孫振炳，李曉寶，姚曜，李曉平，孫雷，Jeffrey J.Morrell

(1.西南林業(yè)大學 云南省膠黏劑與膠合制品重點實驗室，云南 昆明 6502242；2.陽光海岸大學 國家木材耐久性和設計壽命中心,澳大利亞 Maroochydore 4558)

杉木 [Cunninghamialanceolata(Lamb.)Hook]屬于杉科(Taxodiaceae)杉木屬(Cunninghamia)裸子植物，主要產(chǎn)于中國，是我國南方主要用材樹種[1]，也是南方種植面積最大的樹種之一。在陜西、河南、安徽、江蘇、浙江、福建、江西、四川、重慶、廣東、廣西、云南等地均有分布[2]。杉木人工林蓄積量大、資源豐富，在我國現(xiàn)有6 933×104hm2的人工林中，其中杉木林面積占比1/4，總蓄積量有6.25×108m3[3]。

中國的森林資源相對匱乏，為了更好地保護生態(tài)環(huán)境和節(jié)約森林資源，除了發(fā)展木材的替代產(chǎn)品外，木材防腐處理是延長木材使用壽命、減少森林砍伐與保護生態(tài)環(huán)境的有效方法[4]。為了提高木材利用水平、節(jié)約木材資源，對木材進行防腐處理是重要的途徑和手段[5]。木材防腐是一種木材保護技術，它使用化學物質(zhì)來防止菌、蟲及海洋鉆孔動物等侵入和破壞木材，從而延長木材使用壽命[6-7]，可以改善木材品質(zhì)并提高木材利用價值。研究結果表明，經(jīng)過防腐處理后，木材的使用壽命可以延長5～6倍[8]，而不同樹種、不同腐朽程度對木材的性能的改變也是各不相同，因此防腐技術的研究對木材利用具有重大意義[9]。

果膠具有多種功能，在食品工業(yè)、生物醫(yī)藥及保健品領域發(fā)揮著重要作用[10]。另外，由于其在許多反應機制和新陳代謝途徑中都有顯著效果，果膠已成為一些化妝品、保健品和藥物中必不可少的輔料[11]。并且果膠是生物質(zhì)材料細胞壁中的關鍵化學成分[12]，分析果膠溶液處理對杉木耐久性的影響及果膠和防腐劑對杉木耐久性影響的協(xié)同作用，可用于評判果膠在生物質(zhì)材料耐久性中的作用和機理。提高果膠在木材利用中的價值，也將有助于杉木的高效利用，這對杉木的經(jīng)濟價值和研究價值都具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

杉木木材為市購刨切木材樣品，將其鋸成20 mm×20 mm×6 mm的試材，表面粗糙度小于300 μm。木材腐朽菌種白腐菌彩絨革蓋菌 [Trametesversicolor(L.)Lloyd](T.V)、褐腐菌綿皮臥孔菌 [Postiaplacenta](P.P)和球毛殼菌[Chaetomiumgloblosum](C.G)均購自云南碩陽生物有限責任公司。

化學試劑 果膠購自北京酷來搏科技有限公司；納米SiO2(二氧化硅)分析純，購自上海國藥集團化學試劑有限公司；納米TiO2(二氧化鈦)分析純，購自廣東西隴科學化工有限公司；ACQ(氨溶烷基胺銅)化學純購自深圳市綠泰環(huán)?？萍加邢薰荆籆CA(銅鉻砷)化學純購自深圳市綠泰環(huán)?？萍加邢薰?；吐溫80 (Tween 80,polyoxyethylene 80 sorbitan monooleate,聚山梨醇酯 80)分析純購自上海國藥集團化學試劑有限公司。

試驗儀器 立式壓力蒸汽滅菌器(BXM-30R，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠)；電熱鼓風干燥箱(DHG-9003，上海一恒科學儀器有限公司)；電熱恒溫培養(yǎng)箱(DHP-9032B，上海一恒科學儀器有限公司)；單人凈化工作臺(SW-CJ-1D型，購自蘇州凈化設備有限公司)；電子天平(BSM220，上海卓精電子科技有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 木材分組及重量稱量

將杉木鋸解成尺寸20 mm(徑向)×20 mm(弦向)×6 mm(順紋方向)的試件，標記好編號，每個試驗方案重復10次，自然氣干備用。每個預處理條件下需要40個樣品；每一份木材需要稱量出絕干前和絕干后的重量(在104 ℃條件下烘至絕干，先烘6 h，每隔2 h烘一次，至恒重)。

1.2.2 溶液的配制和樣品預處理

溶液配制及預處理方案見表1。

表1 溶液配制及預處理方案Tab.1 Solution preparation and pretreatment scheme

1.2.3 載藥率計算

經(jīng)過果膠或果膠和其他防腐劑配合預處理后，在104 ℃烘箱中將樣品烘干，計算絕干狀態(tài)下的樣品單位重量所負載的果膠或其他防腐劑的含量，即為載藥量，載藥量的大小由載藥量百分數(shù)表示，即載藥率[4]。

式中：m2為樣品預處理前的絕干重量；m3為樣品預處理后(受菌腐朽前)絕干重量。

1.2.4 PDA培養(yǎng)基配制

配方 馬鈴薯煮汁1 000 mL，磷酸二氫鉀3.0 g，七水硫酸鎂1.5 g，葡萄糖20.0 g，維生素B110 mg，瓊脂20 g。制取馬鈴薯煮液：200 g馬鈴薯，去皮，切塊，放入蒸餾水煮沸30 min，取濾液體積定容至1 000 mL。培養(yǎng)基溶液混合好后放入立式壓力蒸汽滅菌器121 ℃，滅菌30 min，取出培養(yǎng)基倒入平板備用。清洗培養(yǎng)皿待培養(yǎng)皿晾干后，用報紙包好滅菌，每12個平板一包，121 ℃滅菌60 min；烘干放在滅過菌的超凈工作臺中；將培養(yǎng)基按前述配方配好，倒板，每個平板25～30 mL培養(yǎng)基，共需6 L培養(yǎng)基。

1.2.5 菌種培養(yǎng)和接種

菌種培養(yǎng)需要2周后再接至平板，平板上的木腐菌生長2周后，可接種樣品；樣品在接種木腐菌前需將含水率調(diào)至20%～40%，后滅菌。滅菌后的樣品在培養(yǎng)皿中放置12～16周，接種后的培養(yǎng)時間視菌種不同而異(空白組,16周；彩絨革蓋菌,16周；P.P腐朽菌,12周；C.G腐朽菌,12周)。

1.2.6 失重率計算

菌種培養(yǎng)時間結束后可以將樣品從培養(yǎng)皿中取出，用紙巾將樣品上的菌種擦干凈，在104 ℃烘箱中將樣品烘干，計算受菌分解后木材樣品質(zhì)量減少百分率，即失重率。

式中：m3為樣品預處理后(受菌腐朽前)絕干重量；m4為樣品受菌腐朽后絕干重量。

2 結果與分析

2.1 不同處理方式對杉木耐彩絨革蓋菌的影響

彩絨革蓋菌是一種典型的木材白朽菌，主要降解木材中的木質(zhì)素和部分抽提物[13]。

從表2中可以得知，在添加彩絨革蓋菌的情況下，樣本的失重率由1.6%提高至10.4%，分解率提高了550%，說明了彩絨革蓋菌對杉木有明顯的分解作用。再對比在添加了彩絨革蓋菌的環(huán)境下，果膠預處理的樣本和空白樣本這兩組數(shù)據(jù)，可知失重率由10.4%提升至17.6%，增幅高達69.23%，說明了杉木被分解的程度明顯提高，驗證果膠能夠促進杉木被彩絨革蓋菌分解。再觀察加入SiO2和TiO2后樣品的失重率由17.6%降低至5.6%和14.5%，降幅達67.04%和17.61%，說明SiO2和TiO2能夠提高果膠對杉木被彩絨革蓋菌分解的抵抗能力，并且SiO2的提高程度更高。從表2數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過CCA和ACQ預處理的樣品失重率為2.5%和4.6%，與空白組比較降幅高達78%和55.8%，說明傳統(tǒng)的木材防腐劑對彩絨革蓋菌分解杉木有明顯的抑制效果。在經(jīng)過CCA預處理的杉木中添加果膠，失重率增加0.8%，增幅達32%，由此說明果膠能夠促進杉木被彩絨革蓋菌分解。在此杉木中添加SiO2和TiO2，失重率分別增加0.9%和降低1.3%，增幅為27.27%以及降幅為39.39%，進一步說明TiO2提高果膠對杉木被彩絨革蓋菌分解的抵抗能力，而在添加CCA后SiO2反而降低了果膠對杉木被彩絨革蓋菌分解的抵抗能力。在經(jīng)過ACQ預處理后的杉木中添加果膠，木材失重率增加1.1%，增幅達23.91%，進一步證明果膠能夠促進杉木被彩絨革蓋菌分解，而再此基礎上加入SiO2和TiO2進行處理，結果木材失重率分別降低0.6%和0.5%，降幅達10.5%和8.77%，再一次說明SiO2和TiO2都能夠提高果膠對杉木被彩絨革蓋菌分解的抵抗能力。

表2 3種腐朽菌分解杉木的載藥率和失重率Tab.2 Drug loading rate and weight loss rate of rotten C.lanceolata samples with three kinds of rotten bacteria %

綜上所述，果膠能夠促進杉木被彩絨革蓋菌分解；SiO2能夠提高果膠對杉木被彩絨革蓋菌分解的抵抗能力，而在添加CCA后SiO2反而降低了果膠對杉木被彩絨革蓋菌分解的抵抗能力；TiO2能夠提高果膠對杉木被彩絨革蓋菌分解的抵抗能力。

2.2 不同處理方式對杉木耐球毛殼菌的影響

球毛殼菌毛殼屬(Chaetomium)真菌是一類分布僅次于青霉(Penicillium)和曲霉(Aspergillus)的常見真菌[14]，在分解利用植物體及其他纖維素物質(zhì)的過程中起重要作用。毛殼屬的常見種類球毛殼菌(C.globosum)廣泛分布于土壤、堆肥、植物種子、鹽沼、木材及含纖維素的制品中，球毛殼菌具有完整的降解纖維素半纖維素的酶體系，在纖維素降解真菌的開發(fā)過程中具有重要的研究價值[15]。首先，由表2的數(shù)據(jù)可知，在存在球毛殼菌的環(huán)境下，其木材失重率由4.3%提高到了16.56%，增幅達285.12%，說明了球毛殼菌加快了杉木的腐朽程度。然后，由表2 數(shù)據(jù)可知，樣品經(jīng)過果膠預處理后其木材失重率由16.56%降低至5.3%，降幅達67.94%，充分說明果膠能夠抑制杉木被球毛殼菌分解，而在此基礎上添加SiO2和TiO2后，由表2數(shù)據(jù)可知，其木材失重率增加1.96%和6.34%，增幅達37%和119.62%，說明SiO2和TiO2會降低果膠對杉木被球毛殼菌分解的抵抗能力。從表2數(shù)據(jù)中，可知在接種球毛殼菌環(huán)境中，杉木經(jīng)過CCA和ACQ與處理后，其木材失重率降低10.95%和10.28%，降幅高達66.12%和62.08%，說明CCA和ACQ能抑制杉木被球毛殼菌分解。在此環(huán)境下，添加果膠后，木材失重率增加2.52%和降低1.9%，增幅達44.92%以及降幅達30.25%，由此可見，在加入CCA的樣品中加入果膠促進了杉木被球毛殼菌分解，而ACQ和果膠具有協(xié)同作用，可加強抑制杉木被球毛殼菌分解的效果。在添加CCA和果膠的杉木中再加入SiO2和TiO2失重率增加了0.42%和降低了2.59%，增幅達5.2%和降幅達31.86%，再一次說明SiO2降低果膠對杉木被球毛殼菌分解的抵抗能力，而TiO2在經(jīng)過CCA處理的情況下，能夠提高果膠對杉木被球毛殼菌分解的抵抗能力。在添加ACQ和果膠的杉木中再添加SiO2和TiO2失重率增加8.12%和5.44%，增幅為185.39%和124.2%，進一步說明SiO2降低果膠對杉木被球毛殼菌分解的抵抗能力。

綜上所述，果膠能夠抑制杉木被球毛殼菌分解，SiO2和TiO2會降低果膠對杉木被球毛殼菌分解的抵抗能力，但TiO2在經(jīng)過CCA處理的情況下，能夠提高果膠對杉木被球毛殼菌分解的抵抗能力。

2.3 不同處理方式對杉木耐綿皮臥孔菌的影響

綿皮臥孔菌是褐腐菌，主要降解木材中的纖維素[16]。由表2可知，在接種綿皮臥孔菌的環(huán)境中，杉木的失重率高達30.13%，說明綿皮臥孔菌對杉木有顯著的降解效果。在經(jīng)過果膠預處理后木材失重率降低10.93%，降幅高達36.28%，說明果膠能抑制杉木被綿皮臥孔菌降解。在此基礎上再添加SiO2和TiO2，木材失重率提高7.4%和降低2.68%，增幅達38.54%和降幅達13.96%，說明SiO2能降低果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抑制作用，而TiO2則可以和果膠起協(xié)同作用，加強抑制杉木被綿皮臥孔菌降解。由表2數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過CCA和ACQ預處理的杉木的失重率降低19.73%和25.93%，降幅高達65.48%和86.06%，充分地說明其對綿皮臥孔菌的抑制作用極強。在添加CCA和ACQ的杉木中再添加果膠后，木材失重率增加了0.64%和降低了0.2%，增幅達6.5%和降幅達4.76%，說明果膠能降低CCA 處理過的杉木對綿皮臥孔菌的抑制作用，而ACQ和果膠則對杉木抑制綿皮臥孔菌起協(xié)同作用，增強抑制杉木被綿皮臥孔菌降解的效果。在同時經(jīng)過果膠和CCA處理的杉木中添加SiO2和TiO2，木材失重率下降3.98%和3.28%，降幅達35.93%和29.2%，進一步說明TiO2可以和果膠起協(xié)同作用，加強抑制杉木被綿皮臥孔菌降解，而對同時經(jīng)過CCA處理的杉木，SiO2能促進果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抑制作用。在同時經(jīng)過果膠ACQ處理的杉木中添加SiO2和TiO2，木材失重率增加1.8%和0.6%，增幅達45%和15%，說明SiO2能降低果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抑制作用,而對同時經(jīng)過ACQ處理的杉木，TiO2能降低果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抑制作用。

綜上所述，果膠能抑制杉木被綿皮臥孔菌降解，但在已添加CCA的杉木中，果膠會降低其防腐作用；SiO2能降低果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抵抗能力，但是對同時經(jīng)過CCA處理的杉木，SiO2能提高果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抵抗能力；TiO2能提高果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抵抗能力，但是對同時經(jīng)過ACQ處理的杉木，TiO2反而降低果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抵抗能力。

3 討論與結論

我國的杉木資源和果膠資源都比較豐富，而杉木的耐久性對其經(jīng)濟價值有著重要作用。研究果膠預處理對杉木耐久性的影響，對于提高果膠在木材利用中的價值和杉木的高效利用有著重要的研究意義。

果膠能夠促進杉木被彩絨革蓋菌降解，抑制杉木被球毛殼菌和綿皮臥孔菌降解，但在已添加CCA的杉木中，果膠會降低其防腐作用。SiO2能夠加強果膠對杉木被彩絨革蓋菌降解的抵抗能力，但在添加CCA后SiO2反而降低了果膠對杉木被彩絨革蓋菌降解分解的抵抗能力；SiO2能降低果膠對杉木被綿皮臥孔菌和球毛殼菌降解的抵抗作用，但是對經(jīng)過CCA處理的杉木，SiO2能提高果膠對杉木被綿皮臥孔菌降解的抑制能力。TiO2能夠加強果膠對杉木被彩絨革蓋菌和綿皮臥孔菌分解的抵抗能力，但是對同時經(jīng)過ACQ處理的杉木，TiO2反而降低果膠對杉木被綿皮臥孔菌分解的抵制能力；TiO2會降低果膠對杉木被球毛殼菌降解的抵抗能力，但TiO2在經(jīng)過CCA處理的情況下，能夠提高果膠對杉木被球毛殼菌降解的抵抗能力。