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土地盐碱化增大了土壤渗透压，导致植物吸水困难，对植物造成了生理干旱[1]。过多钠离子(Na+)、氯离子(Cl−)的积累，导致膜结构破坏，对植物造成渗透胁迫[2−3]。盐胁迫还导致植物内源活性氧(ROS)增加，引起细胞膜损伤甚至细胞死亡，抑制植株生长发育[4]。ROS作为响应盐胁迫的关键因子，在低水平下，诱导增强抗氧化酶活性，抵御盐胁迫；在高水平下，过量积累造成氧化胁迫，导致生物大分子产生不可逆的损伤，改变细胞形态结构，抑制植株生长发育[5]。为缓解ROS积累引起的氧化胁迫，植物通过增强抗氧化酶系统相关酶活性来降低体内的ROS，从而提高抗逆性[6]。植物的抗氧化酶系统主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化物酶(PRX)等[7]。
在小麦Triticum aestivum中过表达TaPRX-2A，植株抗氧化能力增强，ROS下降，耐盐性增加[8]。拟南芥Arabidopsis thaliana AtPRX19参与胁迫(盐害、干旱、病虫害等)后的氧化应激反应，使得ROS增加，对植物造成氧化胁迫。盐胁迫下，拟南芥AtPRX19表达量上调，ROS减少，抵御胁迫能力增强[9]。在胡萝卜Daucus carota中异源表达OsPRX114同样降低过氧化氢(H2O2)水平，提高植株的耐盐性[10]。玉米Zea mays的PRX家族成员ZmPRX26、ZmPRX42、ZmPRX71、ZmPRX75和ZmPRX78参与了对包括盐胁迫在内多种非生物胁迫的响应[11]。部分PRX家族成员通过协调水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和乙烯(ET)等激素水平发挥作用[12]。
研究林木对盐胁迫的响应，揭示耐盐性相关机理，对培育耐盐性更强林木品种具有重要意义。为研究杨树Populus PRX家族对林木耐盐性的影响，本研究以银腺杨‘84K’ Populus alba × P. glandulosa ‘84K’ (84K杨)为材料，通过构建PagPRX19的过表达转基因株系，改变杨树H2O2水平，并分析了杨树耐盐相关生理指标，以期揭示PagPRX19参与调控杨树盐胁迫响应的机制，为杨树的分子育种提供理论依据。
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研究材料为84K杨，过表达PagPRX19株系为本研究获得。
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Phytozome v13数据库中获取毛果杨Populus trichocarpa和拟南芥的PRX家族的蛋白序列、蛋白编码区(CDS)序列、启动子序列。利用P1ant CARE (
http://bioinformatics.psb.u-gent.be/webtooLs/pLantcare/html/ )在线软件对PRX家族启动子顺式作用元件预测。使用MEGA v7软件，构建拟南芥和杨树的PRX家族的系统发育树，分析杨树和拟南芥PRX基因家族成员在进化关系上的同源性。利用MEGE v5.4.1 (https://meme-suite.org/meme/tooLs/meme )在线软件分析PRX家族基因保守结构域。 -
选用生长一致的84K杨树苗，分别从茎尖(SAM)、茎段3~10节间(IN3~IN10)、形成层(Ca)、幼叶(YL)、成熟叶(ML)、根(R)、木质部(Xy)取样，所有材料取3个生物学重复。采用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)检测该基因在不同组织内的表达模式。
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在84K杨基因组数据库中，通过Blast获取毛果杨PRX19同源基因PagPRX19，设计引物扩增获得目的基因(F端引物：ATGTATACAACAATCATGCCT，R端引物：TTATGTATGCATACTGCAAAC)，使用Gateway技术构建过表达载体35S::PagPRX19，利用叶盘转化法转化84K杨获得过表达PagPRX19转基因苗[13]。
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①组培盐胁迫处理。以组培培养45 d的过表达株系为材料，以非转基因植株为对照。盐胁迫组接顶芽于100 mmol·L−1氯化钠(NaCl)生根培养基，对照组接顶芽于0 mmol·L−1NaCl生根培养基。每组处理12瓶，每瓶接2株顶芽。培养温度为23~25 ℃，光周期为8 h/16 h(黑暗/光照)。处理25 d，观察植株在长期盐胁迫下耐盐能力。②土培盐胁迫处理。以土培生长2个月的过表达株系为实验材料，以非转基因植株为对照，每组处理5株。盐胁迫组隔2 d浇灌1次100 mmol·L−1的NaCl溶液，对照组隔2 d浇灌1次0 mmol·L−1的NaCl溶液。培养温度为23~25 ℃，光周期为8 h/16 h(黑暗/光照)。处理7 d，取样测定各项生理指标，处理12 d后拍照[14]。
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①脯氨酸质量分数测定。采用脯氨酸测试盒(南京建成，A107-1-1)测定脯氨酸质量分数。②相对含水量测定。取新鲜叶片记录鲜质量(WF)，超纯水(ddH2O)浸泡24 h记录质量(WT)，65 ℃烘箱干燥3 d，记录干质量(WD)。叶片相对含水量=(WF−WD)/(WT−WD)×100%[15]。③丙二醛(MDA)质量摩尔浓度测定。称取植物叶片0.2 g，加入4 mL质量浓度为10%的三氯乙酸(TCA)溶液和石英砂研磨至匀浆，4 000 r·min−1离心10 min，取上清液2 mL，加入2 mL硫代巴比妥酸(TAB)溶液，对照为2 mL ddH2O。摇匀后沸水浴15 min，−20 ℃迅速冷却后4 000 r·min−1离心2 min，取上清液，在532和600 nm波长下测量吸光度。MDA浓度CMDA(μmol·L−1)=[D(532)−D(600)]/155×1 000，MDA质量摩尔浓度(nmol·g−1)=(CMDA×V提取液体积)/F样品质量[16]。④电解质渗透率测定。采用五点取样法取样，加入6 mL ddH2O，28 ℃摇床震荡1 h。取出测第1次电导值(G1)。沸水浴30 min，冷却至室温，摇匀测量第2次电导值(G2)。电解质渗透率=第1次电导值/第2次电导值×100%[17]。⑤ROS水平定性测量。DAB染色剂试剂盒(索莱宝，DA1010)染色检测H2O2；氯化硝基四氮唑蓝(NBT)粉末(索莱宝，N8140)染色检测超氧阴离子(O2 .−)。
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使用拟南芥和毛果杨PRX家族的同源蛋白序列，构建系统发育树(图1)并进行保守结构域分析(图2)发现：该家族基因高度保守。对PRX基因家族启动子进行顺式作用元件分析(图3)发现：该基因家族成员含有响应生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)等激素的功能元件以及响应低温、干旱、盐害等非生物胁迫的功能元件。因此，PRX家族为植物生长发育和参与抵御环境胁迫中的重要家族。毛果杨Potri.004G052100 (84K杨同源基因命名为PagPRX19)与拟南芥AtPRX19 (At2G34060)的同源关系较近。研究表明：AtPRX19参与调控拟南芥的抗逆性[9, 16]，推测与其同源的杨树基因PRX19也具有此功能。此外，PRX19启动子区域含有与盐胁迫密切相关的IAA、ABA和MeJA等激素相关顺式作用元件，参与植物耐盐调控。选取PagPRX19基因分析其在84K杨中的表达模式(图4)，结果显示：PagPRX19基因在各个组织均有表达，在木质部表达量最高。
图 1 PRX基因家族系统发育树
Figure 1. Phylogenetic analysis of the PRX gene family
图 2 杨树PRX家族蛋白结构分析
Figure 2. Protein motifs of the PRX family in poplar
图 3 杨树PRX基因家族启动子顺式作用元件分析
Figure 3. Cis-elements in promoters of PRX the gene family in poplar
图 4 PagPRX19基因组织特异性表达
Figure 4. Tissue-specific expression of PagPRX19
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对转基因技术获得的6株植株进行阳性苗鉴定，通过RT-qPCR分析不同阳性株系PagPRX19的表达量，选取了相对表达量分别为对照46和12倍的2个株系OE#1、OE#2进行表型分析(图5)。分别选取6株生长2个月的土培苗统计株高和地径发现：株系OE#1的株高(44.15 cm)与对照(47.36 cm)相比极显著下降(P＜0.01)，而株系OE#2的株高(46.58 cm)与对照相比无显著差异。株系OE#1的地径(3.42 cm)和OE#2的地径(3.49 cm)与对照(3.22 cm)相比极显著增加(P＜0.01)。取植株第3片叶进行DAB和NBT化学染色(图6)发现：与对照相比，PagPRX19过表达植株叶片的ROS水平显著减少。对植株第7节间茎段组织切片进行DAB和NBT化学染色(图7)发现：与对照相比，过表达植株茎段的ROS水平降低，说明过表达PagPRX19导致植株ROS降低。
图 5 阳性植株鉴定表型分析
Figure 5. Identification and phenotypic analysis of transgenic overexpressed plants
图 6 转基因植株第3片叶ROS水平检测
Figure 6. Changes of ROS level in the third leaf of transgenic plants
图 7 转基因植株第7节间茎段ROS水平变化
Figure 7. Changes of ROS level in the stem of the seventh internode of transgenic plants
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在100 mmol·L−1NaCl生根培养基培养条件下(图8)，对照植株组培苗叶片大面积脱落，植株呈黄褐色，干枯严重甚至死亡。而过表达叶片失绿和皱缩情况与对照相比较轻，且无叶片脱落，说明过表达植株较对照具有更高的耐盐性。在100 mmol·L−1NaCl溶液灌溉处理下，对照植株叶片大面积脱落，皱缩明显，严重失绿。过表达株系OE#2叶片轻度失绿，叶缘处皱缩不明显。株系OE#1仅叶缘处轻微皱缩，与正常生长的处理差异不明显，与对照相比，过表达株系有更高的耐盐性，其中表达量较高的株系OE#1较OE#2耐盐性更强。
图 8 盐胁迫下对照和转基因植株的表型特征
Figure 8. Phenotypic characteristics of non- and transgenic poplars under salt stress
从图9可见：正常生长时，对照与过表达植株脯氨酸质量分数、相对含水量、丙二醛质量摩尔浓度、电解质渗透率无显著差异。盐胁迫下，相较于对照植株的脯氨酸质量分数(158.26 μg·g−1)，过表达植株脯氨酸质量分数极显著增加(OE#1为244.94 μg·g−1，OE#2为217.02 μg·g−1)(P＜0.01)。与对照叶片相对含水量(70.05%)相比，过表达植株叶片相对含水量极显著高于对照(OE#1为82.68%，OE#2为80.25%)(P＜ 0.01)。与对照丙二醛质量摩尔浓度(75.76 nmol·g−1)相比，过表达植株丙二醛质量摩尔浓度(OE#1为39.44 nmol·g−1，OE#2为50.76 nmol·g−1)较低且差异极显著(P＜0.01)。与对照电解质渗透率(32.75%)相比，过表达植株电解质渗透率(OE#1为24.24%，OE#2为27.09%)较低，且株系OE#1与对照差异极显著(P＜0.01)。
图 9 盐胁迫下转基因植株的生理指标
Figure 9. Physiological index of transgenic plants under salt stress
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对盐胁迫处理后的土培苗叶片进行NBT和DAB染色(图10)发现：与对照相比，过表达植株叶片的ROS信号少。对盐胁迫处理后的组培苗根部进行DAB和NBT染色(图11)后发现：与对照相比，PagPRX19过表达植株根部的ROS信号少。说明在盐胁迫下，由于过表达PagPRX19导致植株ROS水平下降。
图 10 盐胁迫下土培植株叶片ROS检测
Figure 10. Detection of ROS in leaves of soil culture plants under salt stress
图 11 盐胁迫下组培植株根部ROS检测
Figure 11. Detection of ROS in roots of culture plants under salt stress
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过氧化酶PRX可催化H2O2，降低ROS水平，减轻胁迫对细胞的伤害[3]。因此，通过抗氧化酶清除盐胁迫产生的ROS，以抵御胁迫带来的细胞损伤，提高林木的抗性，可作为抗逆分子育种手段。本研究通过过表达过氧化酶基因，改变84K杨内源ROS水平，从而探究ROS水平对杨树耐盐性的影响。
生物信息学分析发现：PagPRX19存在多个与IAA、ABA、或MeJA相关的顺式作用元件，这些激素与盐胁迫密切相关，参与植物耐盐调控。基因表达模式分析发现：PagPRX19在植株各个组织都有表达。因此选取该基因作为研究对象，创制过表达植株。与对照植株相比，过表达植株叶片和茎段ROS水平降低。过基因植株H2O2降低，O2 .−也随之降低。可能是过表达加速了H2O2的清除，植物自身调控SOD酶加速分解O2 .−产生H2O2，从而导致了O2 .−减少[9]。对获得的转基因植株进行盐胁迫处理，在100 mmol·L−1NaCl处理下，对照植株出现了胁迫症状，但过表达植株症状轻或没有出现症状。过表达植株可能通过降低盐胁迫下植株氧化胁迫程度，增强耐盐性。ROS水平检测结果验证了这一推论，盐胁迫下，过表达植株与对照相比，ROS水平仍保持较低水平。表明过表达PagPRX19可降低盐胁迫下ROS的伤害，从而增强了转基因植株的抗性。
研究表明：盐胁迫下脯氨酸质量分数增加[17]，葡萄Vitis vinifera砧木在一定程度内的耐盐性越强，脯氨酸等有机渗透物质就越多[18]。本研究表明：盐胁迫下，过表达PagPRX19植株脯氨酸质量分数高于对照植株，使得植株的耐盐能力增强。此外，盐胁迫造成植物叶片含水量下降，植物生理活动会受到影响[19]。丙二醛和电解质渗透率反映了细胞膜损坏程度[20]。盐胁迫下，植株细胞膜被破坏，细胞膜内物质外渗，电解质渗透率升高，丙二醛增加[21−22]，而耐盐品种一般表现为叶片相对含水量高、电解质渗透率和丙二醛低的特点[19, 23]。本研究中，盐胁迫下PagPRX19过表达植株叶片相对含水量比对照高，丙二醛、电解质渗透率降低，表明转基因植株细胞膜完整性较好，耐盐性增强。
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过表达过氧化物酶基因PagPRX19可降低84K杨植株内源ROS水平，且在盐胁迫下过表达植株ROS仍保持低水平，细胞膜的破坏程度降低、叶片的持水能力增强。表明在杨树中过表达PagPRX19，能促进盐胁迫下植株内源ROS的清除，从而减缓盐胁迫造成的氧化胁迫，提高植株的耐盐性。
Effects of peroxidase gene PagPRX19 on salt tolerance of poplar ‘84K’
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摘要:
目的 盐害作为影响植物生长发育的非生物胁迫因子，严重威胁林木生长。在受到盐胁迫时，植物内源活性氧(ROS)水平增加，造成氧化胁迫，影响植株正常生长发育。因此，可通过增强过氧化物酶PRX家族成员表达水平，改变ROS水平，以增强杨树Populus耐盐能力，揭示PRX成员参与调控杨树盐胁迫响应的机制。 方法 以银腺杨‘84K’ Populus alba × P. glandulosa ‘84K’为材料，生物信息学分析选取PRX家族成员PagPRX19进行克隆并构建过表达载体，农杆菌Agrobacterium tumefaciens介导叶盘转化法获得过表达植株。以银腺杨‘84K’ PagPRX19过表达植株生长45 d的组培苗和生长2个月的土培苗为实验材料，进行盐胁迫处理，以非转基因植株为对照。观察植株表型，检测脯氨酸、丙二醛、电解质渗透率等生理指标并进行分析。 结果 ①克隆了PagPRX19基因，构建过表达载体，获得转基因阳性植株。经分子鉴定选取2个过表达株系OE#1和OE#2为实验材料做后续分析。②与对照相比，过表达植株株高下降，地径增加。③盐胁迫处理下，过表达植株相较于对照表现为叶片皱缩以及植株生长受到抑制程度低，组培苗的盐胁迫处理表现为相似结果。④转基因植株的ROS水平降低，而且在盐胁迫下过表达植株叶片和根的ROS仍保持较对照低的水平。盐胁迫下过表达植株较对照脯氨酸增加，叶片持水能力增强，丙二醛和电解质渗透率降低。从生理方面显示转基因植株具有较高的耐盐能力。 结论 过表达PagPRX19可降低盐胁迫下杨树转基因植株的ROS水平，缓解氧化胁迫，增强了植株耐盐性。图11参23 -
关键词:
- 银腺杨‘84K’ /
- 过氧化物酶 /
- 内源活性氧(ROS) /
- 盐胁迫 /
- 耐盐性
Abstract:Objective Salt damage, as an abiotic stress factor affecting plant growth and development, seriously threatens tree growth. Under salt stress, the level of endogenous reactive oxygen species (ROS) in plants increases, resulting in oxidative stress and affecting the normal growth and development of plants. By enhancing the expression level of PRX family members and changing ROS levels, the salt tolerance ability of poplar can be enhanced, and the mechanism of PRX members involved in regulating salt stress response can be revealed. Method Poplar ‘84K’ (Populus alba × P. glandulosa ‘84K’) was used as material, and PagPRX19, a member of PRX family, was selected for cloning and construction of overexpression vector by bioinformatics analysis. Overexpressed plants were obtained by Agrobacterium tumefaciens mediated leaf disk transformation. The tissue culture seedlings of non-transgenetic plants (the control) and PagPRX19 overexpressed plants growing for 45 days and the soil culture seedlings growing for 2 months were used as experimental materials for salt stress treatment. The plant phenotype was observed and the physiological indexes such as proline, malondialdehyde and electrolyte permeability were detected and analyzed. Result (1) PagPRX19 gene was cloned, overexpression vector was constructed, and transgenic positive plants were obtained. After molecular identification, 2 overexpressed lines OE#1 and OE#2 were used for further analysis. (2) Preliminary phenotypic observation showed that PagPRX19 overexpressed plants decreased in height and increased in ground diameter, compared with the control. (3) Compared with the control, the overexpressed plants showed lower leaf shrinkage and plant growth inhibition under salt stress. Tissue culture seedlings showed similar results under salt stress. (4) ROS level of transgenic plants decreased, and ROS level of leaves and roots of overexpressed plants remained lower than that of the control under salt stress. The content of proline in overexpressed plants increased, the water holding capacity of leaves increased, and the contents of malondialdehyde and electrolyte permeability were lower than those of wild type. The transgenic plants showed high salt tolerance from the physiological aspect. Conclusion Overexpression of PagPRX19 can reduce ROS level of transgenic poplar ‘84K’ plants under salt stress, alleviate oxidative stress, and enhance salt tolerance. [Ch, 11 fig. 23 ref.] -
热固性树脂浸渍纸高压装饰层积板(high-pressure decorative laminates made from thermosetting resins impregnated sheets, HPL)是由不同树脂浸渍的表层纸、装饰纸和多层牛皮纸层积后在高压下热压而成的一种装饰材料[1]。HPL的层压复合结构赋予其优异的耐热、耐磨、耐化学等表面性能，当前HPL广泛应用于实验室、医院和商业场所等[2]。但是由于三聚氰胺甲醛(MF)树脂具有硬而脆、稳定性差的特点[3]，使得HPL的韧性较差。在 HPL芯层加入纳米纤维或使用化学药剂改性浸渍树脂可有效改善HPL的脆性问题，同时赋予HPL机械强度、水解稳定性、耐火性等功能[4−5]。JI等[6]以牛皮纸作为HPL的底层材料，在2层牛皮纸中间加入无纺布醋酸纤维素(CA)纳米纤维垫，提升HPL的弯曲性能。当加入5层CA纳米纤维垫时，HPL的断裂伸长率为 27.9%，屈服强度为40.8 MPa，分别比原始HPL提高了4.4和5.9倍。但是使用静电纺丝法制备 CA 纳米纤维存在耗时长和成本高等问题。
HPL的外观和质感主要由表层装饰纸决定，近年来，数码打印和同步对纹技术可以使 HPL呈现不同的纹理、图案和颜色[7]，但仍缺乏木质材料特有的自然纹理和亲和触感。重组装饰薄木是利用普通速生材生产的一种饰面材料，不仅具有天然木材的纹理和质感，而且原材料来源广泛[8]。以重组装饰薄木为基本单元，借鉴 HPL的层压复合结构，有望制备出一种性能优异的木质复合装饰板材，在轨道交通、室内装修、公共场所等领域具有广阔的应用前景。
胶黏剂和胶接技术在木质材料复合中发挥着重要作用，除了保证胶合质量外，环保性能、胶接效率和生产能耗均是工业界和学术界关注的重点。近年来，聚乙烯(PE)薄膜以其环境友好性、良好的柔韧性、耐水性和加工性等优势，成为传统的“三醛胶”木质复合材料的有效替代产品，广泛用于木质材料的胶接[9−10]。 PE薄膜具有受热软化、冷却固化的特性[11]，其对木质材料的胶合是在木材表面熔融软化、流展、渗透和冷却固化的过程[12−13]。适宜的工艺条件下，熔融的热塑性树脂大分子在木材多孔性结构中的填充及其对损坏细胞的修复作用[14]，能够赋予热塑性树脂复合材料优良的力学强度和耐水性能[15−16]。为了制备一种无醛、性能优异的装饰板，本研究提出使用PE薄膜对重组装饰薄木进行胶合以制备薄木-PE复合层积装饰板(wooden decorative laminates-sheets made from polyethylene film, WDL)。通过响应面方法分析热压温度、热压时间、热压压力对装饰板浸渍剥离性能和顺纹抗拉强度的影响，模拟优化出WDL的最佳制备条件，为推进其应用提供参考依据。
1. 材料与方法
1.1 材料
重组装饰薄木：椴木科技木，购于德清洛舍佳朋木皮厂，规格为200 mm×200 mm，厚度为0.2 mm，含水率为6%~12%；PE薄膜：购于沭阳登农商贸有限公司，厚度为0.1 mm，密度为0.91 g·cm−3。
1.2 方法
1.2.1 薄木-PE复合层积装饰板的制备
采取顺纹的方式将重组装饰薄木和 PE 薄膜进行组坯并热压复合，制备5层结构的薄木-PE复合层积装饰板(图1)。
1.2.2 响应面试验设计
以热压温度、热压时间、热压压力3个因素为自变量，以浸渍剥离长度(Y1)和顺纹抗拉强度(Y2)为响应值，选用3因素3水平进行响应面试验设计(表1)。应用Design Expert 13，建立数学回归模型，优化WDL的热压工艺。为了避免冷却过程中PE薄膜收缩产生的内应力，热压结束后对WDL进行二次冷压定型处理，定型时间为4 min，定型压力为1 MPa。
表 1 试验因素和水平Table 1 Level of experimental factors水平 因素 热压温度(A)/℃ 热压时间(B)/s 热压压力(C)/MPa $ - $1 130 30 0.50 0 155 90 1.25 $ + $1 180 150 2.00 1.2.3 响应面最佳工艺的验证
根据响应面试验结果，得出最优的热压工艺参数，对最优工艺条件下的WDL进行浸渍剥离性能和顺纹抗拉强度的测试，选取测试的数据与响应面模型计算的预测值对比，以验证其可靠性。本研究利用Design Expert 13 进行数据分析和模型模拟，利用Origin 2021绘图。
1.3 测试与表征
浸渍剥离性能：根据国家标准GB/T 17657—2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》中浸渍剥离性能测试要求，取尺寸为75 mm×75 mm的试件，将其放在(63±3) ℃热水中浸渍3 h，然后放置于(63±3) ℃的恒温干燥箱中干燥3 h。观察并测量试件每个胶层各边剥离的长度，结果精确至1 mm。测试结果为6个试件的平均值。
顺纹抗拉强度：根据国家标准GB/T 1040.2—2022《塑料 拉伸性能的测定 第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》进行制样，在万能力学试验机上对薄木和 WDL 试样进行载荷-位移和强度的测试，试验速度为1 mm·min−1。测试结果为6个试件的平均值。
PE薄膜拉伸强度：根据国家标准GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的测定 第3部分：薄膜和薄片的试验条件》中5型试样的形状和尺寸进行制样，在万能力学试验机上进行测试，试验速度为5 mm·min−1。测试结果为6个试件的平均值。
胶接界面形貌：将试样制备成尺寸为 7 mm×3 mm×1 mm (L×W×T)的样块，把样块导管侧黏附在铜片上，进行喷金处理后，使用环境扫描电子显微镜(FEI Quanta 200)观察重组装饰薄木和 PE 薄膜的胶接界面形貌。
2. 结果与分析
2.1 响应面试验方差分析
以浸渍剥离长度和顺纹抗拉强度为指标，利用响应面法Box-Behnken模型试验考察热压温度、热压时间和热压压力对 WDL 性能的影响。响应面试验方案及结果见表2。
表 2 响应面试验设计及结果Table 2 Design and results of response surface test编号 热压温度
(A)/℃热压时间
(B)/s热压压力
(C)/MPa浸渍剥离长度
(Y1)/mm顺纹抗拉强度
(Y2)/MPa编号 热压温度
(A)/℃热压时间
(B)/s热压压力
(C)/MPa浸渍剥离长度
(Y1)/mm顺纹抗拉强度
(Y2)/MPa1 −1 −1 0 33 34.5 10 0 1 −1 0 43.0 2 1 −1 0 1 36.9 11 0 −1 1 8 43.3 3 −1 1 0 11 41.7 12 0 1 1 8 40.5 4 1 1 0 0 33.6 13 0 0 0 3 40.4 5 −1 0 −1 26 38.4 14 0 0 0 2 44.0 6 1 0 −1 0 37.7 15 0 0 0 6 44.2 7 −1 0 1 25 40.8 16 0 0 0 3 42.0 8 1 0 1 0 33.2 17 0 0 0 1 39.5 9 0 −1 −1 25 40.7 以表2的结果进行响应面回归模型的方差分析，结果见表3。浸渍剥离长度的拟合模型极显著(P＜0.000 1)，决定系数(R2)=98.45%，校正决定系数($R_{\mathrm{Adj}}^2 $)=96.45%，与R2接近，说明响应面分析方法对浸渍剥离性能的评估是有效的。顺纹抗拉强度的拟合模型显著(P＜0.05)，且失拟项不显著(P＞0.05)。分析结果中R2=88.98%＞85%，说明该模型对WDL的顺纹抗拉强度预测结果可信。因此本研究设计方法及模型可较好地反映热压温度、热压时间、热压压力与WDL浸渍剥离长度之间的关系。
表 3 浸渍剥离性能和顺纹抗拉强度方差分析Table 3 Variance analysis of impregnation peel performance and endwise tensile strength方差
来源浸渍剥离长度(Y1)/mm 顺纹抗拉强度(Y2)/MPa 平方和 均方 F P 平方和 均方 F P 模型 1 934.44 214.94 49.33 ＜0.000 1** 173.76 19.31 6.28 0.012 1* A 1 104.50 1 104.50 253.49 ＜0.000 1** 24.50 24.50 7.97 0.025 7* B 288.00 288.00 66.10 ＜0.000 1** 1.45 1.45 0.47 0.515 0 C 12.50 12.50 2.87 0.134 1 0.50 0.50 0.16 0.698 8 AB 110.25 110.25 25.30 0.001 5** 27.56 27.56 8.97 0.020 1* AC 0.25 0.25 0.06 0.817 6 11.90 11.90 3.87 0.089 8 BC 156.25 156.25 35.86 0.000 5** 6.50 6.50 2.12 0.189 2 A2 121.64 121.64 27.92 0.001 1** 98.94 98.94 32.19 0.000 8** B2 34.80 34.80 7.99 0.025 5* 1.04 1.04 0.40 0.5787 C2 80.59 80.59 18.50 0.003 6** 0.52 0.52 0.17 0.692 3 残差 30.50 4.36 21.52 3.07 失拟项 16.50 5.50 1.57 0.328 1 3.87 1.29 0.29 0.829 9 纯差 14.00 3.50 17.65 4.41 总离差 1 964.94 195.28 R2 0.984 5 0.889 8 RAdj 2 0.964 5 0.748 1 说明：**. 极显著(P＜0.01)；*. 显著(P＜0.05)。$ R^2 $. 决定系数；$ R_{ {\mathrm{Adj} }}^2 $. 校正决定系数。 2.2 热压因子对WDL性能的影响
2.2.1 热压因子对 WDL 浸渍剥离性能的影响
根据表3可知：热压温度和热压时间对WDL的浸渍剥离性能影响极显著(PA＜0.000 1，PB＜0.000 1)。不同热压温度和热压时间下WDL的浸渍剥离长度见图2，当热压时间固定，升高热压温度可显著降低试件的浸渍剥离长度，温度升高到180 ℃时，试件在Ⅱ类浸渍剥离试验(63 ℃水煮处理)中几乎观察不到胶层开裂的现象。一方面是由于高温可使熔融 PE均匀渗透到重组装饰薄木中，形成胶钉结构；另一方面是薄木在高温条件下进行了短时的热处理，表面极性基团降低，两者界面相容性增强。当热压温度不变，延长热压时间同样可以达到增强试件浸渍剥离性能的目的。当在130 ℃热压温度条件下，热压时间延长至150 s时WDL试件浸渍剥离长度降低到了11 mm，满足Ⅱ类浸渍剥离性能测试要求(≤25 mm)。这是因为低温条件下PE自身的熔融黏度高，流动性差，需要充足的时间才能在重组装饰薄木表面润湿和渗透。由图3A可以看出：热压温度和热压时间的3D响应曲面呈现为向下凹状，倾斜度较高，说明两者存在交互作用且极显著(PAB=0.001 5)，因此在实际生产中可以根据实际条件选择合适的热压温度和时间范围。
图 2 不同热压温度和热压时间下WDL的浸渍剥离性能Figure 2 Impregnation peeling performance of WDL under different hot-pressing temperature and time热压压力可以促进木材与胶黏剂之间的结合，适当施加压力有助于良好胶合界面的形成。从图3B可以看出：当热压温度一定时，WDL 试件的浸渍剥离长度随热压压力的增加呈先下降后上升的趋势，且两者的响应面等高线图接近圆形，表明两者之间交互作用不显著(PAC＞0.05)。这是由于压力的持续增大导致熔融PE分子间的作用力增加使树脂整体黏度增大，从而对WDL的浸渍剥离性能产生不利影响。热压温度在180 ℃时，不同压力条件下试件的浸渍剥离长度均趋近于0 mm，由此可见压力增大PE的黏度与温度降低其熔融黏度是一个相互抵冲的作用。当热压温度较适宜时，热压压力对PE黏度的增大占主导作用；但热压温度足够高时，这种反作用会逐步减弱，此时温度减小PE熔融黏度的作用大于压力的增稠作用。
由图3C可知：热压时间和热压压力交互作用的响应面图呈凹陷状，表明浸渍剥离长度在热压时间为90~120 s，热压压力为0.6~1.2 MPa时趋于0 mm。热压时间和热压压力的增加有利于熔融PE的渗透，从而有效提高WDL的耐水性，因此热压时间和热压压力对WDL浸渍剥离性能呈显著交互作用(PBC＜0.01)。
图 3 热压温度、热压时间、热压压力对浸渍剥离性能影响的响应面图Figure 3 Response surface plots of the effects of hot-pressing temperature, time and pressure on impregnation peeling performance2.2.2 热压因子对 WDL 顺纹抗拉强度的影响
根据顺纹抗拉强度方差分析结果可知，热压温度对 WDL的顺纹抗拉强度有显著影响(PA＜0.05)，且热压温度和热压时间对其顺纹抗拉强度有显著交互作用(PAB＜0.05)。从图4可以看出：相同热压时间条件下，热压温度为155 ℃时WDL的顺纹抗拉强度最大。这是因为130 ℃时制备的WDL未充分结合重组装饰薄木和PE薄膜2种材料的强度优势，导致顺纹抗拉强度较低；而在180 ℃时，由于热压温度的升高和时间的延长，渗入薄木中的熔融PE量增大，导致胶层黏结线变薄。
图 4 不同热压温度下WDL的顺纹抗拉强度Figure 4 Tensile strength along the grain of WDL under different hot-pressing temperatures从图5A可以看出：PE受载荷后塑性变形较大，其拉伸强度为10 MPa (图6)。重组装饰薄木的顺纹抗拉载荷-位移曲线如图5B，其断裂伸长率较小，到达最大点时薄木受到最大承载力后发生突然断裂，原始顺纹抗拉强度达30.6 MPa (图6)。WDL的整体断裂趋势与重组装饰薄木相近(图5C)，这是因为 PE的添加量较少，对WDL的断裂没有显著影响。层压复合之后的顺纹抗拉强度增加到了39.7 MPa (图6)，这说明两者复合以后，重组装饰薄木起着承受载荷的主要作用，而 PE 既是胶黏材料，又可作为增强材料。
图 5 不同材料的顺纹抗拉载荷-位移曲线Figure 5 Load-displacement curves for tensile strength along the grain of different materials根据响应面试验结果可知：WDL的顺纹抗拉强度为33~46 MPa，能满足普通室内装修和家具贴面的要求，为了能够应用到轨道运输内饰领域，后续还需增强其强度。
2.3 验证试验
根据 Design Expert 13对方差分析的结果得到 WDL 的浸渍剥离长度(Y1)、顺纹抗拉强度(Y2)为响应值的二次回归方程，分别如式(1)与式(2)：
$$ \begin{split} {Y}_{1}=&379.20-3.47A-0.96B-35.68C+3.5\times {10}^{-3}AB+\\ &1.33\times {10}^{-2}AC+1.39\times {10}^{-2}BC+8.6\times\\ & {10}^{-3}{A}^{2}+7.99\times {10}^{-4}{B}^{2}+7.78{C}^{2} \text{；}\\[-1pt] \end{split} $$ (1) $$ \begin{split} {Y}_{2}=&-179.25+2.61A+0.34B+14.91C-1.75\times {10}^{-3}AB-9.2\times {10}^{-2}AC-2.83\times {10}^{-2}BC-7.76\times {10}^{-3}{A}^{2}-\\ &1.38\times {10}^{-4}{B}^{2}+0.63{C}^{2} 。 \end{split} $$ (2) 通过软件Design Expert 13对模型回归方程Y1、Y2 进行计算，并综合考虑WDL的性能，得到该模型最佳热压工艺参数为：热压温度160.19 ℃、热压时间109.11 s、热压压力0.96 MPa。该工艺参数条件下 WDL 的浸渍剥离长度理论值为−0.51 mm，顺纹抗拉强度理论值为41.8 MPa。结合实际生产应用，最终确定制备 WDL 最优工艺参数为：热压温度160 ℃、热压时间109 s、热压压力1 MPa。为了进一步验证回归模型的准确性，验证试验得到试件的浸渍剥离长度为0 mm，满足GB/T 17657—2022中Ⅱ类浸渍剥离测试的要求。顺纹抗拉强度实际值为38.2 MPa，达到了预测值的91.39%，实际值与理论预测值拟合度高。本研究数据结果与响应面模型拟合效果好，说明响应面优化的结果可靠。
2.4 胶接界面微观形貌分析
由于木材与 PE胶接时没有化学反应，主要依靠机械互锁进行结合，重组装饰薄木的多孔结构为其胶合提供了有利条件(图7)。PE受热熔融后受到压力和时间的作用渗透到重组装饰薄木的孔隙结构中，形成连续的胶层和机械啮合结构，但WDL是由5层重组装饰薄木组成的，不同热压工艺条件下PE的渗透程度差异明显。如图8A1，在低温短时条件下(130 ℃)热压复合时，几乎每层PE薄膜与重组装饰薄木之间都存在较大的胶接间隙，极大地影响了WDL的力学性能和耐水性能；即使延长热压时间到 90 s(图8A2)，仍存在明显的胶合缺陷。而升高温度到155 ℃时(图8B1)，两者的胶合质量得到明显改善。上述分析说明热压温度和热压时间对WDL的界面胶接有显著交互作用，且界面胶接的好坏对其整体性能有直接影响，这与前面分析一致。
图 7 重组装饰薄木导管侧微观形貌Figure 7 Microscopic morphology of the side of reconstituted decorative veneer conduit
图 8 不同热压条件下WDL的胶接界面微观形貌Figure 8 Microscopic morphologies of WDL’s adhesive interface under different hot-pressing conditions由最优工艺条件下制备的 WDL 微观形貌图(图8C)可知：该条件下重组装饰薄木和 PE界面结合更加紧密，此时两者已经达到了良好的胶接状态，且有部分熔融PE渗透到薄木导管纹孔中形成更为稳定的胶钉结构，从而提高了WDL的耐水性，其浸渍剥离性能与响应面优化结果相吻合。此时顺纹抗拉强度实际值与预测值接近程度为91.39%，表明模型准确可信。因此该回归模型能够较好地预测和分析热压条件与WDL物理力学性能的关系。
从图8B和8C可以看出：在适宜的温度条件下热压复合时，PE薄膜与重组装饰薄木之间仍存在胶接间隙，这是因为木材与胶黏剂之间由于表面性质不同造成两者复合时难以形成完善的界面胶接层。因此在后续过程中，需对薄木进行改性处理以降低界面胶合缺陷对WDL性能的影响。
3. 讨论
本研究使用PE薄膜与重组装饰薄木制备无醛复合装饰板，研究热压因子对薄木-PE复合层积装饰板性能的影响，并阐释了热压温度、热压时间和热压压力对PE薄膜与重组装饰薄木的胶合作用机制。
响应面试验结果表明，对WDL浸渍剥离性能影响最大的因素是热压温度和热压时间，而热压压力对其性能影响不显著。这是因为PE薄膜与重组装饰薄木的胶合主要依靠机械啮合结构，热压温度和热压时间的增加降低了PE薄膜的熔融黏度，使其在薄木多孔隙结构中具有更大的渗透性[17]。两者胶接间隙的减小使得水分子难以进入和储存在WDL内部，从而提高其耐水性[18]。WDL的顺纹抗拉强度主要取决于重组装饰薄木本身的强度和厚度，但在热压过程中热压温度也会对WDL的顺纹抗拉强度产生影响。这是因为低温条件下重组装饰薄木和PE薄膜胶接界面的缺陷导致力学性能比较差[19]；温度过高则会导致薄木中最热敏的半纤维素发生降解[20−21]，从而降低WDL的力学性能。结合响应面试验结果并综合考虑实际生产情况，热压温度为160 ℃、热压时间为109 s、热压压力为1 MPa的工艺条件制备装饰板，实际验证顺纹抗拉强度可达38.2 MPa，与回归方程模型预测值较为接近，其浸渍剥离性能可达Ⅱ类试验要求，耐水性好，且不含甲醛，加之制备工艺简单，具有广阔的发展潜力。
从微观角度看，紧密的机械互锁结构可以增强WDL的耐水性，但是导热不良体的薄木影响芯层的升温速率[22−23]，从而不利于熔融PE的渗透，且极性木材与非极性薄膜界面相容性差的问题会导致界面胶接层不完善[24−25]。因此在后续过程中，需对重组装饰薄木进行扎孔或化学改性处理[26]，改善两者之间的界面相容性以降低界面胶合缺陷对WDL性能的影响[27]。
4. 结论
本研究采用重组装饰薄木和PE薄膜制备的新型无醛薄木-PE复合层积装饰板，后期饰面过程中无需额外涂布胶黏剂，可作为替代 HPL 在室内装修、轨道运输等领域的材料选择。然而所制备的WDL抗拉强度低于轨道运输内饰的要求(≥68.8 MPa)，且木质材料遇火易燃，后续需对其强度和阻燃性进行改进和增强。
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图 3 杨树PRX基因家族启动子顺式作用元件分析
Figure 3 Cis-elements in promoters of PRX the gene family in poplar
图 5 阳性植株鉴定表型分析
Figure 5 Identification and phenotypic analysis of transgenic overexpressed plants
图 6 转基因植株第3片叶ROS水平检测
Figure 6 Changes of ROS level in the third leaf of transgenic plants
图 7 转基因植株第7节间茎段ROS水平变化
Figure 7 Changes of ROS level in the stem of the seventh internode of transgenic plants
图 8 盐胁迫下对照和转基因植株的表型特征
Figure 8 Phenotypic characteristics of non- and transgenic poplars under salt stress
图 9 盐胁迫下转基因植株的生理指标
Figure 9 Physiological index of transgenic plants under salt stress
图 10 盐胁迫下土培植株叶片ROS检测
Figure 10 Detection of ROS in leaves of soil culture plants under salt stress
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