全 文 ：第 26卷第 1期
2006年 3月
林　产　化　学　与　工　业
Chem istry and Indus try of Fo res t Products
Vo.l 26 No. 1
M a r. 2006
速生灌木沙柳的纤维形态及解剖结构研究
　　收稿日期:2004 - 09 - 21
　　基金项目:国家自然科学基金委与英国皇家化学会中英合作资助项目(NC /Ch ina JP /15746)
　　作者简介:许 凤(1970 - ),女,山东聊城人 ,副教授 ,博士 ,主要从事植物资源化学方面的研究。
XU F　　
许 凤 1, 2 , JONES-Gwynn L L3 , 孙润仓 1
(1.齐齐哈尔大学 轻工纺织学院 , 黑龙江 齐齐哈尔 161006;2.华南理工大学 制浆造纸
国家重点实验室 , 广东 广州 510640;3.威尔士大学复合材料研究中心 , 英国 班戈)
摘　要:　采用光学显微镜(LM)和扫描电子显微镜(SEM)并结合 Ka jaani FS200分析仪研究了沙
柳(Sa lix psamm oph ila C. W ang e t Ch. Y. Yang)的纤维形态和解剖结构。结果表明:沙柳主要由导
管 、木纤维 、木射线薄壁细胞及少量轴向薄壁细胞组成。沙柳属于阔叶木散孔材 ,年轮界限明显 ,
木射线单列同型 、导管上的纹孔排列方式较复杂。通过与毛白杨 、麦草和红松的形态学参数比较研究发现 , 沙柳虽然属
于短纤维 , 纤维平均长度为 0. 52 mm ,但是其纤维含量较高 , 纤维形态良好 , 长宽比值较大 , 壁腔比值较小 ,有助于在打浆
抄纸过程中形成纤维间良好的结合 ,提高纸张的物理强度 , 是良好的造纸原料。
关键词:　沙柳;纤维形态;解剖结构
中图分类号:TQ91;TS712　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:0253 - 2417(2006)01 - 0091 - 04
F ibreMorphology and Anatom ical S tructure of Sandlive
W illow (Sa lix psammophila)
XU Feng
1, 2 , JONES-Gwynn3 L L, SUN Run-cang1
(1. Co llege o f L ight and Tex tile Industry, Q iqiharUniversity, Q iqihar 161006, China;
2. Sta te Key Lab. of Pu lp＆ Pape rmaking, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China;
3. The B iocomposites C en tre, Un ive rsity o fW ales, Bango r, Gw ynedd LL57 2UW , UK)
Abstrac t:The present study w as unde rtaken to inve stiga te fibre m orpho logy and anatom ica l struc tu re o f sandlive w illow (Sa lix
psammophila C. W ang e tCh. Y. Yang). R esults from ligh tm icroscopy (LM), scann ing electron m icroscopy (SEM), and Ka jaa-
ni FS200 ana ly sis showed tha t anatom ica l feature s o fS. psammophila exhibited distinct grow th ring bounda rie s exclusive uniseria te
rays, diffuse-porous vesse ls in so litary arrangem ent, and dive rsified pe rfo ra tion plates and inte rvesse l pits. The cells are of four
types:vessel, fibre, ray parenchym a and axia l parenchyma. F ibre sm ake up 60 % - 70 % o f to tal ce lls. A lthough m ean fibre
leng th o fS. psamm oph ila is 0. 52 mm , this fiber is beneficia l to pu lping and pape rm ak ing acco rding to its fine fibre mo rpho logy.
K ey words:Salix psamm oph ila;fibrem o rphology;anatom ica l struc ture
我国制浆造纸原料主要以草类为主 ,木材密度较小 。造纸工业原料结构决定了纸产品品种 、质量档
次及发展方向。 2003年 ,全国纸及纸板产量完成 4 300万吨 ,消费量达到 4 806万吨 ,比 2002年分别增
长 14%和 11%;进口木浆 、废纸 、纸及纸板和纸制品合计 2 199万吨 ,比 2002年增长 17. 3%,居我国主
要进口产品第三位。随着我国经济的快速发展 ,纸及纸板消费增长和现代造纸工业能力迅猛增加及大
型造纸企业产业集群的形成 ,纤维原料缺口拉大 ,产品结构不合理 ,有效供给能力不足的矛盾日渐突
出 [ 1] 。为了解决这些矛盾 ,一方面可以通过实施林纸一体化工程 ,加速造纸林基地的发展 ,另一方面造
纸工作者在积极开发新的造纸原料来取代草类资源 。沙柳(Sa lix psammoph ila C. W ang e tC h. Y. Yang)
是一种沙生灌木 ,广泛种植在内蒙古伊克昭盟地区 ,它具有极好的耐旱 、耐寒 、耐高温 、耐沙埋 、抗风蚀 、
易繁殖 、速生等特性 , 2 ～ 3 a可生长 3 ～ 5m , 和柠条同是植树造林 、防沙治沙的主要树种。沙柳除了具
有防风固沙 、保持水土 、改善自然环境等生态效益外 ,还具有多方面的经济效益 ,能够提供木材 、燃料 、饲
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料等[ 2] 。沙柳造林 3年可平茬 ,平茬后高生长加快 ,萌发力加强 ,具有复壮作用。在过去 ,平茬下来的枝
条除了挑选出少部分用作饲料和编织外 ,在当地主要作为薪材被烧掉 ,利用价值极低 ,造成资源严重浪
费 [ 3] 。近年来 ,随着沙区资源的开发利用 ,沙柳刨花板工业迅猛发展 ,生产纤维板和刨花板的工艺日渐
成熟 ,使沙柳一跃成为工业用材林树种。
本研究主要探讨了沙柳的纤维形态学特征 、解剖结构 ,目的是评价沙柳是否适合作为造纸原料 ,促
进对沙柳纤维形态 、细胞类型的理解 ,为进一步开发沙柳植物资源用于造纸提供理论依据 。
1　原料和方法
1. 1　原料
沙柳 ,高 4. 2m , 3 a生 , 2002年 10月采自内蒙古伊克昭盟地区。取有代表性的试样 ,风干后人工切
成 3 cm长的小段 。
1. 2　光学显微镜 (LM)分析
将木材样品切成火柴秆大小 ,放入 30%过氧化氢和冰醋酸混合溶液 (体积比 1 ∶1)中 ,置于 60℃
恒温水浴中处理 30 ～ 48 h,直至纤维变白 ,试样能分散为宜。取出分解的纤维 ,充分洗涤干净 ,备用。用
镊子取试样少许 ,置于载玻片 ,加两滴赫氏试剂 (Herzberg染色剂)染色 ,使纤维在染色剂中分散均匀 ,
盖上盖玻片 ,在 N ikon E200光学显微镜下观察纤维形态 ,纤维宽度采用目测法 ,测量数量为 260根。采
用芬兰产 Ka jaan i FS200分析仪测定纤维长度。
将准备好的木材样品在水中浸泡 2 d,抽真空 ,使试样中空气排净为止 ,然后煮沸 1 h。取出 ,用滑动
式切片机将木材样品分别切成横切面 (TS)、径切面(RLS)和弦切面(TLS)、厚度均为 25μm的切片 。之
后用番红溶液 、番红与固绿溶液染色 , 再用不同体积浓度的乙醇 (30%、50%、70%、90%、100%和
100%)系列脱水 ,每次 15m in。最后以加拿大香脂固定在载玻片上。采用 N ikon E200光学显微镜观
察 ,照相。
1. 3　扫描电子显微镜 (SEM)分析
将木材样品用剃刀切成 3 cm长的小段 ,然后在 TS、RLS和 TLS方向切成 1 ～ 2mm厚的切片 ,以研
究沙柳的解剖结构。用溅射涂膜机在切片上喷涂一层 10 nm厚的金 ,然后在日立 H itachi S-520扫描电
子显微镜下观察 ,照相 。
2　结果与讨论
2. 1　纤维形态特征
在光学显微镜下观察可知 ,沙柳主要由导管 、木纤维 、木射线薄壁细胞及少量轴向薄壁细胞组成。
从木材横切面上测量各种细胞所占的面积百分比 ,近似于树干中各种细胞的体积百分比 ,其中导管占
24. 7%,木纤维占 69. 8%,木射线薄壁细胞占 4. 2%,其它占 1. 3%。导管两端端壁有的倾斜 ,呈舌状
尾部 ,有的则较平 (图 1(a))。木纤维有纤维管胞及韧型木纤维 ,其中纹孔小而稀少者为纤维管胞 ,纤
维上有横节纹者为韧型木纤维 (图 1(b))。纤维尺寸一般为:长度 0. 38 ～ 0. 65mm ,宽度 6. 2 ～
12. 7μm。与毛白杨 、麦草和红松相比纤维细胞壁较薄。在光学显微镜下观察纤维比较直 ,较少弯曲 。
图 1　光学显微镜下沙柳导管(a)及纤维(b)的形态图(×400)
F ig. 1　L ightm icro scopy photographs of ve sse l and fibre o f S. psamm ophila
第 1期 许 凤 , 等:速生灌木沙柳的纤维形态及解剖结构研究 93　
　　按造纸原料要求 ,一般来说植物纤维原料长宽比值应 >33,壁腔比值 <1 ,形态学参数在这个范围内
的原料属于制浆造纸的良好纤维原料。由表 1可知 ,沙柳纤维长度一般在 0. 39 ～ 0. 77mm之间 ,纤维平
均长度为 0. 52mm ,属于短纤维原料。而纤维宽度 (15. 0μm )一般高于麦草 ,低于毛白杨纤维宽度
(21. 0μm),比红松宽度(54. 3μm)小很多 。其长宽比值为 35,低于毛白杨 、红松和麦草。与毛白杨 、麦
草和红松纤维细胞壁相比 ,沙柳细胞壁厚度较薄 ,壁腔比值为 0. 47,与毛白杨和红松相当 ,远低于麦草 ,
这表明沙柳的纤维在制浆造纸过程中容易扁塌 、破裂 ,具有良好的交织能力 ,能形成较好的纤维之间结
合力 ,提高成纸的物理强度 。从以上研究结果可以推断出沙柳具有良好的纤维形态学特性 ,可作为制浆
造纸的良好原料 。
表 1　沙柳纤维形态学参数与毛白杨 、麦草及红松相比较的结果
Tab le 1　F ibe rmorpholog ica l cha racteristics o fS. psamm ophila compared w ith Populus tom en tosa ,
wheat straw and P inus koreaiensis[ 4]
树种
trees
纤维长度 f ib re length /mm
范围 range 平均 m ean
纤维宽度 fibre w id th /μm
范围 range 平均 m ean
长宽比值
length to w idth
壁厚 /μm
w all th ickn ess
壁腔比值
w all to lumen
沙柳 S. psammoph ila 0. 39～ 0. 77 0. 52 10. 3～ 21. 8 15. 0 35 2. 2 0. 47
毛白杨 P. tom en tosa 1. 18 21. 0 56 2. 4 0. 37
麦草 wheat s traw 0. 47～ 1. 43 0. 92 6. 0～ 9. 5 8. 1 114 3. 3 4. 4
红松 P. korea iensis 2. 45～ 4. 10 3. 62 39. 2～ 63. 8 54. 3 67 3. 9 0. 37
2. 2　解剖结构
沙柳属于阔叶木散孔材 ,材质均匀。在光学显微镜下观察沙柳横切面 ,发现心材和边材无明显分界 ,
早材导管孔径较大 ,晚材略小 ,年轮分界线明显 ,木射线发达(图 2)。导管孔多数为单管孔 ,少数为 2 ～ 3个
导管相连的复管孔(图 2)。导管多为孔纹型导管(图 3),导管两端的穿孔多数为单穿孔(图 4)。导管侧壁
上的纹孔排列方式有 3种 ,分别为:互列纹孔式 (图 5)、梯状纹孔式(图 6)和梯状对列式 (图 7)。木射线为
单列同型木射线 ,一般是径向成横向排列(图8)。木射线细胞含量比木薄壁细胞高 。木薄壁细胞体积短
　图 2　生长年轮分界明显(LM ×100)
F ig. 2　G row th ring boundaries, distinct 　　
　图 3　孔纹型导管(SEM ×510)
　　F ig. 3　Deta il of ve sse l p its 　　　　图 4　导管的单穿孔(SEM ×600)F ig. 4　A simp le vesse l perforation
　　图 5　导管纹孔互列式排列(SEM ×810)
　F ig. 5　 In te rvessel pits, alte rna te　　　
　　图 6　导管纹孔梯状及梯状对
列式排列(LM ×1000)
F ig. 6　 Inte rvesse l pits, scalarifo rm and
scalariform to opposite
　　　
　图 7　导管纹孔梯状对列式
排列(SEM ×2000)
F ig. 7　 Intervesse l pits, sca larifo rm
a lterna te
94　 林　产　化　学　与　工　业 第 26卷
小 ,壁上有纹孔。在横切面上 ,沙柳材的髓心细胞不均一 ,有少量小的厚壁细胞分散在大的薄壁细胞之
间 (图 9)。木纤维上纹孔小而稀少 (图 10)。
　图 8　同型单列木射线(LM ×400)
F ig. 8　Rays, exc lusively uniseriate 　　
　图 9　髓心细胞分布(LM ×100)
　F ig. 9　A type o f he te rogeneous pith　　
　图 10　木纤维上的纹孔(SEM ×2020)
　F ig. 10　De ta il of pitting libriform fibres
3　结 论
沙柳材质均匀 ,颜色白 ,细胞构造简单 ,主要由导管 、木纤维 、木射线薄壁细胞及少量轴向薄壁细胞
组成。纤维细胞含量较高 ,长宽比值大 ,壁腔比值小 ,纤维形态良好 ,是制浆造纸的良好原料。
致　谢:本文中扫描电子显微镜方面的研究在英国威尔士大学生物科学系进行 ,对 D. A. Davies先生及相关人员为
本研究提供仪器及显微技术表示衷心的感谢。
参考文献:
[ 1]曹朴芳. 实施林纸一体化工程建设规划 , 加快造纸工业发展 [ J] . 中华纸业 , 2004, (7):12-13.
[ 2] SUN R C, LU Q , SUN X F. Physico-chem ical and therm al characterization of lign in s from Ca ligonum monoliacum and Tamarix spp [ J] .
Polym Degrad S tab il, 2001, 72:229-238.
[ 3] ZHENG H , GAO X, et a l. S tructu re, f iberm orph ology and chem ical componen ts ofHedysarum scopa rium fischetM ey. S zechw anAg ricu ltu ral
Univers ity Tran saction [ J] . T imb er S tud ies Special, 1998, 16:154-158.
[ 4]邬义明. 植物纤维化学(2版)[M ] . 北京:中国轻工业出版社 , 1997.
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