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。

大气颗粒物与微生物共存时的健康效应受到了越来越多的关注。 以大气颗粒物中石英与重金属铅为研究对象， 粉尘浓度为16 g·L-1， 制备载带不同浓度铅高硅质粉尘， 以人体常见菌—大肠杆菌为受试对象， 探讨载铅高硅质粉尘对大肠杆菌细胞壁膜损伤的机理。 采用噻唑蓝(MTT)测定微生物的细胞活力后发现， 与对照组相比， 大肠杆菌与载铅石英粉尘作用2 h后， 细胞活力表现出单一铅离子组大于载铅石英粉尘组， 并且呈现重金属剂量效应。 PI的摄入量测试表明， 高浓度载铅粉尘组中摄入量分别高出对照组36%与46%， 单一重金属组摄入量也有较高的增长， 而激光共聚焦显微镜观察图中， 染毒组均出现不同程度的红色荧光， 可以发现载铅石英粉尘作用后的细菌细胞壁膜通透性明显升高， 利用探针标记， 采取荧光分光光度法测定荧光强度显示胞内和溶液中活性氧逐渐增多， 载铅粉尘组（Q+Pb-2， Q+Pb-3）胞内ROS分别较对照组高出2倍和25倍， 参照前人研究， 发现溶液中ROS变化主要与重金属离子在其表面结合态数量决定。 综合分析， 活性氧在诱使细胞膜损伤过程中起到决定性作用。 红外表征中， 细胞膜表面磷酸二脂基团、 蛋白质甲基振动及酰胺带等基团与载铅石英粉尘作用后均发生明显峰位偏移， 均与载铅粉尘发生较强相互作用， 一定程度上影响细胞壁膜完整性。 综上， 重金属与粉尘共同作用使得细胞膜通透性发生变化， 细胞壁膜的完整性改变， 影响细胞活力， 最终导致细菌死亡， 活性氧及重金属等的作用导致细胞膜的损伤可能是载重金属高硅质粉尘的一种毒性作用机制。

为了深入认识竹材细胞壁的精细结构, 揭示竹材细胞壁的独特构造, 首次应用纳米红外技术（AFM-IR）研究竹材纤维细胞壁的化学成分及其分布, 探讨纳米红外技术在竹材细胞壁化学物质分布的研究方法。 结果表明, 利用纳米红外技术可以实现原位状态下对竹材纤维细胞壁的化学组成进行分析, 突破了传统红外光谱技术的衍射极限, 获得纳米级的红外光谱; 纳米红外技术采集的光谱与显微红外技术相比, 谱峰位置基本相同, 能正确反映竹材细胞壁的化学信息; 纳米红外技术是竹材细胞壁化学成分纳米分布的有效研究方法。

植物修复法是新兴的重金属污染土壤修复手段, 也是未来极富应用潜力的主流技术之一。 植物根部细胞壁作为重金属/土壤/植物相的交界面, 天然地成为修复效能调控过程的关键部位和信号通道。 植物细胞壁与重金属离子的作用行为具有物理化学和生理生化的双重属性, 但以光谱技术为切入点, 原位解析植物根部细胞壁对土壤重金属离子的响应关系还不多见。 以黄土区修复植物金盏菊幼苗为研究对象, 分析Pb/Cd复合胁迫对其根部细胞壁形貌的影响, 借助X射线荧光光谱(XRF)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)揭示细胞壁对Pb/Cd胁迫的响应信号。 结果发现: Pb/Cd胁迫导致金盏菊根部细胞壁弯曲萎缩, 表面分布若干点状深色沉积物颗粒; XRF证实细胞壁Pb/Cd含量增加, 但XRD图谱没有发现典型Pb/Cd结晶峰。 FTIR图谱中—OH振动峰定位于3 416 cm-1处, 表明Pb/Cd离子与—OH间可能存在配位键合; 1 701和1 593 cm-1处的特征峰分别移动到1 736和1 618 cm-1, 说明Pb/Cd胁迫改变了金盏菊根部细胞壁蛋白质结构属性。 Raman光谱中2 960 cm-1附近峰强增加, 暗示Pb/Cd胁迫影响了细胞壁纤维素分子排列方向。 可以认为, 细胞壁组分(果胶、 蛋白质、 纤维素等)和典型官能团(—OH, N—H, CO等)对于减缓Pb/Cd胁迫引起的金盏菊根部细胞壁毒害效应贡献较大。

木材细胞壁的改性机理研究是改良木材处理试剂, 优化木材处理工艺, 提高木材密度、 力学、 尺寸稳定性等各项性能的关键。 以人工林杉木为研究对象, 采用合成的水溶性低分子量酚醛树脂(PF)对杉木试材进行逐步的真空加压浸渍处理, 通过高精度、 高分辨的X射线衍射仪(XRD)、 傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和核磁共振仪(NMR)(采用交叉极化/魔角旋转法进行连续测试)对处理和对照试样的相关物理和化学性能进行了对比分析, 研究结果表明: 水溶性低分子量PF处理后, 试样的结晶度与未处理的对照样相比, 数值降低明显, 平均降低率分别为12.67%, 11.91%和6.26%。 结合FTIR和NMR 13C的检测谱图发现, 水溶性低分子量PF改性后的杉木与对照杉木相比, 没有增加新的酯类、 醚类等官能团特征峰和化学位移, 认为水溶性低分子量PF不能与杉木发生明显的化学反应, 但会进入到结构较松散、 空隙尺寸较大、 相对面积较多的管胞细胞壁中的非结晶区, 形成物理性的充填, 最终引起杉木相对结晶度的降低。 本研究对于研发新型木材改性试剂、 优化木材改性处理工艺具有重要的参考价值, 研究结果还将为进一步探明木材细胞壁的改性机制、 丰富木材细胞壁的改性理论提供重要的依据。

采用共聚焦显微拉曼技术研究了炭疽病感染所致茶叶细胞壁结构和化学成分的变化。 对茶叶健康和染病组织细胞进行微米级空间分辨率的显微拉曼光谱扫描, 并结合透射电镜观察炭疽病侵染所致的细胞超微结构变化, 结果显示染病前后细胞壁的拉曼光谱位移和强度都有明显的差异, 表明炭疽病侵染导致细胞壁中化学成分发生了较大的变化。 其中由纤维素, 果胶, 酯类化合物产生的拉曼峰强度都有明显下降, 说明细胞壁中这些物质的含量在染病后减少了; 而木质素拉曼散射引起的拉曼峰强度有所上升, 说明木质素的含量在染病后有所增加。 随后基于纤维素的拉曼指纹波数和显微空间结构信息实现了茶叶健康组织和染病组织细胞壁中纤维素的化学成像分析, 结果显示炭疽病侵染不仅导致细胞壁中纤维素的含量大大减少, 而且纤维素的有序结构被破坏。 由此得出结论: 在无需对样本进行染色或复杂的化学处理的情况下, 共聚焦显微拉曼可以揭示由炭疽病侵染引起的茶叶细胞壁化学成分和结构的变化, 本研究是共聚焦显微拉曼技术首次用于植物病理学中寄主-病原物互作机制的研究, 将为深入研究寄主-病原物在细胞层面上的互作机制开辟蹊径。

在采用光学显微镜及共聚焦激光显微镜对杉木春季枝条的显微结构及其细胞壁木质素定性测量的基础上， 首次在国内应用紫外显微分光光度计对其细胞壁木质素微区含量分布进行了原位测定。 结果表明： 杉木枝条木材管胞细胞壁木质素在不同微区部位含量分布呈不均一性， 其浓度大小依次为细胞角隅胞间层、 复合胞间层和次生壁,吸光度均值分别为0.489,0.307和0.278。 杉木枝条其木质素定量测定与其定性观察结果是相一致的。 为国内测量木材细胞壁木质素微区含量分布提供了新的测量方法。