扫描电镜下降香黄檀木材构造的研究

吕金阳，罗建举

(1.桂林理工大学南宁分校，广西 南宁 530001； 2.广西大学，广西 南宁 530005）

扫描电镜下降香黄檀木材构造的研究

吕金阳1，罗建举2

(1.桂林理工大学南宁分校，广西 南宁 530001； 2.广西大学，广西 南宁 530005）

利用扫描电镜对降香黄檀Dalbergia odoriferaT. Chen木材的组织构造进行了系统分析，重点分析了不同类型细胞的纹孔的典型特征。降香黄檀木材导管壁上的纹孔为互列式，附物非常丰富；轴向薄壁细胞壁上为单纹孔，个体较大而数量较小，成组聚集分布，3～5个一组呈猫爪或花瓣状。木材纵切面上，轴向薄壁组织中常见似“分室含晶细胞”，但经X-射线能谱仪分析表明，这种“分室含晶细胞”中的块状物并不是传统认为的草酸钙等无机盐物质，其主要组成元素为碳和氧，由此可初步认定这种似“分室含晶细胞”中的块状物为树胶类物质。

降香黄檀；木材构造；扫描电镜；

降香黄檀Dalbergia odoriferaT. Chen，乔木，高达20 m，胸径80 cm，树皮黄灰色，粗糙[1]。为蝶形花科黄檀属的半落叶乔木，濒危种，海南特产，其木材被称为“黄花梨”。 在国家质量技术监督局发布的《中华人民共和国国家标准GB/T 18107—2000 红木》[2]中，降香黄檀被归为“香枝木”类。其材质致密而坚硬，心材明显，有光泽，颜色美观，花纹独特而美丽，干燥后不变形，不开裂，结构细而匀，耐腐耐湿，有特殊的香味，且香气长存，是历代皇室的御用家具用材树种，是制作古典硬木家具、精美工艺品的上乘材料。降香黄檀还具有很高的药用价值，《本草纲目》中叫降香，将其木屑泡水饮服可降血压、血脂，舒经活血。降香黄檀是目前我国价值最高的用材树种之一，市场价曾高达1 000万元/吨，是以斤两论价的木材，也被人称为“黄金之树”。

目前，对降香黄檀木材构造的研究多集中于宏观和微观（光学显微镜）下的构造。李桂兰、徐峰等[3]曾对海南香枝木（降香黄檀）和越南香枝木（多裂黄檀）木材构造特征进行比较解剖研究，其结果表明，两者的宏观构造在材色气味、纹理结构等方面有较大的差异：海南香枝木辛辣气味要比越南香枝木浓郁，海南香枝木材色较深，且板面“鬼脸”花纹显著；而越南香枝木材色相对较浅，且板面“鬼脸”花纹不显著。微观构造特征的差异主要表现在木射线的种类、射线细胞的形态、射线组织的类型：海南香枝木的木射线细胞大而圆，单列射线较少，以2～3列射线为主；越南香枝木的木射线细胞小而狭长，单列射线多，并有异形Ⅱ型射线出现。两者其余解剖特征差异则不明显。该研究只是在光学显微镜下对木材构造特征进行分析，没有在超微构造的层次下对降香黄檀进行深入研究。木材超微构造的研究约开始于20世纪40年代，超微构造层次的研究主要指在电子显微镜下的研究。近年来，在木材以及其他植物研究方面，有学者充分利用电子显微镜进行科研工作。如中国林科院的徐明、任海清[4]等利用扫描电镜研究竹类植物纤维及其细胞结构；安徽农业大学高慧[5]等利用扫描电镜观察青檀树皮的细胞结构；中南林业科技大学的王湘南[6]等利用扫描电镜观测油茶优良无性系花粉形态结构；中南林业科技大学吕晓慧、朱林峰[7]等利用扫描电镜观察染料在木材内部的分布状态。前人在电子显微镜下曾对降香黄檀进行过研究，姜笑梅、周崟、张立非[8]等就曾对我国26种豆科木材导管附物纹孔进行电镜观察和研究，研究对象中便有降香黄檀，该研究认为降香黄檀导管纹孔口有附物着生。遗憾的是，该研究只是非常单一的对降香黄檀导管纹孔附物进行描述，也没有图片展示，更没有对降香黄檀系统地进行研究。因此，本研究在扫描电镜下对降香黄檀木材构造特征进行系统地分析研究，对于完善降香黄檀解剖构造知识和进行降香黄檀木材鉴定具有一定的实际意义。

本研究以降香黄檀木材为研究对象，用扫描电子显微镜观察了降香黄檀木材超微观构造特征，分析了木射线细胞、导管内壁、轴向薄壁细胞、木纤维、纹孔及纹孔附物的形态特征及变化，以期为进行降香黄檀木材鉴定提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 实验材料及仪器

实验材料取自广西大学林学院标本馆馆藏降香黄檀木材标本。主要仪器为德国Leica公司SM2400型平推式切片机，日立S-3400N扫描电子显微镜。

1.2 实验方法

1.2.1 木材试样制备

将降香黄檀木块（约2 cm×2 cm×1 cm）放入水中煮沸，并在沸水中煮2～3天，使其软化，再用单面刀片将小木块切成1.5 cm ×1 cm×1 cm的长方体。其中三个面一定要选正，横切面要与导管纵轴垂直；径切面应与生长轮垂直，并与导管纵轴方向平行；弦切面要与木射线垂直，并与导管纵轴方向平行。在此步骤中，需用放大镜，不断检查样品三维交界角的方位和质量好坏，三个切面必须互相垂直。在德国Leica公司生产的SM2400型木材切片机上切制木材切片，分别切成横切面切片、弦切面切片和径切面切片，目的是将试样表面切平整，便于电镜拍摄到完整的图片，同时由于切片薄，也更便于电镜观察实验抽真空。切片厚度可达120 µm，将切好的木材切片轻轻夹入培养皿中。由于木材孔隙很多，除肉眼和显微镜可见者外，尚有大量亚显微孔隙，对木材试样的干燥应引起足够重视，否则容易在观察时充电[9]。因此，需要将装有试样的培养皿放入烘箱干燥，箱内温度设置为103 ℃，干燥时间约为30 min。

1.2.2 扫描电镜观察实验

为了保证在电镜下观察试样时试样不会从工作台上移动或掉落，需要用导电胶将试样粘固在工作台上。同时，由于导电胶的导电作用，试样表面不会聚集过量的二次电子而影响成像。将试样放入真空喷镀仪内，使标本台旋转，抽真空，蒸发水汽，并在真空下喷射电阻率小的金粉到试样表面，喷镀层厚一般在10～20 nm为宜，以形成一个导电的表面。降香黄檀木材试样镀以金属膜后，不仅可以防止充电、放电效应，还可以减少电子束对样品的损伤，增加二次电子的产率，从而获得高质量的图像。将经过金粉喷镀的试样放入电镜的样品室内，然后进行抽真空，操作样品台的移动和旋转手柄，即可在电镜系统的显示屏上进行试样的观察分析。观察到所需部位后，通过视野确定、放大倍数选择、调整聚焦、消除像散、调整反差和亮度、调节扫描速度等调整操作，即可进行照片拍摄，从而获得可供分析的木材扫描电镜图片。

2 结果与分析

2.1 木射线细胞

降香黄檀木材木射线较为发达，分布密度大，呈叠生构造，见图1。木射线为同形射线，射线宽以2列为主，偶见单列及3列，射线细胞高4～10个，通常为5～7个，见图2。射线细胞断面呈椭圆形

图1 降香黄檀木射线分布Fig.1 Wood-ray distribution of Dalbergia odorifera

2.2 导管

降香黄檀木材为散孔材至半环孔材，管孔椭圆形，管孔组合为单管孔为主，少量径列复管孔（管孔数为2～3个），导管内具树胶及其他沉积物，降香黄檀管孔分布见图3。从管孔口往导管细胞腔至多边形，从细胞腔内可以明显看到木射线细胞上的单纹孔，射线细胞内偶见微量沉积物。内观察可以明显看到导管壁上的纹孔，见图4。导管壁内纹孔为互列式具缘纹孔，纹孔口呈椭圆形（偏扁圆形），导管分子圆柱形，见图5。导管壁具缘纹孔为附物纹孔，附物凸起间隔轮齿状，见图6。由图7可知，降香黄檀导管分子穿孔板上的穿孔为单穿孔。

图3 降香黄檀管孔分布Fig.3 Pores distribution of Dalbergia odorifera

图5 降香黄檀导管Fig.5 Vessel element of Dalbergia odorifera

图2 降香黄檀木射线细胞Fig.2 Wood-ray cells of Dalbergia odorifera

图4 降香黄檀管孔Fig.4 Pits on vessel wall of Dalbergia odorifera

图6 降香黄檀导管壁附物纹孔Fig.6 Vestured pits on vessel element of Dalbergia odorifera

图7 降香黄檀导管单穿孔Fig.7 Single perforation of Dalbergia odorifera

2.3 轴向薄壁细胞

降香黄檀木材轴向薄壁组织数量多，主要为傍管带状，有聚翼状，轴向薄壁组织分布情况见图8。从图9上可看出，轴向薄壁组织呈带状分布

图8 降香黄檀轴向薄壁组织分布Fig.8 Longitudinal parenchyma distribution of Dalbergia odorifera

图10 降香黄檀横切面薄壁组织（放大）Fig.10 Longitudinal parenchyma on cross section of Dalbergia odorifera (magnif i ed)

2.4 木纤维

木纤维为长而两端渐尖的厚壁组织细胞，呈纺锤形状，是木材的重要组成细胞。降香黄檀木于木纤维组织之中，带宽2～6个细胞。从横切面薄壁细胞腔内观察可以明显看到细胞内壁上的单纹孔，见图10。从弦切面看，轴向薄壁组织叠生，且壁上纹孔成组排列，见图11。图12为轴向薄壁组织中类似“含晶细胞”的块状物，用X-射线能谱分析仪对该块状物微区进行化学元素分析，得到图13。分析结果表明，该块状物主要化学元素为C、O，未见有Ca元素。该块状物主要组成元素百分比见表1。徐有明[10]主编的《木材学》一书中认为木材中“结晶体”是树木生活过程中新陈代谢的副产物，它的化学成为主要为草酸钙（CaC2O4）。因此，尽管该块状物具体构成物质暂未能确定，但根据已检测的元素，可以排除该块状物为“结晶体”。根据C、O元素的比率，初步确认降香黄檀轴向薄壁组织中似“含晶细胞”中的块状物为树胶类物质。材中的木纤维分布见图14。在扫描电镜200倍下观察，可见降香黄檀木纤维细胞壁非常厚，细胞腔径比小，外观基本呈椭圆形，排列紧密，见图

图9 降香黄檀横切面薄壁组织Fig.9 Longitudinal parenchyma on cross section of Dalbergia odorifera

图11 降香黄檀弦切面薄壁组织Fig.11 Longitudinal parenchyma on tangential section of Dalbergia odorifera

图12 降香黄檀轴向薄壁细胞“含晶”块状物分析取样部位Fig.12 Sampling location of “crystal” in longitudinal parenchyma cells of Dalbergia odorifera

表1 轴向薄壁细胞内块状物主要组成元素含量Table 1 Main composition element percentage of lumps in longitudinal parenchyma cells

图14 降香黄檀木纤维分布Fig.14 Fiber distribution of Dalbergia odorifera

2.5 纹孔

图15 降香黄檀横切面木纤维Fig.15 Fiber shape of Dalbergia odorifera (cross section)

图17 降香黄檀木纤维壁Fig.17 Fiber wall of Dalbergia odorifera

纹孔是木材中液体流动的横向通道，木材相邻细胞中的液体可以通过纹孔互相流通[11]。降香15。图16可见降香黄檀木材中分离状态下的单个木纤维细胞。图17为5 000倍下的降香黄檀木纤维内壁，可见具缘纹孔，为纤维状管胞，图中木纤维内壁出现的梭形裂隙可能是由于试样干燥过程中温度过高、时间过长或电镜观察时高压电子束轰击所致。黄檀木材纹孔可出现于薄壁组织、导管和木射线细胞壁上，其中导管壁纹孔为附物纹孔。降香黄檀薄壁细胞壁上的纹孔为单纹孔，直径要比导管壁纹孔大，但单位面积纹孔数量较少。纹孔排列很有特点，聚集成组，一般3～5个成一组，呈猫爪或花瓣状，见图18。降香黄檀导管壁上纹孔多为互列纹孔，见图19。在扫描电子显微镜5 000倍下观察，导管壁上可清晰看到大量附着凸起物的纹孔——附物纹孔。这些突出的附物从纹孔室壁上伸出，但伸出量不大，且这些突出的附物不连在一起，而是呈单个凸起间隔的轮齿状，见图6。降香黄檀导管壁这种纹孔附物是由纹孔室壁上长出，图20为降香黄檀导管纹孔内室。降香黄檀导管具缘纹孔的纹孔膜比较平滑，没有凹凸的沟痕，图21为降香黄檀导管具缘纹孔膜。木射线纹孔与轴向薄壁细胞纹孔的类型相同，均为单纹孔，但其排列方式与轴向薄壁组织细胞壁纹孔有所区别，木射线细胞壁上的纹孔大多单个独立出现，极少部分成组排列，即便成组排列的纹孔，其样式也不如轴向薄壁组织细胞壁纹孔那样明显，图22为降香黄檀木射线细胞的纹孔。

图18 降香黄檀轴向薄壁细胞纹孔Fig.18 Simple pits on wood longitudinal parenchyma cells of Dalbergia odorifera

图20 降香黄檀导管纹孔内室Fig.20 Pit cavity on vessel element of Dalbergia odorifera

图22 降香黄檀木射线细胞的纹孔Fig.22 Simple pits on wood-ray cells of Dalbergia odorifera

图19 降香黄檀导管壁纹孔Fig.19 Bordered pits on vessel element of Dalbergia odorifera

图21 降香黄檀导管纹孔膜Fig.21 Pit membrane on vessel element of Dalbergia odorifera

3 结 论

（1）降香黄檀木材导管壁上的纹孔为互列式，附物非常丰富。这种附物是着生在纹孔室壁上的凸起物，充满整个纹孔室，从纹孔内口看上去呈轮齿状。

（2）降香黄檀轴向薄壁细胞壁为单纹孔。相对于导管壁上的纹孔，轴向薄壁细胞上的纹孔个体较大而数量较小，3～5个聚集成组，呈猫爪或花瓣状。

（3）降香黄檀轴向薄壁组织非常丰富，在纵切面上经常可见似“分室含晶细胞”。经X-射线能谱仪分析表明，这种似“分室含晶细胞”中所含的块状物并非草酸钙等无机盐类化合物，其主要组成元素为碳和氧，由此可以初步认定为树胶类物质。

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[2] 国家质量技术监督局发布.中华人民共和国国家标准GB/T 18107—2000 红木 [S].2000.

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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

广西科技厅课题“木材美学图案装饰人造板生产技术研发与产业化”（桂科攻10100022-25）

吕金阳（1985-），男，广西桂林人，硕士，助教，主要从事艺术设计、木材科学、木材美学方面的研究；

E-mail：lvjinyanggolden@163.com

罗建举（1956-），男，湖南湘潭人，博士，教授，主要从事木材科学，木材美学方面的研究；

E-mail：luojianju@foxmail.com

[本文编校：文凤鸣]