甘蔗茎秆细胞壁力学性能

Mechanical Properties of Sugarcane Stem Cell Wall

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摘要细胞是作物承受外力的基本单元,细胞壁是细胞承受外力的基本单元,了解细胞的力学性能首先需要研究细胞壁的力学性能.细胞壁的力学性能可以通过试验直接测得.目前测试细胞壁弹性模量的方法主要有原子力显微镜技术(Peak-force QNM模式)和纳米压痕技术.原子力显微镜技术测得的细胞壁各子层弹性模量为精细模量.该测试方法对各子层之间的变化具有高分辨率表征作用,适用于尺寸较小的细胞壁各子层模量表征分析.纳米压痕技术测得的弹性模量为压入模量,该测试方法对压痕点定位精确,通过载荷-压入深度曲线,计算压痕位置的弹性模量、显微硬度和残余变形等数据.本研究利用原子力显微镜技术和纳米压痕技术分析甘蔗'桂糖 49 号'在培土后期(6 月,第一生长阶段)、台风季节后期(9 月,第二生长阶段)和工艺成熟期(12 月,第三生长阶段)等3 个生长阶段的茎秆梢部、中部和基部的细胞壁力学性能,分析两种方法测得的细胞壁弹性模量差异情况.结果表明,两种方法测得的弹性模量在变化趋势上基本一致,原子力显微镜试验测得的弹性模量值整体高于纳米压痕技术测得值.厚壁细胞次生壁中层(S2)的弹性模量大于次生壁外层(S1)和次生壁内层(S3)的值.茎秆沿径向各位置厚壁细胞次生壁中层(S2)弹性模量为皮部>近皮部>芯部,沿纵向各位置则为基部>中部>梢部.沿径向各位置薄壁细胞壁弹性模量为皮部>近皮部>芯部,沿纵向位置在第二、第三生长阶段则为中部>基部>梢部,在第一生长阶段为基部>中部>梢部.甘蔗茎秆沿纵向或径向位置导管细胞壁弹性模量无一定的变化规律.