劉海燕，廉士珍，王秀飛，王彥靖，歐 巍，黃 梟，趙勝楠，李 權，張永鋒，劉 鵬，祁宏偉

(1.吉林省農業(yè)科學院，吉林 長春 130033； 2.中國農業(yè)科學院特產研究所，吉林 長春 130112)

玉米秸稈不同部位纖維組成和結構的研究

劉海燕1，廉士珍2，王秀飛1，王彥靖1，歐 巍1，黃 梟1，趙勝楠1，李 權1，張永鋒1，劉 鵬1，祁宏偉1

(1.吉林省農業(yè)科學院，吉林 長春 130033； 2.中國農業(yè)科學院特產研究所，吉林 長春 130112)

將玉米秸稈分成葉、髓、外皮三個部位，對三個部位的纖維組成和結構進行了測定分析。結果表明：玉米秸稈中，各部位的纖維素、半纖維含量相近，葉子和髓的木質素含量低，結構疏松，秸稈外皮的木質素含量高，結構緊密，衍射峰較高。從纖維組成和結構看，玉米秸稈的葉和髓非常適合飼料化利用。

玉米秸稈；部位；纖維組成；結構；分析

玉米秸稈的成分以纖維素、半纖維素及木質素為主[1]，要提高秸稈飼料營養(yǎng)價值，就必須經過秸稈的綜合預處理和有效的加工處理，其營養(yǎng)價值才會有所提高，進而提高畜產品的品質[2]。楊福有等[3]研究了玉米秸稈的營養(yǎng)含量及其變化規(guī)律，結果表明，玉米秸稈不同部位營養(yǎng)成分差異顯著。玉米秸稈主要組成成分髓、葉子和外皮具有不同的纖維素、半纖維和木質素含量和結構，因而這些不同組分生產飼料的潛力都不同，需要的處理條件也不盡相同，對秸稈進行組份分離，可以提高飼料所需原料的能量密度，使兩種原料的質量得到優(yōu)化[4]。因此，本研究對玉米秸稈的葉子、莖髓和外皮進行分離，分別對這三個部位秸稈的纖維素含量、結構進行分析測定，以期為玉米秸稈進一步的飼料化加工利用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1秸稈原料

全玉米秸稈(不含根部)產自吉林省農業(yè)科學院能源與生態(tài)研究所的試驗基地，風干后將全玉米秸稈人工剝離成外皮部(含木質部)、髓和葉子3個部分，做好標記，分別粉碎過40目網篩得到的粉末，室溫貯藏備用。

1.2測定方法

1.2.1化學成分測定

纖維素(HC)采用減重法，半纖維(CEL)采用分光光度法，木質素(ADL)采用GB/T 20805-2006。

1.2.2掃描電鏡(SEM)分析[5]

將玉米秸稈的髓、葉、外皮進行烘干、粉碎、過篩，用掃描電鏡進行分析(掃描電壓為10 kV，放大若干倍數(shù))，觀察玉米秸稈各部位內部纖維束的微觀結構。

1.2.3X射線衍射光譜(XRD)分析[6]

Cu靶，石墨單色濾光片，狹縫SS/DS1°，RS 0.15，管壓40 kV，電流200 mA，掃描范圍3～40°，掃描速度3°/min，步進掃描，步寬0.02°/s。

1.3數(shù)據處理

試驗數(shù)據用SPSS 13.0軟件的ANOVA-Duncan 法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1玉米秸稈不同部位的化學成分分析

玉米秸稈主要由外皮、葉子、髓三個部位，且具有不同的組織、細胞形態(tài)和化學組成[6-9]，秸稈髓在秸稈的內部，主要由維管組織嵌入的薄壁細胞組成，外皮存在于外部[10]。玉米秸稈各部位的化學組成見表1。

表1 玉米秸稈各部位的化學組成

注：同列數(shù)據肩標有不同大寫字母表示差異極顯著(Plt;0.01)，肩標有不同小寫字母表示差異顯著(Plt;0.05)，肩標有相同小寫字母或無字母表示差異不顯著(Pgt;0.05)。

由表1可以看出，玉米秸稈的葉子、外皮、髓的半纖維含量比較接近，玉米秸稈外皮中的纖維素含量最高，極顯著高于葉子(Plt;0.01)，顯著高于髓(Plt;0.05)，葉子、髓中的木質素質量分數(shù)差異不大，都顯著低于外皮部(Plt;0.01)，分別低了67.12%、61.64%。主要是由于玉米秸稈的葉子、外皮、髓分別具有不同功能造成的。從植物學的角度分析，由于木質素組分有利于加固細胞壁和增加莖稈抗壓強度的作用，也可以增強植物莖稈的縱向疏導能力，因而在負責支撐玉米秸稈的外皮部，木質素含量最高[6]。Madibda等、Methu等和Tolera等研究指出，稻稈葉片蛋白含量最高[11-13]，這主要是由于莖稈和葉是籽粒的主要氮源[14]，葉片和莖稈分別有60%和26%的氮源貢獻給籽粒[15]。植物的生長是細胞分生組織的細胞分裂和細胞的生長成熟，同一種秸稈不同部位的細胞數(shù)目、細胞排列方式和細胞壁的形成過程均不同，因此同一秸稈不同部位的組份不同[16]。Harper等[17]研究發(fā)現(xiàn)小麥秸稈的不同部位的組分含量不同，如葉、稈和節(jié)3個部位中，稈部位的纖維素質量分數(shù)最高，質量分數(shù)為44.8%，3個部位的半纖維素和木質素的含量相近。秸稈的生物結構具有不均一性，即莖、稈、葉、穗、鞘等各占一定比例，而且各部分的化學成分及纖維形態(tài)差異很大[18]。陳洪章[19]研究指出，玉米秸稈皮和葉的結構緊密，芯則比較疏松，各部位在秸稈中所占的重量比例也不同，而且隨著秸稈直徑的變化而變化；從細胞組成來看，皮中的雜細胞含量最少，葉和芯中的雜細胞分別為60%和70%左右。從本試驗的化學組成來看，皮中的纖維素含量最高，葉中的半纖維含量最高，木質素主要集中在皮中。

2.2電鏡掃描分析

玉米秸稈電鏡掃描圖見圖1～圖6。從圖1～圖6可以看出，與玉米秸稈外皮相比，玉米秸稈葉和髓的纖維束狀結構比較松散。因為植物生長過程中不同部位的糖化率不同，使得不同部位纖維素和半纖維素的含量不同[20]，玉米秸稈的外皮部分細胞壁木質化程度較高[21]，玉米秸葉和髓的木質素含量較低。由此可以推斷，纖維束結構的緊密程度和木質素含量呈正相關趨勢。

圖1玉米秸葉電鏡掃描圖(500倍)

圖2 玉米秸葉電鏡掃描圖(1 000倍)

圖3 玉米秸外皮電鏡掃描圖(500倍)

圖4玉米秸外皮電鏡掃描圖(1 000倍)

圖5 玉米秸髓電鏡掃描圖(500倍)

圖6 玉米秸髓電鏡掃描圖(1 000倍)

2.3X射線衍射分析

纖維素是同質多晶的大分子化合物，根據其分子結構排列的是否緊密和規(guī)則，可將纖維素分為結晶區(qū)和無定形區(qū)，結晶度就是纖維素集中結晶區(qū)占纖維素整體的百分比[22]。

玉米秸稈葉XRD圖譜見圖7，玉米秸稈外皮XRD圖譜見圖8，玉米秸稈髓XRD圖譜見圖9。

圖7 玉米秸稈葉XRD圖譜

圖8 玉米秸稈外皮XRD圖譜

圖9 玉米秸稈髓XRD圖譜

從圖7～圖9可以看出，玉米秸稈葉和髓的衍射峰相近，外皮的衍射峰最高，主要因為各部分的組成和結構不同，其中，外皮部的木質素含量高，木質化程度較高,纖維素分子排列較緊密,形成的纖維素結晶區(qū)比例也較高,從而使外皮纖維素的結晶度也得到提高。

3 結論

在玉米秸稈中，各部位的半纖維的含量相近，外皮部纖維素含量最高，葉子和髓的木質素含量較低。電鏡掃描分析結果表明，葉子和髓的結構較外皮部疏松。X射線衍射分析結果表明，與髓和葉相比，秸稈外皮部的結晶度高。因此，從成分和結構看，玉米秸稈的葉和髓非常適合飼料化利用。

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(責任編輯：梅竹)

Fibrecompositionandstructureofdifferentfractionsofcornstalk

LIU Hai-yan1,LIAN Shi-zhen2,WANG Xiu-fei1,WANG Yan-jing1,OU Wei1,HUANG Xiao1,ZHAO Sheng-nan1,LI Quan1,ZHANG Yong-feng1,LIU Peng1,QI Hong-wei1

(1.Jilin Academy of Agricultural Science， Changchun 130033，China;2.Institute of Special Animal and Plant Sciences of CAAS,Changchun 130112，China)

The composition and structure of different fractions of corn stalk was analyzed.The results showed that the content of cellulose,semi cellulose of fractions from corn stalk were similar,lignin content of leaves and piths were lower than that of stalk rind.The structure of leaves and piths was looser than that of stalk rinds.The diffraction peak of rind was higher than that of leaves and piths.The leaves and piths were suitable for feed utilization in terms of fibre composition and structure of corn stalk.

corn stalk;fractions;fibre composition;structure;analyse

2017-08-31；

2017-10-20

吉林省科技發(fā)展計劃資助項目(20160204013SF)；國家公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項經費(201503134)；吉林省重點科技成果轉化項目(20150307022N Y)；吉林省重點科技攻關項目(20160204015NY)。

劉海燕(1976-)，女，副研究員，研究方向為秸稈飼料化加工利用。

張永鋒(1965-)，男，博士，研究方向為循環(huán)農業(yè)。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.11.013

S816.5

A

1003-6202(2017)11-0055-04