藍花槿的生物學(xué)特性及應(yīng)用

藍花槿的生物學(xué)特性及應(yīng)用

位于巴西、智利和阿根廷的蘭花展是紫魏科的一種速生闊葉木材。這是一種落葉落葉樹，高30米，直徑0.4.0.8米。沒有板根，但底部擴展。分布中美洲、南美洲,從伯利茲往南至巴西,是亞馬孫高原林和圭亞那混交闊葉林中常見的樹種之一。對藍花楹的研究表明,其密度較小,成材時間短,是一種極好的造紙原料,可用于生產(chǎn)箱板紙等對強度和白度要求不高的紙張。1蘭花美評論1.1生物氣候變化的生長藍花楹可以生長在不是很有營養(yǎng)、可以適度地進行排水的平地和山坡上。該樹種能夠經(jīng)受一定的濕澇,能在弱酸性的沙土混和疏松泥土地生長。它可以在土層較薄的土地上生長,而且它逐漸適應(yīng)了多樣化的環(huán)境,能夠在干季的生物帶生長,如氫氣含量不足的南太平洋,在哥倫比亞發(fā)現(xiàn)海拔1km以上都有藍花楹生長。它可以生長在平均溫度為25℃,年均降雨量在600～3000mm的地區(qū),同時也可以生長在濕潤或非常多雨的熱帶雨林地區(qū)。1.2共同特點樹生長周期目前,造紙工業(yè)應(yīng)用的主要樹種是楊木、桉木、馬尾松等,這些樹種的共同特點是生長周期比較長。馬尾松等的砍伐周期至少要10年,而藍花楹生長周期雖然也比較長,但是6年生藍花楹胸徑就可以達到25cm,比較適合應(yīng)用于制漿造紙工業(yè)。1.3紅樹莓競爭幼蟲保護藍花楹的病害較少,蟲害主要是天牛,如發(fā)現(xiàn)樹干基部有紅褐色糞屑時,可用小刀挑開樹皮皮層捕捉幼蟲;也可在成蟲發(fā)生前,在樹干基部80cm以下涂生石灰10份、硫磺1份和食鹽的混合液,以防成蟲產(chǎn)卵。1.4蘭花愛情研究與應(yīng)用2實驗和分析2.1藍花楸木片的制備以南美洲厄瓜多爾北部的藍花楹(樹齡分別為4年、6年和10年的人工林)作為實驗原料,經(jīng)現(xiàn)場剝皮,削片機削片,切成25×20×3mm的木片,風(fēng)干后置于密封袋中平衡水分備用。取6年生厚約5cm的藍花楹原木木片,風(fēng)干后切成小薄片,然后劈成小木桿,充分混合,取均勻試樣約500g。然后置于粉碎機中磨碎,過篩并截取能通過40目但不能通過60目篩部分,風(fēng)干,貯于具有磨砂玻璃塞的廣口瓶中備用。漿料的準備:觀察和測定所需漿料采用6年生藍花楹硫酸鹽漿。6年生藍花楹風(fēng)干木片在15L電熱回轉(zhuǎn)式蒸煮鍋中進行蒸煮,用堿量18%(Na2O計),硫化度25%,液比1∶4,最高溫度165℃,升溫1.5h(從50℃開始計時),保溫80min。蒸煮后漿料經(jīng)充分洗滌、篩選,置于密封塑料袋中平衡水分備用。2.2纖維形式2.2.1硫酸—纖維的粗度和長度的測定將不同樹齡的藍花楹木片切成1.5mm×1.5mm×10mm的細條后置于小燒杯中水煮0.5h,使之軟化。將水除去,加1∶1硝酸至剛蓋過試樣,添加3mLH2O2,加熱水至試樣變顏色。然后去掉酸液,用水洗至無酸性。測定所得纖維中的水分,稱出15mg(O.D.)左右的試樣,采用KajaaniFS-200型纖維分析儀測定纖維的粗度和長度。2.2.2光學(xué)顯微觀察取藍花楹漿樣一小束,用水濕潤,用解剖針在載玻片上將纖維充分分散,滴兩滴碘氯化鋅染色劑,染色1min后蓋上玻璃片,風(fēng)干后在光學(xué)顯微鏡下觀察。2.3藍花蓮組織結(jié)構(gòu)與細胞類型的觀察為了觀察藍花楹的組織結(jié)構(gòu),對原料直接進行縱向、橫向、弦向切片,用碘氯化鋅染色和封片,具體步驟如下:2.3.1冷凍切片切片制備將不同樹齡的藍花楹在軸向截取面積為10mm×10mm,長度為100mm(長邊為樹軸向)的長方體小木棍,再用鋸條截成10mm×10mm×10mm的立方體小木塊作為試樣。將試樣放入沸水中煮30min,取出放入冷水中浸泡40～60min,將這兩種程序重復(fù)多次,直至小木塊放入冷水中沉入底部為止,此時試樣中的空氣已排盡。然后對試樣在Leitz1720DigitalCryostat冷凍切片機上進行冷凍切片。首先將制備好的小木塊放置在預(yù)冷氣座上(放置的切面要符合觀測要求),用水包圍后置于預(yù)冷氣架上冰凍3h。調(diào)節(jié)切片室、樣品切片臺和切片刀溫度,直至適合于此原料(溫度太低,切片時易成為粉末;溫度較高時,切片時難以保證完整的組織結(jié)構(gòu))。藍花楹進行冷凍切片的適宜溫度為:切片室溫度-21℃,樣品切片臺溫度-19℃,切片刀溫度-18℃。調(diào)整切片方向為單向,當(dāng)切速為7,片的厚度為20～25μm時,可得到完整的切片。然后用玻璃片沾取選擇好的切片留作后處理。切下的小片在載玻片上的碘氯化鋅溶液中展開,風(fēng)干,在1%的番紅水溶液中染色,然后用20%,40%,60%,80%,90%,95%,100%酒精逐漸脫水,脫水時間根據(jù)酒精的濃度的增加而減少。脫水完成后采用二甲苯透明處理。最后將透明的切片置于載玻片中央,保持少量二甲苯,以防空氣進入,加一滴加拿大膠(或用光學(xué)樹膠)于切片上,用鑷子輕輕壓平,蓋上蓋玻片,干燥后在光學(xué)顯微鏡下觀察。2.3.2墊墊和繩子墊的制備與制備橫切片的方法相同,但要注意小木塊放置在預(yù)冷氣座上時符合觀測要求。3結(jié)果與討論3.1藍花木粉的白度和基本密度分析3.1.1藍花楸初始酸度6年生藍花楹木粉顯淡黃色,白度為33.8%ISO,而楊木木粉白度基本在50%ISO以上,說明藍花楹初始白度比楊木低,在制漿過程中要與楊木達到相同的白度,可能要消耗較多的化學(xué)藥品。3.1.2藍花楸基本密度的分布基本密度影響到木材運費、蒸煮單位容積產(chǎn)量和紙的質(zhì)量。一般情況下可根據(jù)木片的基本密度計算蒸煮工藝中的木片裝鍋量,如果生產(chǎn)機械漿,也可以根據(jù)木材密度制定合理的磨漿工藝。實驗中測得不同樹齡的藍花楹基本密度如表1所示。由表1可以看到,藍花楹基本密度在造紙木材原料中屬密度較小的樹種,而且隨著樹齡的增大,藍花楹木材的基本密度明顯提高,但與三倍體毛白楊(0.335g/cm3)相比,藍花楹的木材密度還是很低的,這可能是由于藍花楹本身輕,材質(zhì)較疏松的原因。盡管密度小會使裝鍋量降低,但對化學(xué)機械法制漿是有利的。例如,在化學(xué)預(yù)浸漬時有利于藥品的快速滲透,提高浸漬效率;擠壓時有利于抽出物的溶出,機械磨漿時有助于降低磨漿能耗等。這說明三種樹齡的藍花楹都可以用于制漿造紙工業(yè)。3.2不同樹齡藍花楸漿料的營養(yǎng)成分含量如表2所示,藍花楹綜纖維素含量高,在79%左右,且隨樹齡的增大有增加的趨勢,但變化不大,與毛白楊相差不大。藍花楹溶液抽出物含量比較低,1%NaOH抽出物、冷熱水抽出物含量均略小于楊木。1%NaOH抽出物含量大小順序是4年生的藍花楹與6年生藍花楹相當(dāng),均小于10年生藍花楹,說明1%NaOH可溶成分隨著樹齡的增加而增加,但變化幅度不大。這與歐義芳等研究的國產(chǎn)雷林一號桉時所得到的抽出物含量隨樹齡的增大而增多的結(jié)論相同。由于1%NaOH可溶成分可以在一定程度上反映堿法蒸煮中消耗堿的多酚類物質(zhì)的含量,所以在前處理過程中的用堿量要相應(yīng)地增加才可以達到相應(yīng)的強度。在木素含量方面,藍花楹的木素含量比較高,不同樹齡藍花楹的木素總量都在29%左右,遠遠高于闊葉木中的木素含量,這可能會使得藍花楹在蒸煮時會需要更多的化學(xué)藥品,同時可能會對紙漿的得率造成一定的影響,而且在漿料的漂白過程中會消耗更多的漂白藥品。不同樹齡藍花楹的Klason木素含量和木素總量上均有一定的差別,它們均隨樹齡的增加含量也有所增加,但是變化不大,這會使得藍花楹在利用硫酸鹽法等大量脫除木素的制漿方法制漿時得率會比較低,但在大量保留木素的化學(xué)機械法制漿中對得率的影響不會很大。聚戊糖含量反應(yīng)了藍花楹中半纖維素的含量。藍花楹中聚戊糖含量隨樹齡的增大而降低,且4年生藍花楹的聚戊糖含量要明顯高于6年生和10年生藍花楹的聚戊糖含量,說明藍花楹隨樹齡的增大其半纖維素含量有所降低,但總體較楊木、麥草等的聚戊糖含量要少,這可能會使得藍花楹漿料的打漿能耗會比較高。三種樹齡的藍花楹其苯醇抽出物含量均與桉木接近,而且隨樹齡的增加有一定的上升,這說明脂肪、蠟、樹脂、多酚類等物質(zhì)隨樹齡的增加而增加,這就使得在制漿過程中隨著樹齡的增大其制漿性能也相應(yīng)地降低。由于抽出物對制漿造紙是不利的,所以從藍花楹的化學(xué)組分含量來看,6年生藍花楹是比較適合作為制漿造紙工業(yè)原料的。3.3藍花楸纖維原料的樹齡和厚度從圖1～6可以看出,藍花楹纖維兩端尖削,中間部位較粗大,纖維較粗。與三倍體毛白楊、桉木相比,藍花楹纖維更細長,兩端更尖細。與麥草纖維相比,藍花楹纖維要比麥草纖維更粗大。圖2和圖6相比較可以看出,藍花楹纖維原料的雜細胞要少于麥草纖維原料。圖2和圖3、5相比較,藍花楹纖維原料的雜細胞同三倍體毛白楊及桉木數(shù)量相差不大。另外也可以發(fā)現(xiàn),細胞種類沒有麥草那么復(fù)雜。從表3可以看到藍花楹纖維長度隨樹齡的增大而增大,而且相同樹齡藍花楹的數(shù)均長度、重均長度和重重均長度相差不大,說明藍花楹的纖維長度比較均勻。但其長度較加勒比松木要短很多,說明藍花楹纖維較短,這可能導(dǎo)致其成紙強度指標較差。藍花楹纖維粗度也較小,在0.13mg/m左右,小于一般的造紙用材,這可能是由于藍花楹纖維較短,細胞壁比較厚的緣故。而且樹齡對藍花楹纖維粗度的影響為10年生>6年生>4年生。隨著樹齡的增大,藍花楹纖維的長度增大,所以成紙強度會不斷增大。但同時由于藍花楹纖維粗度也在不斷增大,纖維細胞壁不斷增厚,故其纖維相應(yīng)變得挺硬,這就使得在成紙過程中纖維間的結(jié)合面積變小,從而其成紙時纖維間結(jié)合強度有所降低。綜合考慮纖維長度和粗度等原因,作者認為6年生藍花楹的成紙強度可能最大。3.4藍花楸病理組織學(xué)觀察選取不通樹齡的藍花楹原料具有代表性的部位制成縱、橫、弦切片,在光學(xué)顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)藍花楹由導(dǎo)管(單孔、兩孔組成)、木射線薄壁細胞(兩列或三列排列)、木纖維、縱生薄壁細胞、軸向薄壁細胞組成。3.4.1藍花楸導(dǎo)管的類型如圖20所示,根據(jù)藍花楹導(dǎo)管的大小和分布都比較均勻判斷,藍花楹屬于散孔材,導(dǎo)管為復(fù)孔式,包括單孔和兩孔。藍花楹導(dǎo)管的直徑較大,以至于從橫切面上看形成了較大的孔洞。以上的這些特點與南京楊木相似(圖18)。圖17、20所示,藍花楹的導(dǎo)管比較粗大,均為單穿孔,在一定面積上較少。其類型為紋孔導(dǎo)管。植物研究工作者們通常依據(jù)導(dǎo)管細胞壁的增厚情況不同,將導(dǎo)管劃分為五種類型:環(huán)狀導(dǎo)管、螺旋導(dǎo)管、梯狀導(dǎo)管、網(wǎng)狀導(dǎo)管和紋孔導(dǎo)管。從圖17可以看出,藍花楹導(dǎo)管的管壁全面增厚,這說明該導(dǎo)管類型為紋孔導(dǎo)管。這與大多數(shù)闊葉木的導(dǎo)管多為紋孔導(dǎo)管結(jié)論相同。另外,在緊靠著導(dǎo)管的周圍,排列著不規(guī)則的縱生薄壁細胞,數(shù)量不多。盡管導(dǎo)管為非纖維細胞,但大量導(dǎo)管的存在不僅起著支撐植物和輸導(dǎo)水分的作用,而且制漿過程中有利于藥液的擴散。同時,在化學(xué)機械法制漿過程中,有利于擠壓預(yù)處理的進行,從而可以節(jié)約藥品、縮短處理時間,進一步有利于機械磨漿。3.4.2輻射型煙道環(huán)境藍花楹木射線排列較密集;木射線細胞全部為薄壁細胞;弦切面上,木射線薄壁細胞并列呈兩列和三列,與南京楊木明顯不同。從圖7～16可以看出:藍花楹的木射線較密集;在橫切面上呈現(xiàn)線條形,形成一道道徑向溝紋,排列成輻射狀;木射線細胞間斷地與纖維細胞交叉排列。如圖14～16所示,在弦切面上,木射線薄壁細胞呈多列,每組木射線有兩列到三列圓孔。4年生和6年生藍花楹木射線細胞呈六邊形,大小比較均一,而10年生藍花楹的木射線細胞大都縱向小,橫向大,呈現(xiàn)出磚形。如圖7～9所示,在徑切面上,木射線細胞大都縱向大,橫向小,呈現(xiàn)出磚形,而且大多數(shù)由四到五列組成,這與楊木明顯不同(圖18、19所示,南京楊的木射線薄壁細胞呈單列)。無論是橫切片上木射線的排列情況,還是弦切片上木射線薄壁細胞的排列和數(shù)量,都說明藍花楹木射線薄壁細胞含量高。3.4.3藍花楸木纖維的形態(tài)特征如圖10～13所示,導(dǎo)管和條紋狀木射線之間緊密排列著木纖維。圖10所示4年生藍花楹木纖維比較粗大,呈現(xiàn)出不規(guī)則的六邊形。圖11所示6年生藍花楹木纖維絕大多數(shù)呈現(xiàn)出六邊形,少數(shù)為四邊形。10年生藍花楹木纖維間結(jié)合更加緊密,大多數(shù)呈四邊形,少數(shù)為六邊形。圖14～16所示,弦切面上可以看出,各種樹齡的木纖維均兩端尖削,中間部位粗大,細胞壁薄,腔大。3.4.4軸向薄細胞的排列如圖7～9所示,徑切面上還可以看到藍花楹中有大量的軸向薄壁細胞存在,它們相互間排列比較緊密,由多列細胞排列成一個管狀,形成獨特的花紋。4藍花楸纖維的形態(tài)特征其一般特征為4.1藍花楹木粉為淡黃色,木粉白度為33.8%ISO,初始白度較楊木等闊葉木低。藍花楹基本密度較低,10年生藍花楹的基本密度只有0.343g/cm3。而且隨著樹齡的增大,其基本密度明顯提高,但與三倍體毛白楊等闊葉木相比,藍花楹的木材密度還是很低的。4.2藍花楹綜纖維素含量為79%左右,與楊木等闊葉木的綜纖維素含量相當(dāng);藍花楹木素含量在29%左右,遠遠高于楊木等闊葉木的木素含量,而且Klason木素的含量均隨樹齡的增加而增大,酸溶木素的含量卻隨樹齡的增加而減少,但幅度都不是很大;藍花楹溶劑抽出物含量較少,1%NaOH抽出物、冷熱水抽出物含量均略小于楊木,而且溶劑抽出物含量隨著樹齡的增加而增加;藍花楹聚戊糖含量在15%左右,且4年生藍花楹的聚戊糖含量明顯高于6年生和10年生藍花楹聚戊糖含量。從化學(xué)組分含量看,6年生藍花楹應(yīng)該是比較適合應(yīng)用在制漿造紙工業(yè)的。4.3與三倍體毛白楊相比,藍花楹纖維較短,粗度與毛白楊相當(dāng)。藍花楹纖維的長度和粗度均隨樹齡的增加而增加。4.4藍花楹為散孔材,由導(dǎo)管(單孔和兩孔)、木射線薄壁細胞(兩列或三列排列)、木纖維、縱生薄壁細胞、軸向薄壁細胞組成,具有闊葉木的一般特點。導(dǎo)管類型為紋孔導(dǎo)管,導(dǎo)管周圍有少量的縱生薄壁細胞。木射線排列較密集;弦切面上,木射線薄壁細胞并列呈兩列和三列,與南京楊木(單列排列)明顯不同,且4年生和6年生藍花楹木射線細胞呈六邊形,大小比較均一,而10年生藍花楹的木射線細胞大都縱向小,橫向大,呈現(xiàn)出磚形;木射線薄壁細胞含量高。在徑切面上,木射線細胞大都縱向大,橫向小,呈現(xiàn)出磚形。而且大多數(shù)有四到五列組成。這與楊木明顯不同(圖18和圖19所示,南