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實驗室(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實驗室(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)))

以四川紫楠(Phoebesheareri)活立木為研究對象，通過觀察紫楠木材宏觀及微觀構(gòu)造，測定管孔、木纖維等結(jié)構(gòu)的參數(shù)，分析木射線、軸向薄壁細胞、紋孔、結(jié)晶體等的構(gòu)造特征，對紫楠木材的構(gòu)造特征進行客觀的分析和評價。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，薄壁細胞和射線細胞內(nèi)含油細胞，射線組織為異形Ⅱ型或異形Ⅲ型，細胞內(nèi)及細胞間隙含有大量球狀樹膠類物質(zhì)，木射線細胞內(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)濟價值較大的一個屬，人們通常習(xí)慣將楠屬植物統(tǒng)稱為楠木[1]。紫楠樹冠廣展，枝葉茂密，氣勢雄偉，是優(yōu)良的綠化樹、行道樹。本種分布較廣，產(chǎn)于長江流域及長江以南地區(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，是我國物產(chǎn)稀少的名貴樹種之一，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。同時它還是古代修建皇家宮殿、陵寢、園林等的特種木材，該樹種自清代起就已稀有[3]。紫楠成長期很慢，用途廣、功效多，利用價值高，是稀有的上等木材。

紫楠木材紋理直，結(jié)構(gòu)細，材質(zhì)堅硬，耐腐性強，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)地堅韌，而且輕柔、不易折斷、不易產(chǎn)生裂紋，還具有防蟲、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)今實木家具市場中占有重要地位，廣受消費者的喜愛。然而由于紫楠木家具名貴且價值不菲，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道尚未檢索到[4-7]。對紫楠木宏觀、微觀構(gòu)造特征及超微結(jié)構(gòu)特征的研究不僅能補充我國關(guān)于紫楠木材研究的空白，還可作為科學(xué)、客觀評價紫楠木的重要依據(jù)[8]。

1 材料與方法

1.1 材料

測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，樹高約9.2 m，胸徑226 mm。樣本取自樹干離地面1.3 m處部分，使用生長錐自南向北通過樹干髓心，取得直徑≥5 mm的樹芯，樹齡約為35 a。

1.2 儀器與設(shè)備

使用的主要儀器與設(shè)備有樹木生長錐(長500 mm，兩線，直徑5.15 mm)、大型滑走式切片機(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。利用圖像測量分析系統(tǒng)觀測木材中各類細胞(導(dǎo)管、木纖維、木射線、軸向薄壁細胞、結(jié)晶細胞等)的構(gòu)造特征參數(shù)，各項參數(shù)均取不同顯微切片隨機測量60個數(shù)據(jù)。利用木材分析軟件分別測出導(dǎo)管、木纖維等的組織比量。用X射線衍射法測微纖絲角[9-10]。用掃描電子顯微鏡觀察紫楠木材超微觀構(gòu)造特征，分析木射線細胞、軸向薄壁細胞、木纖維、結(jié)晶體、穿孔、紋孔等構(gòu)造特征。

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

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)細膩而均勻，木材新切面有濃厚幽香，經(jīng)久不衰，味苦。生長輪肉眼下明顯，輪間呈淺色帶；橫切面上管孔略多，略小至中，在肉眼下可見，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2～3個短徑列或斜列復(fù)管孔，少見管孔團；導(dǎo)管腔內(nèi)少見侵填體；導(dǎo)管細胞端部的穿孔多為單穿孔，偶見梯狀復(fù)穿孔，橫隔數(shù)為6～10根；相鄰導(dǎo)管間細胞壁上紋孔為互列，紋孔口少見外延，偶見合生。木纖維細胞在橫切面上大多呈扁圓形、多角形，細胞壁較薄，弦向腔徑大于徑向腔徑，細胞沿徑向排列較整齊，弦向上排列較松散交錯；徑切面和弦切面上木纖維細胞壁上常見具緣紋孔，可見木纖維多為纖維狀管胞，少為韌型纖維，偶見分隔木纖維。

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個細胞，多列射線寬2～3個細胞，多為兩列，高6～25個細胞，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，見稀疏狀；在徑切面上軸向薄壁細胞多呈長方形或近似長方形豎立，縱向排列，常為2～4列細胞。木射線和軸向薄壁組織中有油細胞。

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；射線細胞中可見塊狀物(圖2b、圖2e中箭頭處)，通過能譜儀(EDS)分析其主要成分有鈣、碳、氧(見表1)，初步預(yù)測其可能是含鈣有機物形成的結(jié)晶體。細胞間隙及細胞中含有大量球狀顆粒物，通過能量色散分析得出其主要成分為碳、氧(見表2)。木材中的結(jié)晶體與淀粉粒相鄰存在，由此可以認為這種球形顆粒并非無機鹽類，而是樹膠類物質(zhì)，Scurfield[13]曾在報道中將此類球狀物質(zhì)認定為淀粉顆粒。

圖2 紫楠木材三切面SEM圖片及EDS分析

元素質(zhì)量分數(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)

利用圖像測量分析系統(tǒng)測定木材導(dǎo)管、木纖維的構(gòu)造特征參數(shù)及組織比量。測定的數(shù)據(jù)均進行變數(shù)統(tǒng)計，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；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；通過測量并計算得到都江堰紫楠的導(dǎo)管分子平均長度為346.46 μm。纖維平均長度為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，管孔大小等級中等，導(dǎo)管壁薄，導(dǎo)管分子長度中等，纖維短、細。

組織比量是衡量木材性能的重要指標(biāo)，與木材的密度和強度相關(guān)。一般而言，纖維組織比量越大，木材密度、強度等性能越好。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層中微纖絲與細胞主軸之間的夾角，其角度愈小則細胞的抗張強度愈大。微纖絲角既影響木材的密度、強度、硬度、彈性模量、干縮濕脹等物理力學(xué)性能。通過X射線衍射儀測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，生長輪在肉眼下明顯，寬度總體均勻，局部不均勻，平均每生長輪寬度約為4 mm。木射線為中等木射線，在放大鏡下可見，木材結(jié)構(gòu)細膩均勻。木材帶幽香，紋理細致，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，管孔大小等級中等，管孔組合以單管孔為主，有短徑列復(fù)管孔；多見單穿孔，偶見梯狀復(fù)穿孔，橫隔數(shù)約為6～10根。導(dǎo)管分子長度中等，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，其組織比量為52.05%，纖維細胞多為纖維狀管胞，少見韌性纖維，少見分隔木纖維。木射線非疊生，射線組織窄，寬1～3個細胞；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，可見稀疏狀。油細胞在軸向薄壁細胞和射線細胞中均可見。細胞內(nèi)及細胞間隙含有大量球狀淀粉粒，射線細胞內(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)。

[1] 江灶發(fā),董忠敏.楠屬植物資源的開發(fā)與利用研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(6):119-121.

[2] 劉昉勛.紫楠[J].生物學(xué)通報,1957(10):11-16.

[3] 馬柄堅.金絲楠木在中國古代建筑與家具中的應(yīng)用[J].紫禁城,2010,16(增刊1)8-19.

[4] 李珍,王素娟,劉純玲,等.紫楠及浙江楠種子萌發(fā)特性研究[J].北方園藝，2012(7):58-60.

[5] 陳模芳,韋小麗,張怡.紫楠實生幼苗的光合生理特性[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,41(10):55-58.

[6] 王冉,何茜,李吉躍,等.中國12種珍稀樹種光合生理特性[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010，38(10):15-20.

[7] 成俊卿,楊家駒,劉鵬.中國木材志[M].北京:中國林業(yè)出版社,1992.

[8] 崔新婕,邱堅,楊燕.山楠普文楠木材解剖構(gòu)造對比分析[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2015,35(3):107-110.

[9] 江澤慧,黃安民,費本華,等.利用近紅外光譜和X射線衍射技術(shù)分析木材微纖絲角[J].光譜學(xué)與光譜分析,2006,26(7):1230-1233.

[10] 余雁,王戈,覃道春,等.X射線衍射法研究毛竹微纖絲角的變異規(guī)律[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,35(8):28-29,51.

[11] WHEELER E， BAAS P， GASSON P E. IAWA List of microscopic features for hardwood identification[J]. Iawa Journal，1989,10(1)：218-332.

[12] 高景然,邱堅,李堅.云南6種常見輕質(zhì)闊葉材的構(gòu)造及應(yīng)用[J].西南林業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,28(5):66-70.

[13] SEURFIELD G， MIEHELL AND A J， SILVA S R． Crystals in woody stems[J]. Botanical Journal of the Linnean Society，2008，66(4)：277-289.

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”國家科技支撐計劃項目(2011BAC09B05)；四川省大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目(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。