什么是木質(zhì)素？

1，理化性質(zhì)介紹

木質(zhì)素與纖維素、半纖維素共稱為構(gòu)成植物骨架的“三素”，木質(zhì)素(Lignin)是構(gòu)成植物細胞壁的成分之一，具有使細胞相連的作用。木質(zhì)素是一種含許多負電集團的多環(huán)高分子有機物。木質(zhì)素完全取材于植物，無任何化學添加劑。對環(huán)境無任何副作用。木質(zhì)素是構(gòu)成植物細胞壁的成分之一，具有使細胞相連的作用。在植物組織中具有增強細胞壁及黏合纖維的作用。其組成與性質(zhì)比較復(fù)雜，并具有極強的活性。不能被動物所消化，在土壤中能轉(zhuǎn)化成腐殖質(zhì)。如果簡單定義木質(zhì)素的話，可以認為木質(zhì)素是對羥基肉桂醇類的酶脫氫聚合物。它含有一定量的甲氧基，并有某些特性反應(yīng)。 是植物界中僅次于纖維素的最豐富的有機高分子化合物，在植物細胞壁中擔當纖維素粘合劑的角色，能增加植物體的機械強度。它是一種復(fù)雜的三維網(wǎng)狀酚類聚合物，通過β-O-4鍵和C-C鍵將三種純單體——對香豆醇、松柏醇、芥子醇連接在一起。其結(jié)構(gòu)中含有許多官能團，如羥基、甲氧基、羰基等，一些活性官能團的存在使得木質(zhì)素能發(fā)生多種化學反應(yīng)。木質(zhì)素是一種存在于大部分陸地植物木質(zhì)部中的復(fù)雜的高分子化合物。

1838年，法國化學家和植物學家A.Payen用硝酸和堿交替處理木材，并用酒精和乙醚洗滌，在分離出纖維素的同時得到了一種比纖維素含碳量更高的化合物，也就是最初級的木質(zhì)素。1857年，F(xiàn).Schulze仔細分離出這種化合物，并稱之為"lignin"。Lignin是從木材的拉丁文"lignum"衍生而來，中文譯為“木質(zhì)素”，也叫“木素”。

圖1：木質(zhì)素在植物細胞中與纖維素和半纖維素的結(jié)構(gòu)位置關(guān)系

2，測定方法

木質(zhì)素的測定方法主要有巰基乙酸 (thioglycolic acid, TGA) 法、硫酸法、乙酰溴法、有機溶劑法、濁度法、纖維素酶解法、近紅外光譜法、核磁共振波譜法等。

2.1 TGA法常用于草本植物的木質(zhì)素含量測定。在堿性條件下，溶解木質(zhì)素中的苯甲醇聚合物，測量280nm處的吸收光譜來定量。該法的特點是操作簡單，適用于大量樣品的篩選，由于該方法對木質(zhì)素聚合物中β-O-4鍵具有特異性，所以被稱為測量β-O-4型木質(zhì)素含量最有效的方法。

2.2 硫酸法又稱Klason法，常用于測定木本植物及β-O-4型木質(zhì)素含量較低的植物中木質(zhì)素含量。將試樣在72%濃硫酸中熱溶解，除去纖維素、半纖維素等成分，最后稱量試驗前后的重量，可計算出試樣中木質(zhì)素的含量。該法的特點是操作復(fù)雜，耗時長，試樣用量大?？捎糜谠嚇又锌偰举|(zhì)素含量的測定，是一種經(jīng)典的木質(zhì)素含量測定方法。

2.3 乙酰溴法是使用乙酰溴-冰醋酸混合液將木質(zhì)素中的酚羥基發(fā)生乙酰化，利用乙酰化木質(zhì)素溶液在280 nm處有最大紫外吸收峰的特性來測定木質(zhì)素含量。該法的特點是操作簡便、試樣用量少。

2.4 有機溶劑法是采用有機溶劑將木質(zhì)素溶解，再通過真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溶劑或在溶劑中加入沉淀劑進而將木質(zhì)素從試樣中分離出來進行測定的方法。該法的特點是對木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)改變少，能更好地代表試樣中的天然木質(zhì)素，但除了高沸醇法，大多方法存在收率低的問題。

2.4 濁度法常用于微量木質(zhì)素的測定。使用72%硫酸溶液消化并超聲振蕩，將難溶的木質(zhì)素懸浮于甘油水溶液中來制備均勻的懸濁液，在660nm波長下測定濁度進而得出木質(zhì)素含量。此法的特點是簡便、快捷、準確度高。

2.6 纖維素酶解法是利用纖維素酶的生物專一性，將試樣置于含有纖維素酶的緩沖液中反應(yīng)，降解纖維素為水溶性單糖，使木質(zhì)素存在于沉淀中，然后進行測定。但該法測得的木質(zhì)素不純，因為沉淀中含有少量纖維素雜質(zhì)。

2.7 近紅外光譜法使用新型分析技術(shù)、多元校正方法。利用高分子聚合物內(nèi)大量的含氫基團在近紅外區(qū)域具有豐富的吸收這一特性，來快速分析木質(zhì)素含量。該法的特點是準確快速、 高效無損、無污染，可多組分同時測定。對預(yù)測木材密度、腐朽性質(zhì)、結(jié)晶度等方面具有重要意義。

2.8 核磁共振波譜法常用來進行木質(zhì)素結(jié)構(gòu)、木質(zhì)素-碳水化合物復(fù)合體結(jié)構(gòu)分析，如核磁共振氫譜法（1H-NMR）、核磁共振碳譜法（13C-NMR）及核磁共振磷譜法（31P-NMR）。目前，這類測定方法在國內(nèi)應(yīng)用相對較少。

3，木質(zhì)素與植物生長發(fā)育、抗性的研究

木質(zhì)素在維持細胞壁結(jié)構(gòu)和功能方面起重要作用[1]。藺占兵等[2]研究發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素的含量、在細胞壁中沉積方式的改變影響植物導(dǎo)管的疏導(dǎo)功能，進一步影響了導(dǎo)管與周圍組織、細胞的相互作用，使得植物的生長發(fā)育受影響。

木質(zhì)素含量影響植株的部分形態(tài)學指標[3]。楊陽等對玉米、紫花苜宿、灰灰菜的木質(zhì)素含量進行研究，發(fā)現(xiàn)植株節(jié)間數(shù)、葉片數(shù)與其相應(yīng)木質(zhì)素含量有顯著正相關(guān)關(guān)系，紫花苜宿木質(zhì)素含量與莖葉鮮重、葉干重正相關(guān)。

木質(zhì)素的含量與植物的抗性，如抗倒伏、抗病蟲害等呈正相關(guān)，使植物在環(huán)境中具備一定競爭優(yōu)勢[4-5]。藺占兵等通過分析不同品種小麥各生長周期中木質(zhì)素合成與積累的變化，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素含量與小麥莖稈的機械強度呈正相關(guān)，調(diào)控部分基因的表達能降低木質(zhì)素的合成，改變木質(zhì)素含量進而影響植物莖稈的生理屬性。賓金華等[6]使用茉莉酸甲酯（MeJA）處理煙草幼苗試驗，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素含量增加可提高煙草的抗病性。龍亞芹等[7]發(fā)現(xiàn)，使用水楊酸（Salicylic acid，SA）誘導(dǎo)植株，提高植株體內(nèi)PAL(苯丙氨酸解氨酶)、 POD(過氧化物酶)、 PPO(多酚氧化酶)、 SOD(超氧化物歧化酶)活性，調(diào)控木質(zhì)素的合成、在細胞壁中的沉積，從而能限制病原菌的擴展，增強植株抗病性，減輕因病害入侵產(chǎn)生的超氧陰離子（OFR）對植物的損害。

4，木質(zhì)素的主要用途：

?用作混凝土減水劑：摻水泥重量的0.2-0.3%，可以減少用水量10-15%以上，改善混凝土和易性，提高工程質(zhì)量。夏季使用，可抑制坍落度損失，一般都與高效減水劑復(fù)配使用。

?用作選礦浮選劑和冶煉礦粉粘結(jié)劑，冶煉業(yè)用木質(zhì)素磺酸鈣與礦粉混合，制成礦粉球，干燥后放入窯中，可提高冶煉回收率。

?耐火材料：制造耐火材料磚瓦時，使用木質(zhì)素磺酸鈣做分散劑和粘合劑，能改善操作性能，并有減水、增強、防止龜裂等良好效果。

?陶瓷：用于陶瓷制品可以降低碳含量增加生坯強度，減少塑性粘土用量，泥漿流動性好，提高成品率70－90%，燒結(jié)速度由70分鐘減少為40分鐘。

?木質(zhì)素磺酸鈉是陰離子表面活性劑,棕黃色粉末。主要用于分散染料和還原染料的分散和填充，具有良好的分散性、耐熱穩(wěn)定性和高溫分散性，助磨效果良好，對纖維沾污輕，對偶氮染料還原性小。

參考文獻

[1] 路瑤,魏賢勇,宗志敏,陸永超,趙煒,曹景沛.木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用[J].化學進展,2013,25(05):838-858.

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[7] 賓金華,潘瑞熾.茉莉酸甲酯誘導(dǎo)煙草幼苗抗病與過氧化物酶活性和木質(zhì)素含量的關(guān)系[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學報,1999(02):49-53.

[8] 龍亞芹,王萬東,王美存,陳于福,解德宏,陳華蕊,俞艷春,尼章光.水楊酸(SA)誘導(dǎo)植物對病蟲害產(chǎn)生抗性及作用機制研究[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學,2009,29(12):46-50.