黑杨受拉木纤维细胞组分及孔隙分布拉曼光谱成像数据研究

摘要

倾斜阔叶木枝干弯曲部位的上端在拉伸应力影响下通常会形成受拉木.区别于受拉伸部位下方的对应木,受拉木细胞壁通常会出现理化特性变异的现象,主要归因于细胞次生壁内侧胶质层的形成.采用透射电子显微成像技术揭示了黑杨受拉木与对应木纤维细胞壁分层结构特点,并借助532 nm共聚焦显微拉曼光谱成像(空间分辨率约为0.5μm)及图像叠加技术在原位状态对比了受拉木与对应木纤维细胞壁主要组分分布规律、分布相关性以及细胞壁水平的孔隙分布特点.通过纤维素、半纤维素及木质素—CH非对称伸缩振动(2942 cm-1)特征峰峰面积积分成像成功地区分出受拉木与对应木纤维细胞壁各个亚层.在此基础上采用数据归一化处理实现平均拉曼光谱中纤维素(1094 cm-1)与木质素(1598 cm-1)、木聚糖(904 cm-1)与木质素(1598 cm-1)特征峰成像叠加,结果表明相比于临近的次生壁及胞间层,受拉木胶质层含有更高浓度的纤维素;与对应木相比,受拉木纤维素和木聚糖浓度在整个细胞壁形态区域呈增强趋势,木质素浓度在次生壁区域有所增强.相邻细胞壁线扫描分析结果表明沿着细胞腔向复合胞间层区域过渡时纤维素、木质素及木聚糖的浓度均呈现明显的区域选择性及梯度变化规律.特征峰积分成像得出受拉木胶质层孔隙结构最为丰富,但其次生壁及胞间层区域孔隙分布程度较对应木低.以上研究结果有助于深化对受拉木特殊理化特性及形成机制的理解,同时拓展了显微拉曼光谱技术在植物细胞壁孔隙结构研究领域的应用.