工业大麻秆纤维细胞壁层化学组分和物理结构的形成机理研究

To study the forming theory of chemical composites and physical structure of fiber cell wall layers in hemp stalk. It study the structure of apical meristem; cambium; the mass of lignin, cellulose, hemi-cellulose; the chemical composites and physical pattern in cell wall layers of fibers in diiferent growth stage of hemp with SEM, TEM, polarizing microscope, optical microscope, W-XRD, HPLC.And get the forming process of fiber cell and fiber tissue, distribution status of chemical composites in cell wall layers especially in crystallizing field and non- crystallizing field of cellulose, counting the forming cycle of cell wall layers.Study the influence of sunshine time, watering and outside force on the mass of chemical composites, distribution status of chemical composites and structure of cell wall-layers in fibers.To get the relationship between the sunshine time, watering and outside force and mass of chemical composites, chemical composites and physical structure in cell wall layers. And providing the theory bases for improving the mechanical properties of hemp stalk and the economic value of the industrial hemp.

针对工业大麻杆细胞壁层中化学组分和物理结构形成机理的问题，本项目以全生命周期的工业大麻为研究对象，采用SEM、TEM、偏光显微镜、光学显微镜、广角X-射线衍射仪和高效液相色谱仪等来研究不同生长阶段的工业大麻杆顶端分生组织和形成层的物理结构，大麻秆中各化学成分的绝对质量，纤维细胞壁层中化学组分、细胞壁层的物理形貌，分析纤维细胞和纤维组织的形成过程，化学成分在细胞壁层尤其是结晶区和非结晶区中的分布状态，计算细胞壁层的堆积周期。并分析外界干扰因素，包括光照，灌溉和外力作用对各化学成分生成、细胞壁层中化学组分组合排列和细胞壁层物理结构的影响。以阐明工业大麻杆细胞壁层的形成机理，各化学成分在细胞壁层中的分布状态及其影响因素以及纤维素结晶区和非结晶区的形成机理，得出各化学成分、细胞壁层化学组分、物理结构和外界环境的相关性，为实现工业大麻秆力学性能优化和籽皮兼用奠定基础。

本项目以工业大麻秆为研究对象，研究了（1）不同生长期对工业大麻秆理化性能的影响，（2）不同植株性别对工业大麻秆理化性能的影响，（3）不同灌溉周期对工业大麻秆理化性能的影响，（4）植株偏心对工业大麻秆理化性能的影响，（5）工业大麻秆在复合材料制备过程中的应用。研究结果表明，（1）果胶质、纤维素和半纤维素先生成，木质素最后生成；形成层的分裂细胞速度随着生长期的延长先增加后减小，纤维素的晶胞尺寸随生长期的延长而减小，相对结晶度先增加后减小；（2）植株性别对工业大麻秆的理化性能有显著影响，雄株中的纤维素、木质素含量，纤维细胞壁的硬度和弹性模量均高于雌株中的纤维素、木质含量，纤维细胞壁的硬度和弹性模量；而雄株中的半纤维素和果胶质含量则低于雌株中的半纤维素和果胶质含量。(3) 浇水频次对工业大麻秆的相对结晶度和晶胞尺寸具有显著的影响；随着浇水频次的增加，纤维素、半纤维素和木质素的含量均增加，表明水分有利于提高工业大麻秆中的碳水化合物含量。（4）植物偏心是由于形成层的分生活性不同而造成，由于植物的偏心，造成了理化性能之间的显著差异，引起这种现象则是由植物激素浓度的差异造成。（5）工业大麻秆是一种优质的工业用原料，可用来制备性能优异的复合材料。总之，植物细胞是依靠果胶质粘接在一起，形成了致密和整齐的排列，在顶端分生组织和形成层分裂出新的植物细胞后，在细胞的初生壁和胞间层中是大量的果胶质，之后纤维素和半纤维素形成了纵横交错的细胞壁层结构，待细胞的壁层结构完全形成后，木质素开始生成使细胞壁变硬和细胞壁的结构固定。共发表论文19篇，3篇被SCI收录，1篇被EI收录，申请4项国家发明专利其中1项已授权，项目负责人增列为云南省中青年学术带头人后备人才。但是果胶质在胞间层和初生壁中的分布状态和粘结机理，还有待进一步的进行研究。