蓝花槿的生物学特性及应用

蓝花槿的生物学特性及应用

位于巴西、智利和阿根廷的兰花展是紫魏科的一种速生阔叶木材。这是一种落叶落叶树，高30米，直径0.4.0.8米。没有板根，但底部扩展。分布中美洲、南美洲,从伯利兹往南至巴西,是亚马孙高原林和圭亚那混交阔叶林中常见的树种之一。对蓝花楹的研究表明,其密度较小,成材时间短,是一种极好的造纸原料,可用于生产箱板纸等对强度和白度要求不高的纸张。1兰花美评论1.1生物气候变化的生长蓝花楹可以生长在不是很有营养、可以适度地进行排水的平地和山坡上。该树种能够经受一定的湿涝,能在弱酸性的沙土混和疏松泥土地生长。它可以在土层较薄的土地上生长,而且它逐渐适应了多样化的环境,能够在干季的生物带生长,如氢气含量不足的南太平洋,在哥伦比亚发现海拔1km以上都有蓝花楹生长。它可以生长在平均温度为25℃,年均降雨量在600～3000mm的地区,同时也可以生长在湿润或非常多雨的热带雨林地区。1.2共同特点树生长周期目前,造纸工业应用的主要树种是杨木、桉木、马尾松等,这些树种的共同特点是生长周期比较长。马尾松等的砍伐周期至少要10年,而蓝花楹生长周期虽然也比较长,但是6年生蓝花楹胸径就可以达到25cm,比较适合应用于制浆造纸工业。1.3红树莓竞争幼虫保护蓝花楹的病害较少,虫害主要是天牛,如发现树干基部有红褐色粪屑时,可用小刀挑开树皮皮层捕捉幼虫;也可在成虫发生前,在树干基部80cm以下涂生石灰10份、硫磺1份和食盐的混合液,以防成虫产卵。1.4兰花爱情研究与应用2实验和分析2.1蓝花楸木片的制备以南美洲厄瓜多尔北部的蓝花楹(树龄分别为4年、6年和10年的人工林)作为实验原料,经现场剥皮,削片机削片,切成25×20×3mm的木片,风干后置于密封袋中平衡水分备用。取6年生厚约5cm的蓝花楹原木木片,风干后切成小薄片,然后劈成小木杆,充分混合,取均匀试样约500g。然后置于粉碎机中磨碎,过筛并截取能通过40目但不能通过60目筛部分,风干,贮于具有磨砂玻璃塞的广口瓶中备用。浆料的准备:观察和测定所需浆料采用6年生蓝花楹硫酸盐浆。6年生蓝花楹风干木片在15L电热回转式蒸煮锅中进行蒸煮,用碱量18%(Na2O计),硫化度25%,液比1∶4,最高温度165℃,升温1.5h(从50℃开始计时),保温80min。蒸煮后浆料经充分洗涤、筛选,置于密封塑料袋中平衡水分备用。2.2纤维形式2.2.1硫酸—纤维的粗度和长度的测定将不同树龄的蓝花楹木片切成1.5mm×1.5mm×10mm的细条后置于小烧杯中水煮0.5h,使之软化。将水除去,加1∶1硝酸至刚盖过试样,添加3mLH2O2,加热水至试样变颜色。然后去掉酸液,用水洗至无酸性。测定所得纤维中的水分,称出15mg(O.D.)左右的试样,采用KajaaniFS-200型纤维分析仪测定纤维的粗度和长度。2.2.2光学显微观察取蓝花楹浆样一小束,用水湿润,用解剖针在载玻片上将纤维充分分散,滴两滴碘氯化锌染色剂,染色1min后盖上玻璃片,风干后在光学显微镜下观察。2.3蓝花莲组织结构与细胞类型的观察为了观察蓝花楹的组织结构,对原料直接进行纵向、横向、弦向切片,用碘氯化锌染色和封片,具体步骤如下:2.3.1冷冻切片切片制备将不同树龄的蓝花楹在轴向截取面积为10mm×10mm,长度为100mm(长边为树轴向)的长方体小木棍,再用锯条截成10mm×10mm×10mm的立方体小木块作为试样。将试样放入沸水中煮30min,取出放入冷水中浸泡40～60min,将这两种程序重复多次,直至小木块放入冷水中沉入底部为止,此时试样中的空气已排尽。然后对试样在Leitz1720DigitalCryostat冷冻切片机上进行冷冻切片。首先将制备好的小木块放置在预冷气座上(放置的切面要符合观测要求),用水包围后置于预冷气架上冰冻3h。调节切片室、样品切片台和切片刀温度,直至适合于此原料(温度太低,切片时易成为粉末;温度较高时,切片时难以保证完整的组织结构)。蓝花楹进行冷冻切片的适宜温度为:切片室温度-21℃,样品切片台温度-19℃,切片刀温度-18℃。调整切片方向为单向,当切速为7,片的厚度为20～25μm时,可得到完整的切片。然后用玻璃片沾取选择好的切片留作后处理。切下的小片在载玻片上的碘氯化锌溶液中展开,风干,在1%的番红水溶液中染色,然后用20%,40%,60%,80%,90%,95%,100%酒精逐渐脱水,脱水时间根据酒精的浓度的增加而减少。脱水完成后采用二甲苯透明处理。最后将透明的切片置于载玻片中央,保持少量二甲苯,以防空气进入,加一滴加拿大胶(或用光学树胶)于切片上,用镊子轻轻压平,盖上盖玻片,干燥后在光学显微镜下观察。2.3.2垫垫和绳子垫的制备与制备横切片的方法相同,但要注意小木块放置在预冷气座上时符合观测要求。3结果与讨论3.1蓝花木粉的白度和基本密度分析3.1.1蓝花楸初始酸度6年生蓝花楹木粉显淡黄色,白度为33.8%ISO,而杨木木粉白度基本在50%ISO以上,说明蓝花楹初始白度比杨木低,在制浆过程中要与杨木达到相同的白度,可能要消耗较多的化学药品。3.1.2蓝花楸基本密度的分布基本密度影响到木材运费、蒸煮单位容积产量和纸的质量。一般情况下可根据木片的基本密度计算蒸煮工艺中的木片装锅量,如果生产机械浆,也可以根据木材密度制定合理的磨浆工艺。实验中测得不同树龄的蓝花楹基本密度如表1所示。由表1可以看到,蓝花楹基本密度在造纸木材原料中属密度较小的树种,而且随着树龄的增大,蓝花楹木材的基本密度明显提高,但与三倍体毛白杨(0.335g/cm3)相比,蓝花楹的木材密度还是很低的,这可能是由于蓝花楹本身轻,材质较疏松的原因。尽管密度小会使装锅量降低,但对化学机械法制浆是有利的。例如,在化学预浸渍时有利于药品的快速渗透,提高浸渍效率;挤压时有利于抽出物的溶出,机械磨浆时有助于降低磨浆能耗等。这说明三种树龄的蓝花楹都可以用于制浆造纸工业。3.2不同树龄蓝花楸浆料的营养成分含量如表2所示,蓝花楹综纤维素含量高,在79%左右,且随树龄的增大有增加的趋势,但变化不大,与毛白杨相差不大。蓝花楹溶液抽出物含量比较低,1%NaOH抽出物、冷热水抽出物含量均略小于杨木。1%NaOH抽出物含量大小顺序是4年生的蓝花楹与6年生蓝花楹相当,均小于10年生蓝花楹,说明1%NaOH可溶成分随着树龄的增加而增加,但变化幅度不大。这与欧义芳等研究的国产雷林一号桉时所得到的抽出物含量随树龄的增大而增多的结论相同。由于1%NaOH可溶成分可以在一定程度上反映碱法蒸煮中消耗碱的多酚类物质的含量,所以在前处理过程中的用碱量要相应地增加才可以达到相应的强度。在木素含量方面,蓝花楹的木素含量比较高,不同树龄蓝花楹的木素总量都在29%左右,远远高于阔叶木中的木素含量,这可能会使得蓝花楹在蒸煮时会需要更多的化学药品,同时可能会对纸浆的得率造成一定的影响,而且在浆料的漂白过程中会消耗更多的漂白药品。不同树龄蓝花楹的Klason木素含量和木素总量上均有一定的差别,它们均随树龄的增加含量也有所增加,但是变化不大,这会使得蓝花楹在利用硫酸盐法等大量脱除木素的制浆方法制浆时得率会比较低,但在大量保留木素的化学机械法制浆中对得率的影响不会很大。聚戊糖含量反应了蓝花楹中半纤维素的含量。蓝花楹中聚戊糖含量随树龄的增大而降低,且4年生蓝花楹的聚戊糖含量要明显高于6年生和10年生蓝花楹的聚戊糖含量,说明蓝花楹随树龄的增大其半纤维素含量有所降低,但总体较杨木、麦草等的聚戊糖含量要少,这可能会使得蓝花楹浆料的打浆能耗会比较高。三种树龄的蓝花楹其苯醇抽出物含量均与桉木接近,而且随树龄的增加有一定的上升,这说明脂肪、蜡、树脂、多酚类等物质随树龄的增加而增加,这就使得在制浆过程中随着树龄的增大其制浆性能也相应地降低。由于抽出物对制浆造纸是不利的,所以从蓝花楹的化学组分含量来看,6年生蓝花楹是比较适合作为制浆造纸工业原料的。3.3蓝花楸纤维原料的树龄和厚度从图1～6可以看出,蓝花楹纤维两端尖削,中间部位较粗大,纤维较粗。与三倍体毛白杨、桉木相比,蓝花楹纤维更细长,两端更尖细。与麦草纤维相比,蓝花楹纤维要比麦草纤维更粗大。图2和图6相比较可以看出,蓝花楹纤维原料的杂细胞要少于麦草纤维原料。图2和图3、5相比较,蓝花楹纤维原料的杂细胞同三倍体毛白杨及桉木数量相差不大。另外也可以发现,细胞种类没有麦草那么复杂。从表3可以看到蓝花楹纤维长度随树龄的增大而增大,而且相同树龄蓝花楹的数均长度、重均长度和重重均长度相差不大,说明蓝花楹的纤维长度比较均匀。但其长度较加勒比松木要短很多,说明蓝花楹纤维较短,这可能导致其成纸强度指标较差。蓝花楹纤维粗度也较小,在0.13mg/m左右,小于一般的造纸用材,这可能是由于蓝花楹纤维较短,细胞壁比较厚的缘故。而且树龄对蓝花楹纤维粗度的影响为10年生>6年生>4年生。随着树龄的增大,蓝花楹纤维的长度增大,所以成纸强度会不断增大。但同时由于蓝花楹纤维粗度也在不断增大,纤维细胞壁不断增厚,故其纤维相应变得挺硬,这就使得在成纸过程中纤维间的结合面积变小,从而其成纸时纤维间结合强度有所降低。综合考虑纤维长度和粗度等原因,作者认为6年生蓝花楹的成纸强度可能最大。3.4蓝花楸病理组织学观察选取不通树龄的蓝花楹原料具有代表性的部位制成纵、横、弦切片,在光学显微镜下观察,发现蓝花楹由导管(单孔、两孔组成)、木射线薄壁细胞(两列或三列排列)、木纤维、纵生薄壁细胞、轴向薄壁细胞组成。3.4.1蓝花楸导管的类型如图20所示,根据蓝花楹导管的大小和分布都比较均匀判断,蓝花楹属于散孔材,导管为复孔式,包括单孔和两孔。蓝花楹导管的直径较大,以至于从横切面上看形成了较大的孔洞。以上的这些特点与南京杨木相似(图18)。图17、20所示,蓝花楹的导管比较粗大,均为单穿孔,在一定面积上较少。其类型为纹孔导管。植物研究工作者们通常依据导管细胞壁的增厚情况不同,将导管划分为五种类型:环状导管、螺旋导管、梯状导管、网状导管和纹孔导管。从图17可以看出,蓝花楹导管的管壁全面增厚,这说明该导管类型为纹孔导管。这与大多数阔叶木的导管多为纹孔导管结论相同。另外,在紧靠着导管的周围,排列着不规则的纵生薄壁细胞,数量不多。尽管导管为非纤维细胞,但大量导管的存在不仅起着支撑植物和输导水分的作用,而且制浆过程中有利于药液的扩散。同时,在化学机械法制浆过程中,有利于挤压预处理的进行,从而可以节约药品、缩短处理时间,进一步有利于机械磨浆。3.4.2辐射型烟道环境蓝花楹木射线排列较密集;木射线细胞全部为薄壁细胞;弦切面上,木射线薄壁细胞并列呈两列和三列,与南京杨木明显不同。从图7～16可以看出:蓝花楹的木射线较密集;在横切面上呈现线条形,形成一道道径向沟纹,排列成辐射状;木射线细胞间断地与纤维细胞交叉排列。如图14～16所示,在弦切面上,木射线薄壁细胞呈多列,每组木射线有两列到三列圆孔。4年生和6年生蓝花楹木射线细胞呈六边形,大小比较均一,而10年生蓝花楹的木射线细胞大都纵向小,横向大,呈现出砖形。如图7～9所示,在径切面上,木射线细胞大都纵向大,横向小,呈现出砖形,而且大多数由四到五列组成,这与杨木明显不同(图18、19所示,南京杨的木射线薄壁细胞呈单列)。无论是横切片上木射线的排列情况,还是弦切片上木射线薄壁细胞的排列和数量,都说明蓝花楹木射线薄壁细胞含量高。3.4.3蓝花楸木纤维的形态特征如图10～13所示,导管和条纹状木射线之间紧密排列着木纤维。图10所示4年生蓝花楹木纤维比较粗大,呈现出不规则的六边形。图11所示6年生蓝花楹木纤维绝大多数呈现出六边形,少数为四边形。10年生蓝花楹木纤维间结合更加紧密,大多数呈四边形,少数为六边形。图14～16所示,弦切面上可以看出,各种树龄的木纤维均两端尖削,中间部位粗大,细胞壁薄,腔大。3.4.4轴向薄细胞的排列如图7～9所示,径切面上还可以看到蓝花楹中有大量的轴向薄壁细胞存在,它们相互间排列比较紧密,由多列细胞排列成一个管状,形成独特的花纹。4蓝花楸纤维的形态特征其一般特征为4.1蓝花楹木粉为淡黄色,木粉白度为33.8%ISO,初始白度较杨木等阔叶木低。蓝花楹基本密度较低,10年生蓝花楹的基本密度只有0.343g/cm3。而且随着树龄的增大,其基本密度明显提高,但与三倍体毛白杨等阔叶木相比,蓝花楹的木材密度还是很低的。4.2蓝花楹综纤维素含量为79%左右,与杨木等阔叶木的综纤维素含量相当;蓝花楹木素含量在29%左右,远远高于杨木等阔叶木的木素含量,而且Klason木素的含量均随树龄的增加而增大,酸溶木素的含量却随树龄的增加而减少,但幅度都不是很大;蓝花楹溶剂抽出物含量较少,1%NaOH抽出物、冷热水抽出物含量均略小于杨木,而且溶剂抽出物含量随着树龄的增加而增加;蓝花楹聚戊糖含量在15%左右,且4年生蓝花楹的聚戊糖含量明显高于6年生和10年生蓝花楹聚戊糖含量。从化学组分含量看,6年生蓝花楹应该是比较适合应用在制浆造纸工业的。4.3与三倍体毛白杨相比,蓝花楹纤维较短,粗度与毛白杨相当。蓝花楹纤维的长度和粗度均随树龄的增加而增加。4.4蓝花楹为散孔材,由导管(单孔和两孔)、木射线薄壁细胞(两列或三列排列)、木纤维、纵生薄壁细胞、轴向薄壁细胞组成,具有阔叶木的一般特点。导管类型为纹孔导管,导管周围有少量的纵生薄壁细胞。木射线排列较密集;弦切面上,木射线薄壁细胞并列呈两列和三列,与南京杨木(单列排列)明显不同,且4年生和6年生蓝花楹木射线细胞呈六边形,大小比较均一,而10年生蓝花楹的木射线细胞大都纵向小,横向大,呈现出砖形;木射线薄壁细胞含量高。在径切面上,木射线细胞大都纵向大,横向小,呈现出砖形。而且大多数有四到五列组成。这与杨木明显不同(图18和图19所示,南