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黄槿木材解剖特性探究
发布时间:2020-01-14

  摘    要: 借助连续变倍体视显微镜、生物数码显微镜和电镜观察黄槿木材的宏观、微观构造, 按照许尔兹发进行解离, 测量分析各种细胞的形态特征。结果表明, 黄槿为散孔材, 管孔主要为单管孔及径列复管孔, 导管分子主要为圆柱形, 单穿孔, 椭圆形, 穿孔板倾斜, 螺纹加厚缺如, 无侵填体;管间纹孔互列, 射线-导管间纹孔似管间纹孔;木纤维呈细长纺锤形, 两端尖削, 纤维长度417~1 727μm, 平均1 092μm, 属中等长度纤维;轴向薄壁组织肉眼下可见, 主为环管束状及星散状;木射线肉眼下可见, 射线组织异Ⅰ型及异Ⅱ型, 宽2~4细胞, 高5~47细胞, 宽多为2~3细胞, 高8~17细胞;瓦形细胞具翅子树型;轴向薄壁细胞和射线细胞皆含有晶体及颗粒状内含物, 晶体多为晶簇状, 少有菱形及方形。通过上述分析为黄槿木材的合理利用提供基础理论依据, 丰富木材识别鉴定的基础理论。

  关键词: 黄槿; 瓦细胞; 木材宏观构造; 木材微观构造; 扫描电子显微镜;

  Abstract: The macroscopic and microscopic structures of Hibiscus tiliaceus wood were observed by means of biological digital microscope and electron microscope.The morphological characteristics of various cells were measured and analyzed.The results showed that H.tiliaceus was diffuse-porous wood and the pores were mainly solitary pore and multiple pore.The vessel elements were mainly cylindrical shape, with simple perforation, which were oval, and the perforation plate was tilted, which was lack of thread thickening, no invasive filler.Intervessel pits alternated.The pit of ray-vessel was similar to the vessel.Wood fiber appeared long spindle shape with tip shaved at two ends, the length of fiber was 417-1 727μm, with an average of 1 092μm, which was a medium length fiber.Axial parenchyma was visible under the naked eye while they were mainly vasicentric and diffuse.And the wood rays were also visible under the naked eye, generally were typeⅠandⅡ, 2-4 cells wide (mainly 2-3) , 5-47 cells high (mainly 8-17) , and the tile-cells were Pterospermumtype.Axial parenchyma cells and ray cells contained crystals and granular inclusions.Crystals were mostly cluster-like and rarely rhombic or square.The above analysis would provide theory basis for the rational utilization of H.tiliaceus wood and enrich the basic theory of wood identification.

  Keyword: Hibiscus tiliaceus; tile-cells; wood macrostructure; wood microstructure; scanning electron microscope;

  分析研究木材的结构特征,既可为木材识别提供重要依据,又能通过木材结构特征初步了解木材相关性质,对木材加工利用具有重要的意义。黄槿(Hibiscus tiliaceus)属锦葵科(Malvaceae)木槿属的一种半红树植物,又称糕仔树、坡麻,常绿小乔木,于中国、越南等东南亚国家有分布,中国主要分布于台湾、福建、广东等南亚热带、热带地区,是抗风防沙防潮的优良树种;叶子大,心型,有长柄,花黄色,花冠钟型,蒴果,具有一定的观赏价值和药用价值,常用于园林绿化;黄槿木材坚硬致密且耐腐,是良好的建筑材料,树皮纤维也可供制作绳索[1]。近年来,许多科技工作者对黄槿的茎皮、花、枝叶的化学成分和药理活性进行研究,从中分离并得到50多种化合物,有三萜类、甾体类、黄酮类等,以三萜类化合物为主[2,3];现代药理学研究表明,黄槿具有抗炎、抗氧化、抗癌等活性[4,5,6]。木材中的瓦形细胞是锦葵目植物一种具有重要鉴别作用的射线细胞,M.M.Chttaway[7,8]、唐亚等[9]、S.Manchester, et al[10]在锦葵类古化石中也观察到瓦形细胞,对瓦形细胞在广义锦葵科的分布类型进行了统计。但包括木材解剖特性在内的黄槿木材特性的研究却鲜见报道。研究黄槿木材解剖特性,将为黄槿木材的合理利用提供基础理论依据,并丰富木材科学研究的树种内涵。
 

黄槿木材解剖特性探究
 

  1、 材料与方法

  1.1 、试验材料

  黄槿试材取自福建农林大学旗山校区校园绿化树萌芽的2年生主干。对木材表面清洁以备解剖观察,宏观构造观察试样为木材标准三切面,显微切片试样规格为:10 mm×20 mm×10 mm(长×宽×高),横、径、弦切面互相垂直。

  1.2、 试验仪器设备

  试验中所涉及到的主要仪器设备见表1。

  表1 试验仪器
表1 试验仪器

  1.3、 试验方法

  1.3.1、 木材宏观构造特征观察

  清洁过表面的木材试样依次在肉眼、放大镜、连续变倍体视显微镜下观察,并拍照记录。观察内容有:树皮、材表、生长轮、管孔、木射线、轴向薄壁组织[11,12]。

  1.3.2、 木材微观构造特征观察

  将标准三切面试样置于水浴锅中水煮至沉底,软化后,用滑走式切片机切出12~24μm的标准三切面薄片,切好的薄片用番红染色,依次在不同梯度浓度的酒精下逐级脱水,利用二甲苯透明,最后用中性树脂制成永久切片。将试样切成火柴杆大小的小木梗,采用许尔兹法进行解离[13]。借助Leica DM2500生物数码显微镜观察三切面的微观构造特征,并拍照观察。取3个约1cm3木材试样,用滑走式切片机分别切出带有标准三切面的样品,然后自然干燥后喷金,置于荷兰产的FEI Quanta 200扫描电子显微镜观察并拍摄图片。

  2、 结果与分析

  2.1、 黄槿木材宏观构造的特征分析

  由图1可见,黄槿木材宏观构造特征如下:树皮薄,约1mm,颜色为浅灰褐色,浅纵裂,裂纹为红棕色,有少量笔尖大小的红棕色圆形皮孔,形成层遇水后触感粘滑。木材无特殊气味,气干时材色浅黄。横切面上,生长轮不见;轴向薄壁组织肉眼下明显,环管状及星散状;木射线肉眼可见;管孔放大镜下可见,主为单管孔,偶见复管孔;管孔大小较为一致,分布均匀。径切面上射线斑纹明显。材表光滑。

  2.2、 黄槿木材微观构造的特征分析

  由图2、图3可见,黄槿木材显微构造特征如下:生长轮不明显;为散孔材;轴向树胶道未见,在三切面上皆可观察到射线细胞中含有丰富的晶体。在横切面上,管孔为多角形(图2g),管孔类型有单管孔、复管孔、管孔链及管孔团,主为单管孔和径列复管孔,复管孔常由2个管孔组成,3~4个较少,稀有切线状复管孔(2~5个),大小较径列复管孔均匀(图2a),管孔链多出现在髓心附近(图2d),偶见管孔团,3~14个。导管形状主要为圆柱形(图3a),导管分子弦径18.66~128.63μm,平均77.99μm,导管长度151.03~369.13μm,平均278.93μm。螺纹加厚缺如,无侵填体,单穿孔,椭圆形,导管间纹孔互列,射线-导管间纹孔式似管间纹孔(图2h、2i)。

  轴向薄壁组织傍管环管束状、似翼状及离管星散状,纵切面上,轴向薄壁细胞常有内含物晶体,细胞形态较丰富(图3b),有近似长方形、两端尖削的长纺锤形、末端稍膨大形、端部尖削的长方形。轴向薄壁细胞壁上纹孔为单纹孔,纹孔为圆形及椭圆形,大小不一,胞壁上有一些凹坑及凸起,凹陷处胞壁相对较厚。轴向薄壁细胞中存在结晶细胞,图中有正处于结晶化的细胞,胞腔内形成不规则的四边形晶体颗粒[14]。

  图1 黄槿木材宏观构造
图1 黄槿木材宏观构造

  Fig.1 Wood macroscopic structures of H.tiliaceus wood

  图2 黄槿木材三切面微观结构
图2 黄槿木材三切面微观结构

  Fig.2 Microscopic structures at 3sections of H.tiliaceus wood

  注:a.横切面40×;b.弦切面40×;c.径切面100×;d.横切面40×;e.弦切面100×;f.径切面200×;g.横切面200×;h.弦切面200×;i.径切面200×。

  图3 黄槿木材细胞种类及形态
图3 黄槿木材细胞种类及形态

  Fig.3 Cell types and forms of H.tiliaceus wood

  注:a.导管;b.轴向薄壁细胞;c.射线细胞;d.木纤维。

  射线组织异Ⅰ型及异Ⅱ型;宽2~4细胞(多数2~3细胞),高5~47细胞(多数8~17细胞),单列射线少,高2~5细胞;射线细胞有横卧细胞、方形细胞、直立细胞和瓦形细胞(图2c)。常有瓦形细胞、方形细胞将横卧细胞分隔成多段(图2e),与横卧细胞相间排列,尾翼偶具较长的尾,尾细胞常尖角形。横卧细胞常含颗粒状内含物,瓦形细胞及方形细胞内常常含有簇状晶体,也有少量菱形、方形晶体(图2f);瓦形细胞明显高于横卧细胞,宽度比例为(3~5)∶1,依此判断黄槿木材瓦形细胞为翅子树型(图2c),这与唐亚等[15,16]统计的瓦形细胞类型分布一致。

  木纤维在横切面呈多角形及圆形(图2g),腔小壁厚,两端部尖削的细长纺锤形、端部及中部树形分枝状,纤维细胞壁上为具缘纹孔。纤维长度417~1 727μm,平均1 092μm。根据国际木材解剖协会(IAWA)的纤维长度分类可知黄槿木材纤维长度属中等长度纤维。

  2.3、 黄槿木材扫描电子显微镜观察分析

  图4中可以看到:木纤维胞壁明显厚于轴向薄壁细胞,轴向薄壁细胞壁上的纹孔大小不一,圆或椭圆形;射线细胞壁上纹孔形态似轴向薄壁细胞,为星散状排列的单纹孔。木射线细胞中晶体多出现在瓦形细胞和方形细胞中,横卧细胞中偶有,与胞壁以丝状或网状相连接,有时1个射线细胞中存在2个小晶体,晶体多为晶簇状,少有菱形及方形(图4a);径切面上,瓦形细胞高度是横卧细胞的3~5倍,横卧细胞宽度是瓦形细胞的3~4倍(图4b);从图4c中可见,轴向薄壁细胞上有球状凸起,球状内含物将从细胞壁上分离,射线细胞和轴向薄壁细胞中的颗粒状内含物较多,形似板栗。管间纹孔互列,导管壁上纹孔为具缘纹孔,导管间或与其他细胞接壤处胞壁上的纹孔相对狭长偏大(图4d)。

  3、 结论与讨论

  黄槿木材宏观结构:树皮浅灰褐色,红棕色浅纵裂纹,具小圆形皮孔,材表平滑;气干材为浅黄色;生长轮不明显,散孔材,管孔放大镜下可见,分布较均匀;轴向薄壁组织肉眼下明显,环管状及星散状;木射线肉眼下明显,径切面可见射线斑纹。

  图4 黄槿木材SEM图片
图4 黄槿木材SEM图片

  Fig.4 SEM photographs of H.tiliaceus wood

  注:a.黄槿横切面薄壁细胞晶体形状2 000×;b.黄槿径切面瓦形细胞500×;c.黄槿弦切面薄壁细胞内含物2 000×;d.黄槿互列管间纹孔1 000×。

  黄槿木材微观结构:管孔多角形,主要为单管孔和径列复管孔(常2个),管孔链多于髓心周边,稀管孔团;导管分子主要为圆柱形,单穿孔,椭圆形,穿孔板倾斜,螺纹加厚缺如,无侵填体;管间纹孔互列,射线-导管间纹孔似管间纹孔。轴向薄壁细胞壁上纹孔为单纹孔,纹孔口大小不一,圆形及椭圆形,与射线细胞胞壁上纹孔相似。射线组织异Ⅰ型及异Ⅱ型;宽2~4细胞(多数2~3细胞),高5~47细胞(多数8~17细胞),单列射线少,高2~5细胞;常有瓦形细胞、方形细胞将横卧细胞分隔成多段,与横卧细胞相间排列,瓦形细胞为翅子树型。轴向薄壁细胞和射线细胞皆含有晶体及颗粒状内含物,晶体多为晶簇状,少有菱形及方形。木纤维呈细长纺锤形,两端尖削,壁上纹孔类型为具缘纹孔,纤维长度417~1 727μm,平均1 092μm,属中等长度纤维。

  通过对黄槿木材宏观、微观构造以及细胞形态的特征进行观察分析,为黄槿木材的合理利用提供基础理论依据,丰富木材识别鉴定的基础理论。

  参考文献

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