一种确立棉花纤维中木质素含量和纤维品质相关关系的方法

摘要

本发明提供了一种确立棉花纤维中木质素含量与纤维品质相关关系的方法。将传统的Klason法进行改良，测定出了棉花纤维中的木质素含量，从而建立了木质素含量与纤维长度、比强度、马克隆值之间的相关关系和回归方程。丰富了纤维品质的评价途径，对指导棉花育种和生产具有积极意义。

说明书

一、技术领域

本发明属于生化分析领域，涉及一种纤维品质检测分析方法，具体为一种确立棉花纤维中木质素含量和纤维品质相关关系的方法。

二、背景技术

棉花纤维是由胚珠表皮细胞在受精前后经分化突起、伸长、次生壁增厚和脱水成熟而形成的。国内外学者认为成熟的棉花纤维中不含有形成细胞壁交联结构的木质素，但本发明的项目团队经过对棉花纤维品质形成机理的大量研究，通过分子生物学实验、荧光观察、多种生化分析方法证明成熟的棉花纤维中含有形成细胞壁交联结构的木质素。并且提出木质素是棉花纤维细胞壁重要构成成分并与细胞壁的多糖形成交联结构，影响细胞壁的生长、强度、形态建成和对生物与非生物逆境的抗性。同时最新研究表明形成木质素的苯丙烷代谢途径是棉花纤维发育中仅次于纤维素代谢途径的第二大代谢途径，相关基因的上扬表达与棉花纤维次生壁发育同步，因此木质素的含量可能对棉花纤维品质有重要影响。然而对于棉花纤维中木质素含量与纤维品质间的关系研究国内外还处于空白。在棉花纤维品质分析鉴定方面，也没有利用木质素含量作为纤维品质间接评价指标的具体实践。

现代纺织工业对原棉品质的要求，是在一定绒长基础上侧重强调纤维比强度和马克隆值等内在品质。其中棉花纤维比强度是原棉最重要的品质指标，与成纱品质有着密切的关系。有研究发现棉花纤维比强度与次生壁的厚度和纤维素的超分子结构相关，同时还与棉花纤维中非纤维多糖的交联相关。其中木质素即为非纤维多糖的交联结构物质的主要组成部分，因此检测并确定棉花纤维中木质素含量与棉花纤维品质的关系对于正确了解棉花纤维品质形成的生化基础具有十分重要的意义。

Klason法也叫直接法、硫酸法，是经典的分析木质素的方法，与紫外分光光度法相比，无需配制标准溶液，测定程序简单，不仅定量化而且精度较高，使其在测定植物木质素上得到了广泛的应用。目前该方法主要是用于测定木质素含量相对较高的花生壳、木材、稻壳、烟叶、麻类纤维等材料上。但由于棉花纤维木质素含量很低，该测定方法不能被直接推及应用于对棉花纤维中木质素含量的检测。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种检测并确立棉花纤维中木质素含量与纤维品质相关关系的方法。

本发明提供的确立棉花纤维中木质素含量和纤维品质相关关系的方法，包括以下的步骤：

A、样品采集与准备：采集成熟的棉花纤维样品30-50份，进行棉花纤维品质检测，测得各样品的纤维长度、比强度、马克隆值；

B、样品前处理：去除叶片和种壳碎片等非棉纤维杂质，称取5-10g棉样，用均一化缓冲液清洗两次，再用80％丙酮清洗两次，纯丙酮清洗一次，每次清洗都涡旋、反复挤压、并将棉花纤维放在金属夹蒜器中挤出残留的液体，清洗完成后的棉样45℃烘干备用；

C、滤纸处理：将致密定量滤纸用稀硫酸完全浸湿后用蒸馏水洗至中性，在60℃烘箱中烘干至恒重；

D、木质素含量测定：称取2-3g试样置于50ml具塞玻瓶内，加10-20ml预先在4℃冰箱中预冷的浓硫酸，充分混匀后，室温下放置1-3h，转入1L高压灭菌瓶中，加蒸馏水稀释至滤纸处理时的硫酸浓度，瓶口密封后高压灭菌锅高温处理1h，自然冷却至室温；用烘干恒重的致密定量滤纸过滤，用蒸馏水洗涤至滤纸中性，将滤纸连同残渣放置在60℃烘箱中烘干至恒重，马弗炉中575℃下灰化，称灰分重量，滤纸的重量之差减去灰分重量即为木质素的重量，每个棉样重复2-3次并取其平均值；

E、相关性分析：以棉花纤维中木质素含量为因变量y，纤维长度、比强度、马克隆值分别为自变量X₁、X₂、X₃，统计分析得到木质素含量与纤维品质相关关系回归方程，并进行统计检验。

本发明将传统的分析木质素含量的Klason法加以改良，将样品重量加大到2g，将常用的试样处理过程中的煮沸回流改为在高压灭菌锅中保持1h，这样可以减少加热过程中酸的损失及对周围环境的污染。并将Klason法中滤纸用坩埚100℃以上烘干改为用致密定量滤纸(φ15cm)60℃烘干，由于过滤前后滤纸在相同条件下处理，可以较好地控制试验误差，也避免了3％硫酸处理后的滤纸在高温下烘干时破裂而无法使用的情况发生。

采用本方法可以在基于传统的硫酸法(Klason法)实验设备条件基础上完成，由于加大了样品重量，取消了回流工序，并且降低了滤纸烘干温度，从而保证了检测结果的准确性。与紫外分光光度法相比，无需配制标准溶液，测定程序简单，并且能做到称量结果的数学计算，不仅定量化而且精度较高，系统误差小保证了较高的检测精度，从而能够在统计分析的基础上建立木质素含量与纤维品质相关关系回归方程，并且所确定的相关系数具有较高的显著性水平。本方法为正确了解棉花纤维品质形成的生化基础，丰富纤维品质的评价途径，指导棉花生产具有积极意义。特别是在育种上选择决定木质素含量的目标基因，以及在栽培措施上通过控制木质素形成影响因素，从而间接调控棉花纤维品质具有现实而重要的意义。

四、具体实施方式

实施例1

1、仪器与试剂

高压灭菌锅，定温恒温干燥箱，HVI SPECTRUM-I型棉花纤维品质检测仪。

Tris-HCl(北京欣经科公司)；曲拉通x-100分析纯(北京欣经科公司)；NaCl分析纯(西安化学试剂厂)；丙酮分析纯(郑州德众化学试剂厂)；浓硫酸分析纯(天津盛淼精细化工有限公司)。

匀质缓冲液(50mM Tris-HCl，1％曲拉通x-100，1M NaCl，pH8.3)。

72％硫酸(w/w)，4℃冰箱保存。

2、棉花样品采集与纤维品质测定

采集大田自然成熟棉花纤维样品40份，挑拣出棉花纤维中混入的叶片和种壳等非棉花纤维杂质，采用HVI SPECTRUM-I型棉花纤维品质检测仪测定棉花纤维品质衡定指标：纤维长度、比强度、马克隆值。

3、棉花样品前处理

每样品称取10g棉样，用均一化缓冲液清洗棉花纤维两次，再分别用80％丙酮清洗两次和纯丙酮清洗一次以避免可溶物质对分析的干扰。每次清洗都涡旋、反复挤压、最后将棉花纤维放在金属夹蒜器中挤出残留的液体，45℃烘干备用。

4、滤纸处理

致密定量滤纸(Φ15cm)用3％稀硫酸完全浸湿后用蒸馏水洗至中性，在60℃烘箱中烘干至恒重。

5、样品木质素含量测定

称取干燥样品2.0g，置于50ml具塞离心瓶内，加15ml预先在4℃冰箱中预冷的72％硫酸，充分混匀后，室温下放置2h使纤维成分水解成多糖或单糖，转入1L高压灭菌瓶中，然后加蒸馏水稀释至560ml。密封后将试剂瓶放置于高压灭菌锅中，121±3℃下保持1h，灭菌锅自然降温，冷却至室温。用事先在60℃烘箱中烘干至恒重的定量滤纸过滤，并用蒸馏水洗涤至中性(滤液中滴加用10％BaCl₂无沉淀产生)，将滤纸连同残渣放置在60℃烘箱中烘干至恒重，马弗炉中575℃下灰化，测定灰分重量。每个棉样重复3次，木质素含量取平均值。

滤纸的重量之差减去灰分重量即为木质素的重量。其木质素百分比含量的计算公式为：

木质素含量％＝{(G2-G1)-G3}/2×100

式中：G2-烘干后的滤纸连同残渣重(克)

      G1-滤纸的重量(克)

      G3-灰分重(克)

6、相关性分析

将上述测得的各样品的长度、比强度、马克隆值与木质素含量进行统计分析，计算得到相关系数和回归方程。

本实施例测得的40份样品的品质指标及木质素含量见表1

表1 棉花纤维品质指标和木质素含量

  样品编号  长度  (mm)  强度  (CN/tex)  马克隆值  木质素平均值(％)(±SE)  1  31.50  34.9  4.21  0.617±0.026  2  34.09  33.1  4.29  0.438±0.029  3  32.31  37.4  4.25  0.550±0.025  4  26.49  24.8  4.78  1.892±0.040

  样品编号  长度  (mm)  强度  (CN/tex)  马克隆值  木质素平均值(％)(±SE)  5  30.40  23.9  4.52  0.750±0.003  6  33.99  37.2  3.86  0.658±0.011  7  25.81  31.5  5.53  0.573±0.016  8  28.58  26.8  3.86  1.090±0.042  9  28.73  28.8  4.43  0.633±0.019  10  29.69  29.1  4.30  0.632±0.017  11  28.75  30.5  4.82  0.637±0.022  12  30.35  34.0  3.93  1.040±0.080  13  35.69  33.8  4.34  0.442±0.007  14  29.31  36.1  4.32  0.655±0.020  15  28.59  28.4  5.65  0.502±0.012  16  32.11  34.5  4.57  0.685±0.003  17  31.47  34.0  3.77  0.752±0.024  18  30.45  34.3  4.49  0.633±0.006  19  25.98  30.2  4.24  0.822±0.013  20  30.20  28.5  4.22  0.575±0.006  21  28.36  30.2  5.06  0.468±0.025  22  33  39.2  3.8  0.683±0.068  23  30.35  29.5  3.89  0.675±0.005  24  30.73  31  3.85  0.703±0.015  25  24.72  27.8  4.48  1.837±0.091

  样品编号  长度  (mm)  强度  (CN/tex)  马克隆值  木质素平均值(％)(±SE)  26  32.6  35.45  4.12  0.713±0.013  27  32.13  31.9  4.06  0.660±0.010  28  27.44  30.02  5.18  0.783±0.045  29  27.83  27  5.37  0.738±0.013  30  30.61  29.4  3.54  0.578±0.018  31  27.38  26  4.08  1.078±0.033  32  27.98  28.3  4.29  0.663±0.003  33  30.56  28.8  4.67  0.502±0.019  34  29.86  28.6  3.83  0.860±0.030  35  27.95  26.6  4.81  0.370±0.008  36  29.49  26  3.66  0.723±0.038  37  26.81  27.3  4.25  0.498±0.027  38  28.59  28.9  4.72  1.405±0.037  39  27.11  28.9  4.7  1.090±0.015  40  30.91  32.1  3.77  1.103±0.019

对木质素含量与棉花纤维三项品质指标进行相关分析，其复相关系数R＝0.52394**，简单相关系数见表2，偏相关系数见表3。

表2 木质素含量与品质指标间的简单相关系数

  木质素  长度  强度  马克隆值  木质素  1  长度  -0.44616**  1

  木质素  长度  强度  马克隆值  强度  -0.30534  0.64909**  1  马克隆值  -0.04097  -0.45605**  -0.25330  1

注：**表示在P＜0.01水平的极显著相关，下同。

表3 木质素含量与品质指标间的偏相关系数

  木质素  木质素  1  长度  -0.43186**  强度  -0.00396  马克隆值  -0.30614

经统计分析，木质素含量与棉花纤维长度的简单相关和偏相关系数均达到极显著水平(P＜0.01)。

以木质素含量为因变量Y，长度、比强度、马克隆值分别为自变量X₁、X₂、X₃，经回归分析得到如下的多元回归方程：

Y＝-0.07998X₁-0.00041X₂-0.20084X₃+4.033655

该多元回归方程经统计检验达到极显著水平(P＜0.01)。