劉虎 劉敏 湯雯 李茂蘭 錢鈺瀅 寧莉萍

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，成都，611134) (木材工業(yè)與家具工程高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)))

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紫楠木材的構(gòu)造特征1)

劉虎 劉敏 湯雯 李茂蘭 錢鈺瀅 寧莉萍

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，成都，611134) (木材工業(yè)與家具工程高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)))

以四川紫楠(Phoebesheareri)活立木為研究對(duì)象，通過(guò)觀察紫楠木材宏觀及微觀構(gòu)造，測(cè)定管孔、木纖維等結(jié)構(gòu)的參數(shù)，分析木射線、軸向薄壁細(xì)胞、紋孔、結(jié)晶體等的構(gòu)造特征，對(duì)紫楠木材的構(gòu)造特征進(jìn)行客觀的分析和評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:都江堰紫楠宏觀上表現(xiàn)為邊材呈淡灰色，心材淡褐色，心邊材區(qū)分明顯，味苦；微觀上表現(xiàn)為散孔材，導(dǎo)管橫切面多為卵圓形，薄壁細(xì)胞和射線細(xì)胞內(nèi)含油細(xì)胞，射線組織為異形Ⅱ型或異形Ⅲ型，細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞間隙含有大量球狀樹(shù)膠類物質(zhì)，木射線細(xì)胞內(nèi)存在塊狀含鈣物質(zhì)。

紫楠；木材構(gòu)造特征；管孔；木纖維；組織比量

紫楠是樟科楠屬常綠喬木。樟科楠屬是經(jīng)濟(jì)價(jià)值較大的一個(gè)屬，人們通常習(xí)慣將楠屬植物統(tǒng)稱為楠木[1]。紫楠樹(shù)冠廣展，枝葉茂密，氣勢(shì)雄偉，是優(yōu)良的綠化樹(shù)、行道樹(shù)。本種分布較廣，產(chǎn)于長(zhǎng)江流域及長(zhǎng)江以南地區(qū)，多生于海拔1 000 m以下的山地闊葉林中[2]。紫楠木屬于傳統(tǒng)的稀有名貴木材，是我國(guó)物產(chǎn)稀少的名貴樹(shù)種之一，是眾所周知的金絲楠木之一，古代封建帝王龍椅寶座都要選用優(yōu)質(zhì)金絲楠木制作。同時(shí)它還是古代修建皇家宮殿、陵寢、園林等的特種木材，該樹(shù)種自清代起就已稀有[3]。紫楠成長(zhǎng)期很慢，用途廣、功效多，利用價(jià)值高，是稀有的上等木材。

紫楠木材紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)，材質(zhì)堅(jiān)硬，耐腐性強(qiáng)，木性穩(wěn)定，不翹不裂，經(jīng)久耐用，木材具有特殊香氣，常作建筑、造船、家具等用材。紫楠木材制作的家具不僅質(zhì)地堅(jiān)韌，而且輕柔、不易折斷、不易產(chǎn)生裂紋，還具有防蟲(chóng)、防蛀、防霉、殺菌等功能?；谧祥谋姸鄡?yōu)良特性，紫楠木家具在現(xiàn)今實(shí)木家具市場(chǎng)中占有重要地位，廣受消費(fèi)者的喜愛(ài)。然而由于紫楠木家具名貴且價(jià)值不菲，市面上難免出現(xiàn)用其它木材冒充紫楠木制作家具、藝術(shù)品的現(xiàn)象。因此迫切需要通過(guò)科學(xué)研究揭示紫楠木的構(gòu)造特征，以此作為區(qū)分紫楠木與其它木種的理論依據(jù)。目前業(yè)內(nèi)及學(xué)術(shù)界關(guān)于紫楠的報(bào)道很少，僅限于育種、栽培、生物學(xué)特性、花粉等研究，且關(guān)于紫楠木材的研究報(bào)道尚未檢索到[4-7]。對(duì)紫楠木宏觀、微觀構(gòu)造特征及超微結(jié)構(gòu)特征的研究不僅能補(bǔ)充我國(guó)關(guān)于紫楠木材研究的空白，還可作為科學(xué)、客觀評(píng)價(jià)紫楠木的重要依據(jù)[8]。

1 材料與方法

1.1 材料

測(cè)試樣木采自四川省成都市都江堰市四川農(nóng)業(yè)大學(xué)都江堰校區(qū)紫楠活立木，樹(shù)高約9.2 m，胸徑226 mm。樣本取自樹(shù)干離地面1.3 m處部分，使用生長(zhǎng)錐自南向北通過(guò)樹(shù)干髓心，取得直徑≥5 mm的樹(shù)芯，樹(shù)齡約為35 a。

1.2 儀器與設(shè)備

使用的主要儀器與設(shè)備有樹(shù)木生長(zhǎng)錐(長(zhǎng)500 mm，兩線，直徑5.15 mm)、大型滑走式切片機(jī)(TU-231)、光學(xué)顯微鏡(OLYMPUS BX51)、體式顯微鏡(OLYMPUS SZX7)、手持顯微鏡、掃描電子顯微鏡(日本電子JSM-6490LV)、X射線衍射儀(DX-2000)等。

1.3 方法

1.3.1 宏觀構(gòu)造特征

在肉眼、放大鏡、手持顯微鏡下觀察木材的材色、紋理、光澤度、生長(zhǎng)輪、管孔、軸向薄壁組織、木射線等宏觀構(gòu)造特征。

1.3.2 顯微構(gòu)造觀察及構(gòu)造特征參數(shù)測(cè)定

在顯微鏡下，觀察紫楠木材三切面顯微構(gòu)造并拍攝圖片。利用圖像測(cè)量分析系統(tǒng)觀測(cè)木材中各類細(xì)胞(導(dǎo)管、木纖維、木射線、軸向薄壁細(xì)胞、結(jié)晶細(xì)胞等)的構(gòu)造特征參數(shù)，各項(xiàng)參數(shù)均取不同顯微切片隨機(jī)測(cè)量60個(gè)數(shù)據(jù)。利用木材分析軟件分別測(cè)出導(dǎo)管、木纖維等的組織比量。用X射線衍射法測(cè)微纖絲角[9-10]。用掃描電子顯微鏡觀察紫楠木材超微觀構(gòu)造特征，分析木射線細(xì)胞、軸向薄壁細(xì)胞、木纖維、結(jié)晶體、穿孔、紋孔等構(gòu)造特征。

采用變數(shù)統(tǒng)計(jì)方法將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以此確定每組數(shù)據(jù)平均值的可靠性，并確認(rèn)可否采信。

2 結(jié)果與分析

2.1 宏觀構(gòu)造特征

紫楠木材肉眼下呈淡灰色至淡黃褐色，木材表面有光澤，紋理直，木材結(jié)構(gòu)細(xì)膩而均勻，木材新切面有濃厚幽香，經(jīng)久不衰，味苦。生長(zhǎng)輪肉眼下明顯，輪間呈淺色帶；橫切面上管孔略多，略小至中，在肉眼下可見(jiàn)，大小基本一致，在放大鏡下明顯，為散孔材；在放大鏡下弦切面上木射線明顯，徑切面上射線斑紋明顯。

2.2 顯微構(gòu)造特征

由圖1可見(jiàn)紫楠木材的微觀構(gòu)造特征，導(dǎo)管橫切面圓形及卵圓形，分布較均勻，大小基本一致，為散孔材；管孔組合以單管孔為主，偶見(jiàn)2～3個(gè)短徑列或斜列復(fù)管孔，少見(jiàn)管孔團(tuán)；導(dǎo)管腔內(nèi)少見(jiàn)侵填體；導(dǎo)管細(xì)胞端部的穿孔多為單穿孔，偶見(jiàn)梯狀復(fù)穿孔，橫隔數(shù)為6～10根；相鄰導(dǎo)管間細(xì)胞壁上紋孔為互列，紋孔口少見(jiàn)外延，偶見(jiàn)合生。木纖維細(xì)胞在橫切面上大多呈扁圓形、多角形，細(xì)胞壁較薄，弦向腔徑大于徑向腔徑，細(xì)胞沿徑向排列較整齊，弦向上排列較松散交錯(cuò)；徑切面和弦切面上木纖維細(xì)胞壁上常見(jiàn)具緣紋孔，可見(jiàn)木纖維多為纖維狀管胞，少為韌型纖維，偶見(jiàn)分隔木纖維。

圖1 紫楠木材三切面微觀構(gòu)造

木射線非疊生，單列射線極少，單列射線高多為3～8個(gè)細(xì)胞，多列射線寬2～3個(gè)細(xì)胞，多為兩列，高6～25個(gè)細(xì)胞，根據(jù)IAWA Committee[11]的規(guī)定可知射線窄；射線組織為異型Ⅱ型、異型Ⅲ型；胞間道缺如[12]。在橫切面上軸向薄壁組織分布以環(huán)管狀為主，見(jiàn)稀疏狀；在徑切面上軸向薄壁細(xì)胞多呈長(zhǎng)方形或近似長(zhǎng)方形豎立，縱向排列，常為2～4列細(xì)胞。木射線和軸向薄壁組織中有油細(xì)胞。

2.3 掃描電鏡分析

由圖2可知，導(dǎo)管分子端部的穿孔多為單穿孔，偶見(jiàn)梯狀復(fù)穿孔；導(dǎo)管上的紋孔為互列紋孔，射線與導(dǎo)管間紋孔式為刻痕狀及似管間紋孔式；射線細(xì)胞中可見(jiàn)塊狀物(圖2b、圖2e中箭頭處)，通過(guò)能譜儀(EDS)分析其主要成分有鈣、碳、氧(見(jiàn)表1)，初步預(yù)測(cè)其可能是含鈣有機(jī)物形成的結(jié)晶體。細(xì)胞間隙及細(xì)胞中含有大量球狀顆粒物，通過(guò)能量色散分析得出其主要成分為碳、氧(見(jiàn)表2)。木材中的結(jié)晶體與淀粉粒相鄰存在，由此可以認(rèn)為這種球形顆粒并非無(wú)機(jī)鹽類，而是樹(shù)膠類物質(zhì)，Scurfield[13]曾在報(bào)道中將此類球狀物質(zhì)認(rèn)定為淀粉顆粒。

圖2 紫楠木材三切面SEM圖片及EDS分析

元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%原子數(shù)百分比/%C52.0072.44O19.5920.49Au14.341.22Ca14.035.86

表2 球狀顆粒物成分分析

2.4 構(gòu)造特征參數(shù)

利用圖像測(cè)量分析系統(tǒng)測(cè)定木材導(dǎo)管、木纖維的構(gòu)造特征參數(shù)及組織比量。測(cè)定的數(shù)據(jù)均進(jìn)行變數(shù)統(tǒng)計(jì)，得出的平均值均可靠，可以采信。

結(jié)果表明，紫楠木材在橫切面上，單位面積管孔約為26個(gè)；管孔最大弦徑76.69 μm，平均弦徑為63.24 μm；平均徑向直徑63.40 μm，與平均弦向直徑相差甚小。導(dǎo)管雙壁厚平均值為11.18 μm；通過(guò)測(cè)量并計(jì)算得到都江堰紫楠的導(dǎo)管分子平均長(zhǎng)度為346.46 μm。纖維平均長(zhǎng)度為843.52 μm，平均寬度為21.11 μm。根據(jù)IAWA Committee的規(guī)定可得出：紫楠單位面積管孔數(shù)量略多，管孔大小等級(jí)中等，導(dǎo)管壁薄，導(dǎo)管分子長(zhǎng)度中等，纖維短、細(xì)。

組織比量是衡量木材性能的重要指標(biāo)，與木材的密度和強(qiáng)度相關(guān)。一般而言，纖維組織比量越大，木材密度、強(qiáng)度等性能越好。本研究中紫楠木材的組織比量主要是指導(dǎo)管、木纖維、木射線和軸向薄壁組織占整個(gè)組織的比例。研究表明，紫楠木纖維的組織比量為52.05%，占整個(gè)組織的1/2以上，導(dǎo)管的組織比量為13.55%，木射線的組織比量為18.88%，軸向薄壁組織的組織比量為15.57%。

微纖絲角指次生壁S2層中微纖絲與細(xì)胞主軸之間的夾角，其角度愈小則細(xì)胞的抗張強(qiáng)度愈大。微纖絲角既影響木材的密度、強(qiáng)度、硬度、彈性模量、干縮濕脹等物理力學(xué)性能。通過(guò)X射線衍射儀測(cè)得紫楠木材的微纖絲角，結(jié)果顯示心材微纖絲角21.12°，邊材微纖絲角10.66°，邊材微纖絲角約為心材的2倍。

3 結(jié)論與討論

紫楠木材為散孔材，管孔在肉眼下可見(jiàn)，生長(zhǎng)輪在肉眼下明顯，寬度總體均勻，局部不均勻，平均每生長(zhǎng)輪寬度約為4 mm。木射線為中等木射線，在放大鏡下可見(jiàn)，木材結(jié)構(gòu)細(xì)膩均勻。木材帶幽香，紋理細(xì)致，光澤度好，肉眼下材色為淡灰色至淡黃褐色。紫楠木材單位面積管孔數(shù)量略多，管孔多為卵圓形或圓形，管孔大小等級(jí)中等，管孔組合以單管孔為主，有短徑列復(fù)管孔；多見(jiàn)單穿孔，偶見(jiàn)梯狀復(fù)穿孔，橫隔數(shù)約為6～10根。導(dǎo)管分子長(zhǎng)度中等，導(dǎo)管壁薄，管間均具互列紋孔；射線與導(dǎo)管間紋孔式為管間紋孔式和橫列刻橫狀。木纖維短而細(xì)，其組織比量為52.05%，纖維細(xì)胞多為纖維狀管胞，少見(jiàn)韌性纖維，少見(jiàn)分隔木纖維。木射線非疊生，射線組織窄，寬1～3個(gè)細(xì)胞；射線組織為異形Ⅱ型或異形Ⅲ型，木射線的組織比量為18.88%。軸向薄壁組織以環(huán)管狀為主，可見(jiàn)稀疏狀。油細(xì)胞在軸向薄壁細(xì)胞和射線細(xì)胞中均可見(jiàn)。細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞間隙含有大量球狀淀粉粒，射線細(xì)胞內(nèi)存在塊狀結(jié)晶體。

本研究觀察到紫楠木材中的塊狀含鈣有機(jī)物及球狀顆粒物，這是紫楠木材中較特殊的組成結(jié)構(gòu)，結(jié)合紫楠的宏、微觀特征、超微構(gòu)造、解剖參數(shù)可作為紫楠木材的分類及鑒定依據(jù)。

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Wood Structural Characteristics ofPhoebesheareri//

Liu Hu, Liu Min, Tang Wen, Li Maolan, Qian Yuying(Sichuan Agricultural University, Chengdu 611134, P. R. China); Ning Liping(Key Laboratory of Wood Industry and Furniture Engineering, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611134, P. R. China)//

Journal of Northeast Forestry University，2017,45(2)：53-56.

WithPhoebesheareristanding timbers growing in Sichuan Province, we studied the wood structural characteristics ofPhoebeshearerithrough observing macro and micro wood structure, measuring the anatomic parameters, and analyzing the morphology, arrangement and composition of wood ray, longitudinal parenchyma, pit, and crystal.P.shearerisapwood takes on pale grey in macroscopic scale, which is quite different from heartwood pale brown.P.sheareriwood is with a bitter taste. In microscopic scaleP.sheareriis diffuse-porous wood, cross section of catheter are mostly oval, parenchyma cells and ray cells contain oil cells, ray tissues are heterogeneous type II or type III, lots of spherical Gum class materials exist in cells and between cells, and block calcium materials can be seen in wood ray cells.

Phoebesheareri; Wood structure characteristics; Pore; Wood fiber; Tissue percentages

1)“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAC09B05)；四川省大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目(1510626067)。

劉虎，男，1992年8月生，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，本科生。E-mail：739480422@qq.com。

寧莉萍，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，教授。E-mail：1374515621@qq.com。

2016年9月23日。

S781.1

責(zé)任編輯：戴芳天。