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白桦木材耐腐能力差异和木腐菌腐朽木材基因差异表达

刘欣  
【摘要】: 活立木腐朽与木材腐朽是各国林业生产和木材使用的大敌,对腐朽前后木材成分差异和腐朽菌丝差异的研究有助于进一步理解腐朽病害发生的机理。本研究以白桦木材和5种木材腐朽菌为材料,系统分析了经5种木材腐朽菌腐朽前后白桦木材主要化学成分的变化,5种主要木材腐朽菌在生长和酶学特性的差异,以及分离了2种木材腐朽菌腐朽前后菌丝差异表达的基因,探讨了5种木材腐朽菌的生物学特性与其腐朽白桦木材能力之间的关系,从腐朽前后木材腐朽菌和白桦木材化学成分两方面的变化规律,研究二者之间的相互作用机理,并在此基础上探索了环境友好的耐腐和易腐白桦育种策略---木腐菌的腐朽能力和白桦木材的天然耐腐性基础上的选择育种。主要研究结果如下: (1)用白囊耙齿菌(Irpex lacteus)、黄伞(Pholiota adiposa)、彩绒革盖菌(Coriolus versicolor)、木蹄层孔菌(Fomes fomentarius)和桦剥管菌(Piptoporus betulinus)5种木材腐朽菌,分别对帽儿山林场的300株白桦木材进行木材天然耐腐性检测,结果表明白桦木材重量损失率株间差异极显著,在群体水平上符合正态分布。彩绒革盖菌腐朽白桦木材的能力最强,其次是木蹄层孔菌和桦剥管菌,而白囊耙齿菌和黄伞腐朽白桦木材的能力最弱。黄伞和木蹄层孔菌腐朽后的木材重量损失率呈极显著的正相关,白囊耙齿菌和桦剥管菌腐朽后的木材重量损失率呈极显著的负相关。 (2)比较了腐朽木材与新鲜木材在主要化学成分上的差异,不同木材腐朽菌对木材中各主要成分的腐朽程度都不相同,说明木材腐朽菌对木材各成分有偏好性。 根据白桦木材腐朽后的重量损失率,每种木材腐朽菌筛选出10株耐腐和易腐白桦,分别组成五组耐腐和易腐群体,对应群体间的木材重量损失率差异极显著。5种耐腐群体可以用于今后白桦建筑材和单板材的良种选育。发现不同木材腐朽菌筛选出来的耐腐和易腐白桦植株绝大部分都不相同。 (3)分别5种木材腐朽菌将白桦木材的天然耐腐朽程度分为耐腐、易腐和中等腐朽三个层次,为今后判断白桦木材是否抗这5种木材腐朽菌腐朽提供了便利的比较方法和比较标准。 (4)对筛选出的白桦耐腐和易腐植株的新鲜木样主要化学成分进行Pearson相关性分析,发现白桦耐腐和易腐群体木材中的1%NaOH抽出物和水分与纤维素含量成显著负相关,易腐群体白桦木材中的水分与纤维素含量、苯醇抽出物和总酚含量、木质素和总酚和总黄酮含量成显著正相关,这些相关关系与对应成分的特性以及在耐腐和易腐群体中的含量相符。 (5)用分光光度法检测了白桦木材中的酚类和黄酮类物质含量,发现总酚和总黄酮含量显著性高的白桦木材抗木蹄层孔菌,总酚含量显著性高的白桦木材抗桦剥管菌。用GC-MS法进一步检测白桦木材,得到11种化合物。其中4,7-亚甲基-1H-茚-6-酚、N,N'-二亚水杨基-1,2-二氨基乙烷、3,4,5-三甲氧基苯酚属于酚类物质,反式-3-甲基-4-甲硫基-查耳酮属于黄酮类物质。 (6)系统地比较5种木材腐朽菌在固体、液体培养基中的生长特性、木质素降解酶活性与它们降解白桦木材的能力,发现5种木材腐朽菌对白桦木材的腐朽能力与它们在液体培养基中能达到最快生长速度所需要的时间相符,与其生长速度和木质素降解酶活性都无明显相关性,即生长迅速的木腐菌并不代表其木材降解能力强。 (7)木蹄层孔菌腐朽后的白桦木材1%NaOH抽出物含量最低,苯醇抽出物含量中等,纤维素含量最高,木质素含量比较低,而且其腐朽白桦木材的能力较强,适宜改造成造纸业原料处理的工程菌。 彩绒革盖菌的腐朽白桦木材能力最强,但腐朽白桦木材后的纤维素含量远低于其它3种菌,因此不适于生物辅助造纸,但其锰过氧化物酶和漆酶活性最高,可以用于其它污染物治理。 木蹄层孔菌筛选出的白桦易腐群体新鲜木材的1%NaOH抽出物含量中等,苯醇抽出物含量最低,纤维素含量比较高,木质素含量最低,因此最适用于碱法制浆过程的造纸。 (8)黄伞同时表达木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶的活性,腐朽后木材的木质素损失率高于纤维素损失率,腐朽木材近似于白色,不易粉碎。黄伞应该属于白腐菌。 (9)分别对白囊耙齿菌和桦剥管菌进行木材诱导,找到白囊耙齿菌的漆酶等5个同源片段和桦剥管菌的mRNA前体拼接因子syf2等7个同源片段。这些片段均在木材诱导真菌中有不同程度的表达,并且在木材腐朽菌腐朽木材过程中起了重要作用。 发现白腐菌和褐腐菌在白桦木材诱导下存在明显差异表达的基因,这些差异表达片段对木材腐朽机理的研究起重要作用。


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