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制造橡木桶用木材的微观结构研究

【社会实践林业论文】摘要:为比较制造橡木桶用木材的微观结构特征,选用10种橡木(Quercus L.)为试验材料,通过显微镜观察橡木的导管、木射线和轴向薄壁组织,分析常见橡木的共性与个性。结果表明,栓皮栎(Q. variabilis Bl.)导管内侵填体较少,液体流透性比较高;美国红橡(Q. rubra L
 摘要:为比较制造橡木桶用木材的微观结构特征,选用10种橡木(Quercus L.)为试验材料,通过显微镜观察橡木的导管、木射线和轴向薄壁组织,分析常见橡木的共性与个性。结果表明,栓皮栎(Q. variabilis Bl.)导管内侵填体较少,液体流透性比较高;美国红橡(Q. rubra L.)管孔较大,与外界的空气接触过多,二者均不适合制造橡木桶。夏橡(Q. robur L.)、卢浮橡(Q. sessiliflora Salisb)、孚日橡(Q. pendunculata L.)、无梗花橡[Q. petraea(Matt.)Liebl.]、星毛橡(Q. stellata Wangenh)、美洲白橡(Q. alba L.)、沼生白橡(Q.bicolor Willd.)、蒙古栎(Q. mongolica Fisch. ex Ledeb)这8种橡木适合制造橡木桶,其共同特征是有合适的管孔大小,具有一定的透气性,可以与外界空气发生微氧反应;有丰富的侵填体,可以堵塞橡木桶内壁管孔,降低气体和液体在木材中的渗透性,从而保证陈酿过程中酒的口感。10种橡木的木射线和轴向薄壁组织无明显区别。为此,橡木的导管大小和侵填体多少是判定是否适合制造橡木桶的关键要素。
关键词:橡木(Quercus L.);微观结构;导管;侵填体;轴向薄壁组织
中图分类号:S792.18+6 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2016)16-4193-05
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.031
橡木桶是酿酒的首选容器[1],陈酿过程中橡木气味的溶出有益于酒的感官评价[2],不同品种和产地的橡木其化学成分各不相同。Schumacher等[3]分析了美洲白橡(Quercus alba L.)、无梗花橡[Q. petraea (Matt.) Liebl.]、夏橡(Q. robur L.)3种橡木片对葡萄酒陈酿的影响;Anjos等[4]分析了夏橡、欧洲栗(Castanea sativa Mill.)2种橡木对白兰地陈酿的影响;Cullere等[5]用气相色谱法对6种不同类型的香气型木材进行了分析;Santiago等[6]研究了甘蔗酒在橡木桶[Quercus sp和Amburana cearensis(Fr. Allen.)A. S. Smith]陈酿过程中氨基甲酸乙酯的变化过程。上述陈酿过程受橡木的微观结构影响深远,橡木的微观结构是陈酿过程中微氧交换的核心因素[7]。张超男等[8,9]对蒙古栎(Q. mongolica Fisch. ex Ledeb)同株不同位置的导管特征进行了分析,得到了次生木质部的解剖结构;白超等[10]将厚皮、薄皮2种类型栓皮栎(Q. variabilis Bl.)进行了细胞微观构造观察分析,并与欧洲栓皮槠(Q. suber L.)做了比较;Roberto等[11]使用3个不同原产地的橡木(美国、法国和西班牙)桶比较了对果酒的陈酿影响;Nevares等[12]还将橡木桶内壁粗糙程度与微观结构关系建立了渗透性模型。目前生产上常用的橡木种类分布范围较广,缺少对不同种橡木微观结构的对比研究。为此,试验取2种不适合制造橡木桶的木材美国红橡(Q. rubra L.)、栓皮栎与生产中8种适合制造橡木桶的主流木材进行对比,以期找到它们微观特征的共性、个性以及制造橡木桶的适用性,从而更好地为酿酒业服务。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 植物材料 参试10种橡木分别采自北美、欧洲和中国,其中卢浮橡(Q. sessiliflora Salisb)来自法国中部涅夫勒省,夏橡来自法国西部阿列省,孚日橡(Q. pendunculata L.)来自法国东北部下莱茵省,无梗花橡来自斯洛文尼亚的克拉尼市,星毛橡(Q. stellata Wangenh)来自美国密苏里州,美洲白橡来自美国密歇根州,沼生白橡(Q.bicolor Willd.)来自美国西弗吉尼亚洲,蒙古栎来自中国吉林省,栓皮栎来自中国广西壮族自治区,美国红橡来自美国缅因州。
1.1.2 试剂与药品 乙醇、TO型生物制片透明剂、番红染色液、中性树胶。
1.1.3 仪器 木材切片机、实验用切片刀、磨刀机、尼康照相机、ZEISS体视显微镜;水浴锅、电炉、培养皿、酒精灯、毛笔、30倍放大镜。
1.2 方法
各橡木样品水煮后切片,观察橡木的导管、木射线、轴向薄壁组织等有关形态变化。在形态分类上,将管孔分布分为3种,即环孔材(R)、散孔材(D)、半散孔材(S);将管孔形状分为5种,即圆形(po)、卵圆形(el)、椭圆形(ell)、多边形(pol)、略具多边形轮廓(poll);将管孔组合分为3种,即单管孔(sp)、复管孔(mp)、管孔团(pt);将木射线组成细胞分为2种,即横卧射线细胞(Prc)、直立射线细胞(Urc)。具体步骤如下:
1.2.1 软化 将处理好的试样用纱布包好,系上编号,放入蒸馏水里煮沸,每隔40~50 min补水1次,水煮时间约240 h,至样品表面软化为止。
1.2.2 切片 取出样品,将样品紧旋在切片机的样品夹中,横切面制片厚度为25 μm,径切面、弦切面各为18 μm。
1.2.3 染色 选取完整的切片放进培养皿中,用 10 g/L番红染色液染色24 h。
1.2.4 脱水 将染色后的切片依次放入50%乙醇中脱水6~10 min,70%乙醇中脱水6~10 min,95%乙醇中脱水10 min,100%乙醇中脱水15 min,最后在TO型生物制片透明剂中放10 min,脱水过程完成。
1.2.5 制片 将脱水的切片剪成合适的大小,放置在干净的载玻片上,滴上1~2滴中性树胶,盖上盖玻片。 1.2.6 拍照 使用ZEISS体视显微镜,将三切面切片放到镜头下,调至适合的倍数,调焦,拍照。
2 结果与分析
2.1 导管
试验观察到的参试橡木导管形态情况分别见图1、图2、图3、图4、图5、表1。从图1、图2、图3、图4、图5可见,试件木材有明显的生长轮,早、晚材区别比较明显。管孔分布都为环孔材,早材管孔以单管孔为主,管孔的形状为圆形、椭圆形、卵圆形或略具多边形轮廓,管孔内含有侵填体;晩材管孔都比较小,管孔带横切面上导管形状与早材带基本相同,都呈火焰状径列型。早、晚材管孔基本都是急变,管孔以单管孔为主,导管单穿孔居多。
从表1可见,夏橡、卢浮橡、孚日橡、沼生白橡、美国白橡、蒙古栎、美国红橡的管孔呈现的形状一样,多为圆形和椭圆形;无梗花橡的管孔形状为圆形、卵圆形及椭圆形;星毛橡的管孔形状为圆形、卵圆形和略具多边形轮廓;栓皮栎的管孔出现的形状一样,为圆形和卵圆形。夏橡、孚日橡、无梗花橡、星毛橡、沼生白橡、蒙古栎的早材管孔排1~2列;卢浮橡早材管孔排1~3列;栓皮栎早材管孔排1~5列;美国红橡早材管孔排2~5列。早材的管孔都比较大,晚材的管孔比较小。夏橡、栓皮栎、星毛橡的管孔比较小,在200 μm 以下;卢浮橡、孚日橡、美洲白橡、沼生白橡、蒙古栎的管孔相对大些,在300 μm以内;无梗花橡、美国红橡管孔最大,为300 μm。早晚材区别都比较明显,基本都是急变,只有美国红橡早晚材在渐变到急变之间。管孔以单管孔为主,夏橡、卢浮橡、美洲白橡出现了少数2~3个径向排列的复管孔,其他都是单管孔。
试验观察到的参试橡木导管内侵填体情况分别见图6、图7、图8和表1。从图6、图7、图8、表1可见,导管内都含有侵填体,并且大多数木材的侵填体比较丰富,只有卢浮橡、蒙古栎导管内侵填体含量中等;而栓皮栎导管内仅有少量侵填体。
2.2 木射线
试验观察到的参试橡木木射线情况见图9、表2。从图9、表2可见,10种橡木的木射线非叠生,有宽、窄2类木射线,窄木射线极细,宽木射线(复合射线)在横切面上很明显,在弦切面上呈褐色纺锤形,径切面上射线斑纹甚明显。窄木射线通常单列,有时候会出现2列,宽木射线宽至许多细胞,被许多窄木射线分隔,高至许多细胞。射线组织同形单列及多列;有些射线细胞内含树胶,具菱形晶体,一部分为含晶异细胞;射线细胞端壁节状加厚,水平壁纹孔多而明显。10种橡木木材的木射线种类都是栎木射线,即同时具有单列射线和极宽射线的木射线,且两者区分明显。窄木射线单列为主,射线高度有小范围的差别。无梗花橡、星毛橡的木射线高度最小,都是4~18个细胞。而宽木射线比较宽,虽然数量少,但宽至许多细胞,常超出切片范围。10种橡木的宽木射线差别很大,孚日橡的木射线最细,宽度为8个细胞;无梗花橡的木射线最宽,宽度为28个细胞。木射线的组成细胞都是横卧射线细胞,即细胞的长轴与木纹方向垂直,在弦切面上通常呈圆形,在径切面上通常呈长方形水平状排列。
2.3 轴向薄壁组织
轴向薄壁组织是由形成层纺锤形原始细胞衍生2个或2个以上的、具单纹孔的薄壁细胞纵向串联而形成的一种轴向组织,沿木纹方向排列。试验观察到的参试橡木轴向薄壁组织情况见表3。从表3可见,10种橡木轴向薄壁组织都比较丰富,大多数呈切线状及离管带状、环管状,少数呈星散状;薄壁细胞端壁节状加厚不明显,部分含有树胶。
3 小结与讨论
3.1 10种橡木共性
参试10种橡木心边材区别明显,生长轮清晰;早晚材急变,环孔材,管孔内含有侵填体;早材管孔较大,管孔大小差别不大,晚材管孔较小,基本肉眼看不见;木射线有宽、窄2种,窄多宽少,窄木射线多为单列,宽木射线极宽,被窄木射线分隔。轴向薄壁组织比较发达。管孔为单管孔,有单穿孔(晚材偶见梯状穿孔);导管壁上纹孔式互列;轴向薄壁组织量多,呈切线状、离管带状、环管状和星散状;射线组织为同形单列或多列为主,未见异型射线组织;除单列木射线外,大部分还有聚合射线,部分射线细胞内含有树胶、菱形晶体。
3.2 10种橡木个性
夏橡早晚材比较明显,年轮清晰。早材管孔比较小,1~2列,晚材管孔基本看不到。窄木射线较细较密,分布均匀。侵填体非常丰富,且堵塞管孔。
卢浮橡早晚材区分明显,早材管孔密集,1~3列,晚材管孔用肉眼基本看不到。木射线比较整齐,宽木射线间距基本相似。侵填体含量中等。
孚日橡早材管孔排列稀疏,1~2列,晚材管孔肉眼基本看不到。木射线较粗,分布不均匀。侵填体很丰富,木射线比较短,且断断续续。
无梗花橡早晚材急变,早材管孔较大,管孔大小较均匀,管孔处材色发白,晚材管孔很小。管孔内侵填体晶莹剔透,较丰富。宽木射线较少,特别宽,木纹理直,结构略粗糙。
星毛橡与沼生白橡早晚材区分明显,早材管孔较大,1~2列,晚材管孔较小,导管内有丰富的侵填体。木射线比较粗,木纹理直,结构略粗,不均匀。沼生白橡跟星毛橡相比,管孔大一些,木射线宽一些。
美洲白橡的边材为浅颜色,心材为浅棕色至深褐色,以直纹形式出现较多,纹理中等至粗糙。但与美国红橡比较,美洲白橡木射线比美国红橡木明显长,由此造成美洲白橡比美国红橡的木纹要明显得多。
蒙古栎心边材区别比较明显,心材黄褐色或浅暗黄色,边材浅黄褐色。早材管孔比较大,1~2列,导管内侵填体含量中等。木射线比较粗,木纹理直,结构略粗,不均匀,其优良性能可以与法国橡木相媲美。
栓皮栎心边材区别较明显,边材暗黄褐色或灰黄褐色,心材红褐至鲜红褐色。与其他橡木相比生长轮很明显、宽度较均匀,最大的区别就是导管内的侵填体太少。
美国红橡与其他9种橡木相比,最明显的区别在于管孔和木射线。美国红橡的早材管孔比较大,2~5列,管孔比较多,密度大,木射线较短。实际上美国红橡并不是真正的红色,边材是白色至浅棕色,心材粉红棕色,外观与美洲白橡相似,但是木射线较细,木纹显著性就不如美洲白橡,且绝大多数是直纹,纹理比较粗糙。由于美国红橡的色泽,使其更适合做染色的木制品或家具。


 
 
 
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