環境変化によるあて材の微細構造と内分応力の適応機構の解明

阐明补片材料微观结构与环境变化引起的内应力的适应机制

基本信息

批准号：
08F08105
负责人：
杉山淳司
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08105/
关键词：
あて材成長応力偏心成長安定化リグニン力学的性質

项目摘要

自然環境の変化に対応して、より良い安定化を獲得するための"あて材"の形成、"成長応力"の発生などの樹木特有の物性発現機構の解明は、生物資源材料の利用の根底に関わる重要な課題であり、かつ本研究の目的である。一般に、広葉樹は幹や茎の上側に偏心成長し、あてを形成する。一方、針葉樹は下側に偏心成長し、あてを形成する。しかし、我々は、広葉樹のサンゴジュの枝が特異な偏心成長することを見出した。20年度では、まず第一に、サンゴジュの枝は、下側に偏心成長を示すものの、相対的に大きい成長応力は偏心側ではなく、正常側(枝上側)に発生していることを明らかにした。また、通常のあて材のような成長応力の分布と高い値が認められなかった。さらに、微細構造も正常材とほとんど変わりなく、あて材の形成を確認できなかった。以上の結果は、樹体の安定化のために、あて材形成によるルート以外に、まだ明らかにしていない新しい安定化機構が存在することを意味する。そこで、21年度では、樹木のバイオメカニクスを解明するために、本研究者、枝の力学的性質を調べた。そして、枝の両側の化学成分を分析するとともに、それと力学的性質との関連性を検討した。その結果、枝の上側と下側は、弾性、粘弾性的性質及びリグニンの構造が異なることがわかった。そのため、刺激のbalance変動に対して、枝が速やかに応答できると思われる。さらに、枝の下側に多く存在する縮合型リグニンが細胞壁を補強するため、枝の成長ひずみや力学的性質が制御されると考えられる。従って、この新しいバイオメカニカルな機構を解明することは、樹木の力学的安定化に関する複雑な生物機構の理解に不可欠である。

阐明树木独有的物理特性机制，例如“粘合剂材料”的形成以及对自然环境变化做出反应的“生长压力”的产生，是生物资源材料使用的重要问题，并且是这项研究的目的。通常，硬木在树干的上部或茎上偏心生长以形成目标。另一方面，针叶树在下面偏心生长以形成目标。但是，我们发现硬木珊瑚壶的分支单独怪异。在2018财年，据显示，尽管珊瑚分支在下侧表现出偏心的生长，但相对较大的生长应力出现在正常侧（上分支）而不是偏心侧。此外，没有像通常的涂料材料那样观察到生长应力和高值的分布。此外，精细的结构几乎与正常材料的结构相同，无法确认附着材料的形成。以上结果表明，为了稳定树体，除了穿过材料形成的途径外，还有尚未揭示的新稳定机制。因此，在2011年，该研究人员检查了分支的机械性能，以阐明树木的生物力学。然后分析分支两侧的化学成分，并检查它们与机械性能之间的关系。结果，发现上下分支在弹性，粘弹性特性和木质素结构上有所不同。因此，看来分支可以迅速做出刺激平衡变化的响应。此外，由于凝结的木质素大量存在于分支的底面，从而加强了细胞壁，因此人们认为将控制分支的生长应变和机械性能。因此，阐明这种新型的生物力学机制对于理解树木机械稳定的复杂生物学机制至关重要。