杂交鹅掌楸纤维形态和化学组成的纵向变化规律_时留新
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图 2 为杂交鹅掌楸长宽比和壁腔比在径向上随 年轮的变化规律。最外层的新生纤维（增加，纤 维在长度方向上生长较宽度方向更为明显，长宽比
1.2 纤维形态分析
取 1 g 试样置于试管内，加入适量蒸馏水反复 煮沸至试样下沉。随后加入少量 35% 硝酸和氯酸 钾，再次煮沸至试样变白，用蒸馏水洗涤、煮沸、 过滤后稀释。加入 2 滴 2% 番红染液即成纤维解 离样品。纤维长宽比和壁腔比分别采用莱卡光学 显微镜和奥林巴斯光学显微镜，参照 GB/T 103361989，利用南京林业大学开发的 FMS-2000A 纤维 形态测量系统采样测定。每个试样均测定 250 根 纤维，取平均值计算长宽比和壁腔比。
图 4 杂交鹅掌楸纵向上木质素含量的变化 Fig. 4 Changes of lignin content along tree longitudinal
direction
图 5 为杂交鹅掌楸综纤维素及戊聚糖含量在 纵向高度方向上的变化情况。与木质素的变化情 况相反，在顶端的新生纤维中含有较多的综纤维 素。在取样高度 9 m 以下，由于生长年限较长， 木质化程度明显，综纤维素含量减少。同样，在
杂 交 鹅 掌 楸 Liriodendron hybrids 是 以 鹅 掌 楸 属 Liriodendron 两 个 现 存 种（ 中 国 马 褂 木 L.chinense (Hemsl) Sarg. 和北美鹅掌楸 L.tulipifera L.）为亲本创造的种间杂种，由我国著名林木育种 学家叶培忠教授于 1963 年首次育成 [1]。与其亲本 相比，该杂种在生长速度和抗逆性状等方面均表 现出明显的杂种优势。杂交鹅掌楸生长迅速、体 型高大、叶形奇特，树干通直圆满，出材率高， 具有十分广阔的开发应用前景，可作为重要的用 材树种和城市绿化树种 [2-3]。针对鹅掌楸自身繁殖
Abstract: The variations of fiber morphology and chemical components of Liriodendron hybrids along longitudinal direction were studied, and were compared with the fast-growing broadleaf timber commonly used in pulping and papermaking. The results indicate that the length-width ratio of the fibers increased with the rise of growing years, and the cell wall-lumen ratio increased initially and declined slightly after 8~9 years. The L. hybrid had the optimum fiber morphology after 8~9 years; In contrast to other fast-growing wood, such as triploid Populus tomentosa and Eucalyptus, and the extractive content of L. hybrids was lower, its ash content was less than 1%, the holocellulose, lignin and pentosan contents were 82.39%, 22.71% and 14.02% respectively, which were suitable for pulping to get pulp with higher yield; Meanwhile, the L. hybrids were similar to Masson pine in length-width ratio, cell wall-lumen ratio and fiber long and flexible, so it is an excellent commercial forest for pulping and bio-refinery. Key words: Liriodendron hybrids; wood property; lignin; fiber morphology; chemical component
1.3 化学成分分析
筛选的 40 ～ 60 目的木粉分别按照 Tappi 标准 测定，苯醇抽提物含量参照 Tappi T204 cm-97；灰 分含量参照 Tappi T211 om-02；综纤维素含量参照 Tappi useful method T249；戊聚糖含量参照 Tappi T223 cm-01；Klason 木 质 素 含 量 参 照 Tappi T222 om-02；酸溶木素含量参照 Tappi T13 wd-74。
SHI Liu-xin, JIN Rong-rong, LIANG Cong-cong, ZHAI Hua-min
(Jiangsu Provincial Key Lab. of Pulp and Paper Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jianhshu, China)
着取样高度的增加呈现减小的趋势。这说明在取样 高度较高的顶端，新生纤维中抽提物及灰分含量均 较少。随着生长年限的增加，所形成的树脂含量增 加，无机物也逐渐累积。在纵向高度 9 m 到树干顶 端中所含有的抽提物和灰分均维持在较低值，不会 引起造纸过程中树脂障碍和黑液回收的硅干扰。
第8期
图 3 杂交鹅掌楸纵向高度方向上灰分及抽提物含量的变化 Fig. 3 Changes of ash and extractive contents along tree longitudinal direction
在距地面 1.5 m 位置取一圆盘，按年轮分别取 24 个样，劈成火柴杆大小的木条，分析其在横向 生长过程中的纤维形态变化。
较低。从顶部到底部，随着生长年限的增加，纤 维壁腔比逐步增大，到达一定值后相对稳定。在 底 部 0 ～ 7.5 m 之 间， 其 壁 腔 比 稳 定 在 0.58 ～ 0.60 之间。
第 33 卷
中南林业科技 大学学报
7
1 原料与方法
1.1 原料及取样
在纵向上对 26 a 生的杂交鹅掌楸以 1.5 m 为 间距取样，共 10 个样，劈成火柴杆大小的木条， 分析其在纵向生长过程中的纤维形态变化。同时 在相同部位取样，将其粉碎筛选取 40 ～ 60 目（0.25 ～ 0.38 mm）的木粉，分析其化学组成变化。
2.2 化学组成在纵向的变化规律
图 3 所示为杂交鹅掌楸灰分及抽提物含量在纵 向高度方向上的变化情况。灰分及抽提物含量均随
杂交鹅掌楸在纵向高度方向上，其长宽比从 底部到顶部呈现逐步减小的趋势，如图 1 所示。木 材底部为多年生纤维，纤维已成熟，在 0 ～ 7.5 m 间其长宽比较为稳定，长宽比在 74 ～ 77 之间。 顶部为新生纤维，纤维在宽度方向上与成熟纤维 尺寸相仿，但在长度上要小的多。越靠近底部， 纤维越长，长宽比越大。但即使在最顶部的新生 纤维，其长宽比仍大于 60，为优质的造纸用材。 杂交鹅掌楸纤维壁腔比在纵向高度方向上的变异 规律与长宽比的变异规律类似。顶部新生纤维由 于细胞腔较大，细胞壁尚未长成，其壁腔比相对
（南京林业大学 江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室，江苏 南京 210037）
摘 要：为深刻了解杂交鹅掌楸的纤维和化学组成特性，系统分析了多年生杂交鹅掌楸在纵横向生长过程中的
纤维形态及木材化学组成的变化，并与制浆造纸常用速生阔叶材（三倍体毛白杨、桉木）和马尾松就纤维形态
与化学组成特性进行了比较。研究结果表明：杂交鹅掌楸随着生长年限的增加，纵向纤维长宽比变大，壁腔比
杂交鹅掌楸木质素在纵向高度方向上的变异 情况如图 4 所示。在纵向较高取样点处的纤维含 有较低的 Klason 木质素和总木质素。随着生产年 限的增加，纤维开始木质化，木质素逐渐增加， 越靠近底部的纤维中含有较高的木质素含量。但 即使对 26 a 生的杂交鹅掌楸，其底部的木质素含 量也不超过 24%，不会明显增加脱木质素的负荷 及化学品消耗。
2 结果与讨论
2.1 纤维形态在纵横向的变化规律
图 1 杂交鹅掌楸纵向纤维长宽比及壁腔比的变化 Fig. 1 Changes of length-width ratio and cell wall-lumen
ratio along tree longitudinal direction
增加 [9]。杂交鹅掌楸生长 8 ～ 9 a 后，其径向上长宽 比趋于稳定，长宽比稳定在 75 左右。杂交鹅掌楸在 径向上其壁腔比随树龄的变化呈现出先增加后减小 的趋势，见图 2。随着生长年限的增加，细胞壁厚 度逐步增加。在 8 ～ 9 a 的时候其壁腔比也趋向于 稳定。生长年限超过 20 a 后，由于木质化程度增加， 其壁腔比又略有减少，但壁腔比仍大于 0.50。
的造纸、木质纤维生物利用新原料。
关键词：杂交鹅掌楸；材性；木质素；纤维形态；化学成分
中图分类号：S792.21
文献标志码：A
文章编号：1673-923X(2013)08-0006-04
Changing laws of fiber morphology and chemical component of Liriodendron hybrids along tree longitudinal direction
第 33 卷 第 8 期 2013 年 8 月
中南林业科技大学学报 Journal of Central South University of Forestry & Technology
Vol. 33 No. 8 Aug. 2013
杂交鹅掌楸纤维形态和化学组成的纵向变化规律
时留新，金融融，梁丛丛，翟华敏
能力差，自然结实率低的特点，南京林业大学施 季森教授的课题组成功地发明了杂交鹅掌楸体细 胞胚胎发生与植株再生方法，使规模化生产扩大 杂交鹅掌楸种苗成为现实可能 [4]。本研究基于该 细胞工程技术的突破，以南京林业大学培育出的 杂交鹅掌楸为原料，通过分析其纤维形态及化学 组成特性 [5-6]，对其作为造纸、木质纤维生物利用 新材料的性能进行评价 [7-8]，为杂交鹅掌楸的产业 化推广应用提供基础依据。
收稿日期：2013-05-15 基金项目：国家林业局 948 项目（2012-4-09）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD） 作者简介：时留新（1968―），男，江苏苏州人，副教授，硕士生导师，主要从事制浆造纸和生物质资源利用方面的研究； E-mail:shiliuxin@ 通讯作者：翟华敏（1956―），男，江苏高淳人，教授，博士生导师，主要从事制浆造纸和生物炼制方面的研究； E-mail:hzhai@
图 2 杂交鹅掌楸径向长宽比和壁腔比随树龄的变化 Fig. 2 Changes of length-width ratio and cell wall-lumen
ratio along tree radial direction with age change
8
时留新，等：杂交鹅掌楸纤维形态和化学组成的纵向变化规律
呈现先增加后减小的趋势；生长 8 ～ 9 年的杂交鹅掌楸具有最佳的纤维形态特性；与其他造纸速生材相比，杂
交鹅掌楸具有较低的抽出物含量，灰分含量低于 1%，综纤维素含量高达 82.39%，木质素和戊聚糖含量分别为
22.71% 和 14.02%；同时，杂交鹅掌楸纤维具有接近马尾松的长宽比和壁腔比、细长且柔软的特性，是一种优良
1.2 纤维形态分析
取 1 g 试样置于试管内，加入适量蒸馏水反复 煮沸至试样下沉。随后加入少量 35% 硝酸和氯酸 钾，再次煮沸至试样变白，用蒸馏水洗涤、煮沸、 过滤后稀释。加入 2 滴 2% 番红染液即成纤维解 离样品。纤维长宽比和壁腔比分别采用莱卡光学 显微镜和奥林巴斯光学显微镜，参照 GB/T 103361989，利用南京林业大学开发的 FMS-2000A 纤维 形态测量系统采样测定。每个试样均测定 250 根 纤维，取平均值计算长宽比和壁腔比。
图 4 杂交鹅掌楸纵向上木质素含量的变化 Fig. 4 Changes of lignin content along tree longitudinal
direction
图 5 为杂交鹅掌楸综纤维素及戊聚糖含量在 纵向高度方向上的变化情况。与木质素的变化情 况相反，在顶端的新生纤维中含有较多的综纤维 素。在取样高度 9 m 以下，由于生长年限较长， 木质化程度明显，综纤维素含量减少。同样，在
杂 交 鹅 掌 楸 Liriodendron hybrids 是 以 鹅 掌 楸 属 Liriodendron 两 个 现 存 种（ 中 国 马 褂 木 L.chinense (Hemsl) Sarg. 和北美鹅掌楸 L.tulipifera L.）为亲本创造的种间杂种，由我国著名林木育种 学家叶培忠教授于 1963 年首次育成 [1]。与其亲本 相比，该杂种在生长速度和抗逆性状等方面均表 现出明显的杂种优势。杂交鹅掌楸生长迅速、体 型高大、叶形奇特，树干通直圆满，出材率高， 具有十分广阔的开发应用前景，可作为重要的用 材树种和城市绿化树种 [2-3]。针对鹅掌楸自身繁殖
Abstract: The variations of fiber morphology and chemical components of Liriodendron hybrids along longitudinal direction were studied, and were compared with the fast-growing broadleaf timber commonly used in pulping and papermaking. The results indicate that the length-width ratio of the fibers increased with the rise of growing years, and the cell wall-lumen ratio increased initially and declined slightly after 8~9 years. The L. hybrid had the optimum fiber morphology after 8~9 years; In contrast to other fast-growing wood, such as triploid Populus tomentosa and Eucalyptus, and the extractive content of L. hybrids was lower, its ash content was less than 1%, the holocellulose, lignin and pentosan contents were 82.39%, 22.71% and 14.02% respectively, which were suitable for pulping to get pulp with higher yield; Meanwhile, the L. hybrids were similar to Masson pine in length-width ratio, cell wall-lumen ratio and fiber long and flexible, so it is an excellent commercial forest for pulping and bio-refinery. Key words: Liriodendron hybrids; wood property; lignin; fiber morphology; chemical component
1.3 化学成分分析
筛选的 40 ～ 60 目的木粉分别按照 Tappi 标准 测定，苯醇抽提物含量参照 Tappi T204 cm-97；灰 分含量参照 Tappi T211 om-02；综纤维素含量参照 Tappi useful method T249；戊聚糖含量参照 Tappi T223 cm-01；Klason 木 质 素 含 量 参 照 Tappi T222 om-02；酸溶木素含量参照 Tappi T13 wd-74。
SHI Liu-xin, JIN Rong-rong, LIANG Cong-cong, ZHAI Hua-min
(Jiangsu Provincial Key Lab. of Pulp and Paper Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, Jianhshu, China)
着取样高度的增加呈现减小的趋势。这说明在取样 高度较高的顶端，新生纤维中抽提物及灰分含量均 较少。随着生长年限的增加，所形成的树脂含量增 加，无机物也逐渐累积。在纵向高度 9 m 到树干顶 端中所含有的抽提物和灰分均维持在较低值，不会 引起造纸过程中树脂障碍和黑液回收的硅干扰。
第8期
图 3 杂交鹅掌楸纵向高度方向上灰分及抽提物含量的变化 Fig. 3 Changes of ash and extractive contents along tree longitudinal direction
在距地面 1.5 m 位置取一圆盘，按年轮分别取 24 个样，劈成火柴杆大小的木条，分析其在横向 生长过程中的纤维形态变化。
较低。从顶部到底部，随着生长年限的增加，纤 维壁腔比逐步增大，到达一定值后相对稳定。在 底 部 0 ～ 7.5 m 之 间， 其 壁 腔 比 稳 定 在 0.58 ～ 0.60 之间。
第 33 卷
中南林业科技 大学学报
7
1 原料与方法
1.1 原料及取样
在纵向上对 26 a 生的杂交鹅掌楸以 1.5 m 为 间距取样，共 10 个样，劈成火柴杆大小的木条， 分析其在纵向生长过程中的纤维形态变化。同时 在相同部位取样，将其粉碎筛选取 40 ～ 60 目（0.25 ～ 0.38 mm）的木粉，分析其化学组成变化。
2.2 化学组成在纵向的变化规律
图 3 所示为杂交鹅掌楸灰分及抽提物含量在纵 向高度方向上的变化情况。灰分及抽提物含量均随
杂交鹅掌楸在纵向高度方向上，其长宽比从 底部到顶部呈现逐步减小的趋势，如图 1 所示。木 材底部为多年生纤维，纤维已成熟，在 0 ～ 7.5 m 间其长宽比较为稳定，长宽比在 74 ～ 77 之间。 顶部为新生纤维，纤维在宽度方向上与成熟纤维 尺寸相仿，但在长度上要小的多。越靠近底部， 纤维越长，长宽比越大。但即使在最顶部的新生 纤维，其长宽比仍大于 60，为优质的造纸用材。 杂交鹅掌楸纤维壁腔比在纵向高度方向上的变异 规律与长宽比的变异规律类似。顶部新生纤维由 于细胞腔较大，细胞壁尚未长成，其壁腔比相对
（南京林业大学 江苏省制浆造纸科学与技术重点实验室，江苏 南京 210037）
摘 要：为深刻了解杂交鹅掌楸的纤维和化学组成特性，系统分析了多年生杂交鹅掌楸在纵横向生长过程中的
纤维形态及木材化学组成的变化，并与制浆造纸常用速生阔叶材（三倍体毛白杨、桉木）和马尾松就纤维形态
与化学组成特性进行了比较。研究结果表明：杂交鹅掌楸随着生长年限的增加，纵向纤维长宽比变大，壁腔比
杂交鹅掌楸木质素在纵向高度方向上的变异 情况如图 4 所示。在纵向较高取样点处的纤维含 有较低的 Klason 木质素和总木质素。随着生产年 限的增加，纤维开始木质化，木质素逐渐增加， 越靠近底部的纤维中含有较高的木质素含量。但 即使对 26 a 生的杂交鹅掌楸，其底部的木质素含 量也不超过 24%，不会明显增加脱木质素的负荷 及化学品消耗。
2 结果与讨论
2.1 纤维形态在纵横向的变化规律
图 1 杂交鹅掌楸纵向纤维长宽比及壁腔比的变化 Fig. 1 Changes of length-width ratio and cell wall-lumen
ratio along tree longitudinal direction
增加 [9]。杂交鹅掌楸生长 8 ～ 9 a 后，其径向上长宽 比趋于稳定，长宽比稳定在 75 左右。杂交鹅掌楸在 径向上其壁腔比随树龄的变化呈现出先增加后减小 的趋势，见图 2。随着生长年限的增加，细胞壁厚 度逐步增加。在 8 ～ 9 a 的时候其壁腔比也趋向于 稳定。生长年限超过 20 a 后，由于木质化程度增加， 其壁腔比又略有减少，但壁腔比仍大于 0.50。
的造纸、木质纤维生物利用新原料。
关键词：杂交鹅掌楸；材性；木质素；纤维形态；化学成分
中图分类号：S792.21
文献标志码：A
文章编号：1673-923X(2013)08-0006-04
Changing laws of fiber morphology and chemical component of Liriodendron hybrids along tree longitudinal direction
第 33 卷 第 8 期 2013 年 8 月
中南林业科技大学学报 Journal of Central South University of Forestry & Technology
Vol. 33 No. 8 Aug. 2013
杂交鹅掌楸纤维形态和化学组成的纵向变化规律
时留新，金融融，梁丛丛，翟华敏
能力差，自然结实率低的特点，南京林业大学施 季森教授的课题组成功地发明了杂交鹅掌楸体细 胞胚胎发生与植株再生方法，使规模化生产扩大 杂交鹅掌楸种苗成为现实可能 [4]。本研究基于该 细胞工程技术的突破，以南京林业大学培育出的 杂交鹅掌楸为原料，通过分析其纤维形态及化学 组成特性 [5-6]，对其作为造纸、木质纤维生物利用 新材料的性能进行评价 [7-8]，为杂交鹅掌楸的产业 化推广应用提供基础依据。
收稿日期：2013-05-15 基金项目：国家林业局 948 项目（2012-4-09）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD） 作者简介：时留新（1968―），男，江苏苏州人，副教授，硕士生导师，主要从事制浆造纸和生物质资源利用方面的研究； E-mail:shiliuxin@ 通讯作者：翟华敏（1956―），男，江苏高淳人，教授，博士生导师，主要从事制浆造纸和生物炼制方面的研究； E-mail:hzhai@
图 2 杂交鹅掌楸径向长宽比和壁腔比随树龄的变化 Fig. 2 Changes of length-width ratio and cell wall-lumen
ratio along tree radial direction with age change
8
时留新，等：杂交鹅掌楸纤维形态和化学组成的纵向变化规律
呈现先增加后减小的趋势；生长 8 ～ 9 年的杂交鹅掌楸具有最佳的纤维形态特性；与其他造纸速生材相比，杂
交鹅掌楸具有较低的抽出物含量，灰分含量低于 1%，综纤维素含量高达 82.39%，木质素和戊聚糖含量分别为
22.71% 和 14.02%；同时，杂交鹅掌楸纤维具有接近马尾松的长宽比和壁腔比、细长且柔软的特性，是一种优良