基于诱导的可可球二孢菌染色杨木的研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shulili1987
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木材微生物染色是基于木材的生物质属性和多尺度孔隙结构特点以及微生物的生活习性,通过控制微生物在木材上的生活行为,使木材产生具有自然特征的颜色和图案效果,从而改善木材利用品质的过程,是木材调色的新方法,属木材的生物加工技术范畴,有较好的前景。本研究利用木材微生物变色防治的逆向思考,以可可球二孢菌(Lasiodiplodia theobromae)为染色主体,对杨木(Populus euramevicana)进行微生物染色。在优化可可球二孢菌正常生活条件的基础上,解析可可球二孢菌的诱导生长和分泌特性,采用促进可可球二孢菌黑色素快速生物合成以及合成途径中产生特异性表达的诱导物质,实现可可球二孢菌分泌色素颜色和产量的诱导(以下简称诱色和诱产);基于可可球二孢菌离体诱导下的培养特性,阐释可可球二孢菌在杨木不同切面的诱导侵染机制,探索可可球二孢菌对杨木颜色和图案的定向诱导;分离诱导产生的黑色素并进行结构解析,利用黑色素对杨木进行染色。得到主要研究结论如下:(1)酪氨酸酶和三环唑对可可球二孢菌在PDA培养基中的诱导效应显著。三环唑诱导中其分泌物颜色呈现红棕色,诱导后粗黑色素含量最高达3.47 mg/m L,20 d后100 mg/L的三环唑的平均效率值为0.083 mg/(m L×d),5 mmol/L Cu2+对可可球二孢菌的生长分泌具有明显抑制作用;可可球二孢菌黑色素属于异黑色素的一种,是主要含苯醌类结构和脂肪族结构的聚合物;黑色素在碱性条件下溶解性较好,相对结晶度为81%-84%,质量损失率为44.7%-49.5%,粒径在50-300 nm之间。(2)可可球二孢菌对杨木的侵染具有方向性,侵染路径呈三维结构。纵向侵染主要通过导管的管孔侵入木材内部,酪氨酸酶诱导下,在20 d最大侵染深度达20 mm,侵染面积占截面积的20%,在40 d时达到70%;而横向侵染主要通过导管纹孔和木射线组织侵入到木材内部,侵染厚度在40 d时处于0.6-1 mm左右。(3)杨木经可可球二孢菌侵染后颜色自然稳定,力学强度影响小。在三环唑诱导下可可球二孢菌侵染的杨木整体显现出红棕色-棕褐色,在横切面侵染30 d后色差值大于44.5 NBS,颜色过渡自然,边界渐变;经可可球二孢菌侵染40 d后杨木的耐日晒100 h色差值在1.5 NBS以下,4 h耐水洗色差值在3.0 NBS以下,杨木的结晶度降低量在3.4-4.9%之间,染色杨木失重率降低幅度为0.43%-3.09%,接触角增加幅度在3.1-15.85°之间;侵染20 d后拉伸模量损失率小于2%,侵染40 d后抗压强度变化幅度在-2.57%-6.8%之间。(4)诱导(酪氨酸酶、三环唑)和抑制物质(Cu2+)可实现可可球二孢菌在杨木上的定向侵染。前5 d实现诱导物质和抑制物质对可可球二孢菌的有效调控并按预设的目标图案轨迹进行活动;在10 d后诱导效应不变,Cu2+对可可球二孢菌的抑制减弱,侵染效果加强,抑制区和诱导区色差减小,20 d定向侵染的图案相似度下降1.12-6.04%;斜线型诱导在目标图案的轨迹生长中保持良好,10 d和20 d相似度达46.56%。(5)可可球二孢菌黑色素对杨木的染色效果良好。单板染色30 min后染料浓度对上染率的贡献减小,染色2 h后色差最大的杨木单板L*a*b*色度值为(67.108,10.538,34.554);实木染色10 h后染料浓度对实木的上染率影响减弱,染色40 h后L*a*b*色度值为(51.142,12.637,28.717);酪氨酸酶诱导黑色素在实木表面呈现密集的颗粒状分布,三环唑诱导黑色素染料在染色过程中容易出现簇状聚集形态,整体耐水洗色牢度较差。
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