掃描電鏡下降香黃檀木材構(gòu)造的研究

呂金陽，羅建舉

(1.桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西 南寧 530001； 2.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530005）

掃描電鏡下降香黃檀木材構(gòu)造的研究

呂金陽1，羅建舉2

(1.桂林理工大學(xué)南寧分校，廣西 南寧 530001； 2.廣西大學(xué)，廣西 南寧 530005）

利用掃描電鏡對(duì)降香黃檀Dalbergia odoriferaT. Chen木材的組織構(gòu)造進(jìn)行了系統(tǒng)分析，重點(diǎn)分析了不同類型細(xì)胞的紋孔的典型特征。降香黃檀木材導(dǎo)管壁上的紋孔為互列式，附物非常豐富；軸向薄壁細(xì)胞壁上為單紋孔，個(gè)體較大而數(shù)量較小，成組聚集分布，3～5個(gè)一組呈貓爪或花瓣?duì)?。木材縱切面上，軸向薄壁組織中常見似“分室含晶細(xì)胞”，但經(jīng)X-射線能譜儀分析表明，這種“分室含晶細(xì)胞”中的塊狀物并不是傳統(tǒng)認(rèn)為的草酸鈣等無機(jī)鹽物質(zhì)，其主要組成元素為碳和氧，由此可初步認(rèn)定這種似“分室含晶細(xì)胞”中的塊狀物為樹膠類物質(zhì)。

降香黃檀；木材構(gòu)造；掃描電鏡；

降香黃檀Dalbergia odoriferaT. Chen，喬木，高達(dá)20 m，胸徑80 cm，樹皮黃灰色，粗糙[1]。為蝶形花科黃檀屬的半落葉喬木，瀕危種，海南特產(chǎn)，其木材被稱為“黃花梨”。 在國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18107—2000 紅木》[2]中，降香黃檀被歸為“香枝木”類。其材質(zhì)致密而堅(jiān)硬，心材明顯，有光澤，顏色美觀，花紋獨(dú)特而美麗，干燥后不變形，不開裂，結(jié)構(gòu)細(xì)而勻，耐腐耐濕，有特殊的香味，且香氣長存，是歷代皇室的御用家具用材樹種，是制作古典硬木家具、精美工藝品的上乘材料。降香黃檀還具有很高的藥用價(jià)值，《本草綱目》中叫降香，將其木屑泡水飲服可降血壓、血脂，舒經(jīng)活血。降香黃檀是目前我國價(jià)值最高的用材樹種之一，市場(chǎng)價(jià)曾高達(dá)1 000萬元/噸，是以斤兩論價(jià)的木材，也被人稱為“黃金之樹”。

目前，對(duì)降香黃檀木材構(gòu)造的研究多集中于宏觀和微觀（光學(xué)顯微鏡）下的構(gòu)造。李桂蘭、徐峰等[3]曾對(duì)海南香枝木（降香黃檀）和越南香枝木（多裂黃檀）木材構(gòu)造特征進(jìn)行比較解剖研究，其結(jié)果表明，兩者的宏觀構(gòu)造在材色氣味、紋理結(jié)構(gòu)等方面有較大的差異：海南香枝木辛辣氣味要比越南香枝木濃郁，海南香枝木材色較深，且板面“鬼臉”花紋顯著；而越南香枝木材色相對(duì)較淺，且板面“鬼臉”花紋不顯著。微觀構(gòu)造特征的差異主要表現(xiàn)在木射線的種類、射線細(xì)胞的形態(tài)、射線組織的類型：海南香枝木的木射線細(xì)胞大而圓，單列射線較少，以2～3列射線為主；越南香枝木的木射線細(xì)胞小而狹長，單列射線多，并有異形Ⅱ型射線出現(xiàn)。兩者其余解剖特征差異則不明顯。該研究只是在光學(xué)顯微鏡下對(duì)木材構(gòu)造特征進(jìn)行分析，沒有在超微構(gòu)造的層次下對(duì)降香黃檀進(jìn)行深入研究。木材超微構(gòu)造的研究約開始于20世紀(jì)40年代，超微構(gòu)造層次的研究主要指在電子顯微鏡下的研究。近年來，在木材以及其他植物研究方面，有學(xué)者充分利用電子顯微鏡進(jìn)行科研工作。如中國林科院的徐明、任海清[4]等利用掃描電鏡研究竹類植物纖維及其細(xì)胞結(jié)構(gòu)；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)高慧[5]等利用掃描電鏡觀察青檀樹皮的細(xì)胞結(jié)構(gòu)；中南林業(yè)科技大學(xué)的王湘南[6]等利用掃描電鏡觀測(cè)油茶優(yōu)良無性系花粉形態(tài)結(jié)構(gòu)；中南林業(yè)科技大學(xué)呂曉慧、朱林峰[7]等利用掃描電鏡觀察染料在木材內(nèi)部的分布狀態(tài)。前人在電子顯微鏡下曾對(duì)降香黃檀進(jìn)行過研究，姜笑梅、周崟、張立非[8]等就曾對(duì)我國26種豆科木材導(dǎo)管附物紋孔進(jìn)行電鏡觀察和研究，研究對(duì)象中便有降香黃檀，該研究認(rèn)為降香黃檀導(dǎo)管紋孔口有附物著生。遺憾的是，該研究只是非常單一的對(duì)降香黃檀導(dǎo)管紋孔附物進(jìn)行描述，也沒有圖片展示，更沒有對(duì)降香黃檀系統(tǒng)地進(jìn)行研究。因此，本研究在掃描電鏡下對(duì)降香黃檀木材構(gòu)造特征進(jìn)行系統(tǒng)地分析研究，對(duì)于完善降香黃檀解剖構(gòu)造知識(shí)和進(jìn)行降香黃檀木材鑒定具有一定的實(shí)際意義。

本研究以降香黃檀木材為研究對(duì)象，用掃描電子顯微鏡觀察了降香黃檀木材超微觀構(gòu)造特征，分析了木射線細(xì)胞、導(dǎo)管內(nèi)壁、軸向薄壁細(xì)胞、木纖維、紋孔及紋孔附物的形態(tài)特征及變化，以期為進(jìn)行降香黃檀木材鑒定提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)材料取自廣西大學(xué)林學(xué)院標(biāo)本館館藏降香黃檀木材標(biāo)本。主要儀器為德國Leica公司SM2400型平推式切片機(jī)，日立S-3400N掃描電子顯微鏡。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 木材試樣制備

將降香黃檀木塊（約2 cm×2 cm×1 cm）放入水中煮沸，并在沸水中煮2～3天，使其軟化，再用單面刀片將小木塊切成1.5 cm ×1 cm×1 cm的長方體。其中三個(gè)面一定要選正，橫切面要與導(dǎo)管縱軸垂直；徑切面應(yīng)與生長輪垂直，并與導(dǎo)管縱軸方向平行；弦切面要與木射線垂直，并與導(dǎo)管縱軸方向平行。在此步驟中，需用放大鏡，不斷檢查樣品三維交界角的方位和質(zhì)量好壞，三個(gè)切面必須互相垂直。在德國Leica公司生產(chǎn)的SM2400型木材切片機(jī)上切制木材切片，分別切成橫切面切片、弦切面切片和徑切面切片，目的是將試樣表面切平整，便于電鏡拍攝到完整的圖片，同時(shí)由于切片薄，也更便于電鏡觀察實(shí)驗(yàn)抽真空。切片厚度可達(dá)120 μm，將切好的木材切片輕輕夾入培養(yǎng)皿中。由于木材孔隙很多，除肉眼和顯微鏡可見者外，尚有大量亞顯微孔隙，對(duì)木材試樣的干燥應(yīng)引起足夠重視，否則容易在觀察時(shí)充電[9]。因此，需要將裝有試樣的培養(yǎng)皿放入烘箱干燥，箱內(nèi)溫度設(shè)置為103 ℃，干燥時(shí)間約為30 min。

1.2.2 掃描電鏡觀察實(shí)驗(yàn)

為了保證在電鏡下觀察試樣時(shí)試樣不會(huì)從工作臺(tái)上移動(dòng)或掉落，需要用導(dǎo)電膠將試樣粘固在工作臺(tái)上。同時(shí)，由于導(dǎo)電膠的導(dǎo)電作用，試樣表面不會(huì)聚集過量的二次電子而影響成像。將試樣放入真空噴鍍儀內(nèi)，使標(biāo)本臺(tái)旋轉(zhuǎn)，抽真空，蒸發(fā)水汽，并在真空下噴射電阻率小的金粉到試樣表面，噴鍍層厚一般在10～20 nm為宜，以形成一個(gè)導(dǎo)電的表面。降香黃檀木材試樣鍍以金屬膜后，不僅可以防止充電、放電效應(yīng)，還可以減少電子束對(duì)樣品的損傷，增加二次電子的產(chǎn)率，從而獲得高質(zhì)量的圖像。將經(jīng)過金粉噴鍍的試樣放入電鏡的樣品室內(nèi)，然后進(jìn)行抽真空，操作樣品臺(tái)的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)手柄，即可在電鏡系統(tǒng)的顯示屏上進(jìn)行試樣的觀察分析。觀察到所需部位后，通過視野確定、放大倍數(shù)選擇、調(diào)整聚焦、消除像散、調(diào)整反差和亮度、調(diào)節(jié)掃描速度等調(diào)整操作，即可進(jìn)行照片拍攝，從而獲得可供分析的木材掃描電鏡圖片。

2 結(jié)果與分析

2.1 木射線細(xì)胞

降香黃檀木材木射線較為發(fā)達(dá)，分布密度大，呈疊生構(gòu)造，見圖1。木射線為同形射線，射線寬以2列為主，偶見單列及3列，射線細(xì)胞高4～10個(gè)，通常為5～7個(gè)，見圖2。射線細(xì)胞斷面呈橢圓形

圖1 降香黃檀木射線分布Fig.1 Wood-ray distribution of Dalbergia odorifera

2.2 導(dǎo)管

降香黃檀木材為散孔材至半環(huán)孔材，管孔橢圓形，管孔組合為單管孔為主，少量徑列復(fù)管孔（管孔數(shù)為2～3個(gè)），導(dǎo)管內(nèi)具樹膠及其他沉積物，降香黃檀管孔分布見圖3。從管孔口往導(dǎo)管細(xì)胞腔至多邊形，從細(xì)胞腔內(nèi)可以明顯看到木射線細(xì)胞上的單紋孔，射線細(xì)胞內(nèi)偶見微量沉積物。內(nèi)觀察可以明顯看到導(dǎo)管壁上的紋孔，見圖4。導(dǎo)管壁內(nèi)紋孔為互列式具緣紋孔，紋孔口呈橢圓形（偏扁圓形），導(dǎo)管分子圓柱形，見圖5。導(dǎo)管壁具緣紋孔為附物紋孔，附物凸起間隔輪齒狀，見圖6。由圖7可知，降香黃檀導(dǎo)管分子穿孔板上的穿孔為單穿孔。

圖3 降香黃檀管孔分布Fig.3 Pores distribution of Dalbergia odorifera

圖5 降香黃檀導(dǎo)管Fig.5 Vessel element of Dalbergia odorifera

圖2 降香黃檀木射線細(xì)胞Fig.2 Wood-ray cells of Dalbergia odorifera

圖4 降香黃檀管孔Fig.4 Pits on vessel wall of Dalbergia odorifera

圖6 降香黃檀導(dǎo)管壁附物紋孔Fig.6 Vestured pits on vessel element of Dalbergia odorifera

圖7 降香黃檀導(dǎo)管單穿孔Fig.7 Single perforation of Dalbergia odorifera

2.3 軸向薄壁細(xì)胞

降香黃檀木材軸向薄壁組織數(shù)量多，主要為傍管帶狀，有聚翼狀，軸向薄壁組織分布情況見圖8。從圖9上可看出，軸向薄壁組織呈帶狀分布

圖8 降香黃檀軸向薄壁組織分布Fig.8 Longitudinal parenchyma distribution of Dalbergia odorifera

圖10 降香黃檀橫切面薄壁組織（放大）Fig.10 Longitudinal parenchyma on cross section of Dalbergia odorifera (magnif i ed)

2.4 木纖維

木纖維為長而兩端漸尖的厚壁組織細(xì)胞，呈紡錘形狀，是木材的重要組成細(xì)胞。降香黃檀木于木纖維組織之中，帶寬2～6個(gè)細(xì)胞。從橫切面薄壁細(xì)胞腔內(nèi)觀察可以明顯看到細(xì)胞內(nèi)壁上的單紋孔，見圖10。從弦切面看，軸向薄壁組織疊生，且壁上紋孔成組排列，見圖11。圖12為軸向薄壁組織中類似“含晶細(xì)胞”的塊狀物，用X-射線能譜分析儀對(duì)該塊狀物微區(qū)進(jìn)行化學(xué)元素分析，得到圖13。分析結(jié)果表明，該塊狀物主要化學(xué)元素為C、O，未見有Ca元素。該塊狀物主要組成元素百分比見表1。徐有明[10]主編的《木材學(xué)》一書中認(rèn)為木材中“結(jié)晶體”是樹木生活過程中新陳代謝的副產(chǎn)物，它的化學(xué)成為主要為草酸鈣（CaC2O4）。因此，盡管該塊狀物具體構(gòu)成物質(zhì)暫未能確定，但根據(jù)已檢測(cè)的元素，可以排除該塊狀物為“結(jié)晶體”。根據(jù)C、O元素的比率，初步確認(rèn)降香黃檀軸向薄壁組織中似“含晶細(xì)胞”中的塊狀物為樹膠類物質(zhì)。材中的木纖維分布見圖14。在掃描電鏡200倍下觀察，可見降香黃檀木纖維細(xì)胞壁非常厚，細(xì)胞腔徑比小，外觀基本呈橢圓形，排列緊密，見圖

圖9 降香黃檀橫切面薄壁組織Fig.9 Longitudinal parenchyma on cross section of Dalbergia odorifera

圖11 降香黃檀弦切面薄壁組織Fig.11 Longitudinal parenchyma on tangential section of Dalbergia odorifera

圖12 降香黃檀軸向薄壁細(xì)胞“含晶”塊狀物分析取樣部位Fig.12 Sampling location of “crystal” in longitudinal parenchyma cells of Dalbergia odorifera

表1 軸向薄壁細(xì)胞內(nèi)塊狀物主要組成元素含量Table 1 Main composition element percentage of lumps in longitudinal parenchyma cells

圖14 降香黃檀木纖維分布Fig.14 Fiber distribution of Dalbergia odorifera

2.5 紋孔

圖15 降香黃檀橫切面木纖維Fig.15 Fiber shape of Dalbergia odorifera (cross section)

圖17 降香黃檀木纖維壁Fig.17 Fiber wall of Dalbergia odorifera

紋孔是木材中液體流動(dòng)的橫向通道，木材相鄰細(xì)胞中的液體可以通過紋孔互相流通[11]。降香15。圖16可見降香黃檀木材中分離狀態(tài)下的單個(gè)木纖維細(xì)胞。圖17為5 000倍下的降香黃檀木纖維內(nèi)壁，可見具緣紋孔，為纖維狀管胞，圖中木纖維內(nèi)壁出現(xiàn)的梭形裂隙可能是由于試樣干燥過程中溫度過高、時(shí)間過長或電鏡觀察時(shí)高壓電子束轟擊所致。黃檀木材紋孔可出現(xiàn)于薄壁組織、導(dǎo)管和木射線細(xì)胞壁上，其中導(dǎo)管壁紋孔為附物紋孔。降香黃檀薄壁細(xì)胞壁上的紋孔為單紋孔，直徑要比導(dǎo)管壁紋孔大，但單位面積紋孔數(shù)量較少。紋孔排列很有特點(diǎn)，聚集成組，一般3～5個(gè)成一組，呈貓爪或花瓣?duì)?，見圖18。降香黃檀導(dǎo)管壁上紋孔多為互列紋孔，見圖19。在掃描電子顯微鏡5 000倍下觀察，導(dǎo)管壁上可清晰看到大量附著凸起物的紋孔——附物紋孔。這些突出的附物從紋孔室壁上伸出，但伸出量不大，且這些突出的附物不連在一起，而是呈單個(gè)凸起間隔的輪齒狀，見圖6。降香黃檀導(dǎo)管壁這種紋孔附物是由紋孔室壁上長出，圖20為降香黃檀導(dǎo)管紋孔內(nèi)室。降香黃檀導(dǎo)管具緣紋孔的紋孔膜比較平滑，沒有凹凸的溝痕，圖21為降香黃檀導(dǎo)管具緣紋孔膜。木射線紋孔與軸向薄壁細(xì)胞紋孔的類型相同，均為單紋孔，但其排列方式與軸向薄壁組織細(xì)胞壁紋孔有所區(qū)別，木射線細(xì)胞壁上的紋孔大多單個(gè)獨(dú)立出現(xiàn)，極少部分成組排列，即便成組排列的紋孔，其樣式也不如軸向薄壁組織細(xì)胞壁紋孔那樣明顯，圖22為降香黃檀木射線細(xì)胞的紋孔。

圖18 降香黃檀軸向薄壁細(xì)胞紋孔Fig.18 Simple pits on wood longitudinal parenchyma cells of Dalbergia odorifera

圖20 降香黃檀導(dǎo)管紋孔內(nèi)室Fig.20 Pit cavity on vessel element of Dalbergia odorifera

圖22 降香黃檀木射線細(xì)胞的紋孔Fig.22 Simple pits on wood-ray cells of Dalbergia odorifera

圖19 降香黃檀導(dǎo)管壁紋孔Fig.19 Bordered pits on vessel element of Dalbergia odorifera

圖21 降香黃檀導(dǎo)管紋孔膜Fig.21 Pit membrane on vessel element of Dalbergia odorifera

3 結(jié) 論

（1）降香黃檀木材導(dǎo)管壁上的紋孔為互列式，附物非常豐富。這種附物是著生在紋孔室壁上的凸起物，充滿整個(gè)紋孔室，從紋孔內(nèi)口看上去呈輪齒狀。

（2）降香黃檀軸向薄壁細(xì)胞壁為單紋孔。相對(duì)于導(dǎo)管壁上的紋孔，軸向薄壁細(xì)胞上的紋孔個(gè)體較大而數(shù)量較小，3～5個(gè)聚集成組，呈貓爪或花瓣?duì)睢?/p>

（3）降香黃檀軸向薄壁組織非常豐富，在縱切面上經(jīng)?？梢娝啤胺质液Ъ?xì)胞”。經(jīng)X-射線能譜儀分析表明，這種似“分室含晶細(xì)胞”中所含的塊狀物并非草酸鈣等無機(jī)鹽類化合物，其主要組成元素為碳和氧，由此可以初步認(rèn)定為樹膠類物質(zhì)。

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Study on wood structure of Dalbergia odorifera by scanning electron microscope

LV Jin-yang1, LUO Jian-ju2
(1. Guilin University of Technology, Nanning 530001, Guangxi, China; 2. Guangxi University, Nanning 530005, Guangxi, China)

The wood structure ofDalbergia odoriferaT. Chen was systematically analyzed with the scanning electron micro-scope,the typical characteristics of the wood pits of different type woods were earnestly analyzed. It was found that the wood pits on the vessel wall ofDalbergia odoriferawood presented in the form of inter-row, the attached materials were very rich; the pits on the axial parenchyma cell walls belong to single pits with larger body but less in number compared to the vessel pits, they aggregated into groups of 3～5 and looked like cat’s paws or petals; on the longitudinal sections, something like “compartment crystal cells”in axial parenchyma was commonly found, but the lumps in the “compartment crystal cells”are not inorganic salts such as calcium oxalate, as traditionally recognized. The results of X-ray energy dispersive spectroscopy analysis show that the composition elements of the lumps were mainly carbon and oxygen. According to this, it may be concluded that the lumps in the “compartment crystal cells”belong to the gum substances.

Dalbergia odoriferaT. Chen; wood structure; scanning electron microscope (SEM)

S792.28；S781

A

1673-923X(2014)04-0108-07

2013-07-09

廣西科技廳課題“木材美學(xué)圖案裝飾人造板生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”（桂科攻10100022-25）

呂金陽（1985-），男，廣西桂林人，碩士，助教，主要從事藝術(shù)設(shè)計(jì)、木材科學(xué)、木材美學(xué)方面的研究；

E-mail：lvjinyanggolden@163.com

羅建舉（1956-），男，湖南湘潭人，博士，教授，主要從事木材科學(xué)，木材美學(xué)方面的研究；

E-mail：luojianju@foxmail.com

[本文編校：文鳳鳴]