全 文 ：第` 7 卷 第 4 期
一95 。年 7 月
东 北 林 业 大 学 学 报
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中国水青树木材的超微结构
与化学元素的研究
李 坚 金 钟 铃
( 东 北 林 业 大 学 )
【摘 要 】
水青树( Te t ra c e or r n osi ne, s e O l i v . ) 是我 国阔叶材中木质部不 具 导 管
而具管胞的一种独特 、 稀有树种 。 本研究采用扫描电 子 显 微 镜 和 x 一封终衍
射仪观察 了木材的超微结构 , 浏定 了相对结晶度 , 利用化学分析光 电 子 鸽讲
仪分析 了木材表面的基本化学元素 。 为进一 步了解无导管阔叶木材 的 解 刹 形
态和导管分子演化发育历史提供科学资料 , 为这种木材的加工利用提供理论依
据 。
主题词 : 水青树 , 阔叶材 , 显 微构造
水青树 ( T o t ar “ , t or n : i ne ns o o ! i v . ) 是我国阔叶材中木质部不具导 管 的 独特树
种 , 分布于四川 、 云南 、 贵州 、 湖北和陕西等省 山区森林 中 , 是 一 种 落 叶大 乔木 。
中国的水青树 ( r e r: a e e , t r o , : i n e n s。 ) 和昆拦树 ( T r o c几od e o dor u 。 r a l论萝d e s ) 是
两种无导管的被子植物的木材 , 由于这些木材在系统发育上的重要性和结构形态上的特
殊性 , 本文选择 了水青树木材为毛草类植物的代表例子 , 采用 电子显微镜观察了木质部
结构 , 利用 电子能谱仪分析了木材的基本化学元素 , 为进一步了解无导管木材的解剖形
态和导管分子从管胞状细胞进一步演化发育的历史提供科学资料 。
就其材性而论 , 水青树木材是一种良好的纤维原料 。 木材可作一般家具 、 门窗及室
内装修材料 ; 可作胶合板 、 包装箱 、 机模和盆 、 桶 、 柜等生活用具等 。 目前 , 有关这 种
木材材性的研究还很少 , 本文获得的水青树木材形态和化学元素的研究资料为这种木材
的加工利用提供理论依据〔 2 〕。
1 水青树木材的超微结构
.
1 试样的制备
试材为气干材 , 无腐朽 、 虫害及其它木材缺陷。 取自西北林学院交换来的水青树木
收稿日期 : 戈9 8 8 年 9 月 .
56 东 北 林 业 大 学 学 报 第 17卷
材标本 。
按要求 , 将要观察的木材试样制成一定的尺寸和形状 (不同规格的扫描 电镜所要求
的试样尺寸和形状不同 ) , 干燥后放在离子溅射仪中喷镀一层金属膜 。 常用 的 金 属 有
金 、 铂和金把合金 ( 金 : 把 = 6 : 4 ) 等。 因为干燥后的木材样品不能导电。 这种不导
电的样品在扫描电镜下观察时会产生 电荷的积累而影响观察的稳定性 。 那么 , 使样品导
电的最常用的办法就是在样品表面喷涂一层金属膜 。 这样不仅可以防止带 电现象 , 并且
可以减少 电子束对样品的损伤作用并增加二
次电子的产率 , 以获得良好的图象〔 3 〕。
1一2 电子显微镜观察
采用 S 一 5 70 扫描 电子显微镜观察 了 经
过离子喷镀试样的三个切面 。
1
.
2
.
1 横切面 可见明显的生长轮 ,无导
管 , 具管胞 , 早材和晚材的管胞径向排列十
分规则 , 这很象裸子植物木材中管胞的排列
次序 。 晚材带明显 , 管胞由早材至晚材渐变
一 至略急 。 早材管胞为方形或三角形 , 晚材管
胞为椭圆形或长方形 。 木射线 很 多 , 非 叠
生 , 在生长轮界处变宽 , 使生长轮外缘沿射
线向外凸出 。 轴向薄壁组织多集 中 在 晚 材
图 I 水育树木材横切面 或早晚材带过渡区内呈星散 状 排 列 (见 图
1 )
。 将横切面局部放大 , 可见管胞内壁具有梯状纹孔 ( 见图 2 ) 〔4 、 ” 〕 。
图 2 管胞壁 内的梯状纹孔 阴 3 水有丙不树悦训卿叫
第 4期 李坚等 :中国水青树木材的超微结构与化学元素的研究
1
。
2
。
2径切面 径切面 (见图 3 )早 材管胞壁上具有典型的梯状纹孔 , 即横向延长
的纹孔 , 排列成阶梯状 ( 见图 4 ) , 放大后
早材管胞壁上的梯状纹孔十分明显 。 此外早
管胞壁和晚材管胞壁均具有椭圆型的具缘纹
孔 , 但可明显看出早材纹孔为 互 列 ( 见 图
5 )
, 晚材纹孔多数是单列 , 也有少数为双
列对生 , 纹孔 口外延成 X型 (见图 6 ) 。 管胞
壁上的某些部分经常出现典型的梯状纹孔和
对列纹孔之间的过渡形式 , 即在横向行列中
形成几个椭圆形纹孔与对列纹孔和互列纹孔
之间的过渡形式 (见图 8 、 9 ) 。
1
.
2
。
3 弦切面 明显可见早材与晚 材 管
胞结构的差别 , 早材管胞壁具显明的梯状纹
孔 ( 见图 10 ) , 晚材管胞壁 多具具缘纹孔 ,
未见梯状纹孔 ( 见图 1 、 7 ) 。 在 弦 切 面
(图 10 、 n ) 清晰可见水青树木材的 木 射 . 图 4 径切面管胞壁上梯状纹孔
线较多 , 具单列和多列两种 , 可 测 其 宽 度
和高度 。 据记 载 , 单 列 木 射 线 宽 n . 7一 23 . 5 卜m , 高 1 ~ 48 个细胞或更高 , 多数高
1 0 ~ 2 5 个细胞 。 多列木射线宽 2 一 5个细 胞 ( 16 ~ 8 6 4 协m ) , 高 5 ~ 5 0个 细 胞 或 更
高 ( 1 1 9 ~ 2 2 5 4 卜m 以上 ) , 多数高 2 5 一 4 5 个细胞 ( 4 6 5 一 1 0 8 0 卜m ) 。 此外 , 易 见 导
管状管胞 , 形似导管分子 , 但无穿孔 , 其长度远较管胞为短 , 弦面壁具具缘纹孔 , 多为
互列圆形 。
图 5 早材管胞壁上的互列纹孔 图 6 晚材 管胞 壁上的具缘纹孔

第 4期 李坚等 :中国水青树木材的超微结构与化学元素的研究
图 1 3离析试样早材管胞分子的梯状 纹孔 图 1 4离析试样 晚材管胞分子 的具缘纹孔
从离析试样的观察结果进一步证实了水青树木材中不具导管而拥有大量的管胞 。 其
管胞壁的特点是 :梯状纹孔突出 (见图 1 ) 2, 早材与晚材管胞壁纹孔类型不同 , 早材为
梯状纹孔 (见图 13 ) , 晚材为具缘纹孔 (见图 1 4)
纵观水青树木材三切面立体 , 其解剖特征与构造细节与针叶材的松柏木材相近 。
2 水青树木材的化学元素
采用化学分析光电子能谱仪 ( E S C A )分析水青树木材固体试样表面化学元素临 7 〕。
木材的化学元素组成主要为 C 、 O 、 H , 除 H 元素外 , C和 O 元 素 极 易 在 E S C A光谱
50电子结合能 (e V )
图 15 水青树木材 的元素分析 E SC A 谱
图中示出 。 木材试 样 中 的 各
种元素均出现在光谱图 (见图
1 5 ) 的不同位置 , 其 中位于
5 3 5 e V 的吸收峰为 O 元素的特
征吸收峰 , 位 于 2 8 5 e V 的 吸
收峰为 C 元素的特征吸收峰 ,
位于 2 8 0e V 的吸 收峰 为 S 元
素的特 征 吸 收 峰 , E S CA 光
谱 图 中各 元素吸 收 峰 的 强
度与木材样品界面 各 元 素 的
含量有 相 对 的 关系 , 强吸收
表示该元素的含量较高 , 即水
青树木 材 中 含 有较高的 C 元
素 , 次 之 为 O 元素 , 以及少
量的 s 元素 ,
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6 0东 北 林 业 大 学 学 报 第 17卷
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图比 边材的 E S C A C 15 谱
2— C . , 3— C一 , 4 一 C `
由图 16 、 17 可见 , 水 青树木材中的元素含量以及 C 一 O 结合关系因木 材 部 位 而
异 。 比较图 1 6 、 17 E S C A 谱图可知 , 边材中的以 C 一 C 联结的 C 元素含量高于心材 ,
O 元素含量低于心 材 ; 边 材 的 O / C 之值低于心材的 O / C , 这表明心材中含有比边材
多的活性官能团 , 这可能是由于心材含有的多酚类抽提物高于边材的缘故 。 因此心材比
边材具有较高的反应活性 , 心 、 边材的 C元素和 0 元素的含量参数 如表 l 所示 ?
第 4 期 李坚等: 中国水青树木材的超微结构与化学元素的研究 6 1
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图一7 , D材 的 E S CA C i s 谱
2 — C一 , 3 — C . , 4— C -
表 1 水 , 树心 、 边材的 C和 O元素含 t 比较
木材部位 元 素 名 称
相 对 参 数
{
· 标 准 参 、 数
吸收峰高度 吸收面积 吸收峰高度 吸收面积
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东 北 林 业 大 学 学 报 第 17卷
3水青树木材纤维素的相对结晶度〔 8 〕
实验采用 X一射线衍射仪 ( D / m a x一 3 B, 日本 ) 测定了水青树木粉样品的纤维素相
对结晶度 (用 C lr %表示 ) , 其 2 0 衍射强度曲线如图 18 所示 。 采用 S eg al 经验法计
算得出水青树木材纤维素平均相对结晶度为 5 4 . 7% 。
4 结 论
4
。
1 中国水青树木材的超微结构不同于其它种阔叶材 。 其主要区别在于 : ① 在 一
习璐钧小甘之娜创砚
们
般阔叶材中纤维状管胞或韧型
木纤维是主要分子 , 约占材积
5 。% , 而水青树木 材 则 不 具
有 ; ② 阔叶材也称有孔材 ,
以具导管得其名 , 而水青树木
材则不具导管 ; ③ 一般的阔
叶材由于含有多种解剖分子 ,
其木材横切面的解剖形态不规
则 , 而水青树木材的横切面解
剖形态单一 , 类似松柏木材 ;
④ 水青树木材的主要解剖分
子是纵向管胞 , 而一般阔叶材
中具有少量的环管管胞和导管
状管胞 ; ⑤ 弦切 面上 多 列
木射线较一般阔叶 材 多 而 显
明 。
4
.
2 水青树木材的超 微 结
3 2 30 2 5 2 0 1 , 10 肠
2口( . )
图 18 水青树木粉试样 的 2口衍射 强度曲线
构特点是 : ① 木质部中无 导
管 , 具管胞 ; ② 管胞壁具有大量而明显的梯状纹孔 ; ③ 早 、 晚材管胞壁纹孔类型不
同 , 早材的为梯状纹孔 , 晚材为具缘纹孔 ; ④ 木射线宽 1一 4 列 , 数量较多 , 木射线
与管胞间纹孔为单纹孔或具缘纹孔 , 时而有梯伏纹孔 ; ⑤ 从植物演化的角度看 , 水青
树木材解剖分子比较原始 , 仍保留着针叶材特征 。
4
.
3 水青树木材表面的化学元素 。 由木材试样的 E S C A 谱分析结果表明 , 位于电子
结合能为 53 5 、 28 5 和 2 80 ( e V ) 的吸收峰分别为 O 、 C和 S 元素的特征峰 , 该木 材含
有大量的 C 元素 , 其次为 O 元素以及少量的 S 元素 ; 心材的 O / C 之值高于边材 , 表征
心材中含有的木材抽提物高于边材 。
第 4期 李坚等 :中国水青树木材的超微结构与化学元素的研究 6 3
4
.
4水青树木材纤维素的相对结晶度 。 X射线法的 Cr l %为 4 5. 7 %, 其值略高于马
尾松 ( 5 3 . 8% , 孙成志等 ) 。
参 考 文 献
A S 福斯特等著 . 维管植物比 较形态学 . 北京 : 科学 出版社 , 1 9 8 3
成俊卿等著 . 中国热带及亚热带木材识别 、 材 性和利用 . 北京 : 科学出版社 , ! 980
朱丽 霞等编著 . 生物学中的电子显微镜技术 . 北京 : 北京大学 出版社 , 19 83
唐耀著 . 中国木材 学 . 北京 : 商务印书 馆 , 19 3 6
柴修武著 . 阔叶树木材横断面识别图 . 中国林业科学院木材工业研究所 , 1 9 8 6
李坚 . 光对 纸的老化作用 的初步研究 . 中国 造纸 , 19 8 7 , ( 5 )
李坚 . 木质材料耐候性的研究 . 林业科学 , 1 9 8 8 . ( 3 )
孙成志等 . 马尾松木材 纤维素相对结晶度 的研究 . 林业科学 , 1 98 4 , ( 3 )
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节 o o d 。
D e s e r i P t o r s
: T o t r a c e n `: o n s i n e n s e O l i v e . ; H a r d w o o d ; M i e r o s t r u e t u r e