植物纤维化学范文精选

1教学思路与教学内容的改革

无论是专业课还是专业基础课，由于他的内容只是某一个领域或某几个方面的研究和总结，专业性较强。我们现在使用的教材是《植物纤维化学》第三版，由杨淑惠主编，包括其他的几位编者都是制浆造纸领域的权威人士，并有多年的植物纤维化学及制浆化学的教学和科研经验，所以教材的内容和编排基本上都不存在问题。但是，依然有一些重要的结论由于缺少参考文献而无从验证其正确性，另外还有不少印刷方面的错误，这些都给学生的学习带来影响。所以老师在备课的过程中，一定要多方面查阅资料，保证课堂讲授的内容百分之百正确。另一方面，专业基础课不像专业课那样可以补充大量的最新技术，最新研究进展等内容，但我们也要尽力更新课件的内容，毕竟，随着近代科学的发展，试验仪器越来越精密，基础理论方面的研究也是日新月异。而且，像植物纤维化学这门课，其实可以补充的内容有很多，比如在讲第一章的时候，可以根据我国的原料结构情况及现阶段的原料方针，跟学生较详细地讲一下竹子、芦苇等原料的生物结构及细胞形态；在讲木素这一章的时候可以补充一些木素研究方面的最新进展等等。总之，教学的过程绝对不能仅限于教材，要随时向学生补充一些新的内容，这样也有助于激发学生对这门课的兴趣。要实现专业基础课的教学思路与内容方法的革新，对教师提出了很高的要求，教师必须要有深厚的理论功底，对于各方面的知识都要有所了解，特别是了解所教课程在整个教学体系中所占的位置，同时要掌握本门学科的最新科研动态，对教学方法也要有一定的钻研。根据这一要求，我们在专业课和专业基础课教学过程中采用了各取所长，优势互补的方法，也就是同一门课有几位教师共同来讲授，根据教师自身的情况（教学经验、研究方向等等），让每位教师主要讲授他最熟悉、最擅长的那一方面的内容，比如，植物纤维化学半纤维素那一章就是由李新平老师编写的，无论是对教材的熟悉还是对半纤维素的研究，让李老师讲授半纤维素的有关内容都是最合适的，而徐永建老师长期从事于有关木素的研究，对木素的结构、性能、增值化利用等都作过深入的研究，所以在讲授木素这部分内容时，可以把机理讲得非常透彻，并能把最新的研究动态自然的结合在课堂教学中。采用这种方法不仅能保证每一堂课的内容都非常精彩，而且这还能够带动年轻教师的迅速成长。

2课堂教学方式与方法的改革

随着社会的发展，形式单一、呆板的教学方法已经不适用于当前的大学教育，但教学方式的改革也并不是跟着潮流变革教学形式，不同的课程应该采用不同的教学手段和方法，在日常的教学工作中，教师要不断地换位思考、实践总结出适合各门课程的最佳的教学方式、方法。教学方法不仅是教师在教学过程中以什么方式进行实际操作的问题，而且是教师的教学思想在教书育人过程中的体现与客观反映。

2.1把握课堂教学的节奏

把握课堂教学的节奏，一方面是要掌握好本门课教学过程中的轻重缓急，要合理安排本课程的教学内容，在整个教学计划的制定过程中，按照教学内容合理安排教学进度，切不可出现先紧后松或先松后紧的情况，并要明确课程教学的重点。另一方面要掌握好本门课在整个课程体系中的位置和作用，处理好和基础课之间的关系。植物纤维化学与有机化学的联系最为密切，在讲木素、纤维素和半纤维素的化学性质以及纤维素的分子构象时，会涉及到很多有机化学的知识，在讲这部分内容时，应该事先了解一下学生的有关基础知识的掌握情况，讲得太细不利于整个课时的安排，讲得太快又不利于学生的掌握，既要避免简单的重复，又要使基础课的内容与其衔接，从而形成一个完整的体系。

2.2教学互动

植物纤维化学这门课开设多年以来，讲授的教师都有一个习惯，那就是课堂互动。教师根据讲课的内容，根据课堂的情况适时提问，学生回答问题情况作为平时成绩的一部分。这一方面增加了学生上课时的心理压力，而适当的心理压力对于提高学生上课时的专注力是非常有效的；另一方面，在回答问题的过程中逐步启发学生进行思考，在一问一答中，学生对授课的内容有了深入的理解。另外，在每一部分的内容结束之后，适时进行小结，说明该单元各概念之间，以及该单元与其他单元之间的联系，使学生从总体上把握课程内容。虽然新的教学方法层出不穷，每个教师都有其授课的特点，但是这种教学互动的方法一代一代传下来，至今仍是最为行之有效的方法之一。

摘 要：植物纤维化学课程实验是林产化工专业和纸浆造纸专业本科生重要的实验教学环节，是学好其他专业课程的基础，也是提高学生创新能力、培养应用型人才的重要举措。初步分析了该实验课程中存在的问题，并针对性地提出几点改革的思路，以提高实验教学对大学生创新能力的培养。

关键词：林产化工；课程实验；教学改革

根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》，高等教育应优化结构办出特色并重点扩大应用型、复合型、技能型人才的培养规模。我校作为我国林业和生态环境领域高等院校的排头兵，正全面进入向研究型大学发展的转型期。学校正逐步深化6项改革(教学科研、学科管理、人事制度、内部治理结构、产学研合作、大学文化)，以创新人才培养为根本，以学科建设为龙头，以实际人才建设为突破，以体制机制改革为动力，以办学条件建设为支撑，向建设“国际知名、特色鲜明、高水平研究型大学”的目标迈进[1]。倡导素质教育和创新人才的培养，逐步构建以个性和创新原则为核心的教学新理念已成为我校建设和发展的重要指导思想，并将贯穿于大学生培养的每个教学阶段[2]。

1 实验教学在植物纤维化学课程中的重要性

植物纤维化学作为我校国家级特色专业—林产化工的一门重要的专业基础课，主要研究木质纤维原料的生物结构及其所含各组分，特别是纤维素、半纤维素和木素3种主要组分的化学组成、化学结构、物理和化学性质[3]。随着石油、天然气、煤炭等不可再生的化石能源的日益枯竭，各国掀起了生物质资源利用研究的热潮。林木生物质作为其中一种重要的可再生资源，可通过化学和生物加工产生具有高附加值的化工中间体、精细化学品、材料和能源，从而缓解化石能源危机，减少温室气体排放，促进社会可持续发展[4]。前国务院副总理李岚清同志曾指出“大学本科的教育重点在于教好基础课和专业基础课，要使学生知识面宽一些，为学生今后的学习和发展打下一个好基础”[5]。作为一门理论性和实践性均较强的课程，植物纤维化学涉及诸多基础理论知识，包括植物学、仪器分析、有机化学、物理化学等，同时涵盖了林产化工的纸浆造纸、香料与色素、松香松节油、天然高分子等众多专业领域，是培养该学科创新型人才最重要的基础课程。作为创新型、应用型人才培养环节，实验教学在培养学生“知行统一”方面起着重要的作用。通过植物纤维化学的实验教学，不仅能使学生加深对基本理论的理解，熟练掌握实验方法及基本操作技能，而且激发了学生的学习兴趣，培养其观察、分析和解决问题的能力，养成严谨、细致、实事求是的科学态度，它是提高学生实践能力、创新意识和创新思维的重要手段。

实验教学是教学体系的重要组成部分，是一个系统工程。不同于理论课的讲授，实验教学是以学生为主体，学生在教师的指导下动手完成教学内容，并通过教师的引导和启发来分析和解决实验过程中出现的不同现象和问题。由于个体差异，即便使用同样的原料、试剂和操作指南，实验过程和结果都可能不同，这也就促进了大学生通过对实验结果的对比、分析，对实验过程中的现象和问题进行深入、全面的思考，提出可能的影响因素及解决问题的思路。它打破了理论课程统一计划、统一模式、同一标准、批量生产的教学模式，是现阶段教学过程中最有条件、最容易培养综合能力的教学环节。同时，实验教学过程中学生和教师的互动交流，使学生逐步学习到教师分析、解决问题的思维模式和应对方法，获得潜移默化的影响，接受到无法用言语表达的源自实践活动的默会知识[6]。

在当今的知识经济时代，教师的工作应该实现由“教书”向“育人”转变，从“教会知识”向使学生“学会学习”，使学生的学习从“接受”向“创造”转变，实现经验型教师向研究型教师的转变，真正落实“以人为本”的教育方针[7]。这就要求教师不仅要系统掌握所教课程的基础知识，还要具备研究问题的素养和能力，善于把研究与教学实践结合起来。实验教学所需要的创造性和探究性能力，可以作为提高教师研究素养的一条有效途径。对于林产化学加工工程这门学科，利用林木生物质基原料研发生产材料、能源及化学品是当今世界各国研究的热点领域，是缓解化石能源危机、优化能源结构、减少温室气体排放、保护生态环境和促进社会可持续发展的重要举措。因此，从事相关领域教学工作的教师应抓住这一契机，努力提升自身科研水平，利用我国丰富的林木生物质资源，为促进我国生物基产品产业发展贡献自己的力量。

2 目前实验教学存在的问题

摘要：目前纺织行业一般使用化学方法对植物纤维原料成分进行分析测试，但化学方法耗时较长，而近红外光谱方法(NIRS)作为一种现代成分分析方法，可以迅速准确地对植物纤维原料的化学成分进行预测。本文将对近红外光谱方法的机理、植物成分定量分析研究进展及其优缺点进行概述，为近红外光谱在纺织领域应用提供一种新的思路。

关键词：近红外光谱；植物成分；预测；定量分析

目前国内尚未有可广泛适用于大多数植物原料成分定量分析的方法，在纺织领域一般采用国家标准GB/T 5889―1986《苎麻化学成分定量分析方法》。但是由于使用化学方法对一种植物的化学成分分析一般需要一周的时间，对于需要对大量原料进行分析的厂家而言耗时太长。因此一种新型快速的可以普遍使用的植物成分分析方法亟待解决。

近红外光谱技术作为一种分析手段是从上世纪50年代开始的，并在20世纪80年代以后的10多年里发展最快，最引人注目的光谱分析技术，是光谱测量技术与化学计量学学科的有机结合。但是由于技术上的原因，一直以来这种技术的发展受到阻碍，没有广泛地应用于化学计量领域；近几年随着计算机技术的迅速发展，以及化学计量学方法在解决光谱信息提取和消除背景干扰方面取得的良好效果，近红外光谱定量分析技术又重新受到大家的关注并逐渐发展起来[1]。

1近红外光谱预测物质化学成分含量的基本原理及流程

近红外光是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR或IR)之间的电磁波，是人类最早发现的非可见光区域。美国材料测试协会(ASTM)将近红外光谱区定义为波长780 nm~2526 nm的光谱区，习惯上又将近红外区划分为近红外短波(780 nm~1100 nm)和近红外长波(1100 nm~2526 nm )两个区域[2-3]。

当一定频率的近红外光通过具有特定结构的物体时，一些分子对近红外光进行吸收，并产生了伸缩振动和弯曲振动，从而形成了红外吸收谱带。由于近红外谱区与分子倍频、合频振动频率相一致，因此只有振动频率在2000cm-1以上的振动才能在近红外区内产生吸收谱带，而在2000cm-1以上产生的基频振动主要是含氢基团[4-5]。

1.1朗伯-比尔定律

作者：刘红梅 陈文化 陈美华 杨瑞芳 崔国贤 单位：浏阳市农技推广中心 沿溪镇农技站 古港镇农技站 湖南农业大学苎麻研究所

由于纺织传统技术的不断更新，以及计算机技术，数字化技术、网络技术在纺织工业中的运用，为提高纺织产品的质量创造了前所未有的条件。以苎麻纤维纺纱为例，1985年纺100支纯苎麻纱的国家惟有日本，而现在能纺400支以上纯苎麻纱的已有数个国家，其技术进步之快，令世人瞩目。制浆造纸造纸工业也是植物纤维用量大户，据估算1984年全球制浆造纸共用植物纤维75亿吨，至2005年增至158亿吨，增加1.1倍。随着造纸工业的快速发展，造纸工业技术也与时俱进，特别是生物技术的应用，使不少企业由传统造纸业向现代造纸业转变，积极实施清洁生产。过去利用作物秸秆造纸，许多工艺过程都是化学过程，既污染环境，能耗又高。如今，采用生物技术处理替代化学过程，则显著减少污染和能耗。造纸工业用到的生物酶种类主要有纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、木聚糖酶、木素降解酶和脂肪酶等。常用的方法是选用合适的微生物菌种，并用DNA重组技术对目标菌种进行基因修饰，拟培育出酶活高且稳定的造纸工程菌种。制备化工原料以植物纤维为原料，生产更多价廉物美、无污染的化工原料，是世界各国十分关注的研究课题；日本、美国还特别加强了对植物纤维素、木质素转换为化工原料，合成高分子材料的研发。目前，通过水解工艺从植物纤维中可提取或制取的物质主要有糠醛、低聚木糖、糠醇、乙酸、丙酸、木糖醇、草酸，邻醌植物激素、活性炭、二氧化硅、葡萄糖等。这些化工原料经综合利用又可制成许多化工产品，广泛应用于医药、食品、建材、航天、电子、塑料等领域。直接用植物纤维经酸水解或酶水解制取燃料乙醇，更是近年来获取生物能源的有效途径。制造膳食纤维食品自现代医学和营养学确认膳食纤维为人体的第七营养素以来，国际上对膳食纤维食品的研究与开发逐渐重视起来。膳食纤维主要来自植物性食物，如谷豆类、果蔬类食物（富含粗纤维），且多存在于谷类的麸、糠和果蔬的表皮及纤维组织中。美、日等发达国家十分重视对米糠、玉米皮、大豆皮、豆粕、油籽饼的开发研究。

有报道称，从90年代起日本就已经开始工厂化生产米糠半纤维素，添加到咖啡、冰淇淋、汤类及一些健康饮料中。美国早已研制出一系列含稳定化米糠的焙烤食品（全麦粉面包、花生酱饼干、松饼等）配方，稳定化米糠添加量可高达20%。目前国内外对大豆的开发利用主要有豆渣纤维饮料、豆渣膨化食品、豆渣制造食用纸等。以玉米皮为原料，采用酸解法或酶解法，除去包围在纤维周围的淀粉，即可得到需要的膳食纤维，是一种理想的低热量食品添加剂。绿色食品包装绿色食品的包装要求可回收利用或可降解。以植物纤维为原料的绿色食品包装主要有纸浆模塑餐饮具和可降解植物纤维餐饮具两大类。植物纤维来源广泛，竹、芦苇以及农作物的秸秆、稻草、稻麦壳等草本植物纤维和甘蔗渣、木屑等均为可再生资源；将这些原材料经粉碎等预处理后，与符合食品卫生标准的粘合剂、耐水剂、填充料等助剂在一定的工艺下热压模塑即可得到植物纤维餐具。这种餐具自行降解性能好，不需回收，还能松土、肥土，在一定原料组分下，甚至可作鱼类、家禽等的食料。植物纤维的转化与利用植物纤维的转化和利用主要是酸水解、酶水解和微生物发酵。有研究表明，利用稻草等植物纤维水解、发酵制取乙醇等多羟基化合物具有广阔的发展前景。植物纤维还可用于发电，例如我国利用甘蔗渣发电能力已达170×104kW。利用植物纤维发电需要应用生物质可燃气发生装置，将传统棉秆、秸秆等植物纤维输送到燃气发生炉中，在高温缺氧环境下分解产生可燃气体，得到的气体经处理后直接输入燃气发电机中产生电能。2.7植物纤维复合材料植物纤维复合材料是一种新型的绿色环保型复合材料。在国外，植物纤维复合材料已被广泛应用于汽车工业、建筑业、运输业、航空业。以椰纤维为例，该纤维是一种长纤维，具有多细胞附聚结构，除具有优良的力学性能外，耐湿、耐热和隔音性能也较好，既能作为增强体替代合成纤维用于结构材料中，也能作为热固性和热塑性树脂、橡胶、水泥等的增强材料。木纤维复合材料主要应用在建筑工程中，例如复合门窗框、扶梯、软质百叶窗。近年来，国外已把木纤维复合材料应用到铁路枕木上。现代农用纤维材料传统塑料地膜降解难，长期使用后土壤中的残留碎片越来越多，带来了严重的白色污染，因而环保型地膜应运而生。中国农业科学院麻类研究所研制的环保型麻地膜，获得了2项国家实用新型发明专利。麻地膜以下脚料麻类纤维为主要原料，加上植物原料、浆料结合而成。研究表明，麻地膜在覆盖过程中具有较好的保水保温性能，能增加土壤对降雨的储蓄能力，提高作物的水分利用效率；麻地膜覆盖温度变化平稳，不会出现高温灼伤作物的情况；此外，麻地膜具有一定的透气性，膜内不会结露，麻地膜覆盖作物杂草少，且作物病害明显少于塑料地膜覆盖。

我国植物纤维资源的开发利用目前呈现良好势头。据统计，纺织行业植物纤维的加工总量由2000年的477.8万吨增长到2006年的1033.5万吨，且仍然供不应求。当今的衣着潮流崇尚绿色天然纤维制品；全球石油资源面临枯竭，原油价格波动剧烈，导致化学纤维价格过度波动。在这种形势下，必须加快我国新型植物纤维的开发与应用，推动植物纤维多功能利用和技术更新换代。多功能利用相比发达国家，我国的农产品加工生产工艺落后、科技含量低，造成加工产品单一，农产品附加值低。作为纺织工业原料的苎麻原麻约占总生物量的5%，其余占绝大部分的麻叶、麻壳、麻骨一般都被丢弃。据估算，我国每年约有900万吨麻壳麻骨被浪费。调查显示，全球每年所产农业废弃物中生物纤维总量约2×1011吨，我国每年约有5亿吨秸秆、1000万吨米糠、1000万吨玉米芯、1500万吨蔗渣和甜菜渣、2500万吨稻壳、8500吨以上酒糟等成为“废弃物”，造成了环境污染和大量农产品浪费。对农业废弃物进行综合利用，采用各种工艺对其进行深加工和转化，不仅能充分利用资源，还能产生良好的经济效益。以苎麻为例，苎麻鲜茎叶能作为牲畜饲料；苎麻骨、壳可作为培养基栽培食用菌；苎麻骨可以生产与阔叶树种质量相似的硬质纤维板和中密度纤维板；利用微生物发酵技术和酶工程以苎麻副产物为原料生产燃料乙醇，不仅是一项绿色可持续发展的产业，而且还能开发生产出附加值更高的新产品，以满足人类的需要。加快技术更新随着工业的快速发展，植物纤维资源开发利用的科技含量也不断提升。目前我国造纸工业企业3600家，能力约7000万吨，纸及纸板产量达5600万吨，消费量达5930万吨，生产量和消费量均居世界第二位，已成为世界造纸工业生产、消费和贸易大国。我国先后从国外引进全封闭热筛选、节能减排装置、污水处理装置等先进技术和设备，并进行大型造纸机械的科研攻关，在关键技术方面取得了突破。棉纺工业推进了纺纱过程的自动化，连续化，并研发出有自主知识产权的集聚环锭纺纱技术。麻纺工业也开发出生物脱胶技术，纤维变性技术，以及麻类织物染色、防皱、柔软等先进整理技术。这些新技术的推广应用，推动了天然纤维产品的升级换代，提高了资源的利用效率，将使植物纤维发展道路更加广阔。

世界上大多数合成纤维材料,包括人造纤维都是依靠科学探索开发出来,当然也有通过偶然发现而获得的技术。但是,利用天然材料经生物自然加工而获得的却鲜为人知,生物拟态纤维正在悄无声息地走进我们的生活。

植物通过光合作用产生碳水化合物而形成合成植物纤维,也吸收了空气中0.3%的二氧化碳。植物是利用少量二氧化碳在水与光合作用下生成纤维素。其纤维横截面由复杂的多种结构组成,这种纤维素具有相似性。纤维科学家将其定义为“二氧化碳纤维”。这就是说,我们一旦了解更多自然知识,我们就可以避免使用化石能源制造人造纤维,而创造一种环境友好型的生物纤维已成为一种可能。

作为仿真丝的第一种化学纤维,人造丝出现在一个世纪前,这种化学纤维拟态丝是用木浆制成的,随后,人们发现木质浆具有可溶性,还可湿纺加工。而人造丝与木质纤维具有纤维素同样的结构。随之,尼龙又出现了。尼龙是人类模仿天然纤维的杰作。50年后,混纺加工技术出现,合成纤维渐渐成为我们的时尚,也形成一种开发方式。随之,聚酯纤维以标新立异的固有特征使其他人造纤维刮目相看,也与人造丝形成鲜明的对比。然而,却不是所有的真丝特征都可以再造的。例如,光泽特征、吸湿特征、可染特征并没有完全尽如人意地模仿出来。例如,的所有有机要素,如糖类、蛋白质、脂肪、纤维素等均含碳元素。光合作用使碳元素生成新的植物碳元素。据称,每年全世界约有2000亿吨碳元素因光合作用被植物从空气中吸收。其中植物就包含了空气和植物中水分子中的二氧化碳,将其转化为植物糖类。

光合作用使植物需要更多能量。植物糖类所含能量高于其他简单化合物,其能量主要来源于光的吸收,即叶绿素和类胡萝卜素的生成,而植物不仅能生成糖类,而且其化合物可以转化为结构性材料,如纤维素和蛋白质。这种转换要求更多能量,这一趋势又使其分解具有高能量的糖类。在氧化作用下,它再次生成二氧化碳和水。这种能量释出和转换过程被看做植物呼吸与生长的过程,类似于动物的呼吸。而光合作用使植物获得能量后以糖类的形式储存下来。日本农业生物科学研究所(NIAS)马越博士(Dr J. Magoshi)认为,蚕丝的形成经历了这个机械过程,而这个过程在所有动植物体内都会产生。也就是说,所有动植物都可以成为拟态生物纤维的“工厂”。

众所周知,家蚕不是真正的吐丝,而是从口中拉出丝,靠移动编织蚕茧。家蚕可以将蚕丝蛋白固定在平面上。如果能给家蚕下“命令”,它们或许能按照人类的指令,直接给人“纺织”衣服,而省掉了织布这一过程。这与我们传统的人造纤维纺织大相径庭,事实上,天然丝纤维要比人造纤维更有伸缩性,丝纤维的隔热性能、手感、吸湿性都要好于合成纤维。并且,丝纤维具有很好的功能性,甚至可以设计更多的人造功能。

在过去,人们并不知道,家蚕是怎样通过食用桑叶而制造蚕丝的。现在发现,那是因为桑叶被消化后形成氨基酸,然后形成丝腺。就这样,分层的丝蛋白就在蚕的肚子里形成,然后又通过丝腺钙离子形成胶质蛋白丝,而凝胶体又通过吸收空气中的二氧化碳转化为溶胶,最终变为液态水晶体,蚕一边移动一边拉出口中的液态水晶体而形成蚕丝。这个过程与人类合成纤维的生产大同小异。

其实,当提及动物纤维时,人类没有真正理解自己的毛发和羊毛生长的过程。人类毛发和羊毛的生长都是一个氨基酸的聚合过程。倘若毛发在形成过程中,聚合体相互缠绕,形成新的合成纤维,那么聚合体就会形成一种溶体并储存下来,然后从皮肤里冒出来。这个过程可以让我们明白,其实这也是一个人造丝的过程。若能真正模仿这种生物动态,那么人类就可以不断创造无数种拟态纤维。目前,世界上已有许多纤维公司把触角伸向人类毛发生成原理。现代生物技术可以让头发按照人类预期的形状在活体内生长。倘若人发能够复制,那么羊毛也可以用未来的生物拟态技术合成出来。

蜘蛛丝是另一有趣的纤维材料。这种动物性纤维具有很强的韧性,它可以任意伸长。为了使自身产丝更有效地捕捉到昆虫,蜘蛛往往会自动地将丝中的养分加以调整,使其丝的强度能让纤维丝以蜘蛛网的轴心看齐。当蛛丝一边被拉伸时,其韧度却在由中心到边缘加大。蜘蛛丝的韧度相当于凯夫拉尔纤维,其延伸性或抗断裂性高于凯夫拉尔35%。因此,其经纬黏度足以捕捉到比蜘蛛自身大得多的昆虫。但是,当蜘蛛移动时,蜘蛛网上的黏度却不会粘住它。这就是大自然的奇妙。世界顶尖级纤维科学家因此对蜘蛛丝的结构十分感兴趣。他们希望能解释蜘蛛丝结构的物理属性,从而开发像蜘蛛丝一样的拟态非均匀性智能化纤维材料。这或许成为未来开发新纤维材料的关键所在。这样的生物拟态应用信息,确定无疑,将成为今后新型化学纤维诞生的温床。未来的生物拟态技术可利用动植物体内的均质物质和非均质物质开发多种生物纤维,以满足人类更多需求。例如,模仿生物的功能即可强化液晶蛋白纤维的强度。使用这样的纤维材料纺织物,可使人类在炎热的沙漠地带都免受强光的照射和炽热高温的危害。

摘要：本文着重介绍了植物和微生物合成纤维素、降解纤维素的原理及路径，旨在引导学生关注纤维素对地球的重要作用，关注人类自身发展与地球资源的关系。

关键词：纤维素；光合作用；葡萄糖；纤维素降解

中图分类号：G632 文献标识码： C 文章编号：1672-1578（2014）6-0260-01

1838年法国农业学家佩因（A. Payen）从植物中提取某种化合物时分离出一种物质，由于该物质是在破坏细胞组织后得到的，并且几乎在所有植物体内都存在，因此，佩因把它用cell（细胞）和lose（遭受破坏）合成了一个新名词，称为“cellulose”，意思是细胞“破裂”后的产物[1]。

地球上，植物通过光合作用，每年产生约1000亿吨纤维

素[2]，是地球上最重要的资源之一，将在后石油时挥更大的作用，将是一切化学工业的基础原料。

纤维素主要存在于棉花、树木、苎麻、亚麻、竹、草和花中，是植物细胞壁的主要组成部分，这些植物通过光合作用将空气中的二氧化碳和水转化为纤维素，其主要化学反应过程为[3]：

CO2+H2OCH2O+O2（反应条件：光能和叶绿体）

摘要 对贵州省表现优良的10种能源植物进行了纤维素、半纤维素、木质素和热值的测定。结果表明，纤维素含量茎叶混合物>叶，同时热值高的能源植物为斑茅、紫色象草、象草、皇竹草、柳枝稷；从木质素含量看，香根草作为纤维素能源植物具有一定的优势。

关键词 能源植物；能量指标；测定；石漠化地区

中图分类号 S216.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）09-0253-01

我国能源植物种植资源丰富，贵州省地处典型的喀斯特地貌区，是世界喀斯特地貌最复杂、类型最齐全、分布面积最大且石漠化面积最大、灾害最严重的省份。针对石漠化地区能源植物资源丰富但开发利用较少、石漠化程度较严重等问题，在全省范围内收集并保存能源植物资源，对非洲狗尾草、香茅草、象草、皇竹草、紫色象草、香根草、五节芒、斑茅、柳枝稷、青贮玉米10 种植物的纤维素、半纤维素、木质素及热值的含量进行了测定，旨在为石漠化地区利用和开发能源植物提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地自然概况

试验地选在贵州省草业研究所独山试验基地。该试验地位于东经107°33′、北纬25°30′，海拔970 m，≥10 ℃积温4 538 ℃，年均温15 ℃，极端低温-8 ℃，极端高温34 ℃，年降水量1 346.7 mm，大多数集中在5―8月，无霜期272 d，年日照时数1 336.7 h，空气相对湿度82%，雨热同季，干湿季节明显。土壤为黄棕壤土，pH值6.6、有机质2.25%、全氮 0.161%、水解氮68.42 mg/kg、有效磷30.45 mg/kg、速效钾50 mg/kg，土壤总体肥力水平为中等。

1.2 验材料

摘要 以芒草（芒、五节芒、荻、南荻、奇岗以及芒荻杂种）为研究对象，研究其纤维素、半纤维素、木质素的含量及其在种间（或类型间）的差异。结果表明，半纤维素和木质素含量在不同种间（或类型间）差异分别达到了显著和极显著水平，纤维素含量在不同种间（或类型间）差异不显著。纤维素含量、半纤维素含量的种内变异贡献率大于种间变异贡献率，说明利用种内遗传变异，能够对纤维素含量及半纤维素含量进行遗传改良。

关键词 芒草；纤维素；半纤维素；木质素；化学成分；分析

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）03-0239-02

芒属植物（Miscanthus）属禾本科多年生高大草类，多分布于热带至亚洲的东南部，近年来受到广泛的关注，被认为是一种开发潜力巨大的纤维类能源植物，可以为大规模发展非粮燃料乙醇、生物燃料、生物质气化等提供充足的原料[1-3]。

芒属植物的化学成分分析是芒属植物纤维制取的基础性工作，对于不同种类、不同基因型等种质资源材料，可通过测定其纤维素的含量、确定其开发利用价值。纤维素是自然界最丰富的可再生有机物，研究表明，天然木质纤维素由纤维素、半纤维素和木质素组成，只有纤维素适合水解发酵生产乙醇，但纤维素、半纤维素和木质素三者的分子交织在一起，极大地降低了纤维素乙醇的转化率[4-5]。因此，从生产纤维素乙醇的角度看，筛选和培育纤维素含量高、木质素含量低、生物质产量高的芒草新品种是未来芒草育种的方向。本文对6种类型芒草的3个重要品质性状纤维素、半纤维素、木质素的含量进行测定，为芒属植物的开发利用提供参考资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为芒属的芒（4份）、五节芒（2份）、荻（3份）、南荻（3份）、奇岗（3份）、芒荻杂种（5份） 6种类型，共20份（不同基因型），以上材料均采自湖北光芒能源植物有限公司芒属植物种质资源圃。分别在营养生长期和成熟期收取这些材料的叶片与茎秆供试验分析用。供试试剂：十二烷基硫酸钠、十六烷三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸钠、四硼酸钠、浓硫酸、无水磷酸二氢钠、无水亚硫酸钠、十氢化萘等，均为分析纯。

摘要：水生植物在湿地系统中具有十分重要的作用，水生植物的收获及处置利用问题成为湿地应用、管理中不可忽视的问题。本文首先介绍了水生植物的作用，然后论述了湿地水生植物的能源化利用，最后提出了研究展望。

关键词：人工湿地，水生植物，能源化利用。

中图分类号： S156.8 文献标识码： A 文章编号：

一、水生植物的作用

1 水质净化作用

1）沉降作用：覆盖于湿地中的水生植物使风速在接近土壤或水体表面降低，有利于水体中悬浮物的沉积，降低沉积物质再悬浮的风险，增加水体与植物间的接触时间，同时还可以增强底质的稳定和降低水体的浊度。附着于根系的细菌在进入内源呼吸期会发生凝聚，一部分被根系吸附，另一部分凝结的菌胶团则把悬浮有机物和新陈代谢产物沉降下来。

2）吸收作用：①氮磷的吸收:水生植物直接从水体中吸收氮、磷，并转化为蛋白质和有机氮。研究发现石菖蒲、灯心草和蝴蝶花3 个植物系统的总氮平均去除率为77.7%、71.2% 和66.4%，而无植物系统的去除率仅为55.8%。水体中大量的氮、磷被水生植物吸收利用，而水生植物被收割脱离水体，水中大量的氮、磷也随着植物脱离水体，从而达到去除水中过量氮、磷的效果；②重金属的吸收: 水生植物可通过根部直接吸收水溶性重金属，还可以通过改变根际环境来改变污染物的化学形态，从而达到降低或消除重金属污染物化学毒性和生物毒性作用；③有机物的吸收: 水生植物可从水中吸收多种有机污染物质，甚至农药等持久性污染物。水生植物还可以通过根系分泌有机酸类等物质刺激根系微生物活性，促进微生物对有机物的降解。

2 抑制藻类生长

虽然“节能减排”的口号人人都在喊，但不可否认的是，纺织过程中纤维素在提纯过程中总会对环境带来或多或少的污染问题，近日，北京梦狐宇通纤维研究开发中心或功研发出一项零污染、零排放、高利用率的“绿能生物质有机组分离工艺技术”。

节能的

木质素有望成为廉价碳纤维的主要材料

据了解，这项技术经充分试验，可以从竹子、木材、果枝、灌木、芦苇、秸杆等植物中有效地分离提取出纤维素、半纤维素、木质素及各种有机成分，原料利用率极高。该项目延伸技术涉及到纺织、造纸、能源、化工、建材及航空航天、军事等几大领域。该项技术的问世突破了行业一直延用的传统“酸碱法”制浆技术的瓶颈。首先，从源头解决了制浆造纸业“黑液”的排放问题，同时获得了多种高价值副产品，这项技术对当前节能减排、发展低碳循环经济起到了一定的推动作用。

但是由于大量木质素的混入，浆粕质量低，难于漂白，产品不能长期保存，应用范围窄，只能做一些低档次产品，不能实现植物的高使用价值。

该项新技术将植物分离成为纤维素、新型半纤维素、新型高纯度木质素三种成份，其分离步骤先将植物分为综纤素和木质素，综纤素即纸浆，根据需要再将综纤素通过物理法可分为纤维素和半纤维素。

让植物原始材料回收循环利用率100%

据悉，该技术基本上可以使植物原始材料得到100%的利用，而传统化学方法只以提取植物中的综纤维素为目标产品，使得植物原始材料利用率约为植物的30%～40%，很多物质被浪费，包括大部分的木质素，以及少量纤维素和半纤维素均以污染和废弃物处理。传统化学方法提取植物中的综纤维素可利用机械浆能够达到90%以上。