倾斜阔叶木枝干弯曲部位的上端在拉伸应力影响下通常会形成受拉木。 区别于受拉伸部位下方的对应木, 受拉木细胞壁通常会出现理化特性变异的现象, 主要归因于细胞次生壁内侧胶质层的形成。 采用透射电子显微成像技术揭示了黑杨受拉木与对应木纤维细胞壁分层结构特点, 并借助532 nm共聚焦显微拉曼光谱成像(空间分辨率约为0.5 μm)及图像叠加技术在原位状态对比了受拉木与对应木纤维细胞壁主要组分分布规律、 分布相关性以及细胞壁水平的孔隙分布特点。 通过纤维素、 半纤维素及木质素—CH非对称伸缩振动(2 942 cm-1)特征峰峰面积积分成像成功地区分出受拉木与对应木纤维细胞壁各个亚层。 在此基础上采用数据归一化处理实现平均拉曼光谱中纤维素(1 094 cm-1)与木质素(1 598 cm-1)、 木聚糖(904 cm-1)与木质素(1 598 cm-1)特征峰成像叠加, 结果表明相比于临近的次生壁及胞间层, 受拉木胶质层含有更高浓度的纤维素; 与对应木相比, 受拉木纤维素和木聚糖浓度在整个细胞壁形态区域呈增强趋势, 木质素浓度在次生壁区域有所增强。 相邻细胞壁线扫描分析结果表明沿着细胞腔向复合胞间层区域过渡时纤维素、 木质素及木聚糖的浓度均呈现明显的区域选择性及梯度变化规律。 特征峰积分成像得出受拉木胶质层孔隙结构最为丰富, 但其次生壁及胞间层区域孔隙分布程度较对应木低。 以上研究结果有助于深化对受拉木特殊理化特性及形成机制的理解, 同时拓展了显微拉曼光谱技术在植物细胞壁孔隙结构研究领域的应用。

薄壁细胞是竹材基本组织中的主要细胞类型起到填充及淀粉贮存作用, 是竹材中重要的力学承载单元之一。 采用共聚焦荧光显微技术对解离后的竹材薄壁细胞形态进行成像观察, 透射电子显微镜成像发现薄壁细胞次生壁呈现宽窄交替的同心层状结构, 且单层厚度在0.2～0.3 μm。 在此基础上利用532 nm共聚焦显微拉曼光谱成像技术原位状态下研究竹材薄壁细胞壁中木质素、 纤维素区域化学, 通过C—H伸缩振动（2 789～3 000 cm-1）特征峰峰高拉曼成像成功的区分出薄壁细胞复合胞间层以及次生壁, 由于空间分辨率限制无法对薄壁细胞次生壁亚层进行区分。 通过对薄壁细胞拉曼光谱380 cm-1（吡喃环C—C—C对称弯曲振动）和1 600 cm-1（木质素苯环伸缩振动）特征峰成像发现其次生壁中纤维素具有明显的区域选择性, 而木质素具有明显的区域选择性, 主要汇聚于复合胞间层及次生壁内层。 与木质素共轭相联的松柏醛/芥子醛, 以酯键和醚键与木质素和半纤维素相联的对羟基肉桂酸类与木质素分布规律类似。 采用偏振光拉曼成像阐明纤维素微纤丝在薄壁细胞与纤维细胞各亚层中的空间取向差异, 拉曼强度比值表明相对于纤维细胞宽层, 纤维细胞窄层及薄壁细胞次生壁中纤维素分子更加趋近垂直于细胞轴向, 也即是大的微纤丝角。 研究结果加深了对毛竹薄壁细胞结构、 细胞壁区域化学及分子取向特性的理解, 能够为高效精准利用竹材提供重要的理论指导。

酸性亚氯酸钠法脱木素是目前实验室最常用的脱木素方法, 可最大程度地保留综纤维素, 但关于木质素在逐步脱除过程中其动力学及选择性的研究却很少。 拉曼光谱能快速、 定性和半定量地测定亚氯酸钠法脱木素过程中残余木质素及木质素单体含量在不同细胞及形态学区域的动态变化。 以阔叶材桉木、 针叶材杉木、 禾本科毛竹为例, 通过提取亚氯酸钠法脱木素过程中不同细胞木质素（1 598 cm-1）及单体愈疮木基（G, 1 270 cm-1）、 紫丁香基（S, 1 331 cm-1）的平均拉曼光谱, 发现三种木材在各区域中木质素脱除动力学总体规律一致, 即在反应初期木质素大量快速移除, 随着反应的进行木质素脱除效率下降。 其中, 在反应前0.5 h, 1 598 cm-1处平均拉曼强度降低量超过82%, 而在脱木素后期（1.0～1.5 h）, 木质素平均拉曼强度减少仅5%～15%。 特别的, 竹材脱木素所需时间要明显少于木材。 相同条件下, 竹材纤维细胞在前10 min内1 598 cm-1处拉曼强度减少就达88.65%。 同时, 木质素的脱除具有高度的选择性。 在反应初期, 射线细胞中G和S型木质素的移除率均高于导管和纤维细胞, 而在导管、 纤维细胞中, S型木质素的脱除比G型木质素更明显。 在逐步脱除木质素过程中, 导管、 射线、 纤维细胞间木质素相对强度关系总体不变, 即导管、 射线相对木质素浓度始终高于纤维细胞。 总体而言, 在组织水平, 导管中木质素最难于脱除, 射线细胞次之, 纤维细胞中的木质素较容易脱除。 在纤维细胞中, 细胞角隅木质素脱除速率最高, 其次是复合胞间层, 次生壁最低。 就木质素单体而言, S型木质素比G型木质素更容易脱除。 研究表明拉曼光谱能简单、 快速地检测不同树种中各类组织、 细胞以及木质素结构单元在生物质化学预处理中残余木质素含量的动态变化, 同时进一步加深对生物质亚氯酸钠法脱木素选择性及动力学的理解。

棕榈藤（rattan）属于棕榈科(Palmae)省藤亚科藤类植物, 是一种产于热带森林中, 仅次于木材和竹材的、 重要的非木材林产品, 具有很高的经济价值和开发前景。 全球棕榈藤总共有13个属660余种, 其中我国自然分布有4属37种5变种, 但有较高经济价值的不到30种。 由于目前对棕榈藤的细胞结构, 尤其是藤纤维的细胞壁结构知之甚少, 严重限制了对棕榈藤材的研究和加工利用。 因此, 为构建棕榈藤材纤维细胞壁结构模型, 以高地钩叶藤（Plectocomia himalayana Griff.）为研究对象, 对其基部、 2 m处、 中部和梢部四个部位分别截取试样、 软化、 聚乙二醇包埋、 切片。 切片在室温下经0.2 mol·L-1的硼氢化钠（NaBH4）溶液浸泡5～6 h后用蒸馏水洗净, 利用LabRam XploRA显微共聚焦拉曼光谱仪, 采用逐点扫描显微探针成像方法获取光谱数据集。 将获得的光谱数据利用LabSpec5软件进行处理, 从而得到藤茎不同部位藤皮、 藤中、 藤芯处纤维细胞次生壁中层（S2）主要成分, 即纤维素、 半纤维素、 木质素相对含量, 并就相对含量在径向、 轴向变异进行了分析。 结果表明, 在径向上, 高地钩叶藤藤皮处纤维细胞S2层纤维素与半纤维素相对含量最高, 木质素相对含量最低； 而藤芯处纤维细胞S2层纤维素与半纤维素相对含量最低, 木质素相对含量最高； 藤中处纤维素、 半纤维素及木质素相对含量居中。 在轴向上即不同藤龄处, 藤皮纤维细胞S2层纤维素和半纤维素的相对含量在2 m处最大, 木质素的相对含量在梢部最大； 藤芯纤维细胞S2层纤维素、 木质素、 半纤维素的相对含量分别在中部、 2 m处、 基部处最大。 藤皮、 藤芯与藤茎一样, 纤维细胞S2层纤维素相对含量最小值在梢部, 半纤维素和木质素相对含量均在中部最少。 分析可知, 棕榈藤藤茎不同部位, 藤纤维细胞壁中层（S2）纤维素、 半纤维素及木质素相对含量是不同的。

采用532 nm共聚焦显微拉曼光谱技术原位状态下研究了黄藤藤茎纤维及导管细胞壁中纤维素微纤丝空间取向差异。 在高数值孔径（NA=125）物镜测试条件下, C—H伸缩振动（2 771~3 000 cm-1）特征峰峰面积拉曼成像成功的区分出细胞角隅、 复合胞间层以及次生壁。 进一步发现纤维细胞次生壁呈宽窄交替的同心层状结构, 而导管次生壁无明显的分层结构。 采用平行于细胞径向壁的拉曼偏振激光进行光谱成像发现纤维细胞次生壁窄层纤维素C—O—C（1 097 cm-1）拉曼信号强度明显高于宽层, 即窄层中微纤丝取向更加平行于入射激光偏振方向, 与细胞轴夹角更大, 而导管次生壁中微纤丝取向较为均一。 细胞壁不同形态区域拉曼光谱分析发现纤维素C—O—C特征峰以及CH和CH2特征峰的拉曼信号强度与入射激光的偏振方向存在明显的相关性。 当入射偏振激光的电矢量方向从平行变化到垂直于微纤丝方向时, 其糖苷键C—O—C非对称伸缩振动信号减弱, 而CH和CH2的取向在与入射偏振激光的电矢量方向垂直时, 其拉曼信号强度相较于平行状态略微降低, 表明纤维素特征峰中的糖苷键C—O—C的非对称伸缩振动比CH和CH2伸缩振动对拉曼偏振光的方向改变更为敏感。 比较纤维细胞宽层与窄层的拉曼光谱发现径向次生壁窄层1 097 cm-1处拉曼信号强度明显高于弦向次生壁窄层, 而径向次生壁宽层的2 897 cm-1处拉曼信号强度低于弦向次生壁宽层。 拉曼特征峰比值（I1 095/I2 897）可用来定性研究细胞壁微纤丝角, 结果发现这一比值在导管次生壁、 纤维细胞窄层和纤维细胞宽层中分别为132~110, 092~055和042~033, 表明导管次生壁具有最大的微纤丝角, 纤维细胞窄层次之, 宽层最小。 该研究为解析藤材细胞壁骨架空间结构、 化学成分分布以及微力学特性提供了新型的分析手段和重要的理论指导。

整合共聚焦显微荧光和拉曼光谱成像技术系统研究了黄藤藤茎组织中不同类型细胞以及同一细胞不同形态区域的木质素区域化学特点。 共聚焦荧光成像表明黄藤藤茎组织中木质素主要汇聚于初生木质部导管、 次生木质部导管、 维管束间的薄壁组织细胞以及纤维细胞角隅区。 基于荧光光谱差异的光谱成像线性拆分结果显示纤维细胞次生壁由宽、 窄层交替的同心层状结构组成, 且窄层具有更高的木质化程度。 比较黄藤、 毛竹、 芒草、 毛白杨和虎皮松拉曼光谱发现黄藤材细胞壁拉曼光谱与阔叶木毛白杨类似, 证实了黄藤材的化学组成更加趋近于阔叶木毛白杨。 对拉曼光谱中木质素特征峰成像进一步揭示出纤维细胞中木质素不均一的分布规律: 其中细胞角隅胞间层和复合胞间层的拉曼信号强度最高, 表明较高的木质化程度, 其次是次生壁中的窄层, 而次生壁宽层中拉曼特征峰强度最低, 这一分布规律与竹材纤维细胞中木质素分布规律类似。 宽、 窄层中木质素不仅存在浓度上的差异, 而且木质素基本结构单元的比例亦不同。 采取光谱去卷积的方法排除了碳水化合物的影响, 发现窄层中愈创木基(G型)木质素与紫丁香基木质素(S型)比例为0.19, 而在宽层中这一比值为0.14, 这一结果亦解释了宽、 窄层荧光光谱间的差异。 该研究结果对探索黄藤细胞壁生物合成及力学响应机制研究具有重要理论指导意义。

密度是竹材材性的重要指标之一, 与竹材诸多物理力学性质紧密相关, 且测定结果因含水率状态不同而不同。 基于X射线计算机断层扫描(X-CT)技术, 比较了不同竹龄毛竹全干、 气干、 饱水状态下CT值的差异程度, 除4年生和10年生毛竹CT值差异较大以外, 其余竹龄CT值差异较小; 分别在全干、 气干、 饱水状态下对所测定的CT值与相应状态下毛竹的密度进行拟合建模, 同时还对不同含水率梯度状态下的CT值与密度进行拟合建模, 进而系统分析了不同竹龄毛竹在单一含水率状态下和不同含水率梯度状态下CT值与密度之间的关系; 对不同竹龄毛竹全干状态下相对竹青径向位置的CT值进行了拟合, 依据CT值与密度之间的关系, 解释说明了毛竹径向密度因竹龄不同所产生差异的原因。 试验结果表明, 毛竹全干、 气干、 饱水密度与相应的CT值之间均存在线性关系, 且拟合斜率相近; 在所选含水率梯度状态下毛竹密度与CT值之间存在线性关系, 且密度与CT值关系受水分影响较小, 回归方程为: D=0.001H+1.003　2, R2=0.968 3(D为密度, H为CT值), 验证模型决定系数R2=0.974　3; 不同竹龄毛竹全干状态下竹青、 竹黄处密度差异较小, 而在竹肉处差异较大。 这些结果为实现快速检测毛竹在不同含水率状态下的密度提供了技术支持和数据参考, 同时X射线计算机断层扫描(X-CT)技术也为深入研究竹材材性和构造提供了一种切实可行的新途径。

纤维素是木质纤维生物质细胞壁的骨架物质, 也是生物燃料制备过程中重要的前驱体。 作为重要的天然有机高分子, 纤维素分子结构的研究备受关注。 拉曼光谱仪因其较高的分辨率及无损检测的特点可在多尺度研究天然纤维素复杂分子链及聚集态结构。 本文在比较了色散型拉曼光谱仪和傅里叶变换拉曼光谱仪的构造及相关参数的基础上, 详细综述了拉曼光谱技术在植物细胞壁纤维素微区分布、 天然纤维素酶解发酵、 分子链空间取向、 分子形变、 结晶度与多晶态转变等方面的研究进展。 并对拉曼光谱技术在天然纤维素分子结构研究中存在的问题进行了总结, 提出了可能的解决方案, 以促进拉曼光谱技术在天然有机高分子研究领域的应用。

古琴的材质特性及制作工艺影响着古琴的品质, 同时古琴形制与琴腔布局关系到古琴工艺的完善与传承, 因此在不破坏古琴结构的前提下获取内部琴腔特征与参数十分重要。 利用CT无损检测技术对古琴整体进行扫描, 得到了琴腔构造断层图, 从而研究了古琴面板木纹纹理、 面板底板的连接方式和内部缺陷, 并运用Mimics软件中的面绘制法实现了古琴琴腔构造的三维重建, 使CT断层扫描图像由二维转换为三维立体, 更加完整全面地展现古琴琴腔构造形态, 最后获得古琴具体琴腔尺寸。 实验研究表明, 仲尼式与落霞式古琴琴腔构造差异显著, 其中仲尼式琴腔表面起伏变化较大, 落霞式琴腔表面趋于平缓; 仲尼式琴腔体积小于落霞式, 琴项位对比明显。 通过利用CT无损检测技术实现了对古琴内部信息的准确获取, 这对于探究古琴的制作工艺及质量检测起到重要的技术支撑作用, 同时也为其他传统珍贵器具内部结构的无损研究提供参考依据。

芦竹作为一种多年生的能源植物, 具有广阔的开发利用前景。以傅里叶变换拉曼光谱技术对苯醇抽提前后芦竹原料、 磨木木质素以及不同碱处理时间获得的碱木质素进行了无损分析。研究结果表明, 原料中苯醇抽出物的存在会降低芦竹拉曼特征峰的强度, 但不产生新的拉曼特征峰。芦竹磨木木质素的拉曼光谱图表明芦竹木质素为SGH型木质素。相比于木材磨木木质素, 芦竹磨木木质素在1 173 cm-1处的特征峰更强。通过对羟基肉桂酸标准物的拉曼光谱分析, 进一步证实了该特征峰可能由草类原料中的羟基肉桂酸引起。此外, 碱木质素拉曼光谱分析结果表明, 碱处理40 min获得的木质素中羟基肉桂酸特征峰最强, 松柏醛/芥子醛特征峰最弱, 而松柏醇/芥子醇的特征峰几乎消失。可见, 该碱木质素中酚酸含量最高, 潜在的抗氧化性最好, 利用价值最高。二维异核单量子碳氢相关谱进一步验证了所得结果, 证实了傅里叶变换拉曼光谱技术可作为一种安全、 快速、 准确、 无损的分析手段鉴定木质素结构。