高景然，邱 堅，邱冬妮，金潤授

(1． 西南林業(yè)大學，云南昆明 650224； 2． 高麗大學，韓國首爾 530-839； 3． 全南國立大學，韓國光州 500-757)

0 引 言

海門口遺址是目前發(fā)現(xiàn)的中國境內最大的“水濱木構干欄式建筑聚落遺址”，在世界上也極為罕見，為研究中國史前聚落類型提供了寶貴實例。遺址所反映的歷史信息涉及了農、林、牧、副、漁及上層建筑領域的諸多方面，對研究云南社會發(fā)展史及民族史具有十分重要的意義。遺址被評為“2008年全國考古十大發(fā)現(xiàn)”之一。

在遺址已發(fā)掘的探方中發(fā)現(xiàn)了大量的木樁柱，共清理出4 000多根，95%以上材種為云南松(Pinusyunnanensis)。目前相關學者[1]認為大部分木樁柱為房子的基礎：柱身上大多有人工加工的痕跡；木樁柱的長度從幾十厘米到2 m多不等；直徑約5～40 cm。由于發(fā)掘遺址濱臨海尾河，因此古木呈飽水狀態(tài)，降解十分嚴重，甚至少部分古木已發(fā)生斷裂。

遺址總面積超過50 000 m2，其中有木樁分布的面積約20 000～25 000 m2，已發(fā)掘面積1 395 m2[2]，遺址中還有大量的古木未被發(fā)掘。對海門口遺址飽水古木降解程度及機理的分析，可為后續(xù)的加固保護提供科學有效的理論基礎和參考數(shù)據(jù)。

1 試驗材料和與方法

1．1 飽水古木及現(xiàn)代健康材

用于本試驗的飽水古木采自海門口遺址探坑AT2001，中間直徑12．7 cm，長度62 cm，質量7．9 kg，樹種為云南松。腐朽程度中等。對海門口遺址飽水古木具有代表性。

作為對比樣的云南松現(xiàn)代健康材采自云南省普洱市。樹高1．3 m處胸徑18 cm。

1．2 透射電鏡(TEM)微觀構造試驗步驟

1．2．1試劑配制

1) 緩沖液配制。先用超純水配制質量分數(shù)為4%二甲胂酸鈉溶液200 mL；再用超純水配制0.1 mol/L鹽酸溶液400 mL；最后用上述兩種溶液配制緩沖液，即質量分數(shù)4%的二甲胂酸鈉溶液200 mL+0．1 mol/L鹽酸溶液33．6 mL。溶液配好后置于4 ℃冰箱冷藏。

2) 固定液配制。固定液的配比為:體積分數(shù)50%戊二醛溶液∶緩沖液=8∶92。溶液配好后置于4 ℃冰箱冷藏。

3) 質量分數(shù)2%鋨酸溶液配制。將0．5 g四氧化鋨加入24．5 g超純水中，放置于磁力攪拌器上，加速溶解。

4) 乙醇溶液配制。用超純水分別配制體積分數(shù)為25%、50%、75%、95%的乙醇溶液。

5) 混合樹脂配制。為了防止混合樹脂過于黏稠，要現(xiàn)用現(xiàn)配。體積比：ERL4206∶DER736∶NSA∶S-1=10∶6∶26∶0．4。其中：ERL4206中文名稱為3-環(huán)氧乙烷基7-氧雜二環(huán)[4．1．0]庚烷的均聚物；DER736中文名稱為聚乙二醇環(huán)氧樹脂；NSA中文名為壬烯基琥珀酸酐；S-1中文名為二甲氨基乙醇。

1．2．2取樣 從飽水古木髓心至圓盤邊部平均取樣，分別標識ST1、ST2、ST3、ST4、ST5。試樣長度1 cm(沿木材順紋方向)，端面邊長1 mm。將試樣放入上述固定液中。

1．2．3試樣固定和脫水

1) 用上述緩沖液清洗試樣3次，每次20 min。期間要將試樣置于4 ℃冰箱冷藏。

2) 用上述質量分數(shù)2%鋨酸溶液在室溫下浸泡試樣2 h。

3) 再用上述緩沖液清洗試樣3次，每次20 min。期間要將試樣置于4 ℃冰箱冷藏。

4) 乙醇溶液梯度脫水。分別用體積分數(shù)25%、50%、75%、95%乙醇溶液對試樣逐級梯度脫水，每個級別30 min。最后將試樣置于100%乙醇中過夜。

1．2．4試樣包埋

1) 將試樣置于乙醇丙酮溶液(乙醇∶丙酮=1∶1)中浸泡30 min。

2) 將試樣置于丙酮中浸泡30 min。

3) 將試樣浸泡于混合樹脂丙酮溶液(混合樹脂∶丙酮(體積比)=1∶3)中4 h，置于振蕩器上。震蕩頻率為100次/min。

4) 將試樣浸泡于混合樹脂丙酮溶液(混合樹脂∶丙酮(體積比)=1∶1)中4 h，然后置于振蕩器上。

5) 將試樣浸泡于純混合樹脂中，并置于振蕩器上過夜。

6) 將試樣放入專用模具中用混合樹脂包埋，在70 ℃烘箱中過夜固化。將固化的樹脂塊編號、封存、備用。

1．2．5切片、染色及觀察 用配有鉆石刀的超薄切片機切片。將超薄切片用飽和醋酸鉛溶液染色著色10～20 min。用透射電鏡進行觀察。

1．2．6試驗設備 日本電子株式會社(JEOL)生產的透射電子顯微鏡，型號JEM-1011。

1．3 掃描電鏡(SEM)微觀構造試驗步驟

1．3．1冷凍干燥法試樣制備

1) 取樣。從古木外部到內部平均取樣，分別標識SS1、SS2、SS3、SS4、SS5。試樣規(guī)格5 mm×5 mm×5 mm。

2) 試樣固定。參照透射電鏡試樣固定。

3) 乙醇梯度脫水。分別用25%、50%、75%、95%乙醇溶液對試樣逐級梯度脫水，每個級別30 min。

4) 叔丁醇置換乙醇。將試樣在乙醇叔丁醇溶液(95%乙醇∶叔丁醇(體積比)=1∶1)中浸泡1 h。然后將試樣置于100%叔丁醇中浸泡3次，每次1 h。

5) 將2 mL叔丁醇和古木試樣一起放入冷凍干燥器的托盤內，再將托盤放入冷凍室開始冷凍干燥。干燥完成后將試樣按編號放在小玻璃瓶內備用。

1．3．2試驗設備 日本日立公司生產掃描電子顯微鏡，型號S-3000N；日本日立公司生產冷凍干燥機，型號ES-2030。

1．3．3測量步驟 將干燥好的試樣分三切面固定在樣品托盤上，對試樣進行表面噴金處理，最后用掃描電鏡對樣品進行觀察。加速電壓為15．0 kV。

2 試驗結果與討論

2．1 掃描電鏡(SEM)微觀構造分析

固定試樣并真空冷凍的干燥方法，可以最大限度地保留古木內部的微生物，更有利于古木降解機理的分析。從飽水古木冷凍干燥試樣的SEM觀察可以發(fā)現(xiàn)，古木同時存在真菌降解和細菌降解。

通過試樣SS1到SS5的觀察發(fā)現(xiàn)，在SEM下古木內外微觀構造及腐朽程度差異不大。

2．1．1古木的細菌降解 大氣環(huán)境下的木材通常只受真菌降解。只有在接近無氧的環(huán)境下，木材才會遭受細菌降解。海門口遺址飽水古木常年淹埋地下，從其SEM圖(圖1)中可見明顯的細菌腐朽痕跡。

圖1c為貯存在古木中的細菌菌群。從圖中可以看出這類細菌呈球體顆粒狀，從外觀不能確定其菌種。事實上，飽水古木內的細菌菌種十分豐富，僅根據(jù)外觀確定其菌種是很困難的，需通過分子生物技術等方法識別鑒定[3]。Landy等[4]利用DNA技術對26個遺址的飽水古木細菌種類進行了鑒定，發(fā)現(xiàn)這些侵蝕細菌主要來自于噬細胞菌屬和黃桿菌屬以及一些未知菌種。這類細菌主要降解纖維素和半纖維素，也可以降解少量木質素。木材次生壁的多糖類物質含量相對較多，而胞間層木質素含量相對較多。從圖1a可以看出古木胞間層保存相對完好，而次生壁降解相對嚴重，冷凍干燥后仍能使其產生嚴重收縮。這說明海門口遺址飽水古木纖維素和半纖維素降解相對嚴重，而木質素降解相對較少，因此可以推測海門口遺址飽水古木中細菌種類也在上述Landy等鑒定的菌種范圍之內。

圖1b為放大4 000倍的晚材細胞端面。細胞次生壁已經收縮并與胞間層脫離，但次生壁上的空隙仍很明顯，這些空隙是細菌啃噬的典型特征。細胞腔內填滿了細菌代謝物。

圖1d為從早材縱切面觀察古木內壁降解情況。可以明顯看出古木細胞壁S3層已經遭到破壞，內壁表層出現(xiàn)裂隙或小孔，細胞壁呈松散狀。這些都是典型的細菌腐朽特征[5]。從整體來看，古木內部這種形式的降解非常普遍。這說明海門口遺址飽水古木主要是受細菌降解。從圖1d還可以看出，由于試樣采用真空冷凍干燥，干燥應力相對較小，紋孔膜雖遭到一定程度破壞，但未脫落，部分與紋孔相連。

2．1．2古木的真菌降解 前人通過研究發(fā)現(xiàn)，飽水古木中發(fā)現(xiàn)的真菌絕大多數(shù)屬于軟腐真菌。由于古木樹種以及淹埋環(huán)境等因素的不同導致菌種存在差異，因此不同飽水古木的軟腐形式也各不相同。前人在飽水古木中發(fā)現(xiàn)的軟腐真菌目前已達444種[6-7]。通常這類真菌穿透能力差，其穿透多數(shù)僅發(fā)生在木材表面，使木材變色，但降解嚴重時也會使木材變軟。腐真菌都屬于微型真菌，其子實體在肉眼下不可見[8-10]。

圖1a箭頭所指為貯存在射線薄壁組織中的真菌菌絲。試樣中貯存在射線薄壁細胞中的真菌菌絲通常聚集成群。由于射線薄壁細胞含有相對豐富的抽提物及淀粉等物質，因此這類真菌主要降解淀粉、抽提物等物質。另外在射線薄壁細胞內壁并未發(fā)現(xiàn)真菌侵蝕的坑道，故推測這類真菌對纖維素等細胞壁物質的降解較少。從圖1a還可看出胞間層保存較完好，呈連續(xù)網(wǎng)狀，這是古木在飽水狀態(tài)下能夠保持原來形狀的主要原因。

圖1f兩個箭頭所指為貯存在古木管胞中的真菌菌絲。古木管胞中的真菌通常單個出現(xiàn)，且主要通過紋孔侵入管胞內部，如圖1e所示。這說明此類真菌對多糖類及木質素的降解能力差，不易穿通細胞壁。

海門口遺址飽水古木中的真菌菌絲主要出現(xiàn)在試樣SS1、SS2中，也就是說這類真菌菌絲主要出現(xiàn)在古木外部。圖2為用于真空冷凍干燥法制備SEM試樣的木塊。該木塊材質疏松，用手輕輕按壓即有明顯壓痕。其內部(淺色部分)和外部(深色部分)材質的疏松程度在感官上差異不大，主要是顏色上存在差異。真菌菌絲主要出現(xiàn)在外部深色部分。這說明古木中的真菌主要使木材變色，而對細胞壁實質物質降解很少，故應屬軟腐真菌。

2．2 透射電鏡(TEM)微觀構造分析

圖3a為云南松現(xiàn)代健康材管胞在TEM下放大10000倍微觀構造。圖中管胞壁結構完整，表面平滑。S3層及胞間層顏色偏深。

圖3b標識“D”的區(qū)域為古木細胞壁降解(degradation)區(qū)域，標識“UD”的區(qū)域為未降解區(qū)域。降解區(qū)域顏色偏淺，呈淺灰色；未降解區(qū)域顏色偏深。從該圖可以看出，相鄰的三個細胞，有的發(fā)生了降解，而有的則保存完好。發(fā)生降解的兩段細胞壁降解程度也不相同。甚至在同一細胞內，部分細胞壁降解，部分細胞壁未降解。從降解痕跡看，主要為細菌降解。但不能排除木材細胞壁化學成分發(fā)生水解或光解的可能性。因此，海門口遺址飽水古木主要以細菌為主，同時在一定程度上也受到其它因素的影響。從圖3b還可以看出胞間層保存完好。即使是在圖3e和圖3f降解較嚴重的細胞中，胞間層仍保存完好。由于細胞壁胞間層木質素含量最高，說明細菌對木質素的降解能力有限，使得古木胞間層得以保存。

除了胞間層外，通常細胞壁S3層是木質素含量相對較高的部位。從圖3e和圖3f可以看出，二者細胞壁S2層降解都很嚴重。不同之處在于圖3e中左上角細胞S3層未降解，保存基本完好，而圖3f中右上角和左下角細胞壁S3層已不存在，右下角細胞壁S3層部分發(fā)生降解。圖3f中箭頭所指為典型的細菌空穴腐朽模式[11]，即細菌在細胞腔內壁首先分解S3層，然后侵入S2層。

圖3d更加清楚地展示了相鄰的細胞有的被嚴重腐朽，有的保存完好。圖中淺色部分為發(fā)生降解的細胞壁，深色部分是未降解的細胞壁。圖中箭頭所指為已降解細胞和未降解細胞之間的紋孔。紋孔中的紋孔膜保存完好。由于紋孔膜木質素含量相對較高，因此能夠在一定程度上阻止細菌在相鄰細胞間通過紋孔移動。但從前述SEM微觀圖中可知，古木紋孔被部分破壞。這為細菌通過紋孔侵入細胞壁內部或相鄰細胞提供了更加便利的條件。

圖3c中箭頭所指為侵入細胞壁S2層的細菌。它可能是從紋孔侵入，也可能是從S3層侵入。通過圖3c右下角白色標尺衡量可以大致估算，飽水狀態(tài)下古木細胞壁內的孔隙尺寸大概在幾十甚至幾百納米之間。這些大尺寸空隙可以容納自由水。因此，海門口遺址飽水古木在干燥后重新吸水，木材雖然會濕脹，但恢復不到原來的尺寸[12]。現(xiàn)代健康材在濕潤狀態(tài)下細胞壁內孔隙約1～10 nm[13]。對于現(xiàn)代健康材，木材干燥后重新吸水，細胞壁內的羥基會重新與水分子結合，使木材再恢復到原來的體積[14]。

3 結 論

通過SEM觀察可知，海門口遺址飽水古木細胞次生壁由于嚴重降解而發(fā)生收縮，并與胞間層分離。胞間層保存相對較好，呈連續(xù)網(wǎng)狀，這是古木在飽水狀態(tài)下能保持原來形狀的主要原因。古木內細菌菌群及其代謝物較多，細胞壁上可見典型的細菌腐朽特征，說明飽水古木主要受到細菌降解。古木內同時也可見真菌菌絲，但這類真菌主要降解蛋白質等物質，對纖維素等細胞壁物質降解能力較差，其屬于軟腐真菌，主要使古木變色。

通過TEM觀察可知，古木內細胞降解程度不同，即使是同一細胞內，也存在部分降解但部分未降解的情況。細菌主要通過S3層侵入細胞壁內部，并進一步降解細胞壁S2層，但胞間層保存相對完好。細胞壁內由于降解而產生的空隙大概在幾十到幾百納米之間。