全 文 :西北林学院学报 2014,29(1):51~54
Journal of Northwest Forestry University
doi:10.3969/j.issn.1001-7461.2014.01.10
收稿日期:2013-04-16 修回日期:2013-07-17
基金项目:“十二五”国家科技计划课题(2012BAD23B0204);国家林业公益性行业科研专项(201004005)。
作者简介:鲁瑾,男,硕士研究生,研究方向:生物质材料基础理论。E-mail:1030061558@qq.con
*通信作者:汪佑宏,男,博士,教授,研究方向:生物质材料基础理论、干燥及改性。E-mail:wangyh@ahau.edu.cn
车筒竹主要解剖特征的研究
鲁 瑾1,刘杏娥2,汪佑宏1*,江泽慧2,费本华2,武 恒1,涂道伍1,高龙芽1
(1.安徽农业大学 林学与园林学院,安徽 合肥230036;2.国际竹藤中心,北京100102)
摘 要:采用显微图像分析方法,对车筒竹(Bambusa sinospinosa)主要解剖特征进行了研究。结果
表明,车筒竹薄壁细胞、纤维、导管和筛管比量分别为65.7%、29.3%、4.6%和1.4%。纤维直径、
双壁厚、腔径和长度分别为20.999、6.186、14.868μm和1 686.100μm,纤维长宽比、壁腔比和腔
径比分别为80.509、0.416和0.708。维管束径向直径和弦向直径分别为710.170μm和742.44
μm,维管束密度为1.056个·mm
-2。
关键词:车筒竹;解剖特征;径向变异;组织比量;纤维;维管束
中图分类号:S781.9 文献标志码:A 文章编号:1001-7461(2014)01-0051-04
Main Anatomical Characteristics of Bambusa sinospinosa
LU Jin1,LIU Xing-e2,WANG You-hong1*,JANG Ze-hui 2,FEI Ben-hua2,WU Heng1,TU Dao-wu1,GAO Long-ya1
(1.School of Forestry &Landscape Architecture,Anhui Agricultural University,Hefei,Anhui 230036,China;
2.International Centre for Bamboo and Rattan,Beijing100102,China)
Abstract:In order to improve the levels of high value-added processing and utilizing management for Bam-
busa sinospinosa,the main anatomical characteristics of the bamboo plants were studied by microscopic im-
age analysis method.The results showed that the proportions of parenchyma,fiber,vessel and sieve tube
were 65.7%,29.3%,4.6%and 1.4%,respectively.The average values of fiber width,double-wal thick-
ness,lumen diameter,length,length-width ratio,double-wal thickness-diameter ratio and lumen diameter-
width ratio were 20.999,6.186,14.868,1 686.100μm,80.509,0.416,and 0.708,respectively.The radial
width,tangential width and frequency of vascular bundle were 710.170μm,742.441μm,and 1.056N·
mm-2,respectively.
Key words:Bambusa sinospinosa;anatomical characteristic;radial variation;tissue proportion;fibre;vas-
cular bund
竹子是重要的森林资源,具有生长快、成材早、
材性好的优点。世界有竹类植物70余属,1 200余
种,主要分布在热带和亚热带地区。全球竹林面积
2 200万hm2,年生产竹材1 500~2 000万t。竹子
常与其他树种一起组成混合林,处于主层之下,过去
很少受重视。20世纪以来,由于热带、亚热带森林
上层林木砍伐后,以及竹子用途不断扩大,经济价值
越来越高[1]。
车筒竹(Bambusa sinospinosa)属于禾本科竹亚
科箣竹属,该属约37种左右,大部分种类产于亚洲、
非洲、大洋洲的热带及亚热带地等地;中国约有60
多种,分布于华东、华南和西南部。秆高一般15~
24m,眉径8~14cm,节间长20~26cm。
与木材相比,车筒竹材具有强度高、韧性好、硬
度大的特点,是建筑用材的理想原料;此外,车筒竹
材也可制造中高级纸张、活性炭、装饰性竹地板等竹
材人造板的开发和使用,不仅提高车筒竹材的使用
价值,也在相当程度上缓解了我国木材的供需矛
盾[1]。但从目前对车筒竹的研究情况来看,主要集
中在人工育苗技术[2-5]、热解工艺[6-9]等方面,对车筒
竹材的物理力学性质研究也有涉及[10],而对车筒竹
的构造特征等方面研究虽也有报道,但不够全面、不
够系统。本研究较系统的研究车筒竹材构造特征,
把车筒竹竹壁切成横切面切片后,将竹肉部分切片
分竹青、竹中及竹黄3部分进行研究,为竹黄劣材优
用提供理论基础[11-12]。
1 材料与方法
1.1 材料
车筒竹的采集和试材锯制,是按国家标准规定
采于广东省广州市九龙镇,海拔50m。属南亚热带
海洋性季风气候,年平均气温为21℃,极端最高气
温38℃,极端最低温度0℃;年平均降水量为1 982
mm。4-9月为多雨季节,降水量一般占年降水量
80%以上。土壤为酸性砖红壤。3年生3株(株高
13.4~14.8m,眉高直径8.0~10.0cm)。
1.2 方法
在株高1.5m处即眉高处对应的竹节,在该节
间中部、节上侧芽相对的另一面截取试样,试样大小
以每块应包括竹青、竹中和竹黄3部分为宜。将加
工好的试块放入盛水烧杯中,将微波炉设为高火,软
化10min后取出更换冷水并放置片刻,再放入微波
炉,如此重复8~10次即可切片。
随机挑选横切面切片,在Leica CW4000自动
成像系统分竹青、竹中及竹黄测试各组织的组织比
量,纤维的宽度、腔径(或双壁厚),维管束径向直径、
弦向直径和密度等[13-16]。
将切片制作剩余试块,沿垂周和顺纹方向切一
薄片,再分成竹青、竹中、竹黄3部分,分别劈成火柴
棒大小粗细,在80℃的烘箱中经1∶1(体积比)的过
氧化氢和冰醋酸混合液离析至发白[17],再清洗并随
机测量纤维长度(分竹青、竹中和竹黄3部分,纤维
形态特征30次重复,其余10次重复)。
2 结果与分析
竹壁外侧为竹皮,内侧为髓环和髓,两者之间为
竹肉,竹肉由维管束和基本组织构成。在竹肉外侧
维管束小、分布较密,称竹青;靠近竹肉内侧部分,维
管束大、分布稀疏,称为竹黄;两者之间过渡性部分,
称为竹中[18-19]。
2.1 组织比量径向变异
车筒竹主要有薄壁细胞、纤维、导管和筛管等组
织构成,薄壁细胞为主要组织,占车筒竹总体积的
40%~88%,平均为65.7%;其中竹青、竹中、竹黄
薄壁细胞比量分别为:40%~76%、63%~86%、
52%~88%,平均值分别为:54.6%、74.1% 和
68.5%,在竹壁径向(垂周方向)由竹青向竹黄先增
多后减少(表1)。
表1 车筒竹各组织比量
Table 1 The tissue proportion of B.sinospinosa %
位置 薄壁比量 纤维比量 导管比量 筛管比量
竹青 54.6 42.7 2.4 1.3
竹中 74.1 21.7 3.7 1.6
竹黄 68.5 23.6 7.6 1.2
平均 65.7 29.3 4.6 1.4
纤维为竹材的机械组织,其比量大小对竹材的
物理力学性质有很大影响。研究发现车筒竹纤维比
量在8%~56%范围内变化,平均为29.3%;其中竹
青、竹中、竹黄纤维比量分别为:20%~56%、8%~
28%、8%~40%,平均值分别为:42.7%、21.7%和
23.6%,在竹壁径向(垂周方向)纤维比量由竹青向
竹黄先急剧减少后略有增加,但总体呈减小趋势
(表1)。
导管为竹材的输导组织,同时对竹材的韧性起
决定作用。车筒竹导管比量在0%~16%范围内变
化,平均为4.6%;其中竹青、竹中、竹黄导管比量分
别为:0%~8%、0%~8%、0%~16%,平均值分别
为:2.4%、3.7%和7.6%,在竹壁径向(垂周方向)
导管比量由竹青向竹黄逐渐增多(表1)。
筛管比量在0%~8%范围内变化,平均为
1.38%;其中竹青、竹中、竹黄筛管比量分别为0%
~4%、0%~8%、0%~8%,平均值分别为:1.3%、
1.6%和1.2%,在竹壁径向(垂周方向)筛管比量由
竹青向竹黄先增多后减少(表1)。
薄壁细胞比量径向变化趋势与魏学智[2]等人观
点一致;纤维比量变化虽略有不同,但总体趋势相
似。此外,薄壁细胞比量较后者高,纤维比量、导管
及筛管比量之和较后者低[11-12]。原因可能与立地条
件有关。
双样本等方差检验分析可知,竹青与竹中间薄
壁细胞比量、纤维比量差异为极显著,竹青与竹黄间
薄壁细胞比量、纤维比量、导管比量差异均极显著,
竹中与竹黄间导管比量差异为极显著。
2.2 纤维形态特征径向变异
2.2.1 纤维直径 车筒竹纤维直径在9.357~
38.383μm范围内变化,平均为20.999μm;其中竹
青、竹中、竹黄纤维直径分别为:10.210~31.985、
12.556~38.383、9.357~33.715μm,平均值分别
25 西北林学院学报 29卷
为:19.714、22.074μm和21.208μm。在竹壁径向
(垂周方向)纤维直径由竹青向竹黄先增加后减小
(表2)。
2.2.2 纤维双壁厚 车筒竹纤维双壁厚在1.319
~12.302μm范围内变化,平均为6.186μm;其中
竹青、竹中、竹黄纤维双壁厚分别为:1.319~
12.302、2.765~11.116、1.537~8.284μm,平均值
分别为:7.530、6.235μm和4.794μm。在竹壁径
向(垂周方向)纤维双壁厚由竹青向竹黄逐渐减小
(表2)。
2.2.3 纤维腔径 车筒竹纤维腔径在3.695~
31.817μm范围内变化,平均为14.868μm;其中竹
青、竹中、竹黄纤维腔径分别为:3.695~26.847、
6.195~31.817、6.689~30.071μm,平均值分别为:
12.305、15.884μm和16.415μm。在竹壁径向(垂周
方向)纤维腔径由竹青至竹黄逐渐增大(表2)。
表2 车筒竹纤维形态特征
Table 2 The fiber characteristics of B.sinospinosa
纤维特征 竹青 竹中 竹黄 平均
直径/μm 19.714 22.074 21.208 20.999
双壁厚/μm 7.530 6.235 4.794 6.186
腔径/μm 12.305 15.884 16.415 14.868
长度/μm 1 738.183 1 725.836 1 594.280 1 686.100
长宽比 88.171 78.185 75.172 80.509
壁腔比 0.612 0.393 0.292 0.416
腔径比 0.624 0.720 0.774 0.708
2.2.4 纤维长度 纤维长度在351.429~3 918.698
μm范围内变化,平均为1 686.100μm;其中竹青、竹
中、竹黄纤维长度分别为:351.429~3 156.265、
614.079~3 918.698、688.218~3 815.707μm,平均
值分别为:1 738.183、1 725.836μm和1 594.280μm,
在竹壁径向(垂周方向)纤维长度由竹青至竹黄逐渐
减小(表2)。
2.2.5 纤维长宽比 纤维长宽比是指纤维长度与
宽度(弦向直径)的比值,车筒竹的竹青、竹中、竹黄
和平均纤维长宽比分别为88.171、78.185、75.172
和80.509,在竹壁径向(垂周方向)纤维长宽比由竹
青至竹黄呈逐渐减小的变化趋势(表2)。
2.2.6 纤维壁腔比 纤维壁腔比是指纤维双壁厚
与腔径(弦向直径)的比值,车筒竹的竹青、竹中、竹
黄和平均纤维壁腔比分别为0.612、0.393、0.292和
0.416,在竹壁径向(垂周方向)纤维壁腔比由竹青至
竹黄呈逐渐减小的变化趋势(表2)。
2.2.7 纤维腔径比 纤维腔径比是指纤维腔径与
直径(弦向直径)的比值,车筒竹的竹青、竹中、竹黄
和平均纤维腔径比分别为0.624、0.720、0.774和
0.708,在竹壁径向(垂周方向)纤维腔径比由竹青至
竹黄呈逐渐增大的变化趋势(表2)。
与前人研究结果相比,除纤维双壁厚径向变化
趋势相同外,其他纤维形态特征变化趋势均不同;此
外,纤维直径和腔径较前人结果偏大,而纤维长度、
双壁厚、长宽比及壁腔比确立偏小[11-12]。原因可能
由于广州地区气候条件更有利于车筒竹生长,导致
其纤维直径、腔径较大。
通过双样本等方差检验可知,竹青与竹中间纤
维直径、腔径、壁腔比和腔径比差异均极显著,竹青
与竹黄间双壁厚、腔径、壁腔比和腔径比差异均极显
著,竹中与竹黄间双壁厚、壁腔比和腔径比差异均极
显著。
2.3 维管束形态特征径向变异
2.3.1 维管束径向直径 车筒竹维管束径向直径
在403.816~1 299.601μm 范围内变化,平均为
710.170μm;其中竹青、竹中、竹黄维管束径向直径
分 别 为:559.094 ~ 1 109.143、403.816 ~
1 299.601、455.976~1 111.893μm,平均值分别
为:792.682、694.699μm和634.128μm,在竹壁径
向(垂周方向)维管束径向直径由竹青向竹黄逐渐减
小(图1)。
图1 车筒竹维管束尺寸及密度径向分布
Fig.1 Ridial distribution of the vascular bundle sizes
and frequency for B.Sinospinosa
2.3.2 维管束弦向直径 车筒竹维管束弦向直径
在346.478~1 314.936μm 范围内变化,平均为
742.441μm;其中竹青、竹中、竹黄维管束弦向直径
分别为:346.78~674.523、482.145~1 003.515、
576.797~1 314.936μm,平均值分别为:497.248、
707.422μm和1 022.652μm,在竹壁径向(垂周方
向)维管束弦向直径由竹青向竹黄急剧增大(图1)。
2.3.3 维管束密度 车筒竹维管束密度在0.345
~2.674个·mm-2范围内变化,平均为1.056个·
mm-2;其中竹青、竹中、竹黄维管束密度分别为:
1.035~2.674 个 ·mm-2、0.345~1.122 个 ·
mm-2、0.345~0.949个·mm-2,平均值分别为:
1.771、0.759个·mm-2和0.639个·mm-2,在竹
壁径向(垂周方向)维管束密度由竹青向竹黄逐渐减
小(图1)。
35第1期 鲁 瑾 等:车筒竹主要解剖特征的研究
与魏学智[12]研究结果相比,维管束径向直径偏
小,弦向直径偏大;除维管束径向变化趋势相反外,
其弦向直径及密度变化趋势完全相同。造成这种结
果的具体原因,还有待进一步研究。
通过双样本等方差检验可知,竹青与竹中间维
管束弦向直径、维管束密度差异均极显著,竹青与竹
黄间维管束径向直径、维管束弦向直径、维管束密度
差异均极显著,竹中与竹黄间维管束弦向直径差异
极显著。
3 结论与讨论
车筒竹薄壁细胞比量、纤维比量、导管比量和筛
管比量分别为65.7%、29.3%、4.58%和1.38%。
在竹壁径向(垂周方向)由竹青向竹黄薄壁细胞、筛
管比量均为先增大后减小,导管比量为逐渐增大,而
纤维比量却是先减小后增大。纤维直径、双壁厚、腔
径、长度分别为20.999、6.186、14.868、1686.100
μm,长宽比、壁腔比和腔径比 80.509、0.416 和
0.708。在竹壁径向(垂周方向)由竹青向竹黄,纤维
直径先增加后减小,双壁厚、长度、长宽比、壁腔比一
直减小,而纤维腔径和腔径比呈逐渐增加的变化趋
势。维管束径向直径、弦向直径分别为710.170、
742.441μm,维管束密度1.056个 .mm
-2,在竹壁
径向(垂周方向)由竹青向竹黄维管束径向直径、密
度不断减小,而维管束弦向直径逐渐增大。
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