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圖1 彎曲干形毛竹的多尺度結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)力傳遞示意

  應(yīng)力組織（reaction tissue）可調(diào)整植物的形狀和生長(zhǎng)方向，被視為植物面對(duì)外力的一種自適應(yīng)策略，如樹(shù)木因抵御傾斜或橫風(fēng)形成的應(yīng)力木。然而，禾本科竹類(lèi)在進(jìn)化中喪失維管形成層，缺乏次生增厚能力，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為其無(wú)法形成應(yīng)力組織。在本研究中，南京林業(yè)大學(xué)木材性質(zhì)與利用團(tuán)隊(duì)詹天翼、朱健祎等研究了彎曲干形毛竹（Phyllostachys edulis）在宏觀、組織及細(xì)胞壁等尺度的結(jié)構(gòu)特征，揭示其應(yīng)力傳遞與再分配機(jī)制。結(jié)果表明彎曲干形毛竹可形成應(yīng)力組織，其特征包括：

  （1）外凸側(cè)受壓應(yīng)力，內(nèi)凹側(cè)受拉應(yīng)力；

  （2）竹筒宏觀形態(tài)呈偏心橢圓狀；

  （3）纖維鞘外側(cè)存在未完全發(fā)育纖維，其壁層數(shù)量和壁厚顯著降低，充當(dāng)“鉸鏈”角色有效緩沖剛性纖維與柔性薄壁組織間的應(yīng)變梯度；

  （4）纖維細(xì)胞壁層的木質(zhì)素含量增加，微纖絲角增大。

  上述特征與針葉樹(shù)應(yīng)壓木結(jié)構(gòu)類(lèi)似，證實(shí)了禾本科竹類(lèi)與裸子植物在應(yīng)力組織發(fā)育中的趨同進(jìn)化現(xiàn)象。本研究為理解植物的環(huán)境自適應(yīng)策略提供了新視角，同時(shí)其揭示的多尺度結(jié)構(gòu)特征也為開(kāi)發(fā)高性能仿生異形材料提供了新范式。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFD2200501）、國(guó)家自然科學(xué)基金（32171705）的資助。

圖2 彎曲干形毛竹的多尺度結(jié)構(gòu)特征：（a、c）外凸側(cè)與內(nèi)凹側(cè)橫截面形貌；（b）不同高度處竹筒橫截面宏觀形貌；（d）生長(zhǎng)應(yīng)變；（e）彎曲干形示意；（f、g）纖維鞘掃描電鏡圖像；（h、j）纖維鞘光學(xué)顯微圖像及壁層數(shù)量分布；（i）竹筒橫截面形態(tài)參數(shù)（偏心度、橢圓度）

  南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院朱健祎（現(xiàn)中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所博士研究生）為第一作者，南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院詹天翼副教授為通訊作者。

  論文信息：

  Jianyi Zhu, Kaiwen Chen, Wenjuan Zhao, Yujing Tan, Fengze Sun, Hui Peng, Jianxiong Lyu, Tianyi Zhan^*. Structural adaptations of curved-stem moso bamboo: tissue specialization for resilience under mechanical stress. Acta Biomaterialia, 2025.

  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1742706125005173

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