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木材生物防腐研究的现状与展望

时间:2017-04-14 来源:莆田合顺防腐木厂家
  木材生物防腐的由来及其基本概念一般说来,室外使用或在室内易腐环境条件下使用的木材都易遭受生物的损害。采用合理的设计,选择具有良好的天然耐腐性的树种,是防止木制品损害最简单的2种方法,然而这2种方法的使用常受到现实因素的限制。在过去长时间内,普遍采用化学药剂对木材进行防腐处理,使耐腐性能较差的树种获得了广泛利用。19世纪30年代加压处理技术诞生以来,防腐处理材以其较长的使用寿命而越来越受到人们的青睐,其使用范围及市场稳步扩大。
  然而,随着环保意识的不断强以及对许多化学防腐剂安全性担忧的大,人们越来越清楚地认识到,在努力寻求开发新的防腐处理方法和低毒防腐剂配方的同时,将带有新观念的木材防腐方法引入木材防腐领域是非常必要的。生物性或综合性木护,使之免遭蓝变菌或腐朽菌侵害的一种方法,这些桔抗性生物通过减少有害微生物在木材上接种的机会,降低侵入木材造成严重损害的能力,来达到抑制引起木材生物损害的微生物生长的目的。
 
  法类同于农林意义上的生物防治,但两者是有区别的。在农林业,生物防治法的应用一般只在一个生长季,其目的是在一定的时间范围内保护好一种作物免遭几种,通常是一种病原体的侵害。然而对木制品而言,可造成其损害的微生物有多种,它们的生理特性各异,木制品在其设计使用期间都必须得到很好的保护,这种在防治对象和防治时间上的差异可能是造成木材生物防腐法难以用于木材防腐实际工作中的一个主要原因。另一方面,从某种意义上讲,控制作物疾病就意味着接受作物在产量上的一定损失,这一点在木制品使用设计中往往不能为人们所接受,因为如果在规定时间内,所筛选出的,对木材有保护性作用的微生物(以下简称木材益菌)不能起到很好的保护作用,那么这种未得到很好保护的木制品在很多情况下可能会危及人的安全。
 
  严格说来,木材生物防腐可分为生物保护和生物防治2种情形。生物保护通过调整或改变木材生境使益菌健康生长并完全占据主导地位,从而有效地排除其它菌在木材表面的种植。生物保护赋予木制品一种抵抗微生物侵害的能力,如同活的树木抵抗潜在的病菌一样。从狭义上讲,生物防治是通过直接抑制有害菌的生长来达到阻止蓝变或腐朽的发生的目的。有些人将2种方法都称作生物防治,但两者在概念上是不同的,它们代表了2种不同的抑制木材损害的方法。在2种方法中,微生物在作为木材保护物(woodprotectants)时也是不同的。理想的保护性益菌只通过充分改变木材基质防止蓝变菌或腐朽菌形成菌落,而防治性益菌必须不仅能够在木材表面和木材内部健康地形成菌落,而且能够阻止靶子菌进一步蔓延。成功的保护性益菌具有很强的再生能力,但不一定能够抵抗高度特化的木腐菌施加的某些生理压力,相反,一般园林业中商业性使用的防治性益菌(或生物防治品)均具有生理上特化、耐受它。在英国,上述生物防腐法己经成为松树第一轮伐期时防止H.annosum传播的标准方法,很明显,这制7*irum等蓝变菌的厄害。alEleetroniePublW方法不能很容易地移植到木制品上1因为力强、能够运用竞争机制抑制桔抗物生长的强竞争性的特点。
 
  木材生物防腐是建立在微生物种间动态的相互作用基础上的。种间正面相互作用可分为偏利共栖(commensalism)、协共栖(synergism)和互利共栖(又共生,mutualism)3种,负面相互作用按照传统定义法分为竞争(competition)、抗生(antibiosis)和利用(exploitation,包括捕食和寄生),根据这3种作用机制种间相互作用结果可定义为无害、有益或有害。种间相互作用通常包含有几种作用机制。选择保护性或防治性益菌时进行竞争能力的区分是重要的,当期望对木制品进行长期保护时,益菌必须具有积极“的竞争能力,以抑制真菌的进一步生长,去除蓝变菌或木腐菌。
 
  木材生物防腐的应用木材生物防腐一般包括防止新鲜锯材蓝变、防止腐朽菌在储存木材或木质产品上形成菌落和去除各种日用品上形成的早期真菌菌落3方面内容。
 
  防止木材蓝变从砍伐到干燥的这一相对短的时间内,木材对蓝变菌非常敏感,益菌在木材表面形成菌落能够限制此间蓝变菌和木腐菌形成菌落。Klingstrom和Johansson的平板试验、木块和树干试验表明,各菌都对一种蓝变菌,Leptogrophium测试了8个真品系,发现Hypocreales目成贝都能抑制真菌的蓝变。除真菌外,细菌作为益菌,它对木材蓝变菌的抑制作用也是被肯定的。有报道指出,枯早牙抱杆(Bacillussubtilis)和假单胞(Pseudomonascepocio)能够抑制各种主要木材蓝变菌的生长,虽然不清楚是抗生素还是竞争机制在起作用。
 
  莆田防腐木厂家分离到的一株白化蓝变菌Cartapip 97,己经获得专利,并在Alberta和BritishColumbia两地进行了野外试验,效果良好。另外,新西兰的ColleenChittenden等的试验进一步指出,采用土壤微生物混合种群(mixed populationsofmicroflora)加以相应的营养物(nutrients)和佐剂(adjuvants)也能有效地防止辐射松原木上蓝变菌的蔓延。有试验支持抗生素对蓝变菌的抑制作用,Stranks指出几种抗生素,包括小柱抱素(scytalidin),似隐抱素(cryptosporiopsin)和抗生素hyalodendrin都能对松木边材的蓝变起抑制作用,但直接用抗生素生产菌却行不通,因为这些真菌自身产生色素。广义的生物法防治木材蓝变的研究近年来也非常活跃,新西兰的BernhardKreber等采用茶油和丁香油等天然物质对辐射松原木进行了熏蒸处理试验,证实这些天然产物能有效地控由于要求对木材蓝变菌控制的时间相对较短等原因,一般说来,以生物方法防止木材蓝变是木材生物防腐法用于木材防腐处理时最有希望获成功的。
 
  2.2防止木材腐朽为了以生物方法防止或控制木材腐朽,研究者们于1963年首次开展了有关以微生物系统对木质产品进行保护的一般可行性调查、调查分室内和野外试验2部分,是在先前开展的生产抗生素的半知(Deuteromycotina)潜在性应用研究和森林病理中关于竞争现象的研究基础上进行的。Scytalidium spp.能够产生可散发性抗生素,木霉(Trichodermaspp.)具有腐生、抗生和寄生3方面综合竞争的能力。室内短期琼脂板或小块样品试验指出,这2属真菌具有良好的抑制木材腐朽的综合能力,是最有希望成为木材保护性或防治性益菌的。一般说来,木材保护性益菌必须:(1)能够产生化学性质稳定的具毒性的代谢物,代谢物多年具有活性;(2)能够去除腐朽菌菌落形成所需要的基质;(3)产生靶子腐朽菌开始在基质上形成菌落后能够萌发的生命结构。保护木材要求保护性益菌在基质上均匀地形成菌落,以确保腐朽菌排除在外,而所产生的保护性屏障必须在产品的整个设计使用期间充分起到作用。
 
  以生物方法防止腐朽菌在木材上形成菌落是极具挑战性的,因为对木材进行的完全保护需要的时间较长,有时长达40年或更长的时间,这期间必须充分地保护好木材,使其免遭白腐、褐腐或软腐菌的侵害。尽管存在着一定的难度,生物防腐法仍可被用来防治腐朽菌,特别是在环境上敏感的属中等朽害的区域。化学处理后进行生物防腐处理,理论和实践上都是可行的(这里化学处理需有利于菌落的形成和发展)。可以预见,化学保护和生物防腐相结合的综合保护木材的方法是今后一段时间内最为有效的保护木材的环保型“方法。
 
  有关以保护性益菌对未腐朽木制品进行预处理以防止以后的真菌侵害的报道不多,在英国,曾以木霉对未腐朽的经克里苏油处理过的电杆进行过这类处理,然而,园林业有些非常著名的生物防腐的例子,这些例子可以被用来评价木制品生物防腐情况,最著名的、商业上最为成功的抗腐朽菌生物防腐的例子就是将抱霉接种于欧洲赤松上以防止Heterobasidionannosum(Fr.)Bref.的侵害。在欧洲,H.annosum是造成针叶树根部和残株腐朽的主要原因。这个例子的成功是因为P.gigantea有着carnca也可被成功地抑制,但绵腐卧孔仍不在ubli从其他木材益菌克隆来的基因,如克隆抗生素基因P.gigantea自身也可以引起腐朽。这一例子很具代表性地表现出生物保护系统一般所具有的局限性:(1)仅仅一种耙子生物传播机制被抑制;(2)寄主特异性:该系统在松树上工作良好,但在挪威云杉残株上却不然;(3)众多被筛选真菌中,仅P.gigantea真正起作用。
 
  另外一个生物防腐的例子可以用来说明一种化学保护与生物防腐相结合的情况。柑橘园中Armil-lariaspp.引起的柑橘树根部腐朽是造成柑橘生产减产的一个重要原因,首先用二硫化碳或溴甲烷亚致死量熏蒸土壤,削弱Armillariaspp.的菌丝活动,处理过的土壤使栖息的木霉属菌更有效地寄生于Armillariaspp.丝并最终使之溶解。用化学防腐剂处理,特别是熏蒸刺激木霉的菌丝活动,提高保护层效能,这代表了选择性刺激木材保护益菌的一种简单技术。
 
  野外生物防腐研究中,BruceKing(1986)和Bruceetal.(1990)发现接种商业性木材生物防腐品BinabFYTTM后,木霉可在未腐朽电杆内部建立其种群,保护木材持续达7年之久,说明如果能够改善木材生物防腐品的种植和菌落形成的情况,则一般的生物保护电杆免遭某一腐朽菌侵害的方法是可行的。
 
  2.3腐朽木补救处理一般说来,抑制木材的早期腐朽比抑制腐朽菌菌落的早期形成更加困难,当己经出现了腐朽,保护或防治性益菌就会处于非常不利的地位,因此要有有效的竞争机制来去除腐朽菌的侵害。
 
  在俄勒冈,Ricard从未被腐朽的花旗松上分离出一个过去未被描述过的Scytalidium品系,称作FY,在小规模野外试验和室内试验中该菌均表现出Gilbn.生长和抑制由其引发的木材腐朽的能力。在一项深入研究中,KlingstromJohansson(1973)从生长率、营养条件的影响、分解纤维素活力(cellulolyticactivities)均能抑制N.的活动,但对绵腐卧孔菌或密粘糟菌不起作用。MorrisDickinson(1981)报道说,在银屑试管测试试验中,N.lepideus和A.被抑制之列。
 
  Ricard开发出第一个商业性木材生物防腐品件下它被进行了全面的测试。室内研究表明,所有3种真菌都能独立地抑制N.lcpideus的生长,在试块暴露给N.如ideus前用热水过滤试块,3种菌均表FYTtm在公用设施杆柱上对几种常见腐朽菌的抑制情况也被进行了测试,室内研究中褐腐菌得到抑制,白腐菌却似乎对Trichoderma和Scytalidium菌的作用具有抗性。可以看出,人们对木材系统内生物间的相互作用机制的实质还缺乏了解,不过采用几种生物(这些生物用不同的机制抑制多种木材降解生物)可能是成功地开发木材生物防腐品所必需的。
 
  3展望随着环境意识的不断强,木材生物防腐研究越来越受到人们的重视,美国、加拿大、新西兰以及欧洲的许多国家都相继开展了这方面的研究。但目前木材生物防腐的研究与应用还很不成熟,许多方面的工作还有待于深入进行,如对木材保护性或防治性益菌的筛选及其评价标准的研究、木材生物防腐与化学保护相结合的所谓综合防治研究和生物防腐技术的研究等。
 
  筛选适宜的木材保护性或防治性益菌是保证木材生物防腐获得成功的一个先决条件,目前常用的筛选方法是采用琼脂或液体培养基,这一方法与实际情况有一定的距离,应该代之以木材作基质的试验:土壤试块试验、琼脂试块试验、锯屑试管试验以及小尺寸木薄片试验,后2种试验中己经在这方面做了一些工作,但这只在非常有限的几种腐朽菌和木材益菌测试中用过,而且这些方法与自然情况依旧有距离。例如,小试块湿度的控制是一项特别困难的工作,但当自然条件需要被准确模拟时,这一控制却是必需的。除了好的菌种筛选方法外,对筛选试验标准以及评价木材生物防腐成功与否的一般标准也需要推敲,一般地,木材重量损失或再分离后真菌存活情况被用作评价生物防腐是否成功的一个尺度,木材重量损失低于5%时,这一处理经常被称作是成功的,然而,即使是这低水平的重量损失,当有褐腐菌存在时,木材的力学强度也会下降,所以说需要有一个好的评定木材防腐成功与否的标准,如通过测定弯曲强度变化或声学的方法。
 
  木材保护性或防治性益菌的筛选还将包括有关经遗传工程改造过的生物的研究,这些生物很可能是细菌,如枯草芽孢杆菌或假单胞菌,这些细菌含有并使之在细菌中表达,通过这一方法来大量生产抗生素,然后以抗生素混合物稀释液施洒于木材表面。
 
  此法的应用最终将取决于抗生素的稳定期限。
 
  木材生物防腐与传统的化学保护有机的结合是今后一段时间内需重点进行研究的一个方面。木材益菌会与不能起生物防腐作用的非腐朽菌发生竞争,它可以以有利于其自身的方式改变木材生境,如促进其在木材上的种植、菌落形成或选择性地抑制腐朽菌等,如何抑制竞争性非腐朽菌的生长使益菌更有效地保护好木材作为一种方法,可以在接种木材益菌前用化学灭菌剂(chemosterilants)“抑制竞争性他菌和腐朽菌,这一综合防治的方法会减少化学品的用量。用作化学灭菌剂”的化学药剂现在一般认为有2类,一类为熏蒸剂,另一类为水溶性可散发性药剂。科学上己经对熏蒸剂做了较为充分的研究,早期研究表明,熏蒸过的木材其所含微生物的种类较少,只是一些有希望成为木材益菌的种类。水溶性的可散发化学药剂,如硼或氟化物一直被用作木制品的补救处理,氟化物可能特别适于用来促进木材益菌的生长,某些属,如Trichoderma对这一化学药剂具有相当的耐受力,而硼对哺乳动物的毒性特别的低,一些以氟化物和硼作主要成分的早期药剂试验表明,木材益菌的作用可以人为地得到相当大的提高,控制好化学药剂的剂量可以提高木材益菌的潜能,加木材生物防腐成功的机率(木材防腐剂介绍及其种类)。
 
  一旦筛选到了适宜的木材益菌,其应用技术的开发就非常重要了。就生物抗蓝变而言,一般是采用浸渍或喷涂的方式用在木材表面,它在木材表面形成一均匀的孢子膜,孢子随后萌发以保护木材。生物抗腐朽的应用很大程度上依赖于传统的补救处理技术,目前有关的制剂是以固体作基质的(在BinabFYTtm,孢子液混有糠),首先将制剂充满事先在木材上开凿的带一定角度的孔内,然后用塞子塞住,木材益菌从木材内长出。由于孔被打入木材内部,所以对力学强度下降的考虑很大程度上决定了制剂的使用模式。木材益菌的应用降低了有害菌形成完好菌落的可能性,但还有必要开发其他可供选择的技术,以提高菌落形成的速度和程度,同时对产品的力学性质不产生很大的影响。
 
  筛选新的可能的木材保护性或防治性益菌,促进其菌落形成,提高其施用技术成功的机率,都将加木材生物防腐成功的可能性,但生物防腐的成功最终决定于人们对木材内部生物间作用机制的认识和了解。木材内生物间的相互作用是很难被观察到的,所以在对作用机制进行研究时,几乎所有的人都采用了琼脂培养基,采用琼脂培养基进行的有关研究所得出的结果有相当的局限性,今后需要用以木材作基质的培养基来进行进一步的研究。
 
  前面列举了几方面今后有待开展或深入的课题,相信随着工作的不断继续,新的课题也将会呈现在我们的面前,但是无论如何作为一个方向,积极开展这方面的工作是必需的。我国是一个人均木材资源极度贫乏,木材供求矛盾非常严峻,环境压力越来越大的国家,面对这样的国情,除了扩大人工林种植面积,作好木材进口工作外,在确保环境安全的同时,有效地利用木材资源,节约木材,延长其使用寿命也是同等重要的。木材生物防腐虽然较之于传统的化学处理还不很成熟,但它代表了一个方向,应积极着手开展这方面的工作,弥补我国在这方面研究的空白,这是符合我国长期的可持续全面协调发展要求的。
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