棕榈藤攀援器官的微观结构、化学组成与生物力学机制研究

Flagellum armed with spine are climbing organs of rattan which evolves to adapt to the climbing habit. In order to explore the specific biological roles of flagellum and spine during the climbing process, the variation of microscopic structure, fine structure, chemical compositions and mechanical properties of cell wall are systematically analyzed.The result will not only contribute to the comprehensive understanding of the structures, chemical compositions and mechanical properties of rattan climbing organs, but also brings us a new perspective about the adaptation mechanism of rattan.These studies may provide a guiding opinion to improve the plantation cultivation,harvesting machinery and technology of rattan, and also have great reference value for the research of climbing habit and mechanism to other climbing plants.

棕榈藤是典型的攀援植物，带刺的纤鞭是其适应外界环境生长进化而来的攀援器官。本项目拟从微观结构、化学组成及细胞壁力学性质入手，利用现代研究手段和表征方法，解析不同部位纤鞭和藤刺的显微构造，细胞壁精细结构、化学组成和细胞壁力学性质的变化规律，探讨攀附过程中纤鞭和藤刺扮演的具体生物学角色。通过上述研究，不仅可以获得棕榈藤攀援器官微观结构、化学组成和力学性质的系统知识，还可能窥探棕榈藤攀援生长的适应性机制，指导棕榈藤培育措施以及藤材采收技术和设备的改进，同时给其它攀援类植物的攀援方式及机理研究提供有意义的借鉴。

棕榈藤是典型的热带攀援类植物，需攀附其它支持物生长，与直立生长植物相比，生长环境更加多变，不仅受光照、水分、养分、温度等因素的制约，还受攀附过程的影响。带刺的纤鞭就是棕榈藤为了适应外界环境进化而来的攀援器官，当光照等外部环境不利于生长时，纤鞭就会寻找或感知附近林木，通过改变枝端的运动方向去攀附支持物并形成紧密连接，为藤茎向上生长提供有效支撑。. 运用微CT、电镜等多尺度结构表征技术扫描纤鞭主轴、刺及其两者结合部位的组织细胞，对内部构造进行了重构，获得了高质量的清晰图像，完整再现了纤鞭主轴、刺及其两者结合部位的维管束走向、细胞排列模式，纤鞭爪状刺的分级结构和茎轴向的维管束梯度分布为棕榈藤的自然攀援生长提供了结构基础。纤鞭和刺的综纤维素含量分别为72.88%和63.15%，半纤维素含量分别为31.32%和27.34%，木质素含量分别为24.85%和35.28%，刺的木质化程度更高。运用纳米压痕技术揭示了纤鞭和刺细胞壁水平上的力学性能差异，两者模量分别为14.44GPa和17.03GPa，硬度分别为519MPa和539MPa，刺有着更优越的力学特性。. 基于上述结果，探讨了攀援器官在棕榈藤生长过程中起的作用，纤鞭承担着寻找被攀附物体，刺扮演与攀附物体形成可靠连接的角色，这不仅有利于更加深刻理解棕榈藤的生长特性，指导棕榈藤培育措施以及藤材采收技术和设备的改进，甚至对棕榈藤的定向遗传改良也有重要的科学指导作用。