植物细胞壁,也被称为木质纤维素,是一种不可替代的可再生能源,主要由纤维素、半纤维素、木质素组成。为了充分发挥木质纤维素生物质作为燃料和化学品的可再生资源的潜力,必须进一步了解生物质内部的化学和分子结构,以及这些结构在生物合成过程中是如何形成和转化的。所以这些工作需要深入快速的分析技术并且保证植物细胞壁特征的完整。在不引起(或极少)结构改变基础上,植物细胞壁核磁共振(NMR)分析有助于对木质纤维素生物质结构进行快速深入地结构表征。本论文对杨树、松树细胞壁物质的二维碳氢相关核磁共振(2D HSQC NMR)结构分析方法的条件进行了详细优化,同时将植物细胞壁类物质分离出来在相同的优化条件下进行表征,证明了该方法的可行性和准确性。应用优化的方法对烤烟植物细胞壁物质的结构进行表征,探究了烤烟细胞壁物质的结构组成,确定了不同的实验条件对烤烟结构测定的影响。本文主要进行下述研究工作:第一、对植物样品(杨树、松树)进行去脂和球磨后溶解在氘代二甲基亚砜(DMSO-d6),应用2D HSQC NMR对植物细胞壁物质进行结构表征,根据已经发表的细胞壁成分的化学位移来归属图谱中的核磁信号。植物细胞壁物质在2D HSQCNMR上的图谱可分为三个区域:木质素芳香区(δH6.0-8.0 ppm,δC 100-150 ppm)、脂肪区(木质素边链区和多糖区,8H 2.5-6.0 ppm,δC 50-90 ppm)和多糖异头碳区(δH 3.5-6.0 ppm,δC 50-90 ppm)。植物2D HSQC图谱的芳香区中有紫丁香基(S)、愈创木基(G)、对羟基苯基(H)信号的出现,脂肪区出现三种类型木质素连接键包括β-芳基醚(β-O-4),苯基香豆素(β-5)和树脂醇(β-β),多糖异头碳区信号有葡聚糖[(1→4)-β-D-Glcp]和木聚糖[(1→4)-β-D-Xylp]等纤维素和半纤维素的结构信息。所以溶液态二维核磁可以对杨树和松树的细胞壁物质进行很好地结构表征。第二、在大量文献的调研基础上,得到溶剂种类和粒径是影响溶液态二维核磁表征植物细胞壁物质结构的重要因素,所以本文对核磁实验中的溶剂和颗粒进行优化。选用氘代二甲基亚砜(DMSO-d6)、氘代二甲基亚砜/氘代吡啶(DMSO-d6/pyridine-d5)和氘代二甲基亚砜/氘代六甲基磷酰三胺(DMSO-d6/HMPA-d18)这三种溶剂溶解植物细胞壁(杨树、松树),得到不同溶剂下的2D HSQC NMR的峰信号的丰富性和强度差异。结果表明,DMSO-d6和DMSO-d6/pyridine-d5中缺失的多糖连接键LCβ在DMSO-d6/HMPA-d18中显现。DMSO-d6/pyridine-d5中噪声水平才出现的对羟基苯基 H 在DMSO-d6/HMPA-d18中有很好的展现。将植物样品球磨成不同粒径范围,通过扫描电镜图谱可以得出球磨时间和透过率(球磨样品中粒径<10 μm的粒子的概率)的关系,通过对不同透过率下的2D HSQC核磁图谱中出峰信号的归属(定性)和积分(半定量)来确定最优粒径,并且通过球磨时间来表达。研究显示,当杨树、松树、烟梗、烟叶的透过率为84.0%、94.24%、91.9%、94.6%时,对应球磨时间为6 h时,核磁谱图的质量最高。另一方面,为了证明优化条件下核磁共振实验的稳定性,对标准物质松柏醇进行二维核磁实验。结果发现DMSO-d6/HMPA-d18下松柏醇的化学位移与DMSO-d6的化学位移几乎没有差别,所以溶剂HMPA-d18的加入不会引起细胞壁类物质的化学环境的改变。此外,为了证明优化条件核磁实验的准确性,将杨树的木质素、纤维素、半纤维素分别提取出来在相同优化条件下进行核磁实验,通过对分离物质和细胞壁物质的二维图谱解析对比,LA-Sβ、LCα、LCγ、S、G、H等关键成分信号强度在两种图谱中几乎相同,证明了植物细胞壁二维核磁分析足以表征其物质的特性。第三、将优化条件的溶液态二维核磁应用到烤烟的烟梗和烟叶结构表征。扫描电镜结果显示烟草球磨处理6h后,样品粒径范围已经趋近于稳定,2D HSQC NMR图谱结果表明,烟草在优化条件下的2D HSQC NMR图谱中显示了丰富的组分信息,不仅表征出木质素、内部纤维素[(1→4)-α-D-Glcp]、木聚糖[(1→4)-α-D-Xylp]等,还发现多糖异头碳区的指纹结构蔗糖、阿拉伯呋喃基残基(α-L-Araf)、多糖4-O-甲基-α-D-葡萄糖醛酸(4-O-MeGlcA)等。本论文首次采用溶液态2D HSQC NMR方法对烟叶样品的细胞壁物质结构进行表征,表明优化条件下的核磁共振分析适用于烟草的结构分析。