纤维素13C同位素示踪法研究纤维素与木素连接方式

第3第9期            光谱学与光谱分析3卷,

年20139月            SectroscondSectralAnalsisppyapyVol.33,No.9,24882491pp

,Setember2013 p

纤维素1犆同位素示踪法研究纤维素与木素连接方式

向松明1,谢益民,杨海涛,姚 兰

湖北工业大学制浆造纸工程研究所,湖北武汉 430068

摘 要 为了阐明裸子植物中纤维素与木素之间的连接方式,从多糖的角度分析糖单元与木素苯丙烷结构

13

单元之间的共价键连接方式,合成了带6C标记的纤维素前驱物尿苷二磷酸葡萄糖,并将其与PAL酶的

葡萄糖苷一起投入生长中的银杏植物体内。碳1抑制剂AOPP及外源性木素前驱物松柏醇D3丰度检测得β

3知纤维素在细胞壁的沉积主要是从在初生壁开始,高分辨率固体核磁1CNMR分析证实了纤维素6位碳与

木素以苯甲醚键等方式连接。

13

/关键词 纤维素;碳水化合物复合体C标记;CPMASNMR;木素

:/()中图分类号:TS71+1  文献标识码:A   犇犗犐10.3964.issn.10000593201309248804j

醚键、苯甲酯键及缩醛键的连接,其中苯甲醚键可能是主要

引 言

证明了植物原料和未漂纸浆中相当  大量的实验研究

大的一部分木素与半纤维素和纤维素通过化学键结合,并以,木素—碳水化合物复合体(linincarbohdratecomlexesgyp的形式存在于植物纤维的细胞壁中,尤其是LCC)LCC结构(

的存在阻碍了木素的脱除,使得制浆和漂白过苯甲醚键型)

[]

程中消耗大量的化学药品和能源。Karlsson等5利用分子排

[14]

的连接方式。但是对于此键的形成机理、比例、构成糖的种类和成键的位置还缺乏深入的研究。

实验采用稳定性同位素1C标记技术,合成C6位上带碳

[13标记的纤维素前驱物尿苷二磷酸葡萄糖(UDPlucose6g13

),并将其与苯丙氨酸解氨酶的抑制剂AOC]PP及外源性葡萄糖苷一起投入到银杏植物体内,木素前驱物松柏醇Dβ

13

从而实现LCC中聚葡萄糖部分上CC标记。利用6位的

3GVIIsoPrimeC的丰度,从Ⅱ气质稳定同位素质谱仪检测1

而了解细胞壁中纤维素的沉积规律,同时确定同位素丰度比3

/较高的部位,作为提取LCC的样品。并用固体CPMAS1C

NMR检测分析新生木质部组织,从而获得纤维素与木素的

阻色谱法证明松树硫酸盐浆中有稳定的木素纤维素化学键

[]存在。之后,M聚糖复合体的网artinLawoko6研究了木素

状结构,采用新方法从未漂硫酸盐针叶木浆中提取出了大量有代表性的LCC,发现硫酸盐浆中至少有90%的残余木素与碳水化合物以化学键相连,而且证实LCC的连接中有92%是木素与木聚糖、葡甘露聚糖间的连接,只有少部分约8%是木素与纤维素之间的连接。Katsumata等

[7]

连接信息,以及LC键中糖的种类和糖环上碳原子的位置。

1 实验部分

313

尿苷二磷酸葡萄糖11 1犆标记的纤维素前驱物—(6犆)

研究了针叶

的合成

]根据已知文献[所介绍的方法按图1所示的路线合成8

13

纤维素的前驱物—(尿苷二磷酸葡萄糖。6C)

木和非针叶木植物细胞壁中纤维素与木素间的连接,研究发现在针叶木中一半以上的纤维素与木素相连接,在非针叶木中只有六分之一的纤维素与木素间有连接,而且通过扫描电

4]

子显微镜可以观察到木素与纤维素的连接位置。范建云等[

利用经过润胀处理的微晶纤维素,在酶(葡萄糖甙酶、葡萄β

3糖氧化酶及辣根过氧化物酶)的存在下与带1C标记松柏醇

12 纤维素前驱物在银杏植物中的投入方法

选用3~4年生的银杏植株作为接受纤维素前驱物的植

物试样,银杏能在水的浸泡中存活二个月以上,不影响其代谢。六月初,将购买的银杏截成30cm左右长度,保留20~

13

尿苷二磷酸30片叶子,浸泡在配置的溶液中,溶液由(6C)

葡萄糖甙发生聚和反应得到木素纤维素复合体(dehdroy,DH,用高分辨PCC)enationpolmercellulosecomlexesgyp

/MA率的CPS1CNMR分析发现木素与纤维素之间有苯甲

20130110,修订日期:20130408 收稿日期:

)资助31070521,30901140 基金项目:国家自然科学基金项目(

:M1988年生,湖北工业大学硕士研究生  emailinia0106@163.com 作者简介:向松明,女,gj

:mailcut.edu.cnmxie通讯联系人  e@sppy

13

(犉犻1 犛狀狋犺犲狊犻狊狅犳狌狉犻犱犻狀犲犱犻犺狅狊犺狅6犆)犾狌犮狅狊犲犵狔狆狆犵

(葡萄糖、松柏醇葡萄糖苷、AOPP[400m00m0)g+4g+9

-1

·(]组成,植物在人工培养箱中培养3m200mL)0天,温g度为25℃,湿度为50%。

33

,1多点校正,获得样品的C同位素值1C(VPDB)C(%)=33

)/(),CRr+1000RrCRr+1000Rr+1000100(δ1δ13123/Rr表示VPDB标样中1CC=0.0112372,C为测定的δ1

13 银杏粉末的制备

银杏植物培养一个月后,取出剥皮,晾干,用冷冻切片机分别取0.3,0.35,0.4mm厚度的新生木质部,分别磨成/过1苯混合液(和热水脱脂处00目的粉末,并用乙醇12,φ)理。

14 犔犆犆的制备

将上述银杏粉末在真空干燥器中用五氧化二磷干燥1周,直到五氧化二磷不吸水为止,用水冷式振动球磨处理72,然后采用Brkman的方法提取LCC。hj乙醇纤维素制备15 硝酸

]按文献[制取硝酸乙醇纤维素。916 碳13丰度检测

用锡舟包约0经过干燥分.1mOg样品,燃烧生成的C2,离后进入质谱仪测定C同位素。元素分析仪为德国Elementar公司生产的VarioPYROcube型,选择CN模式,CuO作

为氧化剂,燃烧温度为9质谱仪为20℃,还原温度为600℃;Isorime公司的Isorime100型。利用国际标样IAEACH3,ppIAEA601和工作标样磺胺多点校正,获得样品的C同位素

3值,再计算得到样品1C丰度。317 高分辨率固体核磁1犆犖犕犚测试

[2]

。如表1所示,取离形成层不同距离的碳同位素值(VPDB)新生木质部层做碳13丰度检测,与空白样对比,每一层的

13

值都有明显增加,XC(VPDB)lem1增加的幅度最大,y

313

尿苷二磷酸葡萄糖在植物体C提高了11.81,表明(6C)δ1

内被有效代谢,并聚合为纤维素高分子,不影响植物生长,

而且使生成的纤维素被碳13同位素成功标记,Xlem1标y记的效果最好,说明在细胞壁发育的初期,即初生壁形成的时期,纤维素前驱物被吸收和转化为纤维素的速度最快。从表2中LCC碳13丰度检测的结果所示,得到了带碳13标记的LCC,LCC1的标记效果最好,可以用于LCC的结构分析,LCC的碳13同位素丰度与木质部组织的变化一致。表3是对提取的硝酸乙醇纤维素做碳13丰度检测,取不同厚度层的纤维素的检测结果与空白组相比,丰度值都有明显的增

犜犪犫犾犲1 1犆犃犫狌狀犱犪狀犮犲犻狀狓犾犲犿狅犳犻狀犽狅狔犵犵

Namelemcont.XyXlem1yXlem2yXlem3y

13

C(VPDB)-27.18-15.37-19.48-25.07

13

C%

1.08141.09431.08981.0837

采用带固体探头的瑞士BRUKER公司AVANCEⅢ

400MHz宽腔固体核磁共振谱仪,并用常规交叉极化(CP)

)和魔角旋转(法在1MAS00.6MHz下对样品进行1C连续3

扫描得到1CNMR。实验条件为:温度25℃,3ms接触时

;注:xlemcont.wasnaturenewlformedxlemofginkoxlem1,yyygy

xlem2andxlem3wereresectivelhexlemdistancedfromyypytycambium00.3,0.3~0.65,0.65~1.05mm

犜犪犫犾犲2 1犆犃犫狌狀犱犪狀犮犲狅犳犔犆犆犻狀狓犾犲犿狅犳犵犻狀犽狅狔犵

,脉冲迟滞3s,每间,0.05s接受时间,脉冲宽度为35kHz个样品进行约5000次扫描。

NameLCCcont.LCC1LCC2LCC3

13

C(VPDB)-26.40-11.08-20.08-24.88

13

C%

1.08221.09911.08921.0839

2 结果与讨论

21 碳13丰度检测

利用国际标样IAEACH3,IAEA601和工作标样磺胺

注:LCC1,LCC2,LCC3wereresectivelfromxlem1,xlem2,pyyy

xlem3y

加,以Cellulose1的丰度值增加的最明显,结果表明纤维素

前驱物(613

C)尿苷二磷酸葡萄糖在植物体内代谢成了带碳13标记的纤维素,同时也证实了(613

C)

尿苷二磷酸葡萄糖为纤维素的前驱物。

犜犪犫犾犲3 13

犆犃犫狌狀犱犪狀犮犲狅犳犆犲犾犾狌犾狅狊犲犻狀狓狔犾犲犿狅犳犵犻狀犽犵

狅Name13

C(VPDB)13

C%

Cellulosecont.-24.411.0844Cellulose1-10.421.0998Cellulose2-20.491.0887Cellulose3

-23.32

1.0856

注:Cellulosecont.wasthecellulosefromnaturenewlyformedxy

lemofginkgo;Cellulose1,Cellulose2andCellulose3wererespectivelyfromxylem1,xylem2,xy

lem322 高分辨率固体核磁13

犆犖犕犚谱图分析

尿苷二磷酸葡萄糖(UDPGlu)被认为是纤维素的前驱物[10,11],在图2中,对吸收了(613

C)尿苷二磷酸葡萄糖的银杏新生木质部与天然的银杏新生木质部的CP/MAS13

C

NMR图谱进行比较,可知在芳香族区(110~160pp

m)没有明显的差别,说明投入的纤维素前驱物和抑制剂AOPP没有影响植物的正常代谢

犉犻犵2 犛狅犻犾犱狊狋犪狋犲13

犆犖犕犚狊狆犲犮狋狉犪狅犳狓狔犾犲犿狅犳犵犻狀犽狅犪:Natruexylemofginkgo;犫:Xylemofginkg

o(613C)  其信号吸收峰的基团归属见表4,基于化学位移δ=56处对谱图中的信号的强度进行对比,在化学位移δ=150.42(No.2)为愈创木基型木素的C3和C4,化学位移δ=133.53(No.3)为愈创木基木素的C1,在94.64ppm(No.4)处的信号峰来自纤维素C1及木聚糖C4,89.12ppm(No.5)处的信号峰来自于苯基香豆满β5结构及ββ结构(

1,2图3)中αC的共振信号、结晶区纤维素C4,83.38ppm(No.6)处的信号峰来自愈创木基βO4结构(3,图3)中的Cβ的信号峰和非

结晶区的纤维素C4,72.65ppm(No.8)处的信号峰与天然银杏的峰相比有明显的增强,Azuma等

[12]

对纤维素及其相关

碳水化合物的核磁研究表明纤维素6位上的碳有醚键存在时,纤维素C6的峰位移迁移到7

2.6ppm,根据谢益民[13]

的研究结果木素苯丙烷结构上只有αC上有醚键的存在,由此可知72.65ppm处的峰为βO4结构中αC与纤维素6位上的C以醚键形式连接(4,图3)。在化学位移δ=62.7(No.9

)处的峰说明有β1结构存在(5,图3)

,而且葡萄糖6位上碳经13C同位素标记以后得到了明显的增强,为纤维素上C6的增强峰,说明了C6标记的纤维素前驱物能被聚合为纤维素高分子。

犜犪犫犾犲4 犆犺犲犿犻犮犪犾狊犺犻犳狋狊犪狀犱犪狊狊犻犵

狀犿犲狀狋狊狅犳13

犆犖犕犚狊犻犵狀犪犾狊狅犳狓狔犾犲犿犳狉狅犿犵犻狀犽犵

狅信号

化学位移序号(δ,ppm)官能团归属

1173.94乙酰基碳CH3COOR2150.42愈创木基型木素的C3和C43133.53愈创木基型木素的C1494.64纤维素C1、木聚糖C4

589.12结晶区纤维素C4、苯基香豆满和松脂酚Cα6

83.38愈创木基βO4结构中的C4β和非结晶区纤维

素的C775.02半纤维素C2,C3,C5

872.65醚化的纤维素C6,纤维素C2,C3,C5

962.70纤维素C6、愈创木基O4结构中C1构中的βγ、β结Cα和Cβ1056.35木素甲氧基OCH311

21.43

甲基

犉犻犵3 犌狌犪犻犪犮狔犾狆狉狅狆犪狀犲狊狋狉狌犲狋狌狉犲犻狀犵犻狀犽犵狅犪狀犱狋犺犲犾犻狀犽犪犵

犲狑犻狋犺犮犲犾犾狌犾狅狊犲,犚1,犎,犪犾犽狔犾;犔,狆狅犾狔犾犻犵

狀狅犾 结 论

  (

1)通过向正在生长中的银杏植物中投加纤维素前驱物,结合碳13丰度检测结果,证实了纤维素前驱物尿苷二磷酸葡萄糖(UDPGlu)在植物体内被有效代谢,并聚合成纤维素高分子。

(2

)根据银杏新生木质部的固体核磁图分析结果,外源性尿苷二磷酸葡萄糖和PAL酶抑制剂AOPP没有影响植物的正常代谢,木素结构单元之间主要以βO4,β1,β5和β的方式连接。而且证实了纤维素6位上的碳原子与木素苯丙烷结构上的αC以醚键的形式连接。

3β

犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊

[,,1]anuan,CuiXiaoxiaZhaniin.ProdediaEnvironmentalSciences2012,16:125. WgXgLpg[,2]rkmanA.Ind.En.Chem.1957,49:1395. Bjg

[,A,,3]arionCarriernneLoinetSeraniChristelleAbsalon,etal.BiomassandBioener2012,43:65. Mppgy

[((,():范建云,谢益民)中国造纸学报)4]ANJianun,XIEYimin.TransactionofChinaPulndPaer2006,211. Fypap[,():5]arlssonO,WestermarkU.JournalofPulndPaerScience1996,2210397. Kpap[,,,():6]artinLawokoGunnarHenrikssonGoranGellerstedt.Holzforschun2003,57169. Mg

[,,,,():7]inZhenfuKokoSKatsumataThiBachTuetLam,etal.WileeriodicalsInter.Science2006,832103. JyyyP[():8]inevZ,AhmadZW,RobertTC,etal.CarbohdrateResearch,2006,341101743. Dy

[:C石淑兰,何福望)制浆造纸分析与检测)9]HIShulan,HEFuwan.PulndPaerAnalsisandDetection(.BeiinhinaLiht Sg(papyjgg

(,北京:中国轻工业出版社)Industrress2009.yP

[],((,():宋东亮,沈君辉)植物生理学通讯)10ONGDonlianSHENJunhui.PlantPhsioloommunications2008,444791. SggygyC[]((,):李春秀,齐力旺)生物技术通报)11IChunxiu,QILiwan.Biotechnolonformation2005,(45. LggyI[],,12zumaJKoshiimaT.WoodResearch1981,16:63. Aj

[],W,13ieYM,YasudaSuH,etal.J.WoodSci.2000,46:130. X

犃狀犪犾狊犻狊狅犳狋犺犲犃狊狊狅犮犻犪狋犻狅狀犫犲狋狑犲犲狀犆犲犾犾狌犾狅狊犲犪狀犱犔犻狀犻狀犫犪狉犫狅狀13狔犵狔犆

犜狉犪犮犲狉犕犲狋犺狅犱

,,YAN,XIANGSonminXIEYiminGHaitaoYAOLangg

,H,WuSchoolofPulinaermakinnineerinubeiUniversitfTechnolohan30068,China 4pg&PpgEggyogy

,犃犫狊狋狉犪犮狋Inordertofurtherunderstandtheassociationbetweencelluloseandlininingmnosermplantcarbohdratepartof gypy

13(,,thelinincarbohdratecomlexeswasanalzed.Celluloseprecursori.e.6C)uridinedihoshhateglucosewassnthesizedppygypyandinectedintoalivininkotreewithlinininhibitorAOPPandexoenouslininprecursor.Theresultsfromthedeterminajgggggg

tionof1Cabundanceindicatethatthedeositionofcelluloseinthecellwallisverfastandeffectiveintheprimarall.Theapyyw3nalsisofhihresolutionsolidnuclearmanetic1ositionoflucoseunitsinCNMRsectraconfirmsthatthebondsbetweenCyggpg6p

carbonsoflininsidechainarebenzletherlinkae.celluloseandαgyg

13

;;/犓犲狑狅狉犱狊elluloseCisotoictracerCPMASNMR;Linincarbohdratecomlexes Cpgyp狔

()ReceivedJan.10,2013;accetedAr.8,2013  pp

orresondinuthorCpga

第3第9期            光谱学与光谱分析3卷,

年20139月            SectroscondSectralAnalsisppyapyVol.33,No.9,24882491pp

,Setember2013 p

纤维素1犆同位素示踪法研究纤维素与木素连接方式

向松明1,谢益民,杨海涛,姚 兰

湖北工业大学制浆造纸工程研究所,湖北武汉 430068

摘 要 为了阐明裸子植物中纤维素与木素之间的连接方式,从多糖的角度分析糖单元与木素苯丙烷结构

13

单元之间的共价键连接方式,合成了带6C标记的纤维素前驱物尿苷二磷酸葡萄糖,并将其与PAL酶的

葡萄糖苷一起投入生长中的银杏植物体内。碳1抑制剂AOPP及外源性木素前驱物松柏醇D3丰度检测得β

3知纤维素在细胞壁的沉积主要是从在初生壁开始,高分辨率固体核磁1CNMR分析证实了纤维素6位碳与

木素以苯甲醚键等方式连接。

13

/关键词 纤维素;碳水化合物复合体C标记;CPMASNMR;木素

:/()中图分类号:TS71+1  文献标识码:A   犇犗犐10.3964.issn.10000593201309248804j

醚键、苯甲酯键及缩醛键的连接,其中苯甲醚键可能是主要

引 言

证明了植物原料和未漂纸浆中相当  大量的实验研究

大的一部分木素与半纤维素和纤维素通过化学键结合,并以,木素—碳水化合物复合体(linincarbohdratecomlexesgyp的形式存在于植物纤维的细胞壁中,尤其是LCC)LCC结构(

的存在阻碍了木素的脱除,使得制浆和漂白过苯甲醚键型)

[]

程中消耗大量的化学药品和能源。Karlsson等5利用分子排

[14]

的连接方式。但是对于此键的形成机理、比例、构成糖的种类和成键的位置还缺乏深入的研究。

实验采用稳定性同位素1C标记技术,合成C6位上带碳

[13标记的纤维素前驱物尿苷二磷酸葡萄糖(UDPlucose6g13

),并将其与苯丙氨酸解氨酶的抑制剂AOC]PP及外源性葡萄糖苷一起投入到银杏植物体内,木素前驱物松柏醇Dβ

13

从而实现LCC中聚葡萄糖部分上CC标记。利用6位的

3GVIIsoPrimeC的丰度,从Ⅱ气质稳定同位素质谱仪检测1

而了解细胞壁中纤维素的沉积规律,同时确定同位素丰度比3

/较高的部位,作为提取LCC的样品。并用固体CPMAS1C

NMR检测分析新生木质部组织,从而获得纤维素与木素的

阻色谱法证明松树硫酸盐浆中有稳定的木素纤维素化学键

[]存在。之后,M聚糖复合体的网artinLawoko6研究了木素

状结构,采用新方法从未漂硫酸盐针叶木浆中提取出了大量有代表性的LCC,发现硫酸盐浆中至少有90%的残余木素与碳水化合物以化学键相连,而且证实LCC的连接中有92%是木素与木聚糖、葡甘露聚糖间的连接,只有少部分约8%是木素与纤维素之间的连接。Katsumata等

[7]

连接信息,以及LC键中糖的种类和糖环上碳原子的位置。

1 实验部分

313

尿苷二磷酸葡萄糖11 1犆标记的纤维素前驱物—(6犆)

研究了针叶

的合成

]根据已知文献[所介绍的方法按图1所示的路线合成8

13

纤维素的前驱物—(尿苷二磷酸葡萄糖。6C)

木和非针叶木植物细胞壁中纤维素与木素间的连接,研究发现在针叶木中一半以上的纤维素与木素相连接,在非针叶木中只有六分之一的纤维素与木素间有连接,而且通过扫描电

4]

子显微镜可以观察到木素与纤维素的连接位置。范建云等[

利用经过润胀处理的微晶纤维素,在酶(葡萄糖甙酶、葡萄β

3糖氧化酶及辣根过氧化物酶)的存在下与带1C标记松柏醇

12 纤维素前驱物在银杏植物中的投入方法

选用3~4年生的银杏植株作为接受纤维素前驱物的植

物试样,银杏能在水的浸泡中存活二个月以上,不影响其代谢。六月初,将购买的银杏截成30cm左右长度,保留20~

13

尿苷二磷酸30片叶子,浸泡在配置的溶液中,溶液由(6C)

葡萄糖甙发生聚和反应得到木素纤维素复合体(dehdroy,DH,用高分辨PCC)enationpolmercellulosecomlexesgyp

/MA率的CPS1CNMR分析发现木素与纤维素之间有苯甲

20130110,修订日期:20130408 收稿日期:

)资助31070521,30901140 基金项目:国家自然科学基金项目(

:M1988年生,湖北工业大学硕士研究生  emailinia0106@163.com 作者简介:向松明,女,gj

:mailcut.edu.cnmxie通讯联系人  e@sppy

13

(犉犻1 犛狀狋犺犲狊犻狊狅犳狌狉犻犱犻狀犲犱犻犺狅狊犺狅6犆)犾狌犮狅狊犲犵狔狆狆犵

(葡萄糖、松柏醇葡萄糖苷、AOPP[400m00m0)g+4g+9

-1

·(]组成,植物在人工培养箱中培养3m200mL)0天,温g度为25℃,湿度为50%。

33

,1多点校正,获得样品的C同位素值1C(VPDB)C(%)=33

)/(),CRr+1000RrCRr+1000Rr+1000100(δ1δ13123/Rr表示VPDB标样中1CC=0.0112372,C为测定的δ1

13 银杏粉末的制备

银杏植物培养一个月后,取出剥皮,晾干,用冷冻切片机分别取0.3,0.35,0.4mm厚度的新生木质部,分别磨成/过1苯混合液(和热水脱脂处00目的粉末,并用乙醇12,φ)理。

14 犔犆犆的制备

将上述银杏粉末在真空干燥器中用五氧化二磷干燥1周,直到五氧化二磷不吸水为止,用水冷式振动球磨处理72,然后采用Brkman的方法提取LCC。hj乙醇纤维素制备15 硝酸

]按文献[制取硝酸乙醇纤维素。916 碳13丰度检测

用锡舟包约0经过干燥分.1mOg样品,燃烧生成的C2,离后进入质谱仪测定C同位素。元素分析仪为德国Elementar公司生产的VarioPYROcube型,选择CN模式,CuO作

为氧化剂,燃烧温度为9质谱仪为20℃,还原温度为600℃;Isorime公司的Isorime100型。利用国际标样IAEACH3,ppIAEA601和工作标样磺胺多点校正,获得样品的C同位素

3值,再计算得到样品1C丰度。317 高分辨率固体核磁1犆犖犕犚测试

[2]

。如表1所示,取离形成层不同距离的碳同位素值(VPDB)新生木质部层做碳13丰度检测,与空白样对比,每一层的

13

值都有明显增加,XC(VPDB)lem1增加的幅度最大,y

313

尿苷二磷酸葡萄糖在植物体C提高了11.81,表明(6C)δ1

内被有效代谢,并聚合为纤维素高分子,不影响植物生长,

而且使生成的纤维素被碳13同位素成功标记,Xlem1标y记的效果最好,说明在细胞壁发育的初期,即初生壁形成的时期,纤维素前驱物被吸收和转化为纤维素的速度最快。从表2中LCC碳13丰度检测的结果所示,得到了带碳13标记的LCC,LCC1的标记效果最好,可以用于LCC的结构分析,LCC的碳13同位素丰度与木质部组织的变化一致。表3是对提取的硝酸乙醇纤维素做碳13丰度检测,取不同厚度层的纤维素的检测结果与空白组相比,丰度值都有明显的增

犜犪犫犾犲1 1犆犃犫狌狀犱犪狀犮犲犻狀狓犾犲犿狅犳犻狀犽狅狔犵犵

Namelemcont.XyXlem1yXlem2yXlem3y

13

C(VPDB)-27.18-15.37-19.48-25.07

13

C%

1.08141.09431.08981.0837

采用带固体探头的瑞士BRUKER公司AVANCEⅢ

400MHz宽腔固体核磁共振谱仪,并用常规交叉极化(CP)

)和魔角旋转(法在1MAS00.6MHz下对样品进行1C连续3

扫描得到1CNMR。实验条件为:温度25℃,3ms接触时

;注:xlemcont.wasnaturenewlformedxlemofginkoxlem1,yyygy

xlem2andxlem3wereresectivelhexlemdistancedfromyypytycambium00.3,0.3~0.65,0.65~1.05mm

犜犪犫犾犲2 1犆犃犫狌狀犱犪狀犮犲狅犳犔犆犆犻狀狓犾犲犿狅犳犵犻狀犽狅狔犵

,脉冲迟滞3s,每间,0.05s接受时间,脉冲宽度为35kHz个样品进行约5000次扫描。

NameLCCcont.LCC1LCC2LCC3

13

C(VPDB)-26.40-11.08-20.08-24.88

13

C%

1.08221.09911.08921.0839

2 结果与讨论

21 碳13丰度检测

利用国际标样IAEACH3,IAEA601和工作标样磺胺

注:LCC1,LCC2,LCC3wereresectivelfromxlem1,xlem2,pyyy

xlem3y

加,以Cellulose1的丰度值增加的最明显,结果表明纤维素

前驱物(613

C)尿苷二磷酸葡萄糖在植物体内代谢成了带碳13标记的纤维素,同时也证实了(613

C)

尿苷二磷酸葡萄糖为纤维素的前驱物。

犜犪犫犾犲3 13

犆犃犫狌狀犱犪狀犮犲狅犳犆犲犾犾狌犾狅狊犲犻狀狓狔犾犲犿狅犳犵犻狀犽犵

狅Name13

C(VPDB)13

C%

Cellulosecont.-24.411.0844Cellulose1-10.421.0998Cellulose2-20.491.0887Cellulose3

-23.32

1.0856

注:Cellulosecont.wasthecellulosefromnaturenewlyformedxy

lemofginkgo;Cellulose1,Cellulose2andCellulose3wererespectivelyfromxylem1,xylem2,xy

lem322 高分辨率固体核磁13

犆犖犕犚谱图分析

尿苷二磷酸葡萄糖(UDPGlu)被认为是纤维素的前驱物[10,11],在图2中,对吸收了(613

C)尿苷二磷酸葡萄糖的银杏新生木质部与天然的银杏新生木质部的CP/MAS13

C

NMR图谱进行比较,可知在芳香族区(110~160pp

m)没有明显的差别,说明投入的纤维素前驱物和抑制剂AOPP没有影响植物的正常代谢

犉犻犵2 犛狅犻犾犱狊狋犪狋犲13

犆犖犕犚狊狆犲犮狋狉犪狅犳狓狔犾犲犿狅犳犵犻狀犽狅犪:Natruexylemofginkgo;犫:Xylemofginkg

o(613C)  其信号吸收峰的基团归属见表4,基于化学位移δ=56处对谱图中的信号的强度进行对比,在化学位移δ=150.42(No.2)为愈创木基型木素的C3和C4,化学位移δ=133.53(No.3)为愈创木基木素的C1,在94.64ppm(No.4)处的信号峰来自纤维素C1及木聚糖C4,89.12ppm(No.5)处的信号峰来自于苯基香豆满β5结构及ββ结构(

1,2图3)中αC的共振信号、结晶区纤维素C4,83.38ppm(No.6)处的信号峰来自愈创木基βO4结构(3,图3)中的Cβ的信号峰和非

结晶区的纤维素C4,72.65ppm(No.8)处的信号峰与天然银杏的峰相比有明显的增强,Azuma等

[12]

对纤维素及其相关

碳水化合物的核磁研究表明纤维素6位上的碳有醚键存在时,纤维素C6的峰位移迁移到7

2.6ppm,根据谢益民[13]

的研究结果木素苯丙烷结构上只有αC上有醚键的存在,由此可知72.65ppm处的峰为βO4结构中αC与纤维素6位上的C以醚键形式连接(4,图3)。在化学位移δ=62.7(No.9

)处的峰说明有β1结构存在(5,图3)

,而且葡萄糖6位上碳经13C同位素标记以后得到了明显的增强,为纤维素上C6的增强峰,说明了C6标记的纤维素前驱物能被聚合为纤维素高分子。

犜犪犫犾犲4 犆犺犲犿犻犮犪犾狊犺犻犳狋狊犪狀犱犪狊狊犻犵

狀犿犲狀狋狊狅犳13

犆犖犕犚狊犻犵狀犪犾狊狅犳狓狔犾犲犿犳狉狅犿犵犻狀犽犵

狅信号

化学位移序号(δ,ppm)官能团归属

1173.94乙酰基碳CH3COOR2150.42愈创木基型木素的C3和C43133.53愈创木基型木素的C1494.64纤维素C1、木聚糖C4

589.12结晶区纤维素C4、苯基香豆满和松脂酚Cα6

83.38愈创木基βO4结构中的C4β和非结晶区纤维

素的C775.02半纤维素C2,C3,C5

872.65醚化的纤维素C6,纤维素C2,C3,C5

962.70纤维素C6、愈创木基O4结构中C1构中的βγ、β结Cα和Cβ1056.35木素甲氧基OCH311

21.43

甲基

犉犻犵3 犌狌犪犻犪犮狔犾狆狉狅狆犪狀犲狊狋狉狌犲狋狌狉犲犻狀犵犻狀犽犵狅犪狀犱狋犺犲犾犻狀犽犪犵

犲狑犻狋犺犮犲犾犾狌犾狅狊犲,犚1,犎,犪犾犽狔犾;犔,狆狅犾狔犾犻犵

狀狅犾 结 论

  (

1)通过向正在生长中的银杏植物中投加纤维素前驱物,结合碳13丰度检测结果,证实了纤维素前驱物尿苷二磷酸葡萄糖(UDPGlu)在植物体内被有效代谢,并聚合成纤维素高分子。

(2

)根据银杏新生木质部的固体核磁图分析结果,外源性尿苷二磷酸葡萄糖和PAL酶抑制剂AOPP没有影响植物的正常代谢,木素结构单元之间主要以βO4,β1,β5和β的方式连接。而且证实了纤维素6位上的碳原子与木素苯丙烷结构上的αC以醚键的形式连接。

3β

犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊

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[],W,13ieYM,YasudaSuH,etal.J.WoodSci.2000,46:130. X

犃狀犪犾狊犻狊狅犳狋犺犲犃狊狊狅犮犻犪狋犻狅狀犫犲狋狑犲犲狀犆犲犾犾狌犾狅狊犲犪狀犱犔犻狀犻狀犫犪狉犫狅狀13狔犵狔犆

犜狉犪犮犲狉犕犲狋犺狅犱

,,YAN,XIANGSonminXIEYiminGHaitaoYAOLangg

,H,WuSchoolofPulinaermakinnineerinubeiUniversitfTechnolohan30068,China 4pg&PpgEggyogy

,犃犫狊狋狉犪犮狋Inordertofurtherunderstandtheassociationbetweencelluloseandlininingmnosermplantcarbohdratepartof gypy

13(,,thelinincarbohdratecomlexeswasanalzed.Celluloseprecursori.e.6C)uridinedihoshhateglucosewassnthesizedppygypyandinectedintoalivininkotreewithlinininhibitorAOPPandexoenouslininprecursor.Theresultsfromthedeterminajgggggg

tionof1Cabundanceindicatethatthedeositionofcelluloseinthecellwallisverfastandeffectiveintheprimarall.Theapyyw3nalsisofhihresolutionsolidnuclearmanetic1ositionoflucoseunitsinCNMRsectraconfirmsthatthebondsbetweenCyggpg6p

carbonsoflininsidechainarebenzletherlinkae.celluloseandαgyg

13

;;/犓犲狑狅狉犱狊elluloseCisotoictracerCPMASNMR;Linincarbohdratecomlexes Cpgyp狔

()ReceivedJan.10,2013;accetedAr.8,2013  pp

orresondinuthorCpga


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