紫楠木材的构造特征1)

刘虎 刘敏 汤雯 李茂兰 钱钰滢 宁莉萍

(四川农业大学，成都，611134) (木材工业与家具工程高校重点实验室(四川农业大学))



紫楠木材的构造特征1)

刘虎 刘敏 汤雯 李茂兰 钱钰滢 宁莉萍

(四川农业大学，成都，611134) (木材工业与家具工程高校重点实验室(四川农业大学))

以四川紫楠(Phoebesheareri)活立木为研究对象，通过观察紫楠木材宏观及微观构造，测定管孔、木纤维等结构的参数，分析木射线、轴向薄壁细胞、纹孔、结晶体等的构造特征，对紫楠木材的构造特征进行客观的分析和评价。结果表明:都江堰紫楠宏观上表现为边材呈淡灰色，心材淡褐色，心边材区分明显，味苦；微观上表现为散孔材，导管横切面多为卵圆形，薄壁细胞和射线细胞内含油细胞，射线组织为异形Ⅱ型或异形Ⅲ型，细胞内及细胞间隙含有大量球状树胶类物质，木射线细胞内存在块状含钙物质。

紫楠；木材构造特征；管孔；木纤维；组织比量

紫楠是樟科楠属常绿乔木。樟科楠属是经济价值较大的一个属，人们通常习惯将楠属植物统称为楠木[1]。紫楠树冠广展，枝叶茂密，气势雄伟，是优良的绿化树、行道树。本种分布较广，产于长江流域及长江以南地区，多生于海拔1 000 m以下的山地阔叶林中[2]。紫楠木属于传统的稀有名贵木材，是我国物产稀少的名贵树种之一，是众所周知的金丝楠木之一，古代封建帝王龙椅宝座都要选用优质金丝楠木制作。同时它还是古代修建皇家宫殿、陵寝、园林等的特种木材，该树种自清代起就已稀有[3]。紫楠成长期很慢，用途广、功效多，利用价值高，是稀有的上等木材。

紫楠木材纹理直，结构细，材质坚硬，耐腐性强，木性稳定，不翘不裂，经久耐用，木材具有特殊香气，常作建筑、造船、家具等用材。紫楠木材制作的家具不仅质地坚韧，而且轻柔、不易折断、不易产生裂纹，还具有防虫、防蛀、防霉、杀菌等功能。基于紫楠的众多优良特性，紫楠木家具在现今实木家具市场中占有重要地位，广受消费者的喜爱。然而由于紫楠木家具名贵且价值不菲，市面上难免出现用其它木材冒充紫楠木制作家具、艺术品的现象。因此迫切需要通过科学研究揭示紫楠木的构造特征，以此作为区分紫楠木与其它木种的理论依据。目前业内及学术界关于紫楠的报道很少，仅限于育种、栽培、生物学特性、花粉等研究，且关于紫楠木材的研究报道尚未检索到[4-7]。对紫楠木宏观、微观构造特征及超微结构特征的研究不仅能补充我国关于紫楠木材研究的空白，还可作为科学、客观评价紫楠木的重要依据[8]。

1 材料与方法

1.1 材料

测试样木采自四川省成都市都江堰市四川农业大学都江堰校区紫楠活立木，树高约9.2 m，胸径226 mm。样本取自树干离地面1.3 m处部分，使用生长锥自南向北通过树干髓心，取得直径≥5 mm的树芯，树龄约为35 a。

1.2 仪器与设备

使用的主要仪器与设备有树木生长锥(长500 mm，两线，直径5.15 mm)、大型滑走式切片机(TU-231)、光学显微镜(OLYMPUS BX51)、体式显微镜(OLYMPUS SZX7)、手持显微镜、扫描电子显微镜(日本电子JSM-6490LV)、X射线衍射仪(DX-2000)等。

1.3 方法

1.3.1 宏观构造特征

在肉眼、放大镜、手持显微镜下观察木材的材色、纹理、光泽度、生长轮、管孔、轴向薄壁组织、木射线等宏观构造特征。

1.3.2 显微构造观察及构造特征参数测定

在显微镜下，观察紫楠木材三切面显微构造并拍摄图片。利用图像测量分析系统观测木材中各类细胞(导管、木纤维、木射线、轴向薄壁细胞、结晶细胞等)的构造特征参数，各项参数均取不同显微切片随机测量60个数据。利用木材分析软件分别测出导管、木纤维等的组织比量。用X射线衍射法测微纤丝角[9-10]。用扫描电子显微镜观察紫楠木材超微观构造特征，分析木射线细胞、轴向薄壁细胞、木纤维、结晶体、穿孔、纹孔等构造特征。

采用变数统计方法将所得数据进行处理，以此确定每组数据平均值的可靠性，并确认可否采信。

2 结果与分析

2.1 宏观构造特征

紫楠木材肉眼下呈淡灰色至淡黄褐色，木材表面有光泽，纹理直，木材结构细腻而均匀，木材新切面有浓厚幽香，经久不衰，味苦。生长轮肉眼下明显，轮间呈浅色带；横切面上管孔略多，略小至中，在肉眼下可见，大小基本一致，在放大镜下明显，为散孔材；在放大镜下弦切面上木射线明显，径切面上射线斑纹明显。

2.2 显微构造特征

由图1可见紫楠木材的微观构造特征，导管横切面圆形及卵圆形，分布较均匀，大小基本一致，为散孔材；管孔组合以单管孔为主，偶见2～3个短径列或斜列复管孔，少见管孔团；导管腔内少见侵填体；导管细胞端部的穿孔多为单穿孔，偶见梯状复穿孔，横隔数为6～10根；相邻导管间细胞壁上纹孔为互列，纹孔口少见外延，偶见合生。木纤维细胞在横切面上大多呈扁圆形、多角形，细胞壁较薄，弦向腔径大于径向腔径，细胞沿径向排列较整齐，弦向上排列较松散交错；径切面和弦切面上木纤维细胞壁上常见具缘纹孔，可见木纤维多为纤维状管胞，少为韧型纤维，偶见分隔木纤维。

图1 紫楠木材三切面微观构造

木射线非叠生，单列射线极少，单列射线高多为3～8个细胞，多列射线宽2～3个细胞，多为两列，高6～25个细胞，根据IAWA Committee[11]的规定可知射线窄；射线组织为异型Ⅱ型、异型Ⅲ型；胞间道缺如[12]。在横切面上轴向薄壁组织分布以环管状为主，见稀疏状；在径切面上轴向薄壁细胞多呈长方形或近似长方形竖立，纵向排列，常为2～4列细胞。木射线和轴向薄壁组织中有油细胞。

2.3 扫描电镜分析

由图2可知，导管分子端部的穿孔多为单穿孔，偶见梯状复穿孔；导管上的纹孔为互列纹孔，射线与导管间纹孔式为刻痕状及似管间纹孔式；射线细胞中可见块状物(图2b、图2e中箭头处)，通过能谱仪(EDS)分析其主要成分有钙、碳、氧(见表1)，初步预测其可能是含钙有机物形成的结晶体。细胞间隙及细胞中含有大量球状颗粒物，通过能量色散分析得出其主要成分为碳、氧(见表2)。木材中的结晶体与淀粉粒相邻存在，由此可以认为这种球形颗粒并非无机盐类，而是树胶类物质，Scurfield[13]曾在报道中将此类球状物质认定为淀粉颗粒。

图2 紫楠木材三切面SEM图片及EDS分析

元素质量分数/%原子数百分比/%C52.0072.44O19.5920.49Au14.341.22Ca14.035.86

表2 球状颗粒物成分分析

2.4 构造特征参数

利用图像测量分析系统测定木材导管、木纤维的构造特征参数及组织比量。测定的数据均进行变数统计，得出的平均值均可靠，可以采信。

结果表明，紫楠木材在横切面上，单位面积管孔约为26个；管孔最大弦径76.69 μm，平均弦径为63.24 μm；平均径向直径63.40 μm，与平均弦向直径相差甚小。导管双壁厚平均值为11.18 μm；通过测量并计算得到都江堰紫楠的导管分子平均长度为346.46 μm。纤维平均长度为843.52 μm，平均宽度为21.11 μm。根据IAWA Committee的规定可得出：紫楠单位面积管孔数量略多，管孔大小等级中等，导管壁薄，导管分子长度中等，纤维短、细。

组织比量是衡量木材性能的重要指标，与木材的密度和强度相关。一般而言，纤维组织比量越大，木材密度、强度等性能越好。本研究中紫楠木材的组织比量主要是指导管、木纤维、木射线和轴向薄壁组织占整个组织的比例。研究表明，紫楠木纤维的组织比量为52.05%，占整个组织的1/2以上，导管的组织比量为13.55%，木射线的组织比量为18.88%，轴向薄壁组织的组织比量为15.57%。

微纤丝角指次生壁S2层中微纤丝与细胞主轴之间的夹角，其角度愈小则细胞的抗张强度愈大。微纤丝角既影响木材的密度、强度、硬度、弹性模量、干缩湿胀等物理力学性能。通过X射线衍射仪测得紫楠木材的微纤丝角，结果显示心材微纤丝角21.12°，边材微纤丝角10.66°，边材微纤丝角约为心材的2倍。

3 结论与讨论

紫楠木材为散孔材，管孔在肉眼下可见，生长轮在肉眼下明显，宽度总体均匀，局部不均匀，平均每生长轮宽度约为4 mm。木射线为中等木射线，在放大镜下可见，木材结构细腻均匀。木材带幽香，纹理细致，光泽度好，肉眼下材色为淡灰色至淡黄褐色。紫楠木材单位面积管孔数量略多，管孔多为卵圆形或圆形，管孔大小等级中等，管孔组合以单管孔为主，有短径列复管孔；多见单穿孔，偶见梯状复穿孔，横隔数约为6～10根。导管分子长度中等，导管壁薄，管间均具互列纹孔；射线与导管间纹孔式为管间纹孔式和横列刻横状。木纤维短而细，其组织比量为52.05%，纤维细胞多为纤维状管胞，少见韧性纤维，少见分隔木纤维。木射线非叠生，射线组织窄，宽1～3个细胞；射线组织为异形Ⅱ型或异形Ⅲ型，木射线的组织比量为18.88%。轴向薄壁组织以环管状为主，可见稀疏状。油细胞在轴向薄壁细胞和射线细胞中均可见。细胞内及细胞间隙含有大量球状淀粉粒，射线细胞内存在块状结晶体。

本研究观察到紫楠木材中的块状含钙有机物及球状颗粒物，这是紫楠木材中较特殊的组成结构，结合紫楠的宏、微观特征、超微构造、解剖参数可作为紫楠木材的分类及鉴定依据。

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Wood Structural Characteristics ofPhoebesheareri//

Liu Hu, Liu Min, Tang Wen, Li Maolan, Qian Yuying(Sichuan Agricultural University, Chengdu 611134, P. R. China); Ning Liping(Key Laboratory of Wood Industry and Furniture Engineering, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611134, P. R. China)//

Journal of Northeast Forestry University，2017,45(2)：53-56.

WithPhoebesheareristanding timbers growing in Sichuan Province, we studied the wood structural characteristics ofPhoebeshearerithrough observing macro and micro wood structure, measuring the anatomic parameters, and analyzing the morphology, arrangement and composition of wood ray, longitudinal parenchyma, pit, and crystal.P.shearerisapwood takes on pale grey in macroscopic scale, which is quite different from heartwood pale brown.P.sheareriwood is with a bitter taste. In microscopic scaleP.sheareriis diffuse-porous wood, cross section of catheter are mostly oval, parenchyma cells and ray cells contain oil cells, ray tissues are heterogeneous type II or type III, lots of spherical Gum class materials exist in cells and between cells, and block calcium materials can be seen in wood ray cells.

Phoebesheareri; Wood structure characteristics; Pore; Wood fiber; Tissue percentages

1)“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAC09B05)；四川省大学生创新性实验计划项目(1510626067)。

刘虎，男，1992年8月生，四川农业大学林学院，本科生。E-mail：739480422@qq.com。

宁莉萍，四川农业大学林学院，教授。E-mail：1374515621@qq.com。

2016年9月23日。

S781.1

责任编辑：戴芳天。