毛竹薄壁细胞组分分布及取向显微成像研究

发布时间：2021-10-10 16:08

　　薄壁细胞是竹材基本组织中的主要细胞类型起到填充及淀粉贮存作用,是竹材中重要的力学承载单元之一。采用共聚焦荧光显微技术对解离后的竹材薄壁细胞形态进行成像观察,透射电子显微镜成像发现薄壁细胞次生壁呈现宽窄交替的同心层状结构,且单层厚度在0.2～0.3μm。在此基础上利用532 nm共聚焦显微拉曼光谱成像技术原位状态下研究竹材薄壁细胞壁中木质素、纤维素区域化学,通过C—H伸缩振动(2 789～3 000 cm^-1)特征峰峰高拉曼成像成功的区分出薄壁细胞复合胞间层以及次生壁,由于空间分辨率限制无法对薄壁细胞次生壁亚层进行区分。通过对薄壁细胞拉曼光谱380 cm^-1（吡喃环C—C—C对称弯曲振动）和1 600 cm^-1（木质素苯环伸缩振动）特征峰成像发现其次生壁中纤维素具有明显的区域选择性,而木质素具有明显的区域选择性,主要汇聚于复合胞间层及次生壁内层。与木质素共轭相联的松柏醛/芥子醛,以酯键和醚键与木质素和半纤维素相联的对羟基肉桂酸类与木质素分布规律类似。采用偏振光拉曼成像阐明纤维素微纤丝在薄壁细胞与纤维细胞各亚层中的空间取向差... 

【文章来源】：光谱学与光谱分析. 2020,40(09)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

毛竹维管束、 薄壁细胞横切面及解离后的毛竹细胞荧光成像

拉曼光谱中的特征峰是由样品组份分子的非弹性散射产生的, 前人研究表明植物细胞壁中纤维素、 半纤维素和木质素均能产生明显的拉曼信号[13]。 比较竹材薄壁细胞, 细胞角隅(ccml), 复合胞间层(cml), 次生壁外层(s-out)以及次生壁内层(s-in)拉曼光谱可以发现不同形态区域的拉曼特征锋主要出现在2 897 cm-1(—CH, —CH2伸缩振动)波数区[14], 1 600 cm-1(木质素芳香环伸缩振动), 1 098 cm-1(糖苷键C—O—C伸缩振动), 1 247 cm-1(木聚糖), 520 cm-1(纤维素C—O—C弯曲振动), 380 cm-1(吡喃环C—C—C对称弯曲振动)(图2)。2.3 毛竹薄壁细胞拉曼光谱成像

研究指出天然纤维素拉曼光谱中的三个主要特征峰位于380, 1 097和2 897 cm-1处, 分别归属于吡喃环C—C—C的对称弯曲振动、 糖苷键C—O—C的非对称伸缩振动、 以及CH和CH2的伸缩振动。 其中糖苷键C—O—C特征峰(1 097 cm-1)以及CH, CH2特征峰(2 897 cm-1)的拉曼信号强度与入射激光的偏振方向存在明显的相关性。 偏振光拉曼光谱1 083～1 100 cm-1积分成像发现薄壁细胞次生壁在径向具有较高的拉曼信号强度[图4(a)], 归因于细胞次生壁的糖苷键C—O—C非对称伸缩振动更趋近平行于入射激光偏振方向。 另外, 拉曼信号在同一细胞壁亚层中均一的强度分布表明微纤丝高度定向有序排列。 由于纤维素分子中CH和CH2伸缩振动方向近乎垂直于糖苷键C—O—C非对称伸缩振动, 因此对2 840～2 930 cm-1区域进行积分, 薄壁细胞弦向次生壁具有更高的拉曼信号强度[图4(b)], 此时弦向壁CH和CH2伸缩振动更趋近平行于入射激光方向。 同样地对竹材纤维素方向敏感特征锋1 083～1 100 cm-1积分时可以清楚的区分出竹材纤维细胞宽窄交替的层状结构, 且窄层在激光偏振方向具有更高的拉曼信号强度[图4(c)]。图4 薄壁细胞(a: 1 083～1 100 cm-1, b: 2 840～2 930 cm-1)及纤维细胞(c: 1 083～1 100 cm-1) 纤维素分子取向拉曼光谱成像

【参考文献】：
期刊论文
[1]拉曼光谱在天然纤维素结构研究中的应用进展[J]. 马建锋,杨淑敏,田根林,刘杏娥.  光谱学与光谱分析. 2016(06)



本文编号：3428708