纤维植物的研究进展

《牧草种质资源与利用》结课论文题目：我国纤维植物资源研究进展学院(系)：动物科技学院专业年级：草学2013级学生姓名：陈志飞学号：2013050525授课教师：寇建村完成日期：2014年1月5日我国纤维植物资源研究进展纤维植物是指植物体某一部分的纤维细胞特别发达，能够产生植物纤维并作为主要用途而被利用的植物，它广泛地被用做编织、造纸、纺织等工业的原材料。此外部分的纤维植物还有食用、药用和绿化等功能[1]。纤维植物资源在我国种类多，分布广，多见于乔木、灌木木质藤本、草质藤本和草本等[2]。据调查，全国可作纤维植物开发利用的有1000多种，野生纤维植物有100多种。它们主要分布在荨麻科、榆科、禾本科、椴科、卫矛科、瑞香科、桑科、锦葵科、梧桐科和亚麻科等。我国大部分地区纤维植物资源叫丰富，根据用途可分为食用、工业用、药用、环境及种质资源5大类[3]。通过对我国纤维植物资源的调查研究，来了解纤维植物资源的现状和存在的问题，并初步制定解决方法。植物体内纤维常成束，或由束连成片，甚至成网状结构。实际利用的基本结构除单个纤维细胞外为纤维束，或含有束的植物器官的一部分结构或整个器官。1、植物纤维的类型及主要的纤维植物我国约有500种纤维植物，其中栽培的纤维作物仅约30种。按照植物纤维的器官、组织来源划分，一般分为8大类：（1）韧皮纤维，又称软纤维，位于茎的表皮层下，不会木化或木化后质地仍柔软，商业用的韧皮纤维植物主要有苎麻、大麻、红麻、黄麻、亚麻等；（2）叶纤维，又称硬纤维，纤维木化较硬，产自单子叶植物的叶，叶纤维植物主要有蕉麻、剑麻（原产墨西哥等，现广泛栽培），其他还有龙舌兰科的丝兰属、毛里求斯麻、新西兰麻、虎尾兰属及凤梨科的波萝等；（3）种子纤维，是一些植物种子表皮细胞生长成的单细胞纤维，产自双子叶植物，如棉、木棉，现主栽的为原产于西半球的产细绒棉的陆地棉及产长绒棉的海岛棉；（4）果实纤维，是从一些植物如吉贝、椰衣、丝瓜等果实中取得的维管束，这种纤维现多用于飞机隔热隔音、家俱等业或用作装甲车减震衬料；（5）根纤维，一些植物根系发达，如产于墨西哥的禾本科帚用乱子草，其不定根细韧，用作出口扫帚；（6）穗轴纤维，禾本科的芒属及高粱的穗状花序各级侧轴，细韧，富含纤维，可用于制帚；（7）木材纤维，常用于造纸，又分为软木纤维和硬木纤维，软木纤维为针叶木，如云杉、冷杉、铁杉、落叶松，硬木纤维为阔叶木，如白杨、桦木、桉木；（8）其他纤维，除上述的7大类纤维以外，其他类纤维如禾本科、芒属等植物的茎秆，可供编织、造纸，竹纤维是新兴的一类纺织纤维，具有散热、透气等优良特性，是继棉、麻、丝、毛四大天然纤维之后的第五大天然元素纤维织物资源遍布绝多数植物中，几乎每类植物资源中都有分布。表一、主要的纤维植物科名属名含纤维部位用途荨麻科苎麻茎皮织布优质纸的材料荨麻茎皮纺织、可代麻用、作人造棉原料杨柳科山杨茎和枝条人造丝浆、造纸及纤维工业旱柳茎和枝条人造丝浆、造纸及纤维工业榆科青檀茎和枝条建材和造纸禾本科燕麦杆编织和造纸玉米全枝编织和造纸稻稻秆造纸原料菊科向日葵全株人造丝、麻代品、造纸原料及隔音板棕榈科棕榈叶、叶鞘、茎麻代品、绳索、床垫杉科柳杉茎和枝条人造丝浆及造纸杉木茎和枝条人造丝浆及造纸注：下表只是节选《云南石林野生纤维植物资源调查研究》[4]中几种植物2、纤维植物的综合利用人类对纤维植物的利用由来已久，在植物茎秆中，如苎麻、大麻、亚麻的草本茎具特别发达的韧皮纤维束，可用以制作各种纺织品。在有些植物的木本茎中，韧皮纤维也很发达，它们是制造特种纸张的优良原料，如桑树、构树等。叶子纤维主要存在于单子叶植物的叶脉中，这类纤维拉力大，耐腐力强，主要用以制作绳索，或作粗纺之用，如剑麻、蕉麻等。除了传统作用，人们还可以根据植物体中所含的纤维素和木质素的化学性质，加工生产出许多有价值的化工原料。例如，纤维素的醋酸酯被广泛应用于人造纤维、透明纸、电影胶卷和塑料工业，还能用于制造不碎玻璃等；木质素通过适当处理，可以产生酚类与芳香族化学产品。经常食用植物纤维还具有降低血糖和血脂，预防直肠癌的作用等。2.1用作纺织原料植物纤维是纺织加工的重要原料，主要包括四大类：棉花、麻类（苎麻、亚麻和红麻等）、毛类（绵羊毛、山羊绒、骆驼毛）和茧丝。以植物纤维作为主要原料的纺织工业，随着衣着天然化，多样化潮流的兴起和高新技术的广泛应用，全球纺织业已进入新的增长期，植物纤维用量逐年增长。一些有优势的植物纤维：在各种麻类纤维中，苎麻纤维最长最细。纤维长度比最高级的棉花还要长二、三倍到六、七倍。原麻脱胶精制后，纤维外观颜色洁白，有丝样光泽。苎麻纤维构造中的空隙大，透气性好，传热快，吸水多而散湿快，所以穿麻织品具有凉爽感。苎麻纤维强力大而延伸度小。它的强力比棉花大七、八倍。苎麻纤维不容易受霉菌腐蚀和虫蛀，而且轻盈，同容积的棉布与苎麻布相比较，苎麻布轻百分之二十。因其纤维长，结实，织物冬暖夏凉，“轻如蝉翼，薄如宣纸，平如水镜，细如罗绢”，曾被历代列为贡布，成为皇室和达官贵族喜爱的珍品，20世纪30年代曾获巴黎国际博览会金奖2.2用于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。2.3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。纤维类植物的纤维素含量较高，纤维素可经纤维素酶作用降解为葡萄糖，葡萄糖进一步发酵即可得乙醇。目前国内外对木质纤维素生产燃料乙醇工艺的研究很多，开发前景相当可观，但未见突破性成果，还存在着技术和成本问题。近年来，我国大力发展生物新能源利用植物纤维制造生物乙醇来代替汽油成为新型燃料，如利用秸秆改性资源化，进行可持续发展[5]。2.4制作环保材料植物纤维环保材料来源于农作物秸秆和其它农副渔业产品，是自然界中取之不尽用之不竭的可再生资源。用植物纤维环保材料制成的制品可以替代部分塑料制品，以节约宝贵的石油资源[6]。植物纤维环保材料的研究和应用，开创了生态环境材料的新领域，用后弃于自然环境可生物降解，是一种新型绿色环保材料[7]。因而进行这方面的开发，带来的经济效益和社会效益是相当可观的。2.5制造膳食纤维食品食用植物纤维具有特殊的保健和防病治病功能。在口腔，它耐咀嚼可以锻炼牙齿，清除牙缝污垢，增加唾液分泌，有助食物消化:在胃腔，它填充“空洞”可以发挥“充饥填料”作用，减少饮食，是减肥的有效方法之一；在肠道，它促进胃肠蠕动和消化腺的分泌，有助于正常消化，且有很强的吸水能力，可显著缩短有害物质在肠道内的停留时间，预防便秘，减少肠道癌病的发生。它对高血压、糖尿病、肥胖病、动脉粥样硬化、冠心病等疾病的防治有时胜过药物。2.6苎麻生态价值--水土保持我国现有坡耕地约3.2亿亩，而南方地区坡耕地约占1.6万亩，占全国50%。我国坡耕地分布广、面积大、产沙量高。南方坡耕地的治理主要采取“坡改梯”这种工程措施，每亩投入至少需要1000～3000元，在有限的时间内国家财力无法全部解决。苎麻在南方坡耕地种植已有悠久的历史，由于其枝繁叶茂、根系发达，治理水土流失的效果显著。2.7纤维植物的其他利用价值价值苎麻叶是蛋白质含量较高、营养丰富的饲料。麻根含有“苎麻酸”的药用成份，有补阴、安胎、治产前产后心烦，以及治疔疮等作用。用于现代农用纤维材料，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。3、一些主要纤维植物的研究3.1芦苇的研究现状芦苇为禾本科多年生草本植物，是形态上高度分化的草甸与湿地植被建群种，广泛分布于世界各地。目前我们用其代替木材做造纸原料，被人们誉为“第二森林”。由于芦苇种群经常成为湿地植物群落的主要建群种，甚至占绝对的优势，因此芦苇种群的变化必然会对生态系统的结构与功能产生重大影响。我国芦苇资源丰富，分布广泛且集中。现在全国范围内有14个芦苇主产区，芦苇面积1．3×106hm2以上。其中以东北的辽河三角洲、松嫩平原、三江平原，内蒙古的呼伦贝尔和锡林郭勒草原，新疆的博斯腾湖、伊犁河谷及塔城额敏河谷，华北平原的白洋淀等苇区，是大面积芦苇集中的分布地区。当今主要培育繁殖基地有江苏沭阳、浙江、安徽等地。由于芦苇的经济价值和生态学价值已经引起了我国科技工作者的重视。自20世纪60年代以来，我国生态学工作者对资源分布、生态型、种群生态学等开展了研究，取得了不少研究成果，总结分析近年来的研究资料，理解芦苇研究的现状，预测发展趋势，对于进一步开展芦苇科学研究工作具有重要指导意义。芦苇除了用于用作纺织原料和纸浆原料外还有一些其他的利用价值：（1）医学价值为保土固堤植物。苇秆可作造纸和人造丝、人造棉原料，也供编织席、帘等用；嫩时含大量蛋白质和糖分，为优良饲料；嫩芽也可食用；也可做粽子外面包的叶子花絮可做扫帚；花絮可填枕头；根状茎叫做芦根，中医学上入药，性寒、味甘，功能清胃火，除肺热；有健胃、镇呕、利尿之功效。（2）用于畜牧业芦苇又是一种适应性广、抗逆性强、生物量高的优芦叶、芦花、芦茎、芦根、芦笋均可入药良牧草，饲用价值高.嫩茎、叶为各种家畜所喜食。大多数都作为放牧地利用，也有用作割草地或放牧。与割草兼用，往往作为早春放牧地。芦苇草地有季节性积水或过湿，加之是高草地，适宜马、牛大畜放牧。芦苇地上部分植株高大，又有较强的再生力，以芦苇为主的草地，生物量也是牧草类较高的，在自然条件下，产鲜草3.9～13.9吨/公顷。每年可刈割2～3次。除放牧利用外，可晒制干草和青贮。青贮后，草青色绿，香味浓，羊很喜食、牛马亦喜食。（3）用于园林观赏芦苇种在公园的湖边，开花季节特别美观。在欧洲国家的公园，经常可见到芦苇优雅的身影。培育出芦苇最新品种。深水耐寒、抗旱、抗高温、抗倒伏，笔直、株高、梗粗、叶壮，成活率高。能达到短期成型、快速成景等优点。生命力强，易管理，适应坏境广。生长速度快。芦苇是景点旅游、水面绿化、河道管理、净化水质、沼泽湿地、置景工程、护土固堤、改良土壤之首选。有其重要的生态价值。3.2香蒲的研究进展香蒲属是香蒲科一单属，水生或沼生，全国共11种[8]。香蒲属植物是重要的经济植物和珍贵的药材，属于非地带性植被，其生长不受地带性条件限制，全国范围内沼生或水生环境都能生长，分布广泛，资源非常丰富。香蒲的一些主要利用价值：3.2.1食用价值香蒲嫩茎叶可做蔬菜食用，称蒲菜，其味鲜美，符合当前人们食用野菜的习惯口味；幼叶家畜喜食，为良好饲料。3.2.2经济价值香蒲叶宽，含纤维量高，韧性强，可以用来编制草袋、草包、草席