甘蔗茎秆细胞壁力学性能

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(Peakforce 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。

关键词

甘蔗 / 细胞壁 / 原子力显微镜技术 / 纳米压痕技术 / 弹性模量