受植物生理学启发的竹子染色新方法

我院林产化工研究所于海霞副研究员作为第一作者和第一通讯作者，于文吉研究员作为共同通讯作者，在TOP期刊一区《Industrial Crops & Products》发表“Novel bamboo dyeing method inspired by plant physiology”（ 受植物生理学启发的竹子染色新方法）论文，影响因子为5.9。

研究背景

竹子是世界上生长最快的植物，具有发达的水分疏导组织。竹秆的微观构造由约52%的薄壁组织、40%的纤维和8%的疏导组织构成，疏导组织主要由导管、筛管和伴胞细胞组成。竹子强大的液体传输能力来自于根压、叶片蒸腾力和毛细管内聚力体，其中叶片蒸腾力是主导因素。然而作为草本植物，竹子不具有任何特殊的横向传导细胞。在节间内，所有细胞都严格轴向排列，这给竹材加工利用过程中液体渗透带来巨大的难度。

本文利用活竹内部强大的纵向液体传导系统，通过植物染料在竹子内部的输送与扩散影响研究，揭示液体在竹子内部渗透机制并建立传导模型。改方法不但节省能源动力消耗、液体单向流动无废液，不仅适合竹子染色，更为竹子的液态渗透功能改性处理提供技术支撑。

研究方法

竹枝试样：采集新鲜毛竹竹枝条，直径约10mm、长度约150mm，25片叶子。

染料溶液：配制浓度为0.25%, 0.5%, 1%, 2%, 3%, and 5% (wt)大红染色和亚甲基蓝水溶液；配制浓度为1%的植物染色剂大红、黄棕、嫩黄、宝蓝、玫红、翠蓝、森林绿、酸性黄、池红、紫檀、咖啡、艳兰、亚甲基蓝水溶液。

竹枝试验：将染色液倒入10mL试管中，插入竹枝，在不同的温度和光源下观察叶片状态，记录液体减少体积。72h取出竹枝切取新鲜横向、径向和切向截面，采用超景深显微镜观察燃料渗透状态。

立竹试验：砍伐新鲜毛竹保持直立在根部附近，浸入竹枝试验最佳的染色溶液中，静置72小时。将染色后的竹竿从胸高处锯成20mm宽的条带，然后在80℃下干燥6h。用超深场显微镜观察干燥前后节间和竹节的切向（竹青、竹中和竹黄）、径向和横截面方向上的染料溶液传输和扩散路径。

研究结果

竹枝染色结果:

本研究所有的植物染料对竹枝都表现出较好的染色效果，染料溶液的渗透性基本不受颗粒大小、pH值或分散性指数（PDI）的影响。

光照、温度和染料溶液浓度对竹枝染色的影响：

阳光是竹子产生光合作用，叶面蒸腾的重要动力来源，此外温度是决定液体迁移速度的另一重要因素。本次试验竹枝在红外光下染色效果最好，在40°C的暗室比20°C的阳光下表现出更好的染色效果，然而人工加热下叶片气孔闭合与萎蔫速度更快。建议在阳光充足、温度高、叶片有良好生命力的状态进行活体植物染色。

立竹染色研究：

利用新伐竹叶的强烈蒸腾作用产生的主导驱动力，该染色方法易于操作，受染料粒度和pH值的影响较小，对多种植物染色剂显示出较理想的染料效果。这种染色方法突出了竹子的自然纹理，增强了竹子的装饰性能，适合室内装饰材料染色。1%（wt）的浓度显示出足够的染色效果并保持了竹枝的活力。对于活竹，500–1000 mL染料溶液可确保完全染色。

竹节染色：

尽管竹节中的传导组织比节间少，但它们保持了相对平稳的传输状态。在竹节处，平行的导管被横向缠绕并重新分布，这调节了压力，并使每个维管束组织中的颜色随着染色时间的增加而更加均匀。

多种染料共染：

多种染料共染结果显示，在液体传导过程中，各导管中的压力略有不同，染料溶液首先选择性地沿着阻力较小的路径运输。第一吸收色为主色调，部分导管出现颜色重叠。对于多色染色，横截面显示出令人较好的装饰效果。

染料与竹材组织的结合与扩散：

干燥后，只有少量的颜色扩散，表明染料溶液在活竹中的运输和扩散是完全的。在干燥（80℃）过程中，染料溶液中的水蒸发，染料分子与附近的竹组织保持固定，而不是随水迁移和蒸发。

FTIR光谱表明大红染料溶液中的一部分大分子与羟基反应，这可能会增加染料的固定性。

立竹染色机理分析：

本染色方法液体传输的过程分为三步：首先，染料通过两个后生木质部导管向上运输。其次，染料沿着导管径向壁上的纹孔传输到维管束内初生韧皮部和薄壁组织的筛管。第三，染料溶液填充维管束，并继续扩散到周围的纤维和薄壁组织中。

总结与建议

该方法有效地利用了新收获竹叶的强大蒸腾作用作为驱动力，染料溶液可以通过维管束从竹子植物的底部快速均匀地输送到顶部。与传统的植物染色方法相比，减少特殊处理（如高温、真空或高压）的能耗。此外该方法防止了染色液与竹水-矿物溶液交换引起的溶液污染，消除了废水排放，并确保了染色颜色的均匀性。

本方法受阳光和温度等气候因素影响，而且将竹子砍伐后进行浸渍操作不太方便。我们开展了进一步的研究，将染料溶液直接放入活竹筒中逐渐吸收，也同样达到较好的效果，使操作更便捷。

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