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万寿菊秸秆微观形貌和化学组成的变异研究

杨国超 王楠 黄新鑫 耿亚茹 刘婧 张求慧

杨国超, 王楠, 黄新鑫, 耿亚茹, 刘婧, 张求慧. 万寿菊秸秆微观形貌和化学组成的变异研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(1): 149-156. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190311
引用本文: 杨国超, 王楠, 黄新鑫, 耿亚茹, 刘婧, 张求慧. 万寿菊秸秆微观形貌和化学组成的变异研究[J]. 北京林业大学学报, 2020, 42(1): 149-156. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190311
Yang Guochao, Wang Nan, Huang Xinxin, Geng Yaru, Liu Jing, Zhang Qiuhui. Variation of microscopic morphology and chemical composition of marigold stalk[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(1): 149-156. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190311
Citation: Yang Guochao, Wang Nan, Huang Xinxin, Geng Yaru, Liu Jing, Zhang Qiuhui. Variation of microscopic morphology and chemical composition of marigold stalk[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2020, 42(1): 149-156. doi: 10.12171/j.1000-1522.20190311

万寿菊秸秆微观形貌和化学组成的变异研究

doi: 10.12171/j.1000-1522.20190311
基金项目: 国家自然基金项目(31670564)
详细信息
    作者简介:

    杨国超,博士生。主要研究方向:生物质材料研究。Email:1006649108@qq.com 地址:100083 北京市海淀区清华东路35号北京林业大学材料科学与技术学院

    责任作者:

    张求慧,博士,教授。主要研究方向:木质材料研究。Email:qhzh66@163.com 地址:同上

  • 中图分类号: S781

Variation of microscopic morphology and chemical composition of marigold stalk

  • 摘要: 目的研究万寿菊秸秆的微观形貌、化学元素组成和官能团的变异规律,可以在微观尺度和分子水平上为科学合理利用农作物秸秆提供技术依据。方法采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和电子能谱(EDS)表征万寿菊秸秆横切面的微观结构变异和化学元素组成变异情况;采用彩色图像计算机分析系统,对万寿菊秸秆的上段、中段、下段进行胞壁率测量;采用傅里叶一维红外光谱(FTIR)、二阶导数光谱(SDIR)和二维相关红外光谱(2DIR)表征万寿菊秸秆沿高度方向上的官能团变异规律。结果万寿菊秸秆的径向尺寸在上段变异较小(极差为7.3),而在中段和下段的变异较大(极差分别是10.0和10.7);万寿菊秸秆的上段组织结构“粗疏”,但在中段和下段的管孔直径及分布密度差异不大,导管类型主要是单管孔或复管孔,万寿菊秸秆的碳氧比在高度方向由上至下为0.73、0.79、0.83,呈现递增趋势,氮元素原子百分比也有同样趋势;万寿菊秸秆的胞壁率沿径向由内向外,高度方向由上向下均呈现出递增趋势;万寿菊秸秆不同高度对应的FTIR谱图在2 816 ~ 2 972 cm− 1、1 651、1 461 cm− 1、849 ~ 800 cm− 1处,SDIR谱图在1 700、1 280 cm− 1处,以及2DIR谱图在3 240 ~ 3 409 cm− 1、2 921、2 850、1 619 cm− 1处均存在较明显变化,表明对应官能团的种类与吸收峰强度和秸秆高度位置的变化有一定的相关性。结论通过对万寿菊秸秆微观形貌和官能团分析,揭示了万寿菊秸秆的径向尺寸、内部组织结构、碳氧原子百分比、细胞的胞壁率与秸秆生长高度方向的对应关系;推测出秸秆主要化学成分所含官能团的种类和数量在秸秆生长高度方向上的变异规律。

     

  • 图  1  万寿菊秸秆及其下段形貌

    Figure  1.  Marigold stalk and base segment morphology

    图  2  万寿菊秸秆径向的微观形貌

    Figure  2.  Radial microscopic morphology of marigold stalk

    图  3  万寿菊秸秆元素分析的取样位置

    Figure  3.  Sampling position for marigold stalk element analysis

    图  4  万寿菊秸秆径向胞壁率测定的取样位置

    Figure  4.  Sampling position for determination of radial cell wall rate of marigold stalk

    图  5  万寿菊秸秆的FTIR谱图

    a为下段谱图2 818 ~ 2 982 cm− 1处峰值拟合图。a is the fitting curve of the lower section curve from 2 818 to 2 982 cm− 1.

    Figure  5.  FTIR spectra of marigold stalk

    图  6  万寿菊秸秆的SDIR谱图

    Figure  6.  SDIR spectra of marigold stalk

    图  7  万寿菊秸秆的2DIR谱图

    Figure  7.  2DIR spectra of marigold stalk

    表  1  万寿菊秸秆的径向尺寸分布

    Table  1.   Radial size distribution of marigold stalk

    位置
    Position
    最大值
    Max./mm
    最小值
    Min./mm
    径向平均值
    Radial average/mm
    极差
    Range
    上段 Top segment 8.5 1.2 4.0 7.3
    中段 Middle segment 13.0 3.0 7.9 10.0
    下段 Base segment 14.2 3.5 10.3 10.7
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    表  2  万寿菊秸秆的元素种类、原子百分比均值和碳氧比

    Table  2.   Element type, average of atomic percent and C/O ratio of marigold stalk

    样品
    Sample
    元素种类
    Element type
    原子百分比均值
    Average of atomic percent/%
    碳氧原子比
    C/O atomic ratio
    上段
    Top
    segment
    C 31.92 ± 1.30 0.73
    O 43.68 ± 3.60
    N 24.36 ± 4.96
    Si 0.04 ± 0.01
    中段
    Middle
    segment
    C 32.94 ± 0.18 0.79
    O 41.59 ± 1.68
    N 25.37 ± 1.31
    Si 0.10 ± 0.03
    下段
    Base
    segment
    C 37.48 ± 1.39 0.83
    O 45.31 ± 2.57
    N 17.07 ± 3.67
    Si 0.14 ± 0.04
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    表  3  万寿菊秸秆径向胞壁率及分布

    Table  3.   Radial cell wall rate and distribution of marigold stalk %

    位置
    Position
    近内表皮处
    Near inner epidermis
    近外表皮处
    Near outer skin
    平均值
    Average
    上段 Top segment 19.25 28.69 23.97
    中段 Middle segment 33.81 35.83 34.82
    下段 Base segment 36.24 38.21 37.23
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-30
  • 修回日期:  2019-08-27
  • 网络出版日期:  2019-10-17
  • 刊出日期:  2020-01-14

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