【目的】利用原子力显微镜（ＡＦＭ）研究竹材纤维细胞和薄壁细胞纤维素微纤丝聚集体的分布规律，为竹纤维及竹材的加工利用提供理论支持。【方法】通过对脱木素处理的竹材进行树脂包埋及钻石刀修块抛光，制备出可以在ＡＦＭ下进行表征的样品，利用ＡＦＭ的ＴＡｐｐｉｎｇ模式对竹材纤维细胞和薄壁细胞中纤维素微纤丝聚集体进行观察。【结果】通过ＡＦＭ对处理的样品进行定位扫描可以得到高度图和相图，一个维管束内不同位置纤维细胞的高度图和相图都显示出多层结构，且细胞壁层数及各壁层厚度因细胞在竹材中所处位置不同而改变；一个维管束内不同位置细胞壁的相图显示高亮度的物质分布密度不同，从细胞壁内侧到细胞壁外侧都呈不均匀分布，且各壁层．．．

利用原子力显微镜(AFM)技术,研究超声处理及不同干燥方式对毛竹纤维初生壁微纤丝的影响。结果表明:经过不同预处理的毛竹纤维初生壁微纤丝都呈随机无序的交织状排列;与冻干初生壁微纤丝相比,气干的毛竹纤维初生壁微纤丝相互搭接得更紧密,纤丝之间的距离更小;超声处理增加了纤维粗糙度,并使得初生壁微纤丝暴露得更明显,超声处理提供了一个增加纤维表面润湿性和使竹纤维初生壁微纤丝更易被观察到的方法。因此,在利用AFM研究竹纤维微纤丝时,需要根据所要观察的目标特征来选择样品制备及预处理方式。

为了观察到竹纤维不同壁层微纤丝的取向,该文利用原子力显微镜对毛竹纤维的微纤丝取向进行了高分辨观察。采用了两种样品制备方式,一是化学离析后纤维,用于观察竹纤维表层的微纤丝取向;二是经过脱木素处理后的弦切片(厚度为30μm),用于观察竹纤维细胞腔内壁的微纤丝取向。结果表明,毛竹纤维初生壁微纤丝呈无序排列,但其细胞腔内壁的微纤丝相对纤维长轴则几乎垂直排列,这种排列模式与木材细胞对应壁层微纤丝的排列模式相似。同时,还观察到某些壁层的微纤丝呈高度定向排列,但拍摄到这类图像的几率较小。该研究证实,利用原子力显微镜可以实现对竹纤维微纤丝取向的高分辩观察,并且样品制备远较透射电镜简单,可操作性强。

竹纤维作为竹材最主要的承载单元,其物理力学性能对竹材以及竹纤维的利用有重要的意义。本文从竹纤维外观形态、单根纤维接触角、单根纤维力学性能、竹束纤维的物理力学性能、动态破坏过程、热稳定性等方面,介绍了目前从细胞水平上表征竹纤维性能的各种先进技术和方法。通过归纳和总结,为竹材在细胞水平上的深入研究和利用提供借鉴。

对16个落羽杉种源的14年生人工林木材微纤丝角和木材纤维形态进行测定。结果表明:1)16个种源落羽杉木材微纤丝角存在显著差异,微纤丝角变化在29.9~35.8°之间。从径向变化看,落羽杉胸径处木材微纤丝角在髓心处最大,由髓心向外逐渐减小;从纵向变化看,微纤丝角在基干处最大,随树木高度的增加而逐渐减小。2)16个落羽杉种源木材的纤维长度和宽度均存在显著差异,纤维长度的变化在1764.84~2900.08μm之间,纤维宽度的变化在28.48~51.21μm之间,纤维长宽比的变化在42.79~82.12之间。落羽杉胸径处木材纤维形态的径向变化为纤维长度和纤维宽度从髓心到树皮逐渐增加,纵向变化规律为纤...

为研究单个薄壁植物细胞的力学行为,采用内充液体的球形薄膜为细胞力学模型,在考虑细胞壁渗透规律的基础上,推导了模型的控制方程。该模型中假设细胞内物质为不可压缩液体,细胞壁为不可压缩超弹性薄膜;本构关系选用Moony的应变能函数;胞内液体在膨胀压作用下可透过膜渗出,渗出关系假定为单位渗透面积上的体积流量与膨胀压成正比。计算了该模型在承受一对刚性平板压缩时力学响应与液体渗出的关系。对模拟结果分析表明:细胞刚度随变形的增大而非线性增加,同时随细胞内部液体的渗出而减小;在等位移条件下细胞因液体渗出而出现松弛现象。

【目的】从微观层面探索竹材的弯曲性能,观察细胞在弯曲过程中的形态变化,为竹材弯曲机制的研究和开发利用提供依据。【方法】以竹篾为研究对象,采用循环加载-卸载方式,在电镜下观察弯曲过程中竹篾拉伸层薄壁细胞的形态变化。通过分析循环加载过程中细胞长轴和短轴的变化、拉伸层薄壁组织的应变变化、拉伸层薄壁细胞长轴和短轴的应变变化以及拉伸层薄壁细胞回弹率的变化,比较不同加载状态下薄壁细胞的变形。【结果】竹篾弯曲过程中,随着载荷增加,在试样未被破坏前,受拉层薄壁细胞在水平方向上被拉伸,在短轴方向上有轻微压缩。同一循环周期下,卸载后薄壁细胞的长轴和短轴均发生回弹。当试样弯曲变形时,相邻薄壁细胞的细胞壁产生褶皱变形。在试样破坏前,薄壁细胞长轴和短轴发生的最大应变分别为1. 03%和0. 71%,薄壁组织长轴发生的最大应变为0. 72%,薄壁细胞长轴和短轴的回弹率分别为30. 96%和5. 93%。【结论】采用Image-Pro Plus软件对细胞进行分析,可直接观察细胞变形。在弯曲过程中,竹篾拉伸层薄壁细胞长轴变长,短轴变短。加载到相同位置时,竹篾受拉层薄壁细胞在长轴方向上的应变大于短轴,长轴的回弹率比短轴高,薄壁细胞长轴方向的弹性较好。

为测定竹材薄壁组织和维管束中纤维素的分子量,通过从毛竹中分离出薄壁组织和维管束,分别从中提取出纤维素,采用铜乙二胺(CED)粘度法再对两组织中提取出的PTC和VBC分子量进行测定。结果表明:VBC分子聚合度为1 001,粘均分子量达到1.6×105,远高于PTC分子;将得到的结果与XRD测定结果对比,表明测得的VBC结晶度为67.9%,大于PTC的60.3%,纤维素大分子的晶区比例(结晶度)随着纤维素分子量的增加而增大。因此,维管束更适于作为制取竹纤维的原料。

以芘为探针、二苯甲酮为猝灭剂,采用稳态荧光探针法分别测定了3类典型表面活性剂增溶芘后的荧光光谱,确定了芘的适宜浓度为1.0×10(-4) mmol/L,二苯甲酮的适宜浓度为0.40.5mmol/L,以373nm与384nm的荧光强度之比(I_1/I_3)随表面活性剂浓度变化曲线的突变等结果为基础,建立了表面活性剂在水溶液中临界胶束浓度(CMC)和胶束聚集数(N_(agg))测试的荧光光谱法。

【目的】以不同生长期的毛竹材纤维细胞壁为研究重点,在纳米尺度下分别表征不同竹龄毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能,阐明成熟毛竹材纤维细胞壁的结构特征和力学性能与幼龄竹和过熟竹的差异,为竹材的科学采伐和竹材分级、改性及重组研究与合理利用提供理论依据。【方法】采用滑走显微制片法观察毛竹材横切面显微结构并精准确定其纳米压痕测试部位,应用纳米压痕技术结合非包埋制样法对0.5年幼龄毛竹、4.5年成熟毛竹和10.5年过熟毛竹材纤维细胞壁力学性能进行研究;利用广角X-射线散射法结合高斯拟合算法对不同竹龄毛竹材纤维细胞

【目的】应压木细胞壁S2层中的大微纤丝螺旋角(MFA)是树木管胞对力学环境适应性生长的结果，故它有其特别的力学功能。但目前人们还不了解S2层中大MFA对其抗压性能的增韧机理。基于应压木细胞壁S2层的超微结构所建立的复合材料力学模型，采用数值模拟方法研究应压木细胞壁S2层中MFA对其抗压韧性的影响并探究其中的力学机理，以及探索基于数值模型研究木细胞壁压缩韧性的建模与分析方法，为仿生材料设计奠定力学基础。【方法】首先将云杉木细胞壁S2层简化为连续微纤丝和基体组成的复合材料，并利用夹杂理论的自洽模型计算木细胞壁S2层基体的等效弹性常数。然后利用HyperWorks建立木细胞壁的纤维增强复合材料有限元分析模型，用Abaqus模拟不同MFA的应压木和正常木细胞壁S2层在压缩载荷下的力学行为，并用所得结果分析其MFA与抗压韧性的关系。在此基础上，对比是否考虑木细胞壁的S1、S2L和MP层对其受压力学行为的影响，并分析在应压木细胞壁数值模型中考虑各组分材料塑性行为的重要性。【结果】在压力作用下，当木细胞壁S2层的MFA增大时，其临界屈曲位移增大，临界屈曲压力先减小再增大。45°MFA应压木细胞壁S2层的临界压力与0°MFA正常木细胞壁S2层相当，但前者的临界屈曲位移是后者的3.57倍，屈曲失稳前的应变能是后者的2.95倍。在相同压力下，45°应压木细胞壁S2层微纤丝的von Mises应力低于0°正常木。由于单个应压木细胞壁S2层中螺旋状微纤丝所具有的压-扭耦合变形受到周边管胞对扭转变形的约束，其抗压刚度和抗压韧性得到增强。应压木细胞壁中的S1、S2L和MP层对其受压屈曲有显著的约束作用，完整应压木细胞壁的临界压力比只考虑S2层的临界压力增大37.6%。压力作用下木细胞壁的破坏模式为塑性屈曲，所以考虑木细胞壁各组分材料的塑性行为对准确地计算其抗压韧性十分重要，忽略其塑性行为会使其临界压力的计算结果增大2.97倍。【结论】在受压状态下，应压木细胞壁S2层中微纤丝的螺旋形貌改变了微纤丝与基体间的应力传递，使得S2层的基体承受更多的压应力，木细胞壁的破坏模式变为局部塑性屈曲。所以在压力作用下，尽管应压木细胞壁的抗压刚度随S2层MFA的增大而减小，但应压木细胞壁的临界屈曲位移随MFA的增大而显著地增大，从而增强了它的抗压韧性。当MFA为45°左右时，应压木细胞壁的抗压韧性最佳，此时不仅它的临界屈曲位移比正常木细胞壁S2层高两倍多，且它的临界屈曲压力也略高于后者。

对落叶松属4个种及其以日本落叶松为母本的种间杂交组合的早晚材管胞形态和微纤丝角进行了测定分析,研究结果表明:落叶松各管胞特征值及微纤丝角基本符合甚至远超过较优纸浆材筛选要求;落叶松种间及其杂种早晚材管胞形态特征值差异显著或极显著,早、晚材管胞长变幅分别为3 164.45 3 865.26、3 318.51 4 200.87μm,早、晚材管胞长宽比变幅分别为57.10 72.93、117.95 146.50,早晚材管胞径向腔径变幅分别为38.9646.68、10.76 12.92μm,日本落叶松早晚材纤维长、纤维长宽比均显著高于华北、长白及兴安落叶松,从管胞特征值分析,日本落叶松较其它3种落叶松...

研究黑松苗接种松材线虫后,被侵染早期寄主薄壁细胞死亡的过程和方式。应用荧光显微技术观察到,接种后松苗皮层薄壁细胞陆续发生程序性死亡,表现为核染色质浓缩并在核膜下"半膜状"呈新月形凝集以及核变形、降解、不规则碎裂直至解体等细胞凋亡的典型特征,这与自然干枯萎蔫的松苗细胞坏死有显著差异。产生细胞凋亡现象不仅发生在接种点附近,而且还出现在线虫未到达的远离接种点部位,细胞凋亡数量和程度随着时间的推移和线虫在松苗体内不断扩散分布而逐步增加。在松材线虫致使松树萎焉的过程中寄主细胞发生了程序性死亡,并提供了寄主松树感染线虫后发生细胞程序性死亡的有关细胞学证据。在植物组织上应用碘化丙锭荧光染色法研究植物细胞的程...

【目的】为引种栎木的科学利用提供理论依据。【方法】以14年生美国红橡纳塔栎Quercus nuttallii、水栎Quercus nigra、舒玛栎Quercus shumardii为对象,采用富兰克林解离法及X-射线衍射法(XRD)研究其纤维形态、微纤丝角及结晶度,并对数据进行方差分析及回归分析。【结果】3种美国红橡纤维长度分别为1 172.14、 1 178.68和1 162.45μm,纤维宽度分别为15.86、 16.56和16.91μm,种间差异均不显著(P>0.05);双壁厚度分别为10.23、11.19和10.96μm,壁腔比分别为1.85、 2.10和1.91,种间差异均显著(P<0.01)。3种美国红橡纤维长度、宽度、双壁厚、壁腔比以及结晶度均随生长轮的增加呈增长趋势,微纤丝角随生长轮的增加呈下降趋势,并且年轮间存在着一定的波动。【结论】14年生纳塔栎、水栎和舒玛栎纤维尺寸、微纤丝角、结晶度径向变化尚未稳定,仍处于幼龄期。纤维长度、宽度、双壁厚及微纤丝角与生长轮有较好的拟合关系。图3表2参21

【目的】构建棕榈藤材纤维细胞壁结构模型，扩大棕榈藤材的用途，提高棕榈藤材的利用率。【方法】选择高地钩叶藤为研究对象，对其高2 m处截取试样，经软化、聚乙二醇（PEG）包埋、切片、室温下经硼氢化钠（NaBH_4）溶液浸泡后，取出切片，用蒸馏水洗净，固定在载玻片上并置于拉曼显微镜下，利用显微共聚焦拉曼光谱仪依次对纤维细胞角隅（CC）、复合胞间层（CML）、次生壁外层（S_1）、次生壁中层（S_2）及次生壁内层（S_3）采用逐点扫描显微探针成像方法获取光谱数据集，再利用Lab Spec5软件进行处理，从而测得纤维细胞不同形态区域细胞壁的化学成分浓度。【结果】纤维S_2的纤维素浓度最高，CC最低；相反，CC木质素浓度最高，S_2木质素浓度最低；CML纤维素和木质素浓度介于S_2和CC之间。纤维细胞S_1半纤维素浓度最高，S_2和S_3均较低，CML和CC最低。S_3、S_1纤维素的浓度差异较小，而木质素与半纤维素浓度的差异较大；其中，S_1木质素和半纤维素的浓度高于S_2和S_3。【结论】高地钩叶藤纤维细胞壁次生壁（S）纤维素、半纤维素浓度高于CML，而木质素浓度低于CML;S_1、S_2和S_3纤维素浓度相差不大，但S_1木质素和半纤维素的浓度高于S_2和S_3。