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2018年 第54卷 第3期 刊出日期:2018-03-25
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林业科学. 2018, 54(3):  0-0. 
摘要 ( 61 )   PDF (3216KB) ( 206 )  
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论文与研究报告
密云山区油松树轮δ13C对气温和降水量变化的响应
路伟伟, 余新晓, 贾国栋, 李瀚之, 刘自强
林业科学. 2018, 54(3):  1-7.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180301
摘要 ( 147 )   HTML   PDF (1662KB) ( 492 )  
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[目的]探究北京市密云山区油松树轮δ13C对气温和降水量变化的响应,重建1947-2014年密云山区气候资料,以期为揭示该地区的气候变化规律提供依据。[方法]测定密云山区红门川流域油松树轮δ13C值,建立1947-2014年的树轮δ13C序列,并剔除序列值中受大气CO2碳同位素值影响产生的下降趋势,之后获得油松树轮δ13C去趋势序列(DS),然后结合当地气象站资料分析油松树轮δ13C值对降水和气温变化的响应,构建δ13C与降水和气温的关系方程,进而重建1947-2014年的降水和气温资料。[结果]1947-2014年,密云山区油松树轮δ13C呈下降趋势,其中,1995-2014年波动较大,剔除大气CO2背景值的DS序列呈现二次曲线的走势,拐点出现在1980年附近;油松树轮δ13C值DS序列与7月平均气温等极显著正相关(r=0.719 7,P<0.01),利用回归方法重建1947-2014年密云山区7月份平均气温,平均值为25.67℃,重建曲线显示该地区气温呈先下降后上升趋势;油松树轮δ13C值DS序列与夏季降水量极显著负相关(r=-0.696 7, P<0.01),利用回归方法重建了1947-2014年密云山区夏季降水量,平均值为450.3 mm,自1980年以后,降水量年际变化出现较大波动,并且下降趋势明显。[结论]油松树轮δ13C对7月份气温和夏季降水量响应极为显著;1947-2014年密云山区气候变化呈现波动性变暖变干趋势。
基于热扩散法的青海云杉冠层导度模拟
胡兴波, 芦新建, 于洋, 贺康宁
林业科学. 2018, 54(3):  8-18.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180302
摘要 ( 141 )   HTML   PDF (967KB) ( 285 )  
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[目的]环境因子是影响林木冠层水分利用的主要因素。本研究以黄土高原高寒区主要树种青海云杉为研究对象,对其蒸散发特征进行分析,以期探讨不同冠层导度模型的适用性。[方法]于2013年6月,采用热扩散技术对青海云杉蒸散量进行定位监测,监测步长15 min,并结合彭曼-蒙特斯方程反演气孔导度(gc),在此过程中考虑了可能存在树干液流时滞的问题。选择饱和水汽压差(D),大气温度(T)和太阳辐射(R)等3个关键气象参数,采用6个不同形式的Jarvis模型和1个多元线性模型模拟gc,所有模型的待定系数都采用1stOpt软件进行计算,并进行交叉验证。以奇数日数据计算gc,用偶数日的数据进行验证。[结果]青海云杉基于液流计算的冠层蒸腾对环境因子变化的响应时滞为15 min。gcDT呈显著的指数函数关系(P<0.000 1),并随着其值的增大而减小,而冠层蒸散量(Ec)则与R呈显著的二次函数关系(P<0.000 1)。多元线性模型模拟gc的回归系数为0.90,略低于6个Jarvis模型(0.91~0.92),但用多元线性模型拟合的gc计算的日Ec的精度最高。此外,7个模型模拟的gc/Ec值都有较高的精度。[结论]R是青海云杉冠层蒸腾的主要驱动力,但其气孔的开合却主要受到DT的控制。7个模型都具有较高的精度,但Jarvis模型的模式较多、使用复杂,部分模式的待定系数会出现有无穷组解的现象,且不同的解之间存在较大的差异。而多元线性模型的形式简单,精度高,是模拟gc的较优选择。
杂交鹅掌楸体胚再生植株淹水胁迫下叶片超微结构及光合特性变化
周艳威, 陈金慧, 鲁路, 成铁龙, 杨立明, 施季森
林业科学. 2018, 54(3):  19-28.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180303
摘要 ( 143 )   HTML   PDF (2552KB) ( 297 )  
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[目的]研究不同淹水胁迫处理时间下杂交鹅掌楸植株表型、叶绿体超微结构及光合特性的响应变化,揭示杂交鹅掌楸在淹水胁迫下的响应机制,为其栽培管理和多涝害地区的应用推广提供理论依据。[方法]以无菌培养条件下3~5个叶片的杂交鹅掌楸体胚再生植株为研究对象,采用无菌水完全淹没植株的方法模拟水淹灾害,以正常培养条件为对照,研究不同淹水胁迫处理时间(1、3、5、7和7天后恢复处理2天)下杂交鹅掌楸植株表型、光合特性的响应变化以及对叶绿体超微结构的影响。[结果]1)在不同时间的淹水胁迫处理中,杂交鹅掌楸体胚植株受涝害的程度随着淹水时间的延长而明显加重;植株叶片从基部开始卷曲、黄化甚至脱落,但顶芽无明显变化,这可能是杂交鹅掌楸在淹水胁迫中启动相应保护机制以应对淹水胁迫环境。2)淹水胁迫处理过程中叶绿体肿胀变形,膜系统严重损伤,甚至降解,基粒和基质片层堆叠紊乱,淀粉粒不断积累,嗜锇颗粒电子密度增大,胁迫后期出现聚集现象,说明淹水胁迫导致杂交鹅掌楸叶绿体超微结构严重破坏。3)淹水胁迫处理过程中净光合速率、气孔导度和蒸腾速率呈明显下降趋势,而细胞间CO2浓度呈缓慢上升趋势;光系统Ⅱ的光合电子传递速率、光化学淬灭系数、最大光化学效率和光化学实际量子产量均呈现显著下降趋势,淹水7天并恢复处理2天后光合作用特性参数出现一定程度的恢复,这表明淹水胁迫使杂交鹅掌楸关闭了与外界进行气体交换的气孔通道,并对光系统Ⅱ活性中心造成严重损伤。[结论]长时间淹水胁迫可引起杂交鹅掌楸叶绿体超微结构的破坏,进而损伤光系统Ⅱ反应中心,进而光能转换效率降低,造成叶片光合作用能力降低,最终严重影响植株生长发育。因此,在杂交鹅掌楸的栽培管理中土壤水分含量不宜长期过高。
黄土塬区苹果园蒸散与环境因素的关系
张静, 王力
林业科学. 2018, 54(3):  29-38.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180304
摘要 ( 103 )   HTML   PDF (3458KB) ( 333 )  
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[目的]分析不同时间尺度下不同林龄苹果林蒸腾量与环境因子的关系,建立蒸腾量与环境因子的关系模型,研究蒸腾量、降水量、土壤储水量之间的关系以及不同林龄苹果林蒸腾占蒸散的比例,为果树生长重要时期提出减少土壤蒸发、控制果树蒸腾和提高果树水分利用效率的方法提供参考。[方法]在黄土高原沟壑区的典型代表长武塬,选取10龄和20龄苹果林生态系统为研究对象,用热扩散探针法对2015年苹果树生长季日、月尺度下苹果树干液流速率进行连续监测,用位于距样地50 m处的自动气象观测站连续监测获取气象数据,同时进行土壤水分含量以及土壤蒸发量的测定。[结果]1)日尺度下,苹果林蒸腾与空气温度和水汽压差均呈现正相关关系,但当VPD>1 kPa时,2个林龄的苹果林日蒸腾量均有所下降;月尺度下,与蒸腾相关的环境因子仍为空气温度和水汽压差。2)在月尺度下,按土壤储存与消耗的水量可以将试验期分为3个时期:土壤水分迅速耗水期(5-7月)、土壤水分平稳期(8月)、土壤水分缓慢消耗期(9-10月)。10龄苹果林蒸腾耗水主要集中在0~300 cm土层,而20龄苹果林蒸腾所需水分来源于0~600 cm土层,在极度缺水的7月份,300~600 cm土层的贡献更多。3)20龄苹果林Tr/ET为29.25%~67.51%,10龄苹果林Tr/ET为36.44%~62.06%,2个林龄的Tr/ET整体表现为先升高后降低。20龄苹果林Tr/ET在8月达到峰值后急剧下降,而10龄苹果林经过1个缓慢下降的过渡期后,从9月份开始急剧下降。[结论]随着时间尺度的增大,进入蒸腾量与环境因子回归方程的环境因子个数减少且水汽压差在日、月尺度下均为不同林龄苹果林蒸腾的主导因子。10龄苹果林蒸腾耗水主要集中在0~300 cm土层,而20龄苹果林蒸腾所需水分来源于0~600 cm土层,在极度缺水的7月份,300~600 cm土层的贡献更多。8月下旬之后,应对20龄苹果林采取适当的保墒措施以减少土壤蒸发,但对10龄苹果林而言,相应的保墒措施可以在9月份之后进行,以期为翌年苹果树健康生长提供优质的土壤水分条件。
高温诱导银灰杨花粉染色体加倍创制杂种三倍体
田梦迪, 李燕杰, 张平冬, 王健, 郝静颐
林业科学. 2018, 54(3):  39-47.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180305
摘要 ( 116 )   HTML   PDF (2678KB) ( 290 )  
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[目的]验证高温处理诱导银灰杨花粉染色体加倍选育三倍体的可行性,获得银灰杨三倍体新种质,选育抗逆性强的银灰杨新品种,服务于西部生态环境建设。[方法]以银灰杨为研究对象,利用醋酸洋红染色法和花粉染色体加倍技术,在研究雄花芽减数分裂规律的基础上,开展高温诱导银灰杨花粉染色体加倍技术条件优化以及杂交创制三倍体的研究。[结果]银灰杨花粉母细胞完成减数分裂大约需要5~6天。其减数分裂过程与其他杨属植物相似,无明显差异。但银灰杨同一花芽不同部位花粉母细胞的减数分裂进程存在明显的不同步性,花芽顶部花粉母细胞发育最快,基部次之,中部发育最慢。筛选出高温诱导银灰杨花粉染色体加倍的最佳处理技术组合为当花粉母细胞发育至双线期至终变期时,利用38℃或41℃的高温,持续处理6 h,可获得56.33%的2n花粉。利用2n花粉比率高的花粉与银白杨雌配子杂交,获得杂种苗木911株,检测出三倍体42株,三倍体得率最高可达10.71%。三倍体得率与2n花粉比率间存在弱正相关(r=0.599,P=0.116),说明提高2n花粉比率有助于提高三倍体得率。[结论]尽管银灰杨同一花芽不同部位花粉母细胞减数分裂同步性差,但在双线期至终变期进行高温处理,仍可获得56.33%的2n花粉,三倍体得率可达10.71%,证明了高温诱导银灰杨花粉染色体加倍选育三倍体的可行性,并首次获得银灰杨三倍体。
青杄转录因子PwERF8及其启动子序列的克隆与分析
张鹤华, 刘嘉欣, 罗朝兵, 张凌云
林业科学. 2018, 54(3):  48-60.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180306
摘要 ( 151 )   HTML   PDF (5239KB) ( 381 )  
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[目的]AP2/ERF是植物的转录因子家族之一,广泛参与生物胁迫和非生物胁迫过程。从青杄中克隆ERF类转录因子PwERF8及其启动子序列,研究PwERF8基因的表达特性、启动子序列功能,并进一步分析其对非生物胁迫的响应模式,为深入了解青杄的耐逆调控机制提供理论基础。[方法]通过RACE-PCR技术获得青杄PwERF8编码区全长序列。通过染色体步移技术克隆PwERF8启动子序列。通过PlantCARE在线软件和BDGP在线软件预测启动子序列上的顺式作用元件、基础启动子和转录起始位点,构建pBI121-PwERF8 promoter∷GUS启动子表达载体,采用农杆菌注射法瞬时转化烟草叶片来验证启动子的功能。构建PGBKT7-PwERF8载体,转化AH109酵母菌株验证其转录激活活性。构建35S∷PwERF8-GFP融合表达载体,通过PEG介导瞬时转化拟南芥原生质体进行基因表达的亚细胞定位分析,应用RT-qPCR技术分析该基因的组织特异性和在非生物胁迫下的时空表达特征。[结果]PwERF8基因的编码区全长序列共1 191 bp,开放阅读框共765 bp,开放阅读框翻译成255个氨基酸。在肽链的N端具有1个保守的由58个氨基酸组成的AP2结构域,在C端含有1个EAR转录抑制基序(DLNLPP)。组织特异性表达分析表明,PwERF8在茎、根、针叶、花粉、种子中均有表达,但在花粉中,PwERF8的表达量最高,其次为种子,在茎中的表达量最少。酵母单杂交试验表明,PwERF8蛋白不具有转录激活活性。亚细胞定位分析发现PwERF8蛋白主要定位于细胞核。将启动子序列进行在线分析显示PwERF8含有GA、ABA、JA和SA等激素的顺式作用元件。进一步在烟草中瞬时过表达PwERF8启动子并用GUS染色显示,PwERF8启动子能响应GA、ABA、MeJA和SA等外源激素的处理。GA、ABA、MeJA和SA分别处理青杄幼苗3、6、12 h后,PwERF8的表达量均显著高于对照,干旱、4℃和42℃处理均能诱导PwERF8表达,但盐胁迫不能诱导其表达。[结论]青杄转录因子PwERF8参与了GA、ABA、JA和SA激素的信号通路,广泛响应干旱、温度逆境等非生物胁迫,且可能作为一个转录抑制子在细胞核中发挥功能。
蜡梅CpEXP1基因启动子的克隆及活性分析
马婧, 李政, 陈信立, 张升艳, 眭顺照, 李名扬
林业科学. 2018, 54(3):  61-72.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180307
摘要 ( 118 )   HTML   PDF (9854KB) ( 393 )  
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[目的]细胞扩展蛋白(EXP)作为植物细胞壁的重要组成部分,参与种子萌发、营养器官发育、果实成熟、器官脱落、植物抗逆等植物生长发育过程中的多个环节。通过研究蜡梅细胞扩展蛋白基因CpEXP1启动子活性功能,为研究CpEXP1基因在蜡梅生长发育过程中的功能提供理论依据。[方法]以蜡梅‘磬口素心’为材料,通过hi-TAIL PCR法从蜡梅基因组DNA中克隆CpEXP1基因上游调控序列,利用生物信息学软件,分析CpEXP1基因启动子序列中潜在的顺式调控元件。构建该基因与GUS报告基因融合的植物表达载体,利用农杆菌介导的叶盘法在烟草叶片中进行启动子活性的瞬时表达研究,并进一步利用花序侵染法在拟南芥中进行稳定表达,利用GUS组织化学染色和GUS报告基因的实时荧光定量PCR检测,分析CpEXP1基因启动子的活性。[结果]获得了长度为2 485 bp的蜡梅细胞扩展蛋白基因CpEXP1上游调控序列(GenBank Accession:MG452931),序列分析表明该启动子中除含有核心元件TATA-box和CAAT-box外,还包含多个与植物非生物胁迫及组织特异表达相关的顺式作用元件。在烟草中的瞬时表达分析表明该启动子具备驱动报告基因GUS表达的功能。进一步对转基因拟南芥植株的GUS组织化学染色和GUS基因表达分析结果显示,CpEXP1基因启动子在转基因拟南芥种子萌发初期活性较强,在子叶以及幼苗真叶中未检测到GUS活性;在花和根中活性较弱;在成熟叶片中可以检测到GUS活性,特别是在衰老叶片叶柄脱落区表达强烈。此外,该启动子在幼果中具有较强活性,随后启动活性逐渐下降,成熟果荚中仅在果柄脱落处能够检测到GUS活性。同时,转基因拟南芥植株中的CpEXP1基因启动子活性受高温(42℃)、低温(4℃)和水杨酸(SA)诱导,特别是对低温胁迫响应强烈,在4℃低温处理后,转基因拟南芥叶片中GUS基因的表达量是处理前的的8.7倍。[结论]CpEXP1基因启动子在转基因拟南芥不同发育阶段、不同器官中的活性具有明显差异,推测该启动子可能在种子发芽、叶片脱落以及果实脱落中发挥作用,同时CpEXP1基因启动子活性可被不同非生物胁迫诱导,可能参与植物抵御非生物胁迫的调控途径。
基于ITS和β-tubulin基因分析的居间疫霉菌系统发育
李雯雯, 赵文霞, 林若竹, 姚艳霞, 李娟, 淮稳霞
林业科学. 2018, 54(3):  73-82.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180308
摘要 ( 94 )   HTML   PDF (2127KB) ( 374 )  
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[目的]对我国亚热带部分森林中的疫霉菌及其所致病害进行了系统调查和分析,研究疫霉菌的种类和遗传多样性,探讨疫霉菌的系统发育关系,为林木疫病的防治提供理论依据。[方法]利用健康叶片诱捕林间溪流里的疫霉菌,对有症状的叶片组织进行分离纯化,显微镜下根据其菌丝分枝和结构特征,初步判定为疫霉菌。对菌株的ITS和β-tubulin基因进行PCR扩增和测序,将序列拼接后,用MAFFT 7.0、PAUP 4.0 beta10、MrBayes 3.2.6及PhyML 3.0等软件进行基因序列系统发育分析。[结果]分离鉴定得到46株中国新记录种,通过进一步培养和显微镜下观察,其形态特征与居间疫霉菌Phytophthora intercalaris相吻合。拼接之后得到完整的ITS序列为847~849 bp,与参考菌株(KT163268)序列一致性为99.29%~99.53%;β-tubulin序列均为882 bp,与参考菌株(KT163336)序列一致性为99.43%~99.66%。系统发育分析结果显示供试菌株与居间疫霉菌以100%的支持率聚为一支。本研究不仅增加了居间疫霉菌的菌株数量,也扩大了该菌的分布范围,同时也增加了中国疫霉菌的种类。[结论]居间疫霉菌种内不同地理来源的菌株之间具有较高的序列一致性,但是也存在一些碱基的差异,从而形成不同的基因型。
不同林分杨树云斑天牛种群空间格局地统计学分析
李建庆, 梅增霞, 杨忠岐
林业科学. 2018, 54(3):  83-90.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180309
摘要 ( 132 )   HTML   PDF (2785KB) ( 291 )  
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[目的]研究不同林分杨树林地云斑天牛种群不同虫态的地统计学空间格局,为不同林分杨树林地云斑天牛的防治提供理论指导。[方法]通过调查公路林、片林、渠道林和村庄林4种林分类型的杨树林地,以刻槽、排粪孔和羽化孔为调查指标,确定云斑天牛卵、幼虫、成虫(蛹)的种群数量,利用地统计学方法,研究不同林分不同虫态种群的空间格局。[结果]云斑天牛的刻槽、排粪孔和羽化孔在不同林分杨树林地的拟合模型分别为:公路林均为球形模型,片林均为指数模型,渠道林分别为指数模型、球形模型和高斯模型,村庄林分别为球形模型、指数模型和指数模型。不同林分类型云斑天牛各虫态的拟合半变异函数模型存在差异,但其指的定空间分布格局均为聚集分布。林分类型影响虫口的数量和分布,不同林分类型下各虫态的半变异函数模型和模型参数存在较大差异。云斑天牛危害片林时卵、幼虫和成虫(蛹)的变程a、块金值C0、基台值C0+C较其他3种林分类型的统计值明显偏小。[结论]危害杨树云斑天牛种群的卵、幼虫、成虫(蛹)在公路林、片林、渠道林和村庄林中均为聚集分布,即云斑天牛在不同林分杨树林地危害时各虫态的空间分布格局均表现为聚集分布。林分类型与云斑天牛聚集分布的习性关系不大,但影响相应虫态的半变异函数模型和模型参数。
我国松树蜂(膜翅目:树蜂科)天敌调查及寄生性天敌优势种的生物学特性
王浩, 石娟, 骆有庆, 盛茂领, 周丰, 郑子金
林业科学. 2018, 54(3):  91-96.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180310
摘要 ( 232 )   HTML   PDF (1485KB) ( 327 )  
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[目的]探明入侵害虫松树蜂在我国的天敌种类,确定优势寄生蜂及其生物学特性,为确定最佳防治时期和防治技术提供理论依据。[方法]2015-2016年,在松树蜂危害的樟子松林区布点,采用林间调查结合室内饲养观察,对松树蜂的自然天敌种类及寄生蜂优势种进行研究。[结果]1)共发现松树蜂天敌3类,包括寄生蜂、病原真菌和线虫,其中:寄生蜂5种,分别为黑背皱背姬蜂指名亚种、枝跗瘿蜂、黑色枝跗瘿蜂指名亚种、红足枝跗瘿蜂、黑角拟皱背姬蜂;病原真菌2种,分别为深绿木霉和绿色木霉;寄生性线虫1种,为Deladenus siricidicola Bedding。2)确定了松树蜂的寄生蜂优势种为黑背皱背姬蜂指名亚种,林间自然寄生率为9.3%。室内观察黑背皱背姬蜂指名亚种1年发生1代,主要寄生松树蜂幼虫或老熟幼虫,为单寄生天敌,以幼虫在松树蜂蛀道内越冬,蛹期10-15天,羽化高峰期在5月上旬,寿命较长,耐雨水冲刷能力较强,对自然环境有着良好的适应性。3)通过在显微镜下对松树蜂的解剖观察,发现线虫对松树蜂幼虫的侵染率达32.1%,对成虫的侵染率高达70.9%。[结论]黑背皱背姬蜂指名亚种是防治松树蜂的重要天敌昆虫,松树蜂幼虫或老熟幼虫期(即当地时间4月下旬-5月中旬)是防治的最佳时期。另外从寄生率和寄生效果来看,线虫可能成为一种主要的防治松树蜂的手段,有待下一步重点研究与利用。
等温结晶对杨木纤维/聚乳酸复合材料性能的影响
孙晓婷, 常亮, 唐启恒, 任一萍, 郭文静
林业科学. 2018, 54(3):  97-107.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180311
摘要 ( 120 )   HTML   PDF (8209KB) ( 394 )  
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[目的]研究等温结晶处理对木纤维/聚乳酸复合材料结晶、物理和力学性能的影响,为提高聚乳酸复合材料的加工和使用性能提供依据。[方法]采用热压成型方式制备纯聚乳酸板材和杨木纤维(WF)/聚乳酸(PLA)复合材料,在冷却过程中将材料置于不同温度(90、100、110、120和130℃)下进行等温结晶处理,通过示差扫描量热仪(DSC)分析PLA及其复合材料的结晶度和熔融特性,利用偏光显微镜(POM)观察等温结晶处理条件下PLA的结晶过程,结合结晶形态分析等温结晶处理对PLA结晶性能的影响。基于扫描电镜(SEM)和凝胶色谱仪(GPC)等测试手段表征材料的微观结构和分子质量,分析其对材料物理力学性能的影响。[结果]等温结晶处理后,纯PLA板和WF/PLA复合材料的结晶度分别由4.6%和15.1%提高至24.8%和40.5%;经90、100和110℃等温结晶处理后,WF/PLA复合材料的冲击断面与未处理WF/PLA复合材料相比,明显有长纤维从PLA基体中拔出,等温结晶处理弱化了WF与PLA界面结合;等温结晶处理后,PLA分子质量有所下降;POM测试显示,晶体尺寸随着结晶温度升高而增大;与未处理材对比,等温结晶处理后纯PLA板的弯曲性能和拉伸强度均得到提高,WF/PLA复合材料的弯曲弹性模量增加,但弯曲强度和拉伸强度在多数处理条件下都有所降低。[结论]等温结晶处理后,纯PLA板和WF/PLA复合材料的结晶度均提高,且木纤维促进晶核生成,WF/PLA复合材料的结晶度增加更多;等温结晶温度低,晶体尺寸变小,等温结晶温度高,晶体尺寸变大;等温结晶处理后,纯PLA板的抗弯强度和拉伸强度得到提高,WF/PLA复合材料的力学性能变化规律不明显。等温结晶处理对纯PLA板和WF/PLA复合材料力学性能影响不同,可能与等温结晶处理后弱化WF与PLA界面结合有关。
毛竹预处理黑液木质素和酶解木质素的结构与热学性质
黄曹兴, 何娟, 赖晨欢, Narron Robert, Chang Houmin, 勇强
林业科学. 2018, 54(3):  108-116.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180311
摘要 ( 119 )   HTML   PDF (3062KB) ( 285 )  
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[目的]研究毛竹低用碱量硫酸盐法处理的黑液木质素和残留在浆料中木质素结构特征和热学性质,为竹材工业木质素利用提供理论参考。[方法]采用12%有效碱的硫酸盐法处理毛竹竹屑,通过酸化和酶解得到硫酸盐木质素(KL)和酶解木质素(EHL)。利用有机溶剂对2种木质素进行纯化后,采用凝胶渗透色谱分析仪(GPC)测定木质素分子质量大小,运用核磁共振定量碳谱(13C谱)、二维碳氢相关谱(2D-HSQC)和定量磷谱(31P谱)对木质素结构的键型连接、内部连接键含量和官能团含量进行定量分析,应用热重分析仪(TGA)和差示扫描量热仪(DSC)分别对木质素的热稳定性和玻璃化转变温度进行分析比较。[结果]GPC测定结果表明,KL的重均分子质量为5 414 g·mol-1,低于EHL的重均分子质量(7 673 g·mol-1)。利用定量31P谱,结合定量13C谱和2D-HSQC谱分析可知,EHL中的脂肪族羟基含量(4.87/100 C9)高于KL中的脂肪族羟基含量(3.13/100 C9),而总酚羟基含量(1.58/100 C9)低于KL中的总酚羟基含量(3.09/100 C9);EHL内部木质素单元连接键含量高于KL内部木质素单元连接键含量,EHL的β-O-4芳基醚键、β-β、β-5和β-1含量分别为30.85/100C9、7.43/100C9、2.40/100C9和0.19/100C9,而KL这些连接键含量仅为11.75/100C9、2.35/100C9、0.71/100C9和0.09/100C9。热学性质分析表明,在加热条件下KL和EHL的木质素玻璃化转变温度分别为135℃和162℃,最大失重率温度分别为339℃和361℃。[结论]竹屑经低用碱量硫酸盐法预处理后,溶解在黑液中的木质素分子质量大小、内部连接键含量均低于残留在浆料中木质素的含量;而黑液木质素具有更多的酚羟基和羧基,脂肪族羟基含量较少。黑液木质素可能比残留在浆料中的木质素更有优势用来制备热塑性材料,因为其具有更低热稳定性和低玻璃化转变温度的特性。
单宁改性制备生物质吸附剂及其性能表征
李湘洲, 王玲芝, 旷春桃, 周军
林业科学. 2018, 54(3):  117-122.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180312
摘要 ( 115 )   HTML   PDF (3035KB) ( 307 )  
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[目的]对单宁进行化学改性制备改性单宁生物质吸附剂,并对其性能进行表征,为天然单宁在重金属离子污染治理中的应用提供技术基础。[方法]以杨梅单宁(BT)和马占相思单宁(AMT)为原料,在碱性条件下,甲醛先与缩合单宁反应生成羟甲基化单宁,再以聚丙烯酰胺(PAM)中的酰胺基为亲核试剂,与羟甲基化单宁反应,分别生成不溶于水的改性杨梅单宁吸附剂(PBT)和马占相思单宁吸附剂(PAMT),通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和红外光谱(FTIR)对单宁改性与吸附Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)前后的物理化学特性进行分析,对比研究BT、AMT、PAM、PBT和PAMT对Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附性能。[结果]BT和AMT在改性过程中发生了有效交联反应,颗粒度增大,微观表面无明显变化,且改性吸附剂吸附金属离子通过离子交换生成了稳定的螯合物;PBT对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的最大平衡吸附容量分别为49.75和142.86 mg·g-1,而PAMT对Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的最大平衡吸附量分别为34.16和115.61 mg·g-1。[结论]通过PAM改性可获得稳定性好、吸附能力强的改性单宁吸附剂,其对Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的平衡吸附容量均高于原料BT、AMT以及改性剂PAM本身的吸附容量,说明制备的PAM改性单宁是一类具有开发前景的生物质吸附材料。
综述
活立木生理干燥过程中水分传输和散失机制探讨
王哲, 王喜明
林业科学. 2018, 54(3):  123-133.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180313
摘要 ( 112 )   HTML   PDF (8350KB) ( 757 )  
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木材中的水分会严重影响木材加工和使用性能,必须通过干燥使木材含水率控制在适宜范围内。常规蒸汽干燥耗能大、干燥缺陷多,热泵除湿干燥、太阳能干燥等新型节能干燥技术工业化应用尚不理想,因此,本文从木材水分来源和树木水分生理特性出发,探讨基于蒸腾作用降低木材水分的活立木生理干燥理论和技术,并从水分与植物生理的角度阐述活立木生理干燥的理论基础。通过分析树叶水分蒸发研究进展,总结叶内水分可能的3种蒸发位点,即暴露在内部气体空间的所有叶肉细胞和表皮细胞、气孔下腔室周围大部分区域的叶肉细胞和表皮细胞以及气孔下腔室周围其他区域的叶肉细胞和表皮细胞。通过分析植物体内水分传输机制研究进展和现状,总结植物叶内水分传输的3种可能途径,即通过胞间连丝的共质体传输途径、通过水孔蛋白的跨细胞传输途径以及通过未栓化细胞壁的质外体传输途径。阐明被广泛用于解释木质部水分长距离运输的内聚力-张力学说,分析其目前存在的争论及一些新提出的学说,如补偿压学说、多驱动力学说或水门学说,并分析木质部水分运输过程中时常发生的空穴和栓塞现象及其可能的恢复机制。在此基础上,提出今后研究活立木生理干燥过程中水分传输和散失机制的几个重点和方向:一是探讨生理干燥过程中处于水分胁迫状态下树叶叶孔蒸腾和角质层蒸腾之间的关系;二是探讨生理干燥过程中处于严重水分胁迫状态下树木叶内水分传输途径和蒸发位点;三是探讨纹孔等微观构造在木质部水分长距离传输中的作用以及在空穴和栓塞产生和恢复过程中的作用;四是探讨生理干燥过程中木质部内空穴和栓塞的产生和恢复机制及其对水分长距离传输的作用和影响。
纳米纤维素储能研究进展
卿彦, 易佳楠, 吴义强, 吴清林, 张振, 李蕾
林业科学. 2018, 54(3):  134-143.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180314
摘要 ( 241 )   HTML   PDF (4986KB) ( 490 )  
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纳米纤维素是一种来源于植(动)物或微生物的天然绿色纳米材料,拥有高表面化学活性、独特的网络结构、优异的力学强度和高比表面积等优良特性。通过层层自组装、原位化学聚合和电化学沉积等方式,纳米纤维素可与金属氧化物、导电聚合物和二维纳米材料等多种纳米粒子高效复合,形成不同微观尺寸和结构特性的纳米纤维素基多孔膜材料和导电复合材料,在金属离子电池、超级电容器等储能器件用隔膜和电极材料领域具有广阔的应用前景。根据材料来源、制备方法和纤维形态的差异,纳米纤维素可分为纤维素纳米晶体、纤维素纳米纤丝、细菌合成纳米纤维和静电纺丝纳米纤维4大类,目前用于储能材料的主要是前3类。这些纳米纤维素常与水混合成胶体状态,失水后借助氢键自组装(织)形成力学性能和热稳定性优异的薄膜,在电解质溶液中具有良好的保湿能力,易于离子和电子传输,是储能器件隔膜材料的理想选择。纳米纤维素丰富的活性基团、独特的网络结构和易于成膜的特性,可作为骨架材料与其他导电活性成分(主要包括碳纳米材料、金属氧化物和导电聚合物)复合制备储能用电极材料。纳米纤维素也可以直接炭化用于电极材料,其储能性能与石墨化程度密切相关,常通过掺杂改性、多元复合等方式提高储能效率和性能。现阶段纳米纤维素基电极材料有主要碳纤维材料、二维纳米材料、导电高分子材料和多元复合材料,尽管具有无可比拟的性能优势和乐观的应用前景,但纳米纤维素与电极活性材料之间的复合方式、界面相容性以及微观形貌调控等研究尚处于起步阶段,如何最大限度发挥纳米纤维素的尺寸效应和网络结构,构建具有更加精细的纳米体系及高转化效率的储能器件是下一步需要攻克的主要难题。本文在简要介绍纳米纤维素分类和性能的基础上,详细阐述其在储能器件隔膜材料和新型电极材料领域的研究现状,并进一步对纳米纤维素在该领域的发展趋势进行展望。
拉曼光谱在木质素研究中的应用进展
金克霞, 王坤, 崔贺帅, 杨淑敏, 田根林, 刘杏娥, 马建锋
林业科学. 2018, 54(3):  144-151.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180315
摘要 ( 185 )   HTML   PDF (2251KB) ( 470 )  
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随着人类对环境污染和资源危机等问题认识的不断深入,开发利用廉价、可再生、可降解的天然高分子材料日益受到重视。木质素是总量仅次于纤维素的第二大天然高分子材料,是自然界中唯一能提供可再生芳基化合物的非石化资源,木质素及其分子结构研究备受关注。木质素主要由愈创木基(G)、紫丁香基(S)和对羟基苯基(H)3种基本结构单元组成,其存在不仅能够增强植物细胞壁的机械强度,同时也能够防止微生物对细胞壁的侵害,使木质化的植物直立挺拔,不易腐朽。在植物细胞壁中,木质素和半纤维素以共价键形式结合,构成木质素-碳水化合物复合体,其与纤维素微纤丝交联在一起,形成了一个复杂的三维网络结构,这一结构被认为是植物细胞壁天然的抗降解屏障。在生物炼制过程中,木质素在木质纤维原料细胞壁中的分布特点直接影响生物质的转化效率,因此,在原位状态下研究植物细胞壁木质素分子结构、微区分布以及细胞壁水平的溶解规律具有重要意义。在传统湿部化学中,定性或定量研究木质素分子结构普遍采用的是磨木木素和克拉森木素,这2种方法都需要对木质素样品进行物理或化学预处理,不可避免地会改变木质素样品天然状态下的分子结构。尽管传统的光学和电子显微技术能够提供木质素的微区分布信息,但是样品通常需要染色处理,且制样过程繁琐。相比较而言,显微拉曼光谱技术因其无损、快速、高分辨率和高灵敏度等特点在研究大分子结构、区域化学等方面具有得天独厚的优势。本文首先对G、S、H型木质素模型物拉曼光谱特征峰及这些结构单元在生物质原料中的特征峰进行归属,并简要介绍影响木质素拉曼光谱的因素,在此基础上综述该技术在植物细胞壁木质素微区分布和生物质预处理过程中木质素溶解规律等方面的研究进展,最后对该技术在木质素研究领域的发展方向进行展望,以期为植物生理学和生物炼制研究领域,尤其是设计高效的生物质预处理工艺提供新思路和新方法,进而拓宽该技术在生物大分子研究中的应用范围。
基因工程改良木材性质研究进展
周贤武, 高玉磊, 苏明垒, 赵荣军, 吕建雄
林业科学. 2018, 54(3):  152-160.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180316
摘要 ( 127 )   HTML   PDF (1354KB) ( 352 )  
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随着我国木材产量难以满足日益增长的木材需求,人工林在缓解国内木材市场供需矛盾上发挥着越来越重要的作用。我国人工林面积居世界首位,但木材性质较差,限制了其应用范围,培育性质优良的人工林木材具有重要意义。利用基因工程技术可以从源头有效提高人工林木材的性质,进而提高木材质量,在有限林地上实现资源的高效利用。本文综述基因工程技术对人工林木材化学、构造及其物理力学性质的影响,以期为人工林木材性质基因工程改良的研究和应用提供参考。基因工程改良对木材化学组成的影响主要体现在木质素含量和木质素单体比例、纤维素和半纤维素及其他化学成分的变化上,选择不同的目的基因将对木材化学组成产生不同的影响,其中利用基因工程降低木材木质素含量的研究最为活跃。基因工程改良对木材构造的影响主要体现在细胞形态和微纤丝取向的变化上,现有研究表明通过基因工程改良能有效提高人工林木材纤维质量,进而提高纸浆质量,而且基因工程改良还会对木材微纤丝角产生影响;木材细胞形态和微纤丝角的改变会引起材性的变化,为通过基因定向改变木材细胞形态或微纤丝角,进而达到人工林木材材性改良的目的提供了思路。基因工程改良对木材的物理力学性质也具有显著影响,已有研究发现多种目的基因可对木材密度、干缩湿胀率和木材强度等产生影响。目前,有关人工林木材性质基因工程改良的研究仍处于初级阶段,尚有一些问题需要进一步解决,建议今后的研究重点可从以下3方面展开:1)转基因植株细胞壁的物质形成受到精细的时空调节,因此应考虑时间和环境因素对基因工程改良木材所造成的影响,深入研究基因工程改良木材优良性质的稳定性,探索有利于基因稳定表达的培育环境和措施;2)虽然基因工程改良会对木材化学、构造及其物理力学性质等造成影响,但是木材性质经同一种基因改良后变化程度有差异,因此有必要寻找能稳定遗传的基因并提高基因表达水平的方法;3)基因工程改良木材基础性质的研究还远远不足,需要重点研究基因工程改良人工林木材化学组成、构造及其物理力学性质等方面的变化,寻找能稳定改善木材性质的基因,建立一个完整可靠的基础数据库。
研究简报
哀牢山中山湿性常绿阔叶林水青树年轮宽度对气候变化的响应
白雪, 范泽鑫
林业科学. 2018, 54(3):  161-167.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180317
摘要 ( 126 )   HTML   PDF (1591KB) ( 319 )  
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[目的]研究云南哀牢山中山湿性常绿阔叶林阔叶落叶树种水青树年轮宽度与气候因子关系,以期为进一步重建我国西南亚热带地区过去气候变化历史提供基础数据,为全球变化背景下水青树的分布和保护研究提供理论依据。[方法]1)用生长锥采集水青树样芯样品后,测量年轮宽度,并进行交叉定年;2)然后利用负指数和样条函数的方法去除生长趋势,最终完成标准年表的制作;3)将标准年表与景东地区的气候要素进行相关分析。[结果]水青树年轮宽度年表与当年2和6月的平均气温和极端最高气温显著正相关(P<0.05),与当年2月的日照时数显著正相关(P<0.05),而与当年2和3月的空气相对湿度极显著相关(P<0.01);影响水青树径向生长的气候因素很多,生长季前期的气象要素是影响水青树径向生长的主要因素。[结论]在温暖潮湿的亚热带森林,水青树生长仍具有明显的季节性,利用其年轮研究种群生长动态及其与气候变化的关系具有很大潜力。
基于地学信息图谱的深圳湾湿地景观变化分析
陈志云, 牛安逸, 徐颂军, 马姣娇
林业科学. 2018, 54(3):  168-176.  doi:10.11707/j.1001-7488.20180318
摘要 ( 139 )   HTML   PDF (3021KB) ( 309 )  
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[目的]基于地学信息图谱理论和方法,构建湿地景观变化图谱,分析研究区变化特征和规律,为研究区生态环境合理利用和可持续发展提供决策支持。[方法]运用地学信息图谱方法、GIS和RS技术,利用ENVI5.2软件对经过预处理的影像进行监督分类,采集深圳湾1987、1999和2015年3期空间数据,在ArcGIS软件中转换数据格式,选择地图代数功能合成系列景观变化信息图谱,定量分析深圳湾湿地时空变化情况,讨论该区26年间湿地景观变化特征。[结果]1)1987-1999年,从图谱单元排序来看,水体和基围退化明显,其中水体变滩涂最大,面积为257.22 hm2,占所有变化面积的12.9%,其次是基围变建成区,面积为192.69 hm2,占所有变化面积的9.6%,这些变化主要分布在深圳湾西北部和东北部;从转移矩阵来看,建成区和裸地面积分别增加573.66和296.01 hm2,变化率分别为148.34%和133.27%,主要来源于基围、水体和滩涂等。2)1999-2015年,从图谱单元排序来看,滩涂、水体和裸地退化明显,主要表现为滩涂变水体、水体变建成区,面积均约407 hm2,各占所有变化面积的18.9%,其次是裸地变建成区,面积约357 hm2,占所有变化面积的16.6%,这些变化主要分布在福田红树林自然保护区、南油片区和华侨城片区等地;从转移矩阵来看,红树林和绿地面积分别增加59.4和371.25 hm2,变化率分别为80.88%和92.99%,其中红树林主要来源于建成区、基围和绿地,绿地主要来源于建成区、水体和裸地。3)1987-2015年,建成区、裸地、绿地和红树林涨势明显,其中建成区增加的图谱单元最多,面积约为1 471 hm2,占总新增面积的55.20%;滩涂、水体和基围等落势明显,转移面积达2 104.65 hm2,占总减少面积的79.00%;红树林增加部分面积与稳定部分相比约2:1,表明该区域的红树林面积增加较快,主要分布在福田红树林保护区。[结论]采用地学信息图谱方法,合成变化图谱、"涨势"和"落势"图谱,一张图包含各景观类型的转变、增加或者减少情况,简洁明了,更有利于探索景观类型变化的原因、过程并预测未来变化趋势。