Studii privind așezarea și descompunerea lemnului
Centrul de cercetare Karlsruhe Tehnologie și mediu Rapoarte științifice FZKA 6068 studii privind așezarea și descompunerea lemnului. selecționat copaci de foioase și conifere prin ciuperci purtate de rădăcini J. Engels Institute for Materials Research martie 1998
Centrul de cercetare Karlsruhe Rapoarte științifice de tehnologie și mediu FZKA6068 Studii privind colonizarea și descompunerea lemnului a copacilor foioși și coniferi selectați de ciuperci radiculare * Julia Engels 1 Institutul de cercetare a materialelor 1 Institutul de botanică forestieră și fiziologia arborelui, Universitatea Albert-Ludwigs din Freiburg * De la Facultatea de silvicultură din Albert-Ludwigs Universitatea din Freiburg a aprobat disertația Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe 1998
Tipărit ca manuscris. Ne rezervăm toate drepturile pentru acest raport Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Postfach 3640, 76021 Karlsruhe Membru al Asociației Centrelor Germane de Cercetare (HGF) Hermann von Helmholtz ISSN 0947-8620
4. Discutie. 75 4.1 Discutarea rezultatelor cantitative. 75 4.2 Discutarea rezultatelor microscopiei cu lumină și a emisiilor de câmp ale microscopiei electronice cu scanare și observațiile unor studii de teren selectate. 86 5. Rezumat. 102 6. Bibliografie. 105 7. Anexă. 118
16 În schimb, pompa de vid pentru materiale și metode. Blocurile gazdei individuale au necesitat umezirea între 2-20 minute pentru a atinge conținutul de umiditate dorit de 50-70% din greutatea uscată. Apoi au fost așezați într-un borcan de 500 ml (borcan cu miere) în picioare pe secțiunile lor transversale. Acesta din urmă a fost umplut anterior cu 10 g de vermiculită cu o mărime a bobului de 3-6 mm (compania Isola-Mineralwolle-Werke, W. Zimmermann GmbH, Sprockhövel-Haßlinghausen) și umezit cu 50 ml de apă distilată. Aceste borcane au fost închise liber cu capacele lor din aluminiu și autoclavizate timp de 20 de minute la o temperatură de 120 oc pentru sterilizare. Fiecare bloc de testare a fost apoi inoculat în condiții sterile în conformitate cu combinațiile planificate ciupercă-gazdă (Tabelul 1) cu respectivul inocul crescut. Acesta a fost plasat în centrul zonei secțiunii transversale a fiecărui bloc de testare, un inocul non-fungic fiind utilizat în variantele de control. Borcanul cu miere a fost apoi închis slab cu capacul și parafilmul său și depozitat în întuneric la 25 oC pentru perioada de incubație respectivă. %/i. 4 [Jif
lcd u. E.O WLIZElh: Jz 0 0 10 2J 3) 4J E.O Pierderea în greutate în (%) Fig. 4: Pierderea medie în greutate a lemnului de tei incubat cu G. applanatum în raport cu concentrația de umiditate (n = 20). Se pare că odată cu scăderea în greutate crește concentrația de umiditate din blocurile de lemn de tei. Coeficientul de determinare a liniei de regresie liniară atât pentru lemnul de rădăcină (r 2 = 0,81), cât și pentru lemnul de trunchi (r 2 = 0,89) este foarte mare. Cel despre asta
Rezultate 35 200 180 160 a ! 140.E. Lemn de rădăcină - "B.r; 120 r = 2 0,60 Q)". Cl
Rezultate 37 Lemnul de rădăcină are tei și fag, au deja aproximativ 80% din azotul din lemn de rădăcină în lemnul trunchiului. Această din urmă abordare este foarte importantă atunci când vine vorba de clarificarea problemei diferitelor rate de extracție a lemnului de rădăcină și a lemnului de trunchi, pentru a putea estima cât de mari sunt diferențele în conținutul de azot al lemnului de rădăcină în raport cu lemnul de trunchi. Diferențele sunt mai mari la stejar, urmate de arțar, molid, apoi tei și fag. 3.1.5 Conținutul de lignină și celuloză Așa cum este descris în capitolul 2.2.5, conținutul de lignină și celuloză a fost determinat în două moduri. Pe de o parte, cantitatea relativă de lignină și celuloză a fost determinată pe o cantitate cântărită anterior de material. Pe de altă parte, a fost utilizată o probă aleatorie pentru a determina modul în care sunt reprezentate modificările absolute în lignină și celuloză. Pentru acesta din urmă, pe lângă o greutate specifică de intrare, un volum specific de bloc a fost, de asemenea, inclus în analiză. Doar blocuri de lemn din a doua perioadă de incubație a lemnului de rădăcină au fost utilizate în analize.
38 Rezultate Proporții relative de lignină și celuloză Figura 6 prezintă datele determinate pentru lemnul de fag pe care patru ciuperci, /. dryadeus, P. squarrosa, G. applanatum și A. ostoyae au fost incubate, comparativ cu martorul. Control I. dryadeus P. squarrosa G. applanatum A. ostoyae 0 20 40 la sută în greutate 60 80
Lignină Fig. 6: Conținutul de lignină și celuloză în lemn de rădăcină de fag descompus în comparație cu martorul. Se poate observa că proporția soluției ADF este redusă în lemnul descompus în comparație cu controlul. De exemplu, G. applanatum are doar aproximativ 70% soluție ADF, cu o pierdere în greutate de aproximativ 37%. Controlul, pe de altă parte, are un conținut de soluție ADF de aproximativ 82%. Rezultatele pe fag arată că ciupercile cu cea mai mare pierdere în greutate au, de asemenea, cea mai mică proporție de soluție ADF. În plus, se poate observa că conținutul de celuloză a fost redus de ciupercile prezentate aici. Controlul are 69,55% celuloză și 10,55% lignină. La /. dryadeus, conținutul de celuloză este de 64,57% și scade la 58,27% la A. ostoyae. Valorile ligninei pentru martor sunt de 10,55% și cresc la 14,16% pentru A. ostoyae. Se poate afirma că degradarea celulozei a fost dominantă în ciupercile enumerate, motiv pentru care există o creștere relativă a valorilor ligninei cu aceste date legate de greutate.
Rezultate 39 Molid arată o imagine diferită. Proporțiile soluției ADF din diversele ciuperci sunt foarte similare între lemnul descompus și cel sănătos (Figura 7). Control P. squarrosa A. gallica A. ostoyae A. mellea 0 20 40 la sută în greutate 60 80
Lignina Fig. 7: Proporțiile de lignină și celuloză în lemnul de rădăcină de molid descompus în comparație cu martorul. Valorile determinate pentru celuloză pentru lemnul de rădăcină de molid sunt de 53,67% și pentru lignină de 23,86%. Din acest grafic se poate observa că P. squarrosa degradează preferențial lignina, ponderea sa fiind de 19,73%. Degradarea ligninei poate fi, de asemenea, determinată pentru A. gallica; valorile sunt doar puțin sub cele ale martorului. Spre deosebire de cele de mai sus, A. mellea și A. ostoyae prezintă o descompunere mai mare a celulozei. Dacă se compară procentul de constituenți insolubili în soluția ADF cu pierderea în greutate, se poate vedea imaginea opusă valorilor de fag. Aici cea mai mare pierdere în greutate (A. mellea) a fost asociată și cu cea mai mare proporție de soluție ADF, cea mai mică pierdere în greutate de A. gallica cu cea mai mică proporție de soluție ADF.
40 Rezultate Cele mai mici concentrații de lignină sunt determinate pe lemnul de tei în comparație cu celelalte specii de arbori. Au fost 8,79%, celuloza 71,12% (Figura 8). Control G. frondosa G. applanatum F. velutipes 0 20 60 la sută în greutate mb! celuloză
Lignină Fig. 8: Proporțiile de lignină și celuloză în lemn de tei descompus în comparație cu martorul. Cu excepția G. frondosa, proporția soluției ADF tinde să fie redusă și, ca și în cazul fagului, cea mai mare pierdere în greutate este asociată cu cele mai mici proporții de soluție ADF. Rețineți, totuși, că G. frondosa a cauzat o pierdere în greutate de 24,91%, dar nu a avut niciun efect asupra soluției ADF aici. La G. applanatum și F. velutipes se poate observa o degradare clară a ligninei până la 5,45% și 6,11%, însă în aceasta din urmă, o degradare suplimentară a celulozei de peste 10%. G. frondosa are chiar cu aproximativ 4% mai multă soluție ADF, are un conținut de celuloză ușor mai mare decât martorul de aproximativ 3% și aproximativ același conținut de lignină V în acest moment comparați procentele absolute în greutate ale celor mai importante componente din lemn după descompunerea de către G. frondosa și F. velutipes cu controlul, apare următoarea imagine. Controlul are un conținut de lignină de 0,048 g/cm2 și un conținut de celuloză de 0,343 g/cm2. G. frondosa pe de altă parte 0,038 g/cm 2 și 0,361 g/cm 2 și F. velutipes 0,032 g/cm 2 și 0,297 g/cm 2. Cu alte cuvinte, G. frondosa degradează aparent lignina și F. velutipes atât lignina cât și celuloza.
Rezultate 41 Proporția soluției ADF în stejar este redusă doar la I. dryadeus și G. frondosa (Figura 9). Control A. mellea I. dryadeus G. frondosa procente din greutate
Lignină Fig. 9: Proporțiile de lignină și celuloză în lemnul rădăcinii de stejar în descompunere comparativ cu martorul. În cazul A. mellea, se poate determina o degradare foarte clară a ligninei. Valoarea corespunzătoare a martorului este de 16,63%, lemnul degradat de A. mellea conține doar 9,36%. La /. dryadeus această degradare este și mai puternică. În G. frondosa, atât lignina cât și celuloza au fost descompuse. Lemnul de rădăcină de arțar care a fost infectat cu F. velutipes și A. gallica a prezentat, de asemenea, doar o proporție nesemnificativ mai mică de soluție ADF. La aceste ciuperci, celuloza a fost descompusă preferențial în comparație cu martorul, aproximativ 5%. Trebuie remarcat faptul că, în special în cazul rapoartelor ciuperci-gazde ale lemnului dur, soluțiile ADF reduse semnificativ apar frecvent în aceste investigații, în timp ce rezultatele pentru rasinoase diferă mai puțin între lemnul descompus și cel sănătos. În plus, se arată că ciuperca G. frondosa pe stejar și tei influențează nivelul conținutului de soluție ADF în grade diferite și, de asemenea, degradează componentele celuloză și lignină în grade diferite. Următorul tabel 6 prezintă respectivul
42 de rezultate au preferat degradarea ligninei și/sau celulozei clasificate în funcție de ciuperci diferite și câte două gazde. Specii de arbori I Specii de arbori II Tab. 6: O ciupercă pe două gazde. Literele dintre paranteze indică degradarea preferată a substanței lemnoase ((L): degradarea ligninei preferată; (Z): degradarea celulozei preferată). Din tabel se poate observa că există doar două ciuperci, și anume A. ostoyae și G. frondosa, care preferențial descompun aceleași componente pe ambele gazde. Pe de altă parte, cu toate celelalte ciuperci, există în principal degradarea substanței lemnoase specifice speciilor de arbori. Lignina este preferată să se descompună pe stejar, precum și pe tei, prin care F. velutipes descompune și celuloză aici. În schimb, fagul și arțarul tind să descompună celuloza. La molid apare un tablou divizat, P. squarrosa și A. gallica descompun preferențial lignina, A. ostoyae și A. mellea preferă celuloza. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că nu sunt făcute aici afirmații cu privire la nivelul ratelor de degradare, doar tendința generală se află în prim-plan.
44 Rezultate Fig. 9: Etapele timpurii ale descompunerii lemnului de către F. velutipes pe bușteni de arțar. Săgeți: dizolvarea stratului S 3 cauzată de o hifa de perforație, cu formarea ulterioară a cavității în stratul S 2. Capul săgeții: o hifă crește în stratul S 2 în direcția longitudinală (x 1.000). Fig. 10: Etape ulterioare de descompunere de F. velutipes pe lemn de trunchi de arțar. Stânga; Săgeată: Două cavități ovale situate una deasupra celeilalte în stratul S 2, care sunt conectate între ele printr-un canal radial. Dreapta; Săgeată: Combinarea semnificativă a numeroaselor cavități din peretele secundar, care sunt de preferință concentrice cu urna celulară sau paralele cu lamela centrală (x 1.000).
46 Rezultate Când privim hifele într-un plan tangențial, lumina polarizată arată că urmează fibrilele de celuloză în creșterea lor în stratul Sr la un unghi abrupt de aproximativ 60 de grade (Fig. 11). Cavernele individuale sunt conectate între ele prin canale subțiri de hife, iar creșterea hifelor duce la mai multe ramuri L (Fig. 12). Dacă ne imaginăm spațial peretele celular când ne uităm la această imagine și ne gândim mental într-o vedere transversală, rămășițele peretelui celular la joncțiunea L ar putea fi benzile tangențiale care limitează descompunerea lemnului în direcția circumferinței celulei, în timp ce cavernele care apar în Fig. 11 se închid curățați cavitățile atunci când sunt privite în secțiunea transversală a peretelui secundar. Fig. 11: Flammulina velutipes pe lemn de rădăcină de arțar. Săgeată: Formarea de caverne, parțial ascuțite conic și conectate între ele prin canale de hife prin creșterea hifelor în stratul Sr al fibrelor libere (secțiune tangențială privită sub lumină polarizată; x 1.000). În secțiune transversală, aceste caverne apar ca găuri în stratul Sz.
Rezultate 49 Fig. 13: Flammulina velutipes pe tei. Săgeată: Defalcarea lamelei medii duce la deformări semnificative ale complexelor celulare întregi. Cap de săgeată: Dezvoltarea structurilor orientate radial în stratul Sr. H: O hifă care crește din urna celulară în lamela mijlocie (secțiune transversală; x 1.000). Fig. 14: Expunerea structurilor radiale în stratul de fibre S 2. Săgeată: O hifă se află în lumenul de pe stratul S 3 și se evidențiază clar din el. Capul săgeții: în timp ce stratul S3 este păstrat, există modificări structurale clare în stratul Sz (secțiune transversală; x 1.000).
Rezultate 57 Fig. 18: Săgeată: Descompunerea localizată a lemnului de A. ostoyae pe fag, ceea ce duce la luminarea și sfărâmarea lemnului. Se poate observa clar răspândirea preferențială a putregaiului în direcția longitudinală. În plus, răspândirea radială este cea mai mare în apropierea inoculului aplicat. Fig. 19: Un strat pseudosclerotic format de A. ostoyae pe trunchiuri de molid, care este compus dintr-o serie de țesuturi celulare fungice vezicule și adiacente de o culoare maroniu. A: Vedere în secțiune transversală. B: vizualizare în secțiune tangențială (x 200).
Rezultate 67 Armillaria mellca (Os) x lsolatnr.: 220197. 3
Rezultate 69 c Fig. 23: A: În secțiunea transversală a buștenilor de arțar infectați în mod natural cu A. mellea, se poate observa o decolorare clară în jurul cavităților din stratul S 2 (săgeata albă). B: Secțiune transversală din lemn de rădăcină de ahron infectat artificial cu F. velutipes. Nu există modificări clare de culoare în jurul cavităților care trebuie văzute (săgeată). C: Grifola frondosa pe stejar provoacă cavități în peretele secundar, care sunt separate unele de altele de structuri care se desfășoară radial (săgeată). Modificările culorilor nu apar în formă concentrată, ci mai extinse în peretele secundar sub forma unei decolorări maro-roșiatice. H: Hifa. (x 1.000).
74 Rezultate Fig. 27: Vedere în secțiune transversală a buștenilor de arțar infectați cu F. velutipes. Săgeată albă: complexe mai mari care rulează într-o direcție radială în interiorul peretelui celular. Capul săgeții: rămășițele peretelui celular care se desfășoară în direcția circumferențială a celulei sunt clar vizibile. (A x 5.000; B x 10.000).