Проучвания върху разселването и разграждането на дървесината
Изследователски център Карлсруе Технологии и околна среда Научни доклади FZKA 6068 проучвания върху разсад и разлагане на дървесина. избрани широколистни и иглолистни дървета чрез коренови гъби J. Ingels Institute for Materials Research, март 1998 г.
Изследователски център Карлсруе Технологии и околна среда Научни доклади FZKA6068 Проучвания върху колонизацията и разлагането на дървесина на избрани широколистни и иглолистни дървета от коренови гъби * Джулия Енгелс 1 Институт за изследване на материалите 1 Институт за горска ботаника и физиология на дърветата, Университет Алберт-Лудвиг във Фрайбург * От Факултета по горски науки на Алберт-Лудвигс Университетът във Фрайбург одобри дисертация Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe 1998
Отпечатан като ръкопис. Запазваме си всички права за този доклад Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Postfach 3640, 76021 Karlsruhe Член на Асоциацията на германските фондове за изследователски центрове Hermann von Helmholtz (HGF) ISSN 0947-8620
4. Дискусия. 75 4.1 Дискусия на количествените резултати. 75 4.2 Дискусия на резултатите от светлинната микроскопия и полевите емисии на сканираща електронна микроскопия и наблюденията на избрани полеви изследвания. 86 5. Обобщение. 102 6. Библиография. 105 7. Приложение. 118
16 Вместо това материал и методи вакуумна помпа. Блоковете на отделните гостоприемници изискваха овлажняване между 2-20 минути, за да се постигне желаното съдържание на влага от 50-70% от сухото тегло. След това те бяха поставени в буркан от 500 ml (буркан с мед), стоящ върху техните области на напречно сечение. Последният беше предварително напълнен с 10 g вермикулит с размер на зърната 3-6 mm (фирма Isola-Mineralwolle-Werke, W. Zimmermann GmbH, Sprockhövel-Haßlinghausen) и овлажнен с 50 ml дестилирана вода. Тези буркани бяха хлабаво затворени с алуминиевите капаци и автоклавирани за 20 минути при температура от 120 ° С за стерилизация. След това всеки тест блок беше инокулиран при стерилни условия в съответствие с планираните комбинации гъби-гостоприемници (Таблица 1) със съответния отгледан инокулум. Това беше поставено в центъра на площта на напречното сечение на всеки тестов блок, като в контролните варианти се използва негъбичен инокулум. След това бурканът с мед се затваряше свободно с капака и парафилма и се съхраняваше на тъмно при 25 oC за съответния инкубационен период. %/i. 4 [Jif
lcd u. E.O WLIZElh: Jz 0 0 10 2J 3) 4J E.O Загуба на тегло в (%) Фиг. 4: Средна загуба на тегло от варово дърво, инкубирано с G. applanatum по отношение на концентрацията на влага (n = 20). Вижда се, че концентрацията на влага в блоковете от липа се увеличава с увеличаване на загубата на тегло. Коефициентът на определяне на линейната регресионна линия както за коренната дървесина (r 2 = 0,81), така и за стволовата дървесина (r 2 = 0,89) е много висок. Този за него
Резултати 35 200 180 160 a ! 140. Д. Коренна дървесина - "B.r; 120 r = 2 0,60 Q)". Cl
Резултати 37 Кореневата дървесина има липа и бук, те вече имат около 80% от азота на кореновата дървесина в дървесината на ствола. Последният подход е много важен, когато става въпрос за изясняване на въпроса за причините за различните нива на извличане на кореновата и стволовата дървесина, за да може да се оцени колко големи са разликите в съдържанието на азот в кореновата дървесина по отношение на стволовата дървесина. Разликите са най-големи при дъб, следван от клен, смърч, след това липа и бук. 3.1.5 Съдържание на лигнин и целулоза Както е описано в глава 2.2.5, съдържанието на лигнин и целулоза се определя по два начина. От една страна, относителното количество лигнин и целулоза се определя върху предварително претеглено количество материал. От друга страна, беше използвана произволна проба, за да се определи как се представят абсолютните промени в лигнин и целулоза. За последното, в допълнение към специфично входящо тегло, в анализа беше включен и специфичен обем на блока. При анализите са използвани само дървени блокове от втория инкубационен период на коренова дървесина.
38 Резултати Относителни пропорции на лигнин и целулоза Фигура 6 показва данните, определени за буковата дървесина, върху която има четири гъби, /. dryadeus, P. squarrosa, G. applanatum и A. ostoyae бяха инкубирани в сравнение с контролата. Контрол I. dryadeus P. squarrosa G. applanatum A. ostoyae 0 20 40 тегловни процента 60 80
6: Съдържание на лигнин и целулоза в разложена дървесина от буков корен в сравнение с контрола. Установено е, че делът на разтвора на ADF в разложената дървесина е намален в сравнение с контролата. Например, G. applanatum има само около 70% разтвор на ADF, със загуба на тегло от около 37%. Контролата, от друга страна, има съдържание на разтвор ADF от около 82%. Резултатите от бук показват, че гъбите с най-голяма загуба на тегло също имат най-ниския дял на разтвор ADF. Освен това може да се види, че съдържанието на целулоза е намалено от показаните тук гъбички. Контролата има 69,55% целулоза и 10,55% лигнин. В /. dryadeus, съдържанието на целулоза е 64,57% и намалява до 58,27% в A. ostoyae. Стойностите на лигнин за контролата са 10,55% и се увеличават до 14,16% за A. ostoyae. Може да се твърди, че разграждането на целулозата е доминиращо в изброените гъби, поради което има относително увеличение на стойностите на лигнин с тези данни, свързани с теглото.
Резултати 39 Появява се различна картина със смърч. Пропорциите на разтвора на ADF в различните гъбички са много сходни между разложената и здравата дървесина (Фигура 7). Контрол на P. squarrosa A. gallica A. ostoyae A. mellea 0 20 40 тегловни процента 60 80
Лигнин Фиг. 7: Пропорции на лигнин и целулоза в разложена дървесина от смърчови корени в сравнение с контролата. Определените стойности за целулоза за дървесина от смърчови корени са 53,67%, а за лигнин 23,86%. От тази графика може да се види, че P. squarrosa разгражда преференциално лигнина, неговият дял е 19,73%. Разграждането на лигнин може да се определи и за A. gallica; стойностите са само малко под тези на контролата. За разлика от горното, A. mellea и A. ostoyae показват по-голямо разграждане на целулозата. Ако се сравни процентът на неразтворимите съставки в разтвора на ADF със загубата на тегло, може да се види обратната картина на стойностите на бука. Най-голямата загуба на тегло (A. mellea) също е свързана с най-големия дял разтвор на ADF, най-ниската загуба на тегло на A. gallica с най-малък дял на разтвора на ADF.
40 Резултати Най-ниските концентрации на лигнин са определени в дървесината от липа в сравнение с другите дървесни видове. Те бяха 8,79%, целулоза 71,12% (Фигура 8). Контролирайте G. frondosa G. applanatum F. velutipes 0 20 60 тегловни процента mb! целулоза
Лигнин Фиг. 8: Пропорции на лигнин и целулоза в разложена липа в сравнение с контрола. С изключение на G. frondosa, делът на разтвора на ADF има тенденция да намалява и, както при бука, най-голямата загуба на тегло е свързана с най-ниските пропорции на разтвора на ADF. Имайте предвид обаче, че G. frondosa причинява загуба на тегло от 24,91%, но няма ефект върху разтвора на ADF тук. При G. applanatum и F. velutipes може да се наблюдава ясно разграждане на лигнин до 5,45% и 6,11%, при последното обаче допълнително разграждане на целулоза над 10%. G. frondosa дори има приблизително 4% повече разтвор на ADF, има малко по-високо съдържание на целулоза от контрола от приблизително 3% и приблизително същото съдържание на лигнин V в този момент сравнявате абсолютните проценти на теглото на най-важните дървесни компоненти след разлагане от G. frondosa и F. velutipes с контрола, се появява следната картина. Контролата има съдържание на лигнин от 0,048 g/cm2 и съдържание на целулоза от 0,343 g/cm2. G. frondosa, от друга страна, 0,038 g/cm 2 и 0,361 g/cm 2 и F. velutipes 0,032 g/cm 2 и 0,297 g/cm 2. С други думи, G. frondosa очевидно разгражда лигнин и F. velutipes както лигнин, така и целулоза.
Резултати 41 Делът на разтвора на ADF в дъба е намален само при I. dryadeus и G. frondosa (Фигура 9). Контрол A. mellea I. dryadeus G. frondosa проценти от теглото
Лигнин Фиг. 9: Пропорции на лигнин и целулоза в разложена дървесина от корен дъб в сравнение с контролата. В случая на A. mellea може да се определи много ясно разграждане на лигнин. Съответната стойност на контрола е 16,63%, дървото, разградено от A. mellea, съдържа само 9,36%. В /. dryadeus това разграждане е още по-силно. В G. frondosa се разграждат и лигнинът, и целулозата. Кленовото дърво, заразено с F. velutipes и A. gallica, също показва само незначително по-нисък дял на разтвора на ADF. При тези гъби целулозата се разгражда предимно в сравнение с контролата, приблизително 5%. Трябва да се отбележи, че особено при съотношенията гъби и гостоприемници от твърда дървесина при тези изследвания често се срещат значително намалени разтвори на ADF, докато резултатите за иглолистната дървесина се различават по-малко между разложената и здравата дървесина. Освен това е доказано, че гъбата G. frondosa върху дъб и липа влияе върху количеството разтвор на ADF пропорционално на различна степен и също така разгражда компонентите целулоза и лигнин в различна степен. Следващата таблица 6 показва съответните
42 резултата предпочитат разграждането на лигнин и/или целулоза, класифицирани според различни гъбички и по два гостоприемника. Дървесни видове I Дървесни видове II Раздел 6: Една гъба на два гостоприемника. Буквите в скоби показват предпочитаното разграждане на дървесното вещество ((L): предпочитано разграждане на лигнин; (Z): предпочитано разграждане на целулоза). От таблицата може да се види, че има само две гъби, а именно A. ostoyae и G. frondosa, които за предпочитане разграждат едни и същи компоненти и на двата гостоприемника. От друга страна, при всички останали гъби има предимно специфично за дървесните видове разграждане на дървесното вещество. Лигнинът се предпочита да се разгражда върху дъб, както и върху липа, при което F. velutipes също разгражда целулозата тук. За разлика от тях букът и кленът са склонни да разграждат целулозата. При смърч се появява раздвоена картина, P. squarrosa и A. gallica за предпочитане разграждат лигнин, A. ostoyae и A. mellea предпочитат целулоза. Трябва обаче да се има предвид, че тук не се правят изявления за нивото на степента на разграждане, а на преден план е само общата тенденция.
44 Резултати Фиг. 9: Ранни етапи на разлагане на дървесината от F. velutipes върху кленови трупи. Стрелки: Разтваряне на S 3 слоя, причинено от перфорационна хифа, с последващо образуване на кухина в S 2 слоя. Глава със стрелка: Хифа расте в S2 слоя в надлъжна посока (х 1000). Фиг. 10: По-нататъшни етапи на разлагане от F. velutipes върху дърво от ствол на клен. Наляво; Стрелка: Две овални кухини, разположени една над друга в слоя S 2, които са свързани помежду си чрез радиално работещ канал. Право; Стрелка: Значително сливане на множество кухини във вторичната стена, които за предпочитане са концентрични спрямо клетъчната урна или успоредни на централната ламела (х 1000).
46 Резултати Когато разглеждаме хифите в тангенциална равнина, поляризираната светлина показва, че те следват целулозните фибрили в растежа си в слоя Sr под стръмен ъгъл от около 60 градуса (Фиг. 11). Отделни каверни са свързани помежду си чрез тънки хифни канали и растежът на хифите води до множество L-клонове (фиг. 12). Ако човек си представи пространствената клетъчна стена, когато гледа тази картина и мислено погледне в напречен разрез, остатъците от клетъчната стена в L-кръстовището могат да бъдат тангенциалните ленти, които ограничават разлагането на дървесината в посока на клетъчната обиколка, докато каверните, които се появяват на фиг. 11, се затварят изчистване на кухини, когато се гледа в напречното сечение на вторичната стена. Фиг. 11: Flammulina velutipes върху дърво от кленови корени. Стрелка: Образуване на каверни, частично конично заострени и свързани помежду си чрез хифни канали поради растежа на хифите в Sr слоя на либриформните влакна (тангенциално сечение, гледано под поляризирана светлина; х 1000). В напречно сечение тези пещери се появяват като дупки в Sz слоя.
Резултати 49 Фиг. 13: Flammulina velutipes върху варово дърво. Стрелка: Разграждането на средната ламела води до значителни деформации на цели клетъчни комплекси. Глава със стрелка: поява на радиално ориентирани структури в слоя Sr. Н: Хифа, която расте от клетъчната урна в средната ламела (напречно сечение; х 1000). Фиг. 14: Излагане на радиални структури в S 2 слоя влакна. Стрелка: Хифа лежи в лумена на S 3 слоя и ясно се откроява визуално от това. Глава със стрелка: Докато слойът S3 е запазен, има ясни структурни промени в слоя Sz (напречно сечение; x 1000).
Резултати 57 Фиг. 18: Стрелка: Локализирано разлагане на дървесина на A. ostoyae върху бук, което води до изсветляване и износване на дървесината. Преференциалното разпространение на гниенето в надлъжна посока може да бъде ясно наблюдавано. Освен това радиалното разпространение е най-голямо в близост до приложения инокулум. Фиг. 19: Псевдосклеротичен слой, образуван от A. ostoyae върху стволове на смърч, който е съставен от поредица от мехури и съседни гъбични клетъчни тъкани с кафеникав цвят. О: Изглед в напречен разрез. B: изглед в тангенциален разрез (x 200).
Резултати 67 Armillaria mellca (Os) x lsolatnr.: 220197. 3
Резултати 69 c Фиг. 23: A: В напречното сечение на кленовите трупи, естествено заразени с A. mellea, ясно обезцветяване около кухините в S 2 слоя (бяла стрелка). Б: Напречно сечение на дърво от корен арон, изкуствено заразено с F. velutipes. Не се виждат ясни промени в цвета около кухините (стрелка). В: Грифола фрондоза върху дъб причинява кухини във вторичната стена, които са отделени една от друга чрез радиално протичащи конструкции (стрелка). Промените в цвета не се случват в концентрирана форма, а по-обширни във вторичната стена под формата на червеникаво-кафяво оцветяване. Н: Хифа. (х 1000).
74 Резултати Фиг. 27: Изглед в напречен разрез на кленови трупи, заразени с F. velutipes. Бяла стрелка: По-големи комплекси, движещи се в радиална посока в клетъчната стена. Глава със стрелка: Остатъците от клетъчната стена, преминаващи в периферната посока на клетката, са ясно видими. (A x 5000; B x 10 000).