木材内部通道的影响。在此基础上，分离出木材中的抽提物和木质素，并对这两种组分进行光降解处理，揭示其光降解产物对褐腐菌非酶降解机制的影响。最终，从微观结构和降解机制这两个方面，阐明木材光降解对褐腐真菌定植初期降解模式的影响。研究成果将为全面理解木材在自然环境中的降解行为奠定基础，对科学实现木材的耐光老化性与防腐性提供新思路。

作为可再生的生物质材料，木材被广泛用于建筑、家具、园林景观等领域。然而，木材在户外使用时，会受到自然环境因素的影响发生劣化，其中光老化和腐朽是最主要的两种形式。在自然条件下，这两种降解形式往往同时存在，但其之间的相互影响关系尚不明确。鉴于此，本项目采用理论设计和实验验证相结合的方法，对南方松木材的光降解、褐腐降解、及光降解对褐腐降解进程的影响进行了深入研究。主要研究内容包括：（1）分别考察了光降解和褐腐菌（密黏褶菌）降解对木材表面颜色、形貌、内部微观结构、组成成分的影响，建立了两种降解形式的参照基准；（2）探究了光降解对褐腐降解过程的影响，明确了光降解对后期褐腐菌进入木材内部通道的变化，及其对褐腐菌定植过程的影响；（3）对比了木质素、α-纤维素、抽提物、木聚糖和葡甘露聚糖等木材组分在光降解过程中的化学变化，并收集光降解产物，考察其失重率和抑菌效果。研究表明，木材腐朽后表面呈偏红褐色，菌丝主要通过射线薄壁细胞和管胞进入木材，并能穿透细胞壁上的纹孔，抵达木材的细胞腔，并于20天时基本完成初期定植。此时木材的质量损失率为16.6%，细胞壁厚度损失率达18.24%。光降解会导致木材细胞壁的开裂，产生了新的裂纹，且随着老化时间的延长，裂纹的数量不断增加。因此，除上述固有路径外，菌丝还能通过光降解产生的新孔隙侵入木材内部。木材的光降解产物主要包括酚类、二萜酸和其他木质素衍生化合物，其中的部分酸性物质有利于菌丝的定植，进而促进褐腐菌初期的非酶降解过程。然而，随着木质素进一步的光降解，其产生的酚类物质逐渐累积，又会对菌丝生长产生一定的抑制作用，阻碍了褐腐降解进程。除完成设定目标外，基于上述结论，本项目还在应用方面进行了拓展，使用树皮抽提物、桐油、单宁等植物源添加剂对南方松木材进行改性，进一步验证了酚类物质的抗氧化与抑菌作用。此外，项目还针对热处理竹材的耐光老化性进行了探究，拓展了研究理论在竹材保护方面的适用性。