青岡樹韌皮部木質部顯微構造的比較

趙閱書 薛曉明 王藝蓉

摘要：在光學顯微鏡下采用石蠟切片法對西雙版納青岡樹在正常生長狀態(tài)下和被圍剝樹皮1年后、被圍剝樹皮2年后、被圍剝樹皮3年后的韌皮部和木質部橫切面組織結構進行分析比較。結果表明，青岡樹被圍剝樹皮后韌皮部和木質部橫切面的結構和組成無明顯變化，顯微結構下的篩孔直徑、薄壁細胞群的面積、石細胞群的面積以及管孔直徑有規(guī)律性變化。森林公安可根據(jù)該結果定性此類樹種被圍剝樹皮后的損害程度，同時結果可為圍剝樹皮能否導致樹木死亡提供理論依據(jù)，為打擊破壞森林資源違法犯罪行為提供技術支持。

關鍵詞：青岡樹;圍剝樹皮;韌皮部;木質部;顯微構造;篩孔;薄壁細胞;石細胞;管孔

中圖分類號： S792.160.1文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）18-0192-06

收稿日期：2019-09-06

基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費專項資金（編號：LGYB201809）。

作者簡介：趙閱書（1983—），女，吉林白城人，碩士，講師，主要從事刑事技術研究。E-mail：zysqq83@163.com。

云南省西雙版納傣族自治州（以下簡稱西雙版納）是普洱茶的一個重要產(chǎn)地，為了追求經(jīng)濟利益，獲取茶樹種植的巨額利潤，老百姓常常對適合茶樹生長之處的野生喬木采用“圍剝樹皮”的方式進行破壞[1]。由于森林公安在偵辦案件過程中需要對樹木的損害程度進行認定，但由于缺乏相關文獻和數(shù)據(jù)，導致案件認定證據(jù)不充足、退偵率高，嚴重影響了森林公安打擊破壞森林資源的違法犯罪行為。

木本植物的樹皮是指維管形成層以外的部分，包括韌皮部、木栓層和木栓形成層，具有保護樹木不受微生物侵害、防止水分過分蒸發(fā)、運送和儲存有機養(yǎng)料等方面的功能[2]。圍剝樹皮即圍繞樹木一圈將樹干上的表皮深度剝除，是破壞樹木的一種作案手段。由于樹皮對于植物的生命活動是舉足輕重的，圍繞樹木進行深度剝皮相當于剝除了整圈韌皮部，阻斷了光合作用產(chǎn)物的向下運輸通道，從而導致整株植物的死亡。該方法相對于其他毀林的方法來說既隱蔽又方便省力，且作案者可以利用樹木尚存活的理由來逃避法律的嚴懲，因此，近些年圍剝樹皮成了西雙版納地區(qū)老百姓毀林的首選手段。

近年來，有相關文獻對不同樹種的次生韌皮部顯微構造進行研究[3-7]，如王豐等研究了鵝掌楸屬3個樹種的次生韌皮部顯微構造，通過對韌皮部結構的比較研究，分析種間次生韌皮部顯微構造的差異程度和鵝掌楸屬韌皮部系統(tǒng)的進化趨勢，為鵝掌楸屬樹種的鑒別和該屬自然種的系統(tǒng)演化研究提供了理論依據(jù)[3]。劉彩琴等在觀察漆樹外部形態(tài)的基礎上，結合石蠟切片比較分析陜西4個漆樹品種的次生韌皮部組織結構，篩選出陜西4個漆樹品種間的差異指標，為鑒別漆樹不同品種及選育優(yōu)良品種提供了理論參考[4]。但對于同一樹種被圍剝樹皮后不同年份間樹皮的結構差異尚缺乏研究，所以剝皮致死的必然性缺乏數(shù)據(jù)上的支持。為此，本研究選取西雙版納常見的涉案樹種青岡樹[Cyclobalanopsis glauca （Thunb.） Oerst]為試驗材料，對被圍剝樹皮后的青岡樹木質部和韌皮部受到的影響進行研究，總結歸納出隨著被圍剝樹皮時間的增加樹木構造發(fā)生的變化。

本研究在技術上具有一定的先進性，在實踐上可以為一線森林公安提供定性、處罰的關鍵性依據(jù)，對保護我國珍貴林木資源、維護生態(tài)安全和提高相關執(zhí)法部門的基礎工作能力有著重要的現(xiàn)實意義。

1?材料與方法

1.1?材料

以2018年6月采自西雙版納的正常生長狀態(tài)下的青岡樹、被圍剝樹皮1年、被圍剝樹皮2年、被圍剝樹皮3年的青岡樹為研究對象。

1.2?切片制作與顯微觀察

選取西雙版納常見的被圍剝樹皮的樹種青岡樹，收集同一階段樹齡的青岡樹在正常狀態(tài)、被圍剝樹皮1年、被圍剝樹皮2年、被圍剝樹皮3年的木材和樹皮樣本。

結合前人的石蠟切片經(jīng)驗，總結出適合本次試驗樣本的切片步驟[8-11]。在離地約1 m處進行取樣，截取20 mm×20 mm×20 mm的樹皮（包含木質部），按照無水乙醇 ∶冰乙酸=3 ∶1（體積比）的比例配置卡諾固定液，經(jīng)室溫固定1周后用軟化劑[70%乙 醇 ∶丙三酮=1 ∶1（體積比）]軟化1個月;之后需進行梯度脫水，即選擇不同濃度（50%、95%、100%）的乙醇依次脫水，樣本在每階濃度的乙醇溶液中脫水1 h，為避免樣本脫水不充分，在脫水結束后和透明前加入松節(jié)油，即在50%乙醇和50%松節(jié)油的混合液中脫水透明后進行浸蠟包埋;分別隨機選取10個處于正常狀態(tài)、被圍剝樹皮1年、被圍剝樹皮2年、被圍剝樹皮3年時的樣本在切片機上切片，大小為5 mm×5 mm，厚度為15～20 μm，在按體積比為 1 ∶1 配制的松節(jié)油和無水乙醇混合液中脫蠟，運用番紅染色5 min后放入無水乙醇中漂洗3次，每次2～3 min;使用光學顯微鏡（奧林巴斯顯微鏡BX53）對切片進行觀察后，采用CellSensEntry軟件對木材切片和樹皮切片拍照，測量篩管的直徑、薄壁細胞群和石細胞群的面積、薄壁細胞束和石細胞束的長度、管孔的直徑。

統(tǒng)計測量所得數(shù)據(jù)，以青岡樹在正常狀態(tài)下的顯微構造作為參考標準，對比總結青岡樹被圍剝樹皮1年、被圍剝樹皮2年、被圍剝樹皮3年時顯微構造的變化，歸納總結圍剝樹皮對青岡樹生長的影響。

2?結果與分析

2.1?青岡樹韌皮部結構特征

將正常生長狀態(tài)下的青岡樹韌皮部切片放大4倍，觀察其橫切面，結果（圖1）發(fā)現(xiàn)，青岡樹韌皮部橫切面的韌皮薄壁細胞、石細胞與韌皮纖維間隔排列，構成了不連續(xù)的切面。篩管多為只有一個篩域的單篩板，呈圓形和不規(guī)則狀，細胞一側偶見伴胞。

2.1.1?篩管?正常生長狀態(tài)的青岡樹篩板多為只有一個篩域的單篩板，篩孔呈圓形或不規(guī)則狀（圖2）。青岡樹的韌皮部在正常狀態(tài)下和被圍剝樹皮1

年后的篩管直徑相近，被圍剝樹皮2年、被圍剝樹皮3年后的篩孔直徑呈明顯減小趨勢（圖3）。正常狀態(tài)下平均篩孔直徑約53.83 μm，圍剝樹皮1年后平均篩孔直徑約51.59 μm，圍剝樹皮2年后平均篩孔直徑約30.60 μm，圍剝樹皮3年后平均篩孔直徑約29.32 μm（表1）。

篩管直徑逐年減少是由于青岡樹被人為深度剝皮后對非生物性創(chuàng)傷反應的一種防御機制，深度剝皮引起了韌皮部篩管中胼胝質的積累[12]，當胼胝質在篩管端壁上越積越多時，會形成墊狀物胼胝體，聯(lián)絡索也相應變細，進而將篩孔堵塞，使篩管平均直徑變小，當胼胝體完全覆蓋篩管端壁時，篩管就暫時進入休眠狀態(tài)而失去輸導作用。通過分析數(shù)據(jù)可見，青岡樹韌皮部的篩管在正常狀態(tài)、被剝皮1年后、被剝皮2年后、被剝皮3年后的平均直徑逐漸減小，說明青岡樹受到了生物性創(chuàng)傷或非生物性創(chuàng)傷。

2.1.2?薄壁組織細胞

將正常生長狀態(tài)下的青岡樹韌皮部橫切面放大10倍進行觀察，發(fā)現(xiàn)其薄壁細胞呈帶狀分布（圖4），而被圍剝樹皮不同年份后韌皮薄壁細胞束的長度發(fā)生了變化（圖5）。正常狀態(tài)下韌皮薄壁細胞束的平均長度約525.12 μm，圍剝樹皮1年后韌皮薄壁細胞束的平均長度約 501.401 μm，圍剝樹皮2年后韌皮薄壁細胞束的平均長度約 220.27 μm，圍剝樹皮3年后韌皮薄壁細胞束的平均長度約203.86 μm。正常狀態(tài)下薄壁細胞群面積約143 434.73 μm2，圍剝樹皮1年后約 107 744.83 μm2，圍剝樹皮2年后約 44 485.36 μm2，圍剝樹皮3年后約 38 276.17 μm2（表2）。

通過分析可知，相比于青岡樹正常狀態(tài)下韌皮結構中的薄壁細胞來說，被圍剝樹皮1年、被圍剝樹皮2年、被圍剝樹皮3年后的薄壁細胞群面積呈下降趨勢，由于薄壁細胞群與石細胞群相鄰生長且石細胞群的面積逐步上升（表3），可判斷隨著青岡樹被剝皮時間的增加，韌皮部結構中的薄壁細胞經(jīng)過細胞壁加厚和木質化后形成了石細胞，這與前人的研究結果[13]一致。由于薄壁細胞是活細胞而石細胞是死細胞，因此說明隨著被圍剝樹皮時間的增加，青岡樹中活細胞的比例在逐漸下降，樹木趨向死亡。

2.1.3?石細胞?石細胞屬于厚壁細胞，一般由薄壁細胞經(jīng)過細胞壁的強烈增厚分化而來[14]，是只具有堅硬細胞壁的小、死細胞[13]。青岡樹韌皮部結構中的石細胞呈不規(guī)則形狀（圖5），其長軸直徑在被圍剝樹皮后并未發(fā)生太大變化。正常狀態(tài)下石細胞束的平均長度約506.65 μm，圍剝樹皮1年后石細胞束的平均長度約632.21 μm，圍剝樹皮2年后石細胞束的平均長度約755.13 μm，圍剝樹皮3年后石細胞束的平均長度約800.39 μm。正常狀態(tài)下石細胞群面積約40 063.05 μm2，圍剝樹皮1年后約50 681.17 μm2，圍剝樹皮2年后約77 912.44 μm2，圍剝樹皮3年后約 88 525.36 μm2（表3）。

通過分析可知，隨著青岡樹被圍剝樹皮時間的增加，石細胞群的面積逐步擴大。由于石細胞存在于薄壁細胞群的一側且薄壁細胞與石細胞出現(xiàn)了此消彼長的現(xiàn)象，可以判斷隨著青岡樹被圍剝樹皮時間的增加，韌皮部的薄壁細胞逐漸分化成為石細胞，活細胞與死細胞的比例呈下降趨勢，說明青岡樹正趨于死亡。

2.2?青岡樹木質部結構特征

通過觀察正常生長的青岡樹木質部橫切面的管孔發(fā)現(xiàn)，青岡樹是散孔材，在一個生長輪內(nèi)早材和晚材的管孔大小無明顯差異，分布比較均勻，呈輻射狀，管孔多為單管孔，偶見管孔鏈（圖6）。

青岡樹在正常狀態(tài)下和被圍剝樹皮后3個年份的管孔直徑有所差異（圖7）。管孔的平均長軸直徑在正常狀態(tài)約210.19 μm，圍剝樹皮1后約 202.98 μm，圍剝樹皮2年后約194.77 μm，圍剝樹皮3年后約 183.32 μm。管孔的平均短軸直徑在正常狀態(tài)約180.70 μm，圍剝樹皮1年后約 142.53 μm，圍剝樹皮2年后約140.29 μm，圍剝樹皮3年后約122.27 μm。正常狀態(tài)下管孔的平均面積約 31 524.76 μm2、圍剝樹皮1年后約 21 327.52 μm2、圍剝2年后約20 461.86 μm2、圍剝3年后約18 297.34 μm2（表4）。

通過分析可知，隨著青岡樹被圍剝樹皮時間的增加，木質部管孔的平均直徑和面積逐年減少。出現(xiàn)此現(xiàn)象可能是因為青岡樹被圍剝樹皮后新的韌皮部來不及長出，使樹根因得不到有機養(yǎng)分而亡，從而引發(fā)導管對水分虧缺的適應性。由于樹木水分虧缺較為嚴重時，如果導管太大，在導管內(nèi)容易形成氣泡堵塞導管，不利于水分的吸收[15]。因此，青岡樹被圍剝樹皮后，隨著水分脅迫程度的加劇，導管的平均直徑和面積逐年減小。

3?結論與討論

通過對青岡樹在正常狀態(tài)下、被圍剝樹皮1年后、被圍剝樹皮2年后、被圍剝樹皮3年后的韌皮部和木質部切片進行觀察研究后發(fā)現(xiàn)，青岡樹被圍剝樹皮后韌皮部和木質部橫切面的結構和組成無明顯變化，顯微構造下的篩孔直徑、薄壁細胞群、石細胞群以及管孔直徑發(fā)生規(guī)律性變化。隨著青岡樹被圍剝樹皮時間的增加，其木質部中管孔的長軸直徑與短軸直徑減小，平均管孔面積減少。

（1）隨著青岡樹被圍剝樹皮年份的增加，其韌皮部中篩孔的平均直徑逐年減小，說明對青岡樹進行人為深度剝皮會引發(fā)樹木的創(chuàng)傷防御機制。

（2）隨著青岡樹被圍剝樹皮年份的增加，薄壁細胞束的平均長度和薄壁細胞群的面積減小，石細胞束的平均長度和石細胞群的面積增大，說明隨著青岡樹被圍剝樹皮的時間增加，其活細胞的數(shù)量在減少，而死細胞的數(shù)量在增加，樹木趨于死亡。

（3）隨著青岡樹被圍剝樹皮年份的增加，青岡樹木質部中管孔的面積逐年減小，說明圍剝樹皮導致樹根因缺少有機養(yǎng)分而亡，引發(fā)了導管對水分虧缺的適應性。

森林公安偵辦案件的必要條件是收集定性、處罰的關鍵性證據(jù)，然而對于案件的定性、處罰來說，認定樹木的損傷程度是至關重要的。本研究將受損樹木的木質部和韌皮部解剖構造與正常生長的樹木進行對比，理論上填補了圍剝樹皮導致樹木死亡的研究空白，為樹木的損傷提供了解剖學證據(jù)，為一線森林公安的執(zhí)法提供了一定的技術支持，這對提高相關執(zhí)法部門的基礎工作能力、保護我國珍貴林木資源和維護生態(tài)安全有著重要的現(xiàn)實意義。

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