金星的成因和成分
图片来源: 互联网
珍贵的紫檀木在国人的心目中是帝王之木,其中带有金星的紫檀更是广受人们的喜爱,几乎可以说是广受追捧。金星属于紫檀导管中的内含物,但不同于教科书中记载的任何导管内含物。金星究竟是什么物质,又是如何形成的,找不到现成的答案,坊间(包括一些正式出版物)的各种说解多为凭空臆测不足凭信。寻找金星的真相还是得从根上,从对导管以及导管内含物的分析开始。1.1 导管
1.1.1 只有阔叶材具有导管
1.1.2 导管的形成
1.1.3 导管分子的形状多样
1.1.4 导管分子在轴向是打通的 1.1.5 导管壁上有纹孔 1.1.6 导管的一般功能 1.1.7 部分薄壁组织细胞与导管相邻1.2 导管中的内含物 1.2.1 导管中的侵填体 A.侵填体的来源 B.侵填体的存在形态①泡沫状侵填体 ②梯状侵填体 ③坍塌状侵填体 ④圆球状侵填体 ⑤硬化侵填体
⑥拟侵填体 C.构成侵填体壁的主要化学成分 D.侵填体的作用 1.2.2导管中的树胶 A.树胶的存在位置 B.树胶的物理化学性质 C.导管中树胶的来源 D.导管中树胶的存在形态 ①树胶填满导管 ②胶层贴在导管内壁 ③圆球状胶滴沉积在纹孔上 1.2.3导管中的树脂 A.阔叶材中树脂的存在位置 B.树脂的化学组分和物理性状 C.导管中树脂的来源 D.导管中树脂的存在形态 1.2.4导管中的白垩质和晶体
2 紫檀中的金星2.1 金星的几个特征 ①金星离不开树胶 ②金星在树胶内有独立的自然几何形
③金星与树胶的透光度区别明显
④金星具有近似乳酪状的质感
⑤金星有多种颜色
3 金星成因的逻辑分析
3.1金星乃黄色树胶之否定 ①树胶的汇聚形式不支持局部异色的解释②金星在胶内的表现不支持局部变色的解释 ③金星与树胶在透光度方面存在较大视差 ④金星与树胶的的开裂结果不同 ⑤金星与侵填体的关系密切过渡自然 3.2 金星=树胶+树脂的可能性分析
3.3 金星=树胶+无机成分的可能性分析 3.4 金星=树胶+侵填体的可能性分析 3.4.1 紫檀导管中侵填体的形态和特征 3.4.2 硬化侵填体--从原生质体到木质素 ①硬化侵填体的形成 ②木质素的物理化学性质简介 3.4.3 影响侵填体在导管内位置分布的因素
4 金星形成机制的推演
4.1 推演--导管中树胶的进入及侵填体的形成 4.2 推演--树胶对木质素团的包裹和渗入 4.3 金星特征形成的原因5 具备条件的树种都可以产生金星
6 影响金星牢固度的几个因素
①星胶共同体的碎裂影响金星牢固度②棕线的变粗影响金星牢固度 ③棕线保留部分的状态影响金星牢固度 参考文献
..................................................................................................
产生金星的基础条件
1.1 导管1.1.1 只有阔叶材具有导管在植物分类系统中,裸子植物亚门中的乔木称为针叶树,被子植物亚门中的乔木称为阔叶树。来自针叶树的木材称针叶材,来自阔叶树的木材就是阔叶材。前者因其不具导管又称无孔材,后者因为具有导管又称有孔材。有无导管是区别阔叶树材和针叶树材的首要特征。 (注:个别阔叶树有不具导管的,但数量极少1)▲左-导管分子链、右-管孔
图片来源: 笔者
1.1.3 导管分子的形状多样
导管分子的形状随树种而异且大小不一,常见有纺锤形、圆柱形、鼓形或矩形。见下图
1.1.5 导管壁上有纹孔
导管壁上的孔洞专业名称叫纹孔,纹孔是导管与相邻组织之间交流物质的通道。其中,导管与导管之间的纹孔分布比较有规律;导管与薄壁组织细胞之间的纹孔则无规律。见下图导管中的内含物,如侵填体、树胶、树脂等就是通过导管-薄壁组织细胞之间的纹孔进入到导管内的。▲导管-导管之间的纹孔
图片来源: 刘一星版《木材学》
离管型的轴向薄壁细胞与导管不相邻,它们与导管间隔开来单独分布。所以,离管型的轴向薄壁细胞对导管内含物的产生没有贡献。见下图
1.2 导管中的内含物 导管中常见的内含物包括两类:一类是侵填体;另一类包括有树胶、树脂或白垩质等,晶体偶见。这些内含物是细胞原生质体代谢作用的产物,有的是贮藏物,有的是废物4。
1.2.1 导管中的侵填体A.侵填体的来源1、4、5侵填体一般出现于许多树种的心材和内部边材的导管中,它是一种薄壁细胞原生质体的长出物。其形成机制是:与导管相邻的射线薄壁细胞或轴向薄壁细胞具有生活力时,由于导管内压力的降低,薄壁细胞中的原生质体经导管壁上的纹孔挤入导管腔后发育而成的。见下图
▲堵塞全部导管腔的侵填体
图片来源: 刘一星版《木材学》
壁较厚的侵填体形成泡沫状,挤满导管腔,这是侵填体中的主要类型。见下图
图片来源: 刘一星版《木材学》
②梯状侵填体侵填体分段间隔地堵塞导管腔,似梯状排列。见下图
③坍塌状侵填体壁较薄的侵填体易破碎或坍塌,无规则地附在导管内壁,未能堵塞导管。见下图
▲坍塌状的侵填体
图片来源:《国产阔叶树材导管中侵填体和树胶的研究》
④圆球状侵填体侵填体似圆球或椭圈球形,体积小,数量少,未能堵塞导管。见下图
⑤硬化侵填体7
硬化侵填体由非常厚的木质化的壁构成,腔很小或几乎无腔,在导管中呈长柱形、短柱形或任意块状。硬化侵填体是一种特殊形态的侵填体,只发生在部分植物的导管中。见下图▲几种硬化侵填体
左下图来源:《长序厚壳桂的硬化侵填体》
其它图片来源: 笔者
1.2.2 导管中的树胶A.树胶的存在位置1、9木材的纤维组织和导管中均有可能存在树胶,比如乌木呈黑色,并非其木材细胞壁物质为黑色,而是因为黑色的胶质物渗透到所有细胞的腔内。其导管中也存在树胶。紫檀心材显红色,除了纤维组织中含有紫檀红色素外,还因为其纤维部分为红棕色树胶饱和浸润,其导管中也存在树胶。见下图有些树种中胶质物在导管中单独存在。
B.树胶的物理化学性质10树胶的主要成分是多糖类物质,是由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、鼠李糖、木糖等单糖和其相应的糖醛酸按一定比例组成的多聚糖。树胶属于高分子复杂化合物,有较好的粘性,能与水结合成胶体溶液,胶体溶液随树胶浓度不同而具有不同的粘度和不同的特性。见下图树胶只溶于水,不能溶于有机溶液,随着时间的推移逐渐固结。树胶的透光性较好,固结后的树胶质脆易碎,断面有很好的光泽。颜色一般为红色或褐色,间有黄色或黑色的。
D.导管中树胶的存在形态6树胶为无定形物质,导管中树胶的存在形式多样。树胶的溢入位置、溢入数量、胶体的粘稠度等多个条件会影响其在导管内的分布形式和几何形态。依据树胶在导管中的沉积状况,树胶的分布有3种方式:
①树胶填满导管腔 见下图
②胶层贴在导管内壁 见下图
③圆球状胶滴沉积在纹孔上 见下图
▲刚溢入导管的胶滴
图片来源:《国产阔叶树材导管中侵填体和树胶的研究》
B.树脂的化学组分和物理性状木材的树脂中包括树脂酸、游离脂肪酸、脂肪酸酯类以及不皂化物四个组分。常温下的树脂有些呈半固态、有些呈固态,受热后会软化或熔融,不溶于水而溶于若干有机溶剂。树脂一般透光性较好,颜色多为黄色、偏红、偏棕,偶有淡绿或深绿色的。
C.导管中树脂的来源4树脂产生于射线薄壁细胞,“由于在射线薄壁组织与心材导管接触处,生活的薄壁细胞具有很高的压力,致使树脂从射线细胞侵入心材导管”。
D.导管中树脂的存在形态笔者对愈疮木和维腊木150倍的放大观察,二者导管内的树脂均为无定型半固态的膏状,只是颜色有所不同。见下图
1.2.4 导管中的白垩质和晶体4有些木材的导管中存在白色沉积物(又称白垩质沉积物),之所以称白垩质,是因为其主要成分是碳酸钙,实际其中也含有一部分诸如硅、镁、硫等的化合物。存在形式是粉状物或薄层,偶然也有(碳酸钙或草酸钙的)结晶体。见下图这些无机沉积物,在木材的裂缝、薄壁细胞及木纤维的胞腔中也时有发现。它们是细胞原生质体代谢的产物。
紫檀中的金星
所谓金星,是紫檀导管中部分内含物的一种特殊表现形式。肉眼视之,带有金星的紫檀材表中随机分布着星星点点、断续有致的星体,一如紫红幕布上点缀着点点繁星。见下图带有金星的紫檀虽然广受人们的青睐,但是金星只在部分紫檀植株的部分位置中出现,带有金星的紫檀材料并不普遍。注:本章内容及后面的第3和第4章内容中凡涉及金星一词,均指“紫檀中的”金星。2.1 金星的几个特征①金星离不开树胶树胶是金星的构成部分,金星依树胶而存在,只有不含金星的树胶,没有脱离树胶的金星体。见下图
②金星在树胶内有独立的自然几何形星体与树胶之间无过渡区,交界面明确、清晰。见下图
③金星与树胶的透光度区别明显星体包裹于树胶之中,二者的透光度区别明显。见下图
④金星具有近似乳酪状的质感高倍放大观察星体的质感近似乳酪状,一种比较细腻的膏状物。(参见本节内容中①~③的配图)
⑤金星有多种颜色一般而言,肉眼观察时金星呈微黄色,高倍放大观察金星时呈乳白色或乳黄色。见下图
金星成因的逻辑分析
如前所述,金星依树胶而存在,离不开树胶,故后面关于金星成因的分析始终围绕树胶、或树胶+它物进行。3.1 金星乃黄色树胶之否定
“2.1金星的几个特征”中的配图显示,金星并非通体黄色的树胶,也非棕红色树胶内掺杂的黄色树胶,下面做一下分析。
①树胶的汇聚形式不支持局部异色的解释
树胶刚溢入导管时为滴状,随着胶滴持续地溢入,在重力的作用下汇聚于某段管腔成为较大的胶体,这样积少成多的形式没有理由出现局部异色。纵使(假设)某一时段内溢入了不同颜色的胶滴,在汇聚的过程中也会因与周围先聚的胶体混融而难辨。故无法在棕红色的树胶内形成具有独立几何形的黄色胶体。见下图
②金星在胶内的表现不支持局部变色的解释树胶整体内如果出现局部变色,正常的逻辑应该是在星体和树胶两种颜色之间存在一段自然的颜色渐变过渡区。实物观察可证,金星和树胶两种颜色的交界面明确而清晰,没有过渡区(参见“2.1金星的几个特征中”①~③中的配图),故局部变色说不成立。 ③金星与树胶在透光度方面存在较大视差“2.1金星的几个特征”中的配图显示,树胶是半透明的物质。如果局部存在异色或变色,在化学性质没变、物理结构完整的情况下,没有理由大幅度地改变透光度。配图显示,金星处于树胶之中,关系自然,结构完好,故局部变色说不成立。
注:就透光固体而言,结构破碎的结果是明度提高(颜色变浅)和透光度降低,其变化的程度与结构破碎的程度正相关,简单的例子可见玻璃和冰块破碎后的结果。这是由于物体结构的破碎导致了反光表面积的增加和透射光路径的复杂化,前者提高了反射光的总量,后者既破坏了透射光线方向统一性,也缩短了光程。
④金星与树胶的的开裂结果不同
下图显示,金星区的开裂是“口”,树胶区开裂是“纹”,即二者开裂的宽度不同,这意味着二者在相同的条件下收缩比却不同。据此可以推定,金星与树胶并非性质相同的物质,金星应该是存身树胶之内的它物,故局部变色说不成立。见下图
综上所述,可证金星并非紫檀导管内的黄色树胶,也非棕红色树胶内掺杂的黄色树胶,金星是存身于树胶之内的它物。
后续内容为树胶+各种它物的系列分析。
3.2 金星=树胶+树脂的可能性分析①树胶与树脂的化学性质完全不同,常温常压的条件下二者无法混融。②紫檀木导管中不含树脂,实物观察没有,也未见诸文字记载。故树胶+树脂没有可能形成紫檀中的金星。3.3 金星=树胶+无机成分的可能性分析无机成分指存在于导管中的白垩沉积物和偶见的结晶体。它们的主要成分是碳酸钙、间有草酸钙、二氧化硅等。木材学专著中明载4,矿物质或无机成分是作为木材中的灰分进行定量的。见下面各图表
以上各表中被红框圈定的数据均显示,木材中的灰分含量极少。无论是木材的平均统计数据还是具体的紫檀(檀香紫檀)实验数据,结果一样,都是微量。无机成分的含量状态决定了“树胶+无机成分”没有可能成为紫檀中的金星。
▲常见侵填体的几种形态
图片来源: 《国产阔叶树材导管中侵填体和树胶的研究》
有些树种导管中的侵填体则是另一种样子,譬如说紫檀!紫檀导管中的侵填体大多是下图这样滴……
▲硬化侵填体中的一种
图片来源: 笔者
红色箭头指处是侵填体中的另类--硬化侵填体。这种侵填体的显著特征是具有超厚的,近乎实心的侵填体壁,主要化学成分是木质素8。
硬化侵填体的体表颜色近似于导管内壁的颜色,但仅限于体表而已。其体内色,是带有淡黄倾向的白色,也就是俗语中的乳白色。见下图
▲硬化侵填体的体内色
图片来源: 笔者
“木质素主要吸收波长小于500nm的光,原始天然木质素的颜色为浅浅的淡黄色”。
已知,木材中与颜色有关的化学成分主要来源于木质素和抽提物,所以借助边材在自然环境下的缓慢变色可以间接地感知木质素的变色方向,那就是由乳白色经淡黄色逐渐向褐色转变。另外,人工分离出的木质素颜色在淡黄与深褐色之间,具体是什么颜色则与分离和制备的方法有关。3.4.3 影响侵填体在导管内位置分布的因素专业人员的研究发现6,凡导管-薄壁细胞间纹孔口长和宽大于3μm和2μm的树种具有侵填体,小于3μm和2μm的具有树胶。因此可以推知,由于较小尺寸的纹孔口可以阻碍原生质体通过纹孔进入导管内形成侵填体,故纹孔口的大小可以对侵填体在导管内的位置分布构成一定的影响。那些不能填满导管的各种形态的侵填体,其在导管中的分布位置是随机的。4
金星形成机制的推演
(树胶对木质素团的包裹和渗入)4.1 推演--导管中树胶的进入及侵填体的形成导管中的树胶及侵填体的前体物--原生质体均来自薄壁组织细胞,二者通过导管与薄壁细胞之间的纹孔进入导管。③在树胶的保护下,金星体能够不受色素之染仍然保持木质素的本来色,但微隙中渗入的胶液则会对金星体的颜色产生微量的影响。
特征5.金星有多种颜色解释:金星的颜色多来自肉眼观察的感性描述,只是一种并不准确但大致能够明白的概略的色彩辨识。
▲金星的很多部分埋于树胶内
图片来源: 笔者
这种情况造成的结果就是在我们肉眼与金星体之间多了一层树胶的遮挡。我们肉眼看到的金星,有些部位是星体的本色,另一些部位则属于透过树胶看星体(的颜色)。 一定距离以外直接以肉眼观看金星时色感偏黄,这种情况来自树胶对星体的覆盖以及周围环境色的的双重影响,是色彩空间混合后的效果(视感)。具备条件的树种都可以产生金星
金星不是紫檀(檀香紫檀)的专有物,其它树种中只要具备相应条件都有可能形成金星。譬如,黄檀属中的卢氏黑黄檀、交趾黄檀,紫檀属中的染料紫檀等若干树种即是如此。
见下图
影响金星牢固度的几个因素
含有金星的材料纵切面中,经时之后有些金星会从导管中脱落,只剩下空空的沟槽(棕线)。由于金星存身于树胶之中,星胶一体是不可分离的,话语中的金星实际指的是星胶共同体。所谓的金星牢固度其实说的是星胶共同体在导管中的牢固度。见下图▲金星、树胶、导管三者关系图
图片来源: 笔者
影响金星的牢固度大致有以下几个因素:
①星胶共同体的碎裂影响金星牢固度
放大观察导管内含物,无论是单纯的树胶部分还是星胶共同体部分,碎裂的存在概率很高,碎裂的程度有所不同。见下图
推测碎裂的原因,一是材料的干缩使导管中的树胶或星胶共同体蓄积了应力;二是锯解或制器等加工过程中的震动促其碎裂,以释放应力。碎裂使树胶或星胶共同体变整为零,当受到外力时极易从导管中脱落,碎裂程度越严重脱落的可能性越大。②棕线的变粗影响金星牢固度
木材在气干过程中会产生一定程度的干缩,导致材料体积有所缩小,同时也会使纵切面中侧剖的导管--棕线变粗。见下图
虽然棕线变粗的绝对尺度不大,但导管中的星胶共同体与导管内壁的结合关系会受到触动,发生动摇,对金星的牢固度不良产生影响。
③棕线保留部分的状态影响金星牢固度
从横切面看,每个管孔(导管)的分布位置是随机的,管径也大小不同,所以纵向剖切后留下的(棕线)保留区各不相同。见下图
鸣谢:本文的配图有些来自互联网的拷贝,由于无法得知这些图片的版权所属,故图片来源统一注为“互联网”。笔者在此向图片版权人表示真诚的致谢,谢谢!
如涉及图片侵权请联系笔者删除。
参考文献
1.《木材学》(2006,8,徐有明主编)
2.《植物学》(1991,4,陆时万,徐祥生,沈敏健)
3.《植物导管分子分化和形成的生理生化机制》(2004,8,肖静,杨洪强)
4.《木材学》(1985,9,成俊卿主编)
5.《木材学》(2014,7,刘一星主编)
6.《国产阔叶树材导管中侵填体和树胶的研究》(1995,3,姜笑梅,张立非,周崟)
7.《长序厚壳桂的硬化侵填体》(1998,3,孙同兴,郑双诚,张昕,吴树明)
8.《百度百科/侵填体词条》(科普中国李学强审阅)
9.《印度商业木材》(1932,皮尔森,布朗)
10.《树脂植物和树胶植物》百度文库
11.《愈疮木与维腊木》(2004,杨帆)
12.《木材热诱发变色过程中发色体系形成机理》(陈瑶)
13.《木质素的研究进展》(2015,12,孟永斌等)
14.《木质素/PPT》(作者不详)
推荐阅读
↓ ↓ ↓
《紫檀概说》
《紫檀原木的分级》
《著名数据库 THE WOOD DATABASE 的便捷入口》