C3H-RNAi轉(zhuǎn)基因楊木木質(zhì)部纖維形態(tài)特征研究

蘇明壘 劉蒼偉 王玉榮，* 孫海燕

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，北京，100091；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所，北京，100091)

·轉(zhuǎn)基因楊木纖維·

C3H-RNAi轉(zhuǎn)基因楊木木質(zhì)部纖維形態(tài)特征研究

蘇明壘1，2劉蒼偉1王玉榮1，2，*孫海燕1，2

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，北京，100091；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所，北京，100091)

為了探明基因調(diào)控對(duì)楊樹(shù)木質(zhì)部纖維形態(tài)的影響，采用切片制作結(jié)合光學(xué)和電子顯微鏡以及纖維離析的方法，觀測(cè)了不同高度的C3H-RNAi轉(zhuǎn)基因楊木及其對(duì)照組楊木的纖維形態(tài)特征及參數(shù)。結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因楊木上、中、下3部位的纖維壁厚值分別較對(duì)照組的下降了13.16%、13.47%和10.71%，而腔徑值無(wú)明顯差異，上、中、下3部位的纖維長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比分別較對(duì)照組的上升了1.39%、8.52%、3.80%和9.48%、16.24%、8.97%，纖維寬度分別下降了7.40%、6.64%、4.72%。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊木和對(duì)照組楊木纖維壁厚和長(zhǎng)度等纖維形態(tài)參數(shù)值均隨木質(zhì)化程度的增加而增加，并且中、下部位纖維形態(tài)更適用于制漿造紙。

C3H基因；楊木；纖維形態(tài)；微觀結(jié)構(gòu)

楊樹(shù)具有種植范圍廣、速生豐產(chǎn)和纖維優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，是制漿造紙工業(yè)中重要原料樹(shù)種之一，同時(shí)因其基因組小、易于導(dǎo)入外源基因等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為林木基因工程中的模式樹(shù)種[1]。纖維素和木素是楊木細(xì)胞壁組成的兩大主要化學(xué)成分，其中纖維素是紙漿、紙張最主要、最基本的化學(xué)成分，木素主要起增強(qiáng)細(xì)胞壁強(qiáng)度和保障楊木正常生長(zhǎng)的作用。但在造紙工業(yè)生產(chǎn)中，木素的存在阻礙了楊木作為木質(zhì)纖維素材料的利用，在分離木素的過(guò)程中需要消耗大量化學(xué)藥品，成本高昂、污染環(huán)境[2-3]。因此近些年通過(guò)基因工程調(diào)控林木體內(nèi)催化木素合成酶的基因活性以從根源上降低木素含量成為了研究熱點(diǎn)[4]。C3H(coumarate 3-hydroxylase，香豆酸·3·羥化酶)基因位于木素苯丙烷上，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)抑制該基因表達(dá)活性可以降低楊木木素含量和改善木素降解及糖轉(zhuǎn)化效率，且對(duì)組織細(xì)胞形態(tài)也有一定的影響[5- 6]。

楊木作為我國(guó)重要的制漿造紙?jiān)?，其纖維長(zhǎng)度與寬度以及壁厚與腔徑等形態(tài)特征是制漿造紙過(guò)程中評(píng)價(jià)纖維質(zhì)量的重要依據(jù)[7- 8]。研究表明粗而長(zhǎng)的纖維更易得到抗磨耐破的紙張[9-10]，此外壁薄、腔大的纖維易于壓潰，而且纖維表面積較大，纖維之間緊密結(jié)合利于增強(qiáng)紙張的強(qiáng)度[11]。目前有些學(xué)者對(duì)轉(zhuǎn)C3H基因楊木主要在木素化學(xué)成分含量與結(jié)構(gòu)及組織細(xì)胞形態(tài)的變化方面有些研究[12-13]，但對(duì)于轉(zhuǎn)C3H基因楊木木質(zhì)部縱向不同發(fā)育階段的纖維形態(tài)特征方面的相關(guān)研究未見(jiàn)報(bào)道。本研究以木素含量降低的轉(zhuǎn)C3H基因楊木和對(duì)照組楊木為研究對(duì)象，原位觀測(cè)了兩類楊木纖維細(xì)胞壁厚和腔徑等解剖參數(shù)以及楊木纖維長(zhǎng)度、寬度及長(zhǎng)寬比變化。系統(tǒng)闡明了轉(zhuǎn)C3H基因楊木細(xì)胞壁木素含量降低的同時(shí)，其不同高度纖維形態(tài)特征的變化規(guī)律。本研究旨在評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)基因楊木纖維性能的優(yōu)良以及用于制漿的適宜性，同時(shí)為遴選優(yōu)良調(diào)控木素的基因提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料

選取通過(guò)RNAi抑制C3H基因表達(dá)的轉(zhuǎn)基因銀腺楊84K(Populusalba×P.glandulosacv‘84k’)和非轉(zhuǎn)基因銀腺楊84K為實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)材料來(lái)源于中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所及林木遺傳育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。溫室中培育生長(zhǎng)1.5年，轉(zhuǎn)基因楊木植株C3H基因表達(dá)活性平均下降50%，木素含量下降8.2%～9.5%，綜纖維素含量增加6.4%～7.0%。選取轉(zhuǎn)C3H基因楊樹(shù)與對(duì)照組楊樹(shù)各3株，將莖干分別分為上、中和下3個(gè)部位用作實(shí)驗(yàn)材料。轉(zhuǎn)基因楊木與對(duì)照組楊木基本信息如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)基因楊木(C3H)與對(duì)照組楊木(CK)基本信息

注C3H為轉(zhuǎn)基因楊木，CK為對(duì)照組楊木，下同。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1纖維細(xì)胞原位形態(tài)特征觀察

選取保存于FAA(70%的酒精∶冰醋酸∶甲醛=90∶5∶5)固定液中對(duì)照組楊木與轉(zhuǎn)基因楊木上、中、下3個(gè)部位木段，利用滑走切片機(jī)制取16 μm厚切片，采用2%番紅染色10～12 h，然后酒精梯度脫水、二甲苯透明和加拿大中性樹(shù)膠封片，最后制成永久切片。采用ZESS Imager A1顯微鏡觀察拍照，獲得轉(zhuǎn)基因楊木及對(duì)照組楊木顯微結(jié)構(gòu)圖。

選取上述兩類楊木3個(gè)部位冷凍干燥的木段試樣，利用滑走切片機(jī)制取木段試樣50 μm厚端面切片，噴金后置于Quanta FEG 650的掃描電子顯微鏡密閉真空環(huán)境中觀察拍照，獲得轉(zhuǎn)基因楊木及對(duì)照組楊木掃描電鏡圖。

1.2.2纖維細(xì)胞壁厚及腔徑的測(cè)定

將制成的永久切片置于光學(xué)顯微鏡下，采用Axiovision圖像處理軟件測(cè)量橫切面纖維細(xì)胞壁厚和腔徑值，從髓心到樹(shù)皮分別均勻選取100個(gè)纖維細(xì)胞進(jìn)行測(cè)量。

1.2.3纖維長(zhǎng)度及寬度的測(cè)定

選取上述用于掃描電鏡觀察剩余的楊木段，將試樣制成徑向和弦向?qū)捈s為1 mm、縱向長(zhǎng)為10 mm的細(xì)棒狀，選取5～10根，置于離心管中，加入25～30 mL離析液(40%的過(guò)氧化氫∶冰醋酸∶水=4∶5∶21)，將離心管置于80℃烘箱中3～5天，定期觀察烘箱中樣品。離析好的樣品用蒸餾水清洗3遍以上，番紅染色后置于ZESS Imager A1顯微鏡下觀察，并用Axiovision圖像處理軟件進(jìn)行測(cè)量試樣纖維長(zhǎng)度和中部較寬部位的尺寸，每個(gè)試樣測(cè)量3次，每次選取30根纖維進(jìn)行測(cè)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 轉(zhuǎn)基因楊木原位纖維細(xì)胞形態(tài)

圖1為轉(zhuǎn)C3H基因楊木與對(duì)照組楊木橫切面顯微結(jié)構(gòu)圖。由圖1可知，轉(zhuǎn)基因楊木與對(duì)照楊木一樣，其木質(zhì)部主要包括纖維細(xì)胞、木射線和導(dǎo)管三類組織細(xì)胞。其中射線細(xì)胞自髓心到樹(shù)皮貫穿整個(gè)木質(zhì)部，木纖維細(xì)胞沿徑向均勻分布。觀察發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞著色較對(duì)照組楊木的淺，可以初步判定轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞壁較對(duì)照組楊木的薄。

為了進(jìn)一步在高分辨率下觀察轉(zhuǎn)基因楊木與對(duì)照組楊木橫切面微觀構(gòu)造，其掃描電鏡圖如圖2所示。由圖2可知，轉(zhuǎn)基因楊木和對(duì)照組楊木一樣，纖維細(xì)胞和射線細(xì)胞大體分布情況基本一致，但轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞橫切面形態(tài)沒(méi)有對(duì)照組楊木纖維細(xì)胞形態(tài)規(guī)整。并且通過(guò)觀察大量掃描電鏡圖發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞表面木屑毛刺較多，這可能是由于細(xì)胞壁木素含量降低會(huì)導(dǎo)致其細(xì)胞壁硬度降低、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率增大[14]。因此推測(cè)轉(zhuǎn)C3H基因楊木纖維形態(tài)的變化可能與通過(guò)C3H基因調(diào)控細(xì)胞壁木素含量從而引起其細(xì)胞壁力學(xué)性能變化有關(guān)。

圖1 轉(zhuǎn)基因楊木(C3H)與對(duì)照組楊木(CK)橫切面微觀結(jié)構(gòu)圖

圖2 轉(zhuǎn)基因楊木(C3H)與對(duì)照組楊木(CK)橫切面掃描電鏡圖

楊木部位壁厚值范圍/μm平均值/μm標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)/%多重分析腔徑值范圍/μm平均值/μm標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)/%多重分析C3H上1.15～4.021.980.4522.56C6.72～18.6711.642.2819.61B中1.26～4.672.120.5425.54D6.71～22.0112.182.4119.83B下1.32～4.122.250.5423.96A7.65～18.5112.042.3019.12BCK上1.06～4.942.280.6729.21A6.24～17.3411.112.2520.26A中1.23～5.142.450.6827.79B6.41～19.4111.642.2819.57B下1.21～5.122.520.6626.09B7.08～20.2612.172.2318.35B

注 A、B、C、D表示為多重分析結(jié)果，無(wú)明顯差異則用相同字母表示，存在顯著差異則用不同字母表示，下同。

2.2 轉(zhuǎn)基因楊木原位纖維細(xì)胞解剖參數(shù)

采用Axiovision圖像處理軟件觀測(cè)了轉(zhuǎn)基因楊木及對(duì)照組楊木莖干3個(gè)不同部位的橫切面纖維細(xì)胞壁厚和腔徑等解剖參數(shù)，結(jié)果列于表2中。

2.2.1轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞壁厚

由表2可知，轉(zhuǎn)基因楊木纖維壁厚值范圍為1.15～4.67 μm，上、中、下3部位的平均壁厚分別為1.98、2.12和2.25 μm，對(duì)照組楊木纖維細(xì)胞壁厚值范圍為1.06～5.14 μm，平均壁厚分別為2.28、2.45和2.52 μm。對(duì)測(cè)試結(jié)果分析比較后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊木不同高度的壁厚值均明顯小于對(duì)照組，且較對(duì)照楊木壁厚值分別降低13.16%、13.47%和10.71%，平均下降12.40%。表明C3H基因活性的降低在一定程度上引起纖維細(xì)胞壁變薄。

同時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊木與對(duì)照組楊木縱向纖維細(xì)胞壁厚值呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，均隨著木質(zhì)化程度的增加而增加，多重分析結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因楊木不同高度的纖維細(xì)胞壁厚存在明顯差異，而對(duì)照組多重分析結(jié)果表明，上與中、下兩部分纖維細(xì)胞壁厚值差異明顯，而中、下兩部分厚度值無(wú)明顯差異。說(shuō)明對(duì)于幼齡木材，纖維細(xì)胞壁厚受木質(zhì)化程度的影響較大，且隨木質(zhì)化程度的增加而增加，與前人對(duì)幼齡楊木不同高度纖維細(xì)胞壁厚的研究結(jié)果相一致[15]。通常來(lái)說(shuō)，對(duì)于細(xì)胞壁薄的纖維原料，其可壓扁性能好，在纖維與纖維之間較容易形成較大的接觸面，能提高纖維結(jié)合強(qiáng)度，增加紙張的質(zhì)地結(jié)合度[10]，由此可見(jiàn)從轉(zhuǎn)C3H基因楊木纖維細(xì)胞壁形態(tài)來(lái)看，其較對(duì)照組即非轉(zhuǎn)基因楊木更適宜用于造紙。

2.2.2轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞腔徑及壁腔比

由表2可知，轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞腔徑值范圍為6.71～22.01 μm，上、中、下3部位的腔徑均值分別為11.64、12.18和12.04 μm，對(duì)照組楊木纖維腔徑值范圍為6.24～20.26 μm，3部位腔徑均值分別為11.11、11.64和12.17 μm，轉(zhuǎn)基因楊木纖維腔徑平均值較對(duì)照組楊木增加2.67%。分析縱向不同高度轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞腔徑值發(fā)現(xiàn)，中間部位數(shù)值最大，上部最小，但多重分析結(jié)果表明三者間無(wú)明顯差異。對(duì)照組楊木纖維腔徑值隨木質(zhì)化程度的增加呈微弱增加趨勢(shì)，在下部達(dá)到最大值，多重分析結(jié)果表明同纖維細(xì)胞壁厚一樣，植株上部數(shù)值與中、下兩部位數(shù)值存在明顯差異。轉(zhuǎn)基因楊木與對(duì)照組楊木纖維細(xì)胞腔徑值除上部值明顯小于其他各部位外，其余部位數(shù)值均無(wú)明顯差異，說(shuō)明轉(zhuǎn)C3H基因?qū)钅纠w維細(xì)胞腔徑影響較小。

表3 轉(zhuǎn)基因楊木(C3H)與對(duì)照組楊木(CK)纖維長(zhǎng)度與寬度

圖3為轉(zhuǎn)基因楊木和對(duì)照組楊木纖維細(xì)胞壁腔比。研究發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞壁厚、腔徑和壁腔比3個(gè)因素中，壁腔比對(duì)紙漿質(zhì)量的影響最大，且評(píng)價(jià)壁腔比大于1的為劣質(zhì)材料，壁腔比小于1的為優(yōu)質(zhì)材料[16]。對(duì)于壁腔比小的木材，其纖維比較柔韌、成紙強(qiáng)度高、質(zhì)量好[9]。由圖3可知，轉(zhuǎn)基因楊木上、中、下3部位纖維細(xì)胞壁腔比值分別為0.17、0.17和0.19，均值為0.18；對(duì)照組楊木上、中、下3部位纖維細(xì)胞壁腔比值均為0.21，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊木不同部位纖維壁腔比值均小于對(duì)照組楊木，說(shuō)明其具有更利于造紙的纖維形態(tài)。同時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，兩類楊木纖維壁腔比值均小于1，均屬于制漿造紙的優(yōu)質(zhì)原料。

圖3 轉(zhuǎn)基因楊木(C3H)與對(duì)照組楊木(CK)纖維細(xì)胞壁腔比

圖4 對(duì)照組楊木(CK)離析纖維形態(tài)圖

2.3 轉(zhuǎn)基因楊木離析纖維形態(tài)參數(shù)

纖維的長(zhǎng)度、寬度及長(zhǎng)寬比等形態(tài)參數(shù)也是衡量造紙性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，而原位形態(tài)觀測(cè)只能觀測(cè)到橫切面纖維細(xì)胞的壁厚和腔徑，無(wú)法獲得纖維的長(zhǎng)度和寬度等形態(tài)特征。因此本研究采用化學(xué)離析結(jié)合番紅染色的方法，應(yīng)用Axiovision圖像處理軟件觀察并測(cè)量了試樣纖維長(zhǎng)度和中部較寬部位的大小。其中離析分離的對(duì)照組楊木纖維顯微形態(tài)如圖4所示，兩類楊木不同高度纖維長(zhǎng)度和寬度測(cè)試結(jié)果如表3所示。

2.3.1轉(zhuǎn)基因楊木纖維長(zhǎng)度

由表3可知，轉(zhuǎn)基因楊木纖維長(zhǎng)度值范圍為0.244～0.990 mm，上、中、下3部位纖維長(zhǎng)度均值分別為0.439、0.586、0.628 mm；對(duì)照組楊木纖維長(zhǎng)度值范圍為0.290～0.927 mm，纖維長(zhǎng)度均值分別為0.433、0.540、0.605 mm，轉(zhuǎn)基因楊木纖維長(zhǎng)度平均值較對(duì)照組楊木分別增加了1.39%、8.52%、3.80%，平均增加了4.75%，且轉(zhuǎn)基因楊木3個(gè)部位纖維長(zhǎng)度值均大于對(duì)應(yīng)部位對(duì)照組楊木的纖維長(zhǎng)度。纖維長(zhǎng)度的大小是木材品質(zhì)的重要影響因素，而且對(duì)纖維原料的利用有直接指導(dǎo)意義，纖維過(guò)短，如平均長(zhǎng)度小于0.4 mm，則不適宜制漿造紙，反之，纖維長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，若平均長(zhǎng)度高于5 mm時(shí)，容易引起漿料絮凝，影響紙張勻度[17]。由此可見(jiàn)，從兩類楊木平均纖維長(zhǎng)度來(lái)看，其均適宜制漿造紙。

分析兩類楊木不同部位纖維長(zhǎng)度變化，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊木纖維長(zhǎng)度從上到下逐漸升高，且多重分析結(jié)果顯示纖維長(zhǎng)度隨木質(zhì)化程度的增加變化顯著。研究結(jié)果與前人關(guān)于纖維長(zhǎng)度隨年輪數(shù)的變化規(guī)律相一致，且本研究測(cè)定的平均纖維長(zhǎng)度值與多年生楊木第一年輪數(shù)值相近[18]。對(duì)照組楊木纖維長(zhǎng)度也同樣隨著木質(zhì)化程度的增加而增加且變化明顯，與轉(zhuǎn)基因楊木纖維長(zhǎng)度變化規(guī)律相一致。多重分析結(jié)果表明兩類楊木除上部纖維長(zhǎng)度無(wú)明顯差別外，其余部位差異均較明顯。木材纖維的長(zhǎng)度在樹(shù)木生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的變異程度最大[19]，研究表明纖維長(zhǎng)度會(huì)隨樹(shù)齡的增大而增大[20]，此外，楊文忠等人[21]同樣發(fā)現(xiàn)纖維長(zhǎng)度隨樹(shù)高的增加而降低，同樣渡邊治人研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于同一年形成的木質(zhì)部中，纖維長(zhǎng)度在頂端最短，從上至下，幼齡材部分纖維長(zhǎng)度迅速增加，到成熟材后增長(zhǎng)緩慢[15]，與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相一致。分析認(rèn)為對(duì)于靠近木材頂端的木材，其形成層原始細(xì)胞尚未成熟，細(xì)胞長(zhǎng)度較短，楊木高度從上往下，隨著形成層原始細(xì)胞成熟分裂較快，從而導(dǎo)致纖維長(zhǎng)度逐漸增加。以上結(jié)果表明，木素C3H基因活性的改變對(duì)楊木不同高度纖維長(zhǎng)度均有一定影響。

2.3.2轉(zhuǎn)基因楊木纖維寬度及纖維長(zhǎng)寬比

纖維寬度與木材密度及細(xì)胞壁厚度相關(guān)，粗度大的纖維挺直硬度大，且單根纖維的強(qiáng)度大，但是纖維的結(jié)合力較差。兩類楊木縱向不同高度單根纖維寬度值如表3所示。由表3可知，轉(zhuǎn)基因楊木纖維寬度值范圍為11.0～31.2 μm，上、中、下3部位的纖維寬度平均值分別為20.0、21.1和22.2 μm，對(duì)照組楊木纖維寬度值范圍為11.2～29.7 μm，平均寬度分別為21.6、22.6和23.3 μm。分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因楊木不同部位纖維寬度較對(duì)照組楊木相應(yīng)部位分別下降了7.40%、6.64%、4.72%，平均降低5.96%。對(duì)兩類楊木縱向纖維寬度變化規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，木纖維寬度值從上到下均逐漸增加，但多重分析結(jié)果表明三者間未達(dá)到顯著差異。此結(jié)果與前人研究發(fā)現(xiàn)人工林楊木纖維寬度變化較為穩(wěn)定相一致[7]。

纖維長(zhǎng)寬比是影響紙張品質(zhì)的重要因素之一，纖維長(zhǎng)寬比較大可以使紙張具有較高的撕裂強(qiáng)度和較好的耐折度[21]。圖5為兩類楊木纖維的長(zhǎng)寬比，其中轉(zhuǎn)基因楊木的上、中、下3部位的長(zhǎng)寬比分別為22、28、28，均大于對(duì)照組楊木相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)寬比20、24、26，且較對(duì)照組分別增加了9.48%、16.24%、8.97%，說(shuō)明轉(zhuǎn)基因楊木較對(duì)照組楊木纖維形態(tài)好，較大的長(zhǎng)寬比會(huì)賦予其紙張具有更好的品質(zhì)。轉(zhuǎn)基因楊木與對(duì)照組楊木纖維長(zhǎng)寬比均隨木質(zhì)化程度的增加而增加，而且在上中兩部位，變化較大，在中下兩部位，變化幅度較為緩慢，且兩類楊木中、下部纖維形態(tài)較上部好。木纖維長(zhǎng)度、寬度及長(zhǎng)寬比形態(tài)結(jié)果表明，C3H基因活性的下調(diào)增加了纖維長(zhǎng)度并降低了楊木纖維寬度，使其具有較大的長(zhǎng)寬比，更適合應(yīng)用于制漿造紙，且木質(zhì)化程度較高的木材，制漿造紙性能會(huì)更好。

圖5 轉(zhuǎn)基因楊木(C3H)與對(duì)照組楊木(CK)纖維長(zhǎng)寬比

3 結(jié) 論

本研究利用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡并結(jié)合相關(guān)木材切片以及纖維離析實(shí)驗(yàn)方法，觀察和測(cè)定了轉(zhuǎn)C3H基因楊木與對(duì)照組楊木不同部位纖維細(xì)胞形態(tài)及其形態(tài)參數(shù)，分析了轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞形態(tài)特征。

3.1轉(zhuǎn)基因楊木與對(duì)照組楊木木質(zhì)部均主要由纖維細(xì)胞、射線細(xì)胞和導(dǎo)管細(xì)胞組成，其中纖維細(xì)胞沿徑向均勻分布。轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞較對(duì)照組楊木纖維細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則，且顯微結(jié)構(gòu)中其纖維細(xì)胞著色較對(duì)照組的淺，表明轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞壁較對(duì)照組楊木的纖維細(xì)胞壁薄。

3.2轉(zhuǎn)基因楊木纖維細(xì)胞壁厚、壁腔比值均較對(duì)照組楊木出現(xiàn)一定程度的下降。表明在轉(zhuǎn)C3H基因楊木中，木素含量降低的同時(shí)，纖維細(xì)胞壁厚變薄，使其更易于壓潰，利于制漿造紙。兩類楊木纖維壁厚值均隨楊木的木質(zhì)化程度增加而增加，但兩類楊木不同高度腔徑值無(wú)明顯差異。

3.3轉(zhuǎn)基因楊木纖維長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比均較對(duì)照組楊木的高，纖維寬度較對(duì)照組楊木的低。在縱向上，兩類楊木纖維長(zhǎng)度、寬度和長(zhǎng)寬比均隨著木質(zhì)化程度的增加而增加，纖維長(zhǎng)寬形態(tài)結(jié)果也表明，抑制C3H基因表達(dá)在一定程度上改良了木纖維形態(tài)，使楊木纖維更適合作為制漿造紙?jiān)牧稀?/p>

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StudyonFiberMorphologicalCharacteristicsoftheC3H-RNAiTransgenicPoplars

SU Ming-lei1,2LIU Cang-wei1WANG Yu-rong1,2,*SUN Hai-yan1,2

(1.ResearchInstituteofWoodIndustry，ChineseAcademyofForestry，Beijing， 100091；2.ResearchInstituteofForestryNewTechnology，ChineseAcademyofForestry，Beijing， 100091)

In this paper,C3Hdown-regulated transgenic poplar and non-transgenic poplar were selected as materials to study the effect of gene regulation on the morphology of xylem fibers. The morphological characteristics and parameters of xylem fibers at different height of two kinds of poplar were observed from the sections and the isolated fibers by means of light and electronic microscopes. The results showed that the fiber cell walls thickness of the upper, middle and lower part of transgenic poplar decreased by 13.16%, 13.47% and 10.71%, compared with that of the control group respectively, but there was no significant difference in lumen diameter.Fiber length and length /width ratio increased by 1.39%, 8.52%, 3.80% and 9.48%，16.24%，8.97% respectively, and the fiber width decreased by 7.40%, 6.64%, 4.72% respectively. It was also found that fiber morphological parameters such as wall thickness and fiber length of two kinds poplar increased with the lignification degree increasing, and the fiber morphologies of the middle and lower parts were more favorable for paper making. The results showed that the change ofC3Hgene activity improved the fiber morphology of poplar and made it more suitable for pulp wood utilization.

C3H; poplar; fiber morphology; micro-structure

蘇明壘女士，在讀碩士研究生；主要研究方向：木材細(xì)胞結(jié)構(gòu)機(jī)理研究。

TS721+.1

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.12.004

2017- 08-25(修改稿)

國(guó)家自然科學(xué)基金(31370562)；“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)計(jì)劃課題(2017YFD0600201)。

*通信作者：王玉榮，副研究員；主要從事木材基礎(chǔ)材性及評(píng)價(jià)研究。

(*E-mail：yurwang@caf.ac.cn)

董鳳霞)