本文選題：棉花纖維 + 苯丙烷類化合物　； 參考：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：結(jié)構(gòu)物質(zhì)生化組分是棉花纖維品質(zhì)形成的基礎(chǔ),現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)棉花纖維中存在著苯丙烷類化合物,并與棉花纖維品質(zhì)形成有關(guān),但該化合物的化學(xué)特性尤其是其結(jié)構(gòu)單體還缺乏研究。棉花纖維纖細(xì)、柔軟、纖維素含量高,不同于其他植物細(xì)胞壁,分析其他植物材料中苯丙烷類化合物的方法不能直接用于棉花纖維。本研究根據(jù)棉花纖維的這一特性,優(yōu)化改良常用的化學(xué)處理方法,并利用改良后的方法通過對棉花纖維中苯丙烷類化合物含量動態(tài)變化及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,研究棉花纖維中的苯丙烷類化合物的特性,為揭示棉花纖維品質(zhì)形成的生化機(jī)理奠定基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下：1.利用熒光顯微鏡對切斷的棉花纖維進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)在纖維切斷的兩頭有較強(qiáng)的自發(fā)熒光,棉花纖維細(xì)胞壁中由于有初生壁的包被,使得其在纖維的切頭處熒光現(xiàn)象表現(xiàn)明顯,這一現(xiàn)象在所觀察的棉花纖維中具有普遍性。對棉花纖維采用巰基乙酸法提取苯丙烷類化合物后,其自發(fā)熒光現(xiàn)象隨著提取次數(shù)的增加而減弱,從而揭示苯丙烷類化合物主要存在于棉花纖維次生壁中。2.優(yōu)化了經(jīng)典的分析植物細(xì)胞壁木質(zhì)素的Klason法,使其適用于分析棉花纖維這種特殊材料的木質(zhì)素,并利用優(yōu)化后的Klason法對不同發(fā)育階段棉花纖維木質(zhì)素動態(tài)積累進(jìn)行分析,結(jié)果表明開花后20天(20DP A,Day Post-anthesis)棉花纖維中木質(zhì)素的百分含量最大,隨著纖維發(fā)育,木質(zhì)素的百分含量呈下降趨勢,成熟纖維的木質(zhì)素百分含量最低。組織化學(xué)染色表明發(fā)育20 DPA時棉花纖維染色最深,隨著棉花纖維的發(fā)育,染色越來越淺,直至纖維成熟后染色顏色最淺。再次表明棉花纖維發(fā)育20 DPA時木質(zhì)素百分含量最大,隨著棉花纖維發(fā)育而下降,根據(jù)組織化學(xué)染色結(jié)果推測棉花纖維中可能存在有G(Guaiacyl unit,愈創(chuàng)木基丙烷單元)和S(Syringyl unit,紫丁香基丙烷單元)兩種結(jié)構(gòu)單體。3.建立了適合棉花纖維苯丙烷類結(jié)構(gòu)單體的分析方法：利用巰基乙酸法將苯丙烷類化合物從清洗過可溶物質(zhì)的干燥的棉花纖維中提取分離出來,用5 mL蒸餾水清洗2次,干燥后用研缽將結(jié)集在一起的苯丙烷類化合物研磨成粉末；再采用DFRC(Derivatization Followed by Reductive Cleavage,衍生化后的還原降解反應(yīng))法分析得到其結(jié)構(gòu)單體,兩種方法結(jié)合可以檢測到棉花纖維中含有G-木質(zhì)素和S-木質(zhì)素組成的兩種結(jié)構(gòu)單體,并且G響應(yīng)值顯著高于S。該方法同時為研究苯丙烷類化合物含量低的材料的結(jié)構(gòu)單體提供了新的思路。4.利用巰基乙酸和鹽酸處理植物細(xì)胞壁,蒸餾水清洗游離的化學(xué)試劑后電鏡觀察、對比分析后發(fā)現(xiàn)：巰基乙酸和鹽酸預(yù)處理可以使細(xì)胞壁斷裂破碎,但不造成其組分結(jié)構(gòu)破壞,未經(jīng)化學(xué)處理的纖維和提取過苯丙烷類化合物的纖維在1500～1100 cm~(-1)波數(shù)區(qū)間近似重疊,而巰基乙酸和鹽酸處理后的棉花纖維在1730 cm~(-1),1350～1150 cm~(-1)波數(shù)區(qū)間顯著高于未經(jīng)化學(xué)處理的棉花纖維。巰基乙酸和鹽酸處理植物細(xì)胞壁后再采用FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,傅里葉變換紅外光譜分析法)分析,顯示了一些非化學(xué)處理所觀察不到的吸收波峰,使FTIR分析得到的組分結(jié)果更加豐富。棉花纖維FTIR分析結(jié)果表明,棉花纖維中存在愈創(chuàng)木基和紫丁香基兩種結(jié)構(gòu)單元。根據(jù)成熟棉花纖維在1270 cm~(-1)和1230 cm~(-1)處吸收峰的強(qiáng)度比A1270/Ai230=1.69,推知棉花纖維中木質(zhì)素的類型為愈創(chuàng)木基-紫丁香基木質(zhì)素(G-S),且愈創(chuàng)木基的相對含量多于紫丁香基。在纖維發(fā)育20 DPA時,纖維紅外光譜圖中大部分吸收峰都比隨后的發(fā)育進(jìn)程中的吸收峰高,尤其是在3340 cm~(-1)、2920 cm~(-1)、1730 cm~(-1)、1620 cm~(-1)、1510 cm~(-1)、1430 cm~(-1)、1270 cm~(-1)、1230 cm~(-1)處的吸收峰都比其他發(fā)育時期的高,1330 cm~(-1)處的吸收峰在該時期稍低。隨著棉花纖維的發(fā)育,這些吸收峰值逐漸降低,1330 cm~(-1)處的吸收值升高,而1230 cm~(-1)吸收峰降低。5.利用1H-NMR(Nuclear Magnetic Resonance,核磁共振氫譜)法分析棉花纖維中的木質(zhì)素可推斷棉花纖維木質(zhì)素屬愈創(chuàng)木基-紫丁香基型木質(zhì)素(G-S型木質(zhì)素),愈創(chuàng)木基單元和紫丁香基單元間相互連接的方式有：碳-碳鍵β-5和β-β、醚鍵β-O-4。
[Abstract]:The biochemical components of structural substances are the basis for the formation of cotton fiber quality. The existing studies have found that there are phenylpropane compounds in cotton fibers, which are related to the formation of cotton fiber quality, but the chemical properties of the compound, especially the structural monomers, are still lack of study. Cell wall, analysis of phenylpropane compounds in other plant materials can not be used directly in cotton fiber. This study, based on the characteristics of cotton fiber, optimized the modified methods of chemical treatment, and analyzed the dynamic changes and structure of the benzopropane content in cotton fiber by the improved method. The characteristics of the phenylpropane compounds in cotton fiber lay the foundation for revealing the biochemical mechanism of the cotton fiber quality formation. The main results are as follows: 1. the cotton fibers cut off were observed by the fluorescence microscope, and the strong spontaneous fluorescence was found on the two ends of the fiber, and the wall of the cotton fiber cell was due to the primary wall. The phenomenon of fluorescence in the cutting head of the fiber is obvious. This phenomenon is common in the observed cotton fibers. After the extraction of propane compounds by mercapto acetic acid, the spontaneous fluorescence phenomenon of cotton fiber decreases with the increase of the number of extraction times, thus revealing that the phenylpropane compounds are mainly in cotton. In the secondary wall of the flower fiber,.2. optimized the classical Klason method for analyzing the lignin of plant cell wall, making it suitable for analyzing the lignin of the special material of cotton fiber, and using the optimized Klason method to analyze the dynamic accumulation of cotton fiber lignin at different developmental stages. The results showed that 20 days after flowering (20DP A, Day Post-anthesis). The percentage of lignin in cotton fiber is the largest. With the development of fiber, the content of lignin is decreasing and the percentage of lignin in mature fiber is the lowest. The histochemical staining shows that cotton fiber is dyed the most when the development of 20 DPA, with the development of cotton fiber, the color is getting lighter and shallower, and the dyeing color is the shallower after the fiber matures. It was shown that the content of lignin was the largest in cotton fiber development at 20 DPA and decreased with the development of cotton fiber. According to the histochemical staining results, it is suggested that there may be two kinds of structural monomer.3. for cotton fiber in cotton fiber, including G (Guaiacyl unit, guaiaco propane unit) and S (Syringyl unit, purple Ding Xiangji propane unit). A method for the analysis of the structural monomers of the type of vitamin benzoate: extraction of phenylpropane compounds from the dry cotton fibers that cleaned the soluble substances by mercapto acetic acid, cleaned with 5 mL distilled water for 2 times, and then grinded into the powder by the mortar, and then using the DFRC (Derivatization Follo). Wed by Reductive Cleavage, derived reductive degradation reaction) method was used to analyze the structural monomers. Two methods were used to detect two structural monomers containing G- lignin and S- lignin in cotton fibers, and the G response value was significantly higher than that of S.. The structure monomer provides a new idea.4. using mercapto acetic acid and hydrochloric acid to treat plant cell wall, distilled water to clean free chemical reagents after scanning electron microscope. After comparison and analysis, it is found that mercapto acetic acid and hydrochloric acid pretreatment can break the cell wall fracture, but do not cause its component structure broken, without chemically treated fiber and extraction of phenylpropyl The fibers of Alkane Compounds overlapped approximately in the range of 1500~1100 cm~ (-1) wave numbers, while mercapto acetic acid and hydrochloric acid treated cotton fibers were significantly higher in the 1730 cm~ (-1), 1350~1150 cm~ (-1) wave numbers than those of untreated cotton fibers. Mercapto acetic acid and hydrochloric acid were used to treat the cell wall of plants and then FTIR (Fourier Transform Infrared S) Pectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis showed that some non chemical absorption peaks were not observed, and the results of FTIR analysis were more abundant. Cotton fiber FTIR analysis showed that there were two structural units of guaiaci and clove base in cotton fiber. According to the mature cotton fiber in 1270 C The intensity of the absorption peak at m~ (-1) and 1230 cm~ (-1) is higher than that of A1270/Ai230=1.69. It is known that the type of lignin in cotton fiber is the guaiac-clove based lignin (G-S), and the relative content of the guaiaci base is more than the clove base. When the fiber development is 20 DPA, most of the absorption peaks in the fiber infrared spectrum are compared to the absorption in the subsequent development process. Peak height, especially at 3340 cm~ (-1), 2920 cm~ (-1), 1730 cm~ (-1), 1620 cm~ (-1), 1510 cm~ (-1), 1430 cm~ (-1), 1270, 1230, is higher than the other development period, and the absorption peak at 1330 is slightly lower at this time. With the development of cotton fiber, these absorption peaks gradually decrease, 1330 absorbed absorption The value of the 1230 cm~ (-1) absorption peak decreased.5. and the 1H-NMR (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) method was used to analyze the lignin of cotton fiber Lignin - guaiacl - clove based lignin (G-S type lignin), and the connection between the guaiaci base unit and the clove units was carbon - Carbon bond beta -5 and beta - beta, ether bond beta -O-4.
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S562

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本文編號：2088110