造纸工业是国民经济基础产业之一,但我国森林覆盖率只有18.21%,森林资源匮乏,其在我国造纸工业的原料结构中占较小比例,非木材原料约占原料总量的90%。因此,纸业原料的结构调整迫在眉睫。
竹类被誉为“世界第二大森林”,主要分布在热带和亚热带多雨地区,全世界共有70多属(余种)。我国竹类资源十分丰富,共有40多属(余种),种类、面积和蓄积量与年产量均居世界第一。
竹材纤维细长、纤维壁厚、腔径小、木质素沉积少,木质素含量相对较低,纤维含量高,一般为40%-60%,是除木材外的重要造纸纤维原料。竹浆质量优于草类浆,处在针叶材木浆和阔叶材木浆之间。
有研究将竹种分为四级,慈竹处于第一级。我国是除印度和印支半岛外的产浆大国,年产竹浆约60万吨。因此,利用竹浆造纸不仅能调整我国纸业原料结构供需矛盾,同时可以弥补我国目前中高档纸浆的缺口。
近年来,随着西部地区退耕还林和天然林保护等相关政策的实施,为我国竹浆产业的发展提供了有力保障。慈竹(Bambusaemeiensis)为禾本科慈竹属的丛生竹类,是速生高产竹种,分布于湖北、湖南、甘肃、陕西南部及云贵川等地,其中四川盆地的分布数量最大。
慈竹生长快、易繁殖、周期短、单产高,是重要的经济竹种,其纤维属于中长纤维,平均长度2.0mm以上,纤维含量最高可达52%,适合制造各种纸张,是竹类中优质竹种之一,在四川已形成了以其为龙头的竹浆造纸工业产业链。在通常情况下,竹材纤维素含量越高,则制浆率和纸的质量就越高,但当前优良竹种的选育是困扰我国大部分竹浆造纸企业发展的一个重要因素。
对于竹纤维品质的改良主要有两种方法:一是常规育种方式,但因竹开花具有不确定性,且开花后即死亡等特点,受到的限制巨大,只能采用常规的改良手方法提高竹类中纤维素的质和量,如种质资源收集、引种驯化等;二是通过基因工程手段在分子水平上对其进行改良,通过基因工程手段调控竹子纤维素生物合成途径中的一些重要酶基因,从而改善纤维质和量,培育适于造纸的竹材新品种。
目前为止,竹组织培养与遗传转化较难,其相关竹基因功能的鉴定多在如拟南芥等异源植物上进行,而在竹本身上进行研究至今报道极少。
而未来对于竹类资源的发展方向,主要是通过基因手段转入其他基因,增加竹子的纤维素含量,让其能更好地被人类利用。
纤维素合成过程中SUS分解蔗糖产生UDPG为纤维素合酶合成纤维素提供底物。在新疆杨叶片韧皮部中过表达绿豆SUS基因,使得更多的蔗糖经由蔗糖合酶参与到纤维素和木质素的合成;在杂交杨中过量表达棉花SUS基因,转基因植株中SUS活性上升,次生壁木质部纤维素明显沉积,纤维素含量明显增加。这提示我们可通过调控该基因的表达从而提高竹纤维的含量或品质。虽然SUS基因也在一些植物中被相继克隆,且纤维素生物合成反应机制仍在进一步的研究,但SUS基因与纤维素合成是否存在直接关联,目前尚不清楚。
因此,研究SUS基因表达特性与竹纤维素合成体系之间的具体联系显得非常必要。另外,大量研究显示,不同植物中SUS基因存在着部分功能的保守性,然而同一物种中的不同SUS基因在功能上可能存在明显差异。鉴于此,开展不同SUS基因对竹纤维合成的研究十分必要。
增加竹子纤维素含量的研究已逐渐被各个机构实施,我们也期待能够尽早看到成果,增加竹子的可利用性。
而且竹子在我国文化中本就代表正直、高风亮节,现在也被制作成各种盆景,居家办公,很适合作为摆件使用。
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