栓皮栎(Quercus variabilis)或栓皮槠(Q. suber)树皮部分的木栓层通常称为“软木”，英文为cork或者phellogen，与通常所说的针叶材软木(softwood)不同。软木独特的细胞构造及其化学成分使其具有质轻、弹性好、隔热、隔音、隔水、防潮、阻燃、柔软、耐磨等优良特性，素有“软黄金"之称(郑志峰，2005)。软木的应用已经有上千年的历史，软木首先应用于瓶塞行业(赵戈等，2004)，工业上大规模生产始于1780年。国外学者对栓皮槠软木结构进行了详细的研究(Ford，1982；Pereira，1987；Pinay et al., 1996；Flores et al., 1992；Novoa et al., 2004)。我国的软木树种栓皮栎软木细胞的结构到目前为止仍未进行过系统的研究，只有张存旭等(2003)栓皮栎树皮颜色、开裂方式、厚薄方面，并从木栓细胞宽度、细胞数目和栓皮厚度的差异等方面对不同群体的栓皮栎栓皮性状进行了分析；而栓皮栎软木细胞构造的研究是其进行软化、膨化、漂白及染色等技术研究的基础。本文通过电子扫描电镜对栓皮栎软木细胞的特征进行了更为详细地研究分析，为了解其物理力学性质对其合理利用提供理论依据。

1 材料、仪器和方法 1.1 试验材料

栓皮栎初生软木采自2个地点。地点1：陕西省安康市宁陕县，32°41′—34°22′ N，107°99′—109°01′ E，森林覆盖率达到82.9%，气候温和，降雨充沛，北亚热带温润气候。地点2：湖北郧县，32°25′—33°16′ N，110°07—111°18′E，森林覆盖率为35%。栓皮栎树从2个地点随机选取，软木样品均在栓皮栎树胸高以下处距底面500 mm处取样。

1.2 试验仪器及试剂

SS-550扫描电镜(日本岛津公司生产)，水浴锅，单片刀，浓硝酸，氯酸钾等。

1.3 试验方法

将采制的软木在通风处晾晒半年，试件含水率5%左右。采用2种方法对栓皮栎软木细胞的构造进行观察：一种方法是观察整体软木细胞构造及其排列方式，试件含水率为5%，按照横向、径向和弦向3个常规方向，在扫描电镜下进行观察；另一种方法是通过离析得到单个的栓皮栎软木细胞，在扫描电镜下观察细胞形状，软木细胞的离析主要是通过硝酸和氯酸钾破坏胞间层成分，从而使得细胞分离。本试验采用的硝酸浓度为35%。

2 结果与讨论 2.1 栓皮栎软木细胞的形状及其排列

从图 1可以看出栓皮栎软木主要是由一种壁薄、内部中空的封闭型细胞组成。软木细胞在三切面上均表现为多边形，但三切面上细胞的排列方式不同。软木细胞在弦切面上表现为多边形(图 1c)，相邻3个细胞壁相交于一点，类似于蜂窝状排列。横切面(图 1a)和径切面(图 1b)的软木细胞也为多边形，而排列方式类似于砖墙状。径切面细胞成行排列，排列方向平行于树的轴向；横切面细胞也成行排列，排列方向平行于径向。通过分析200张栓皮栎软木细胞的三切面扫描照片，每个切面大约统计了3 000个细胞软木，得到软木细胞在三切面上均以五边形、六边形、七边形为主，其中弦切面上大多为4到9之间的多边形，而七边形、六边形和五边形细胞大约占总细胞量的95%，三角形没有看到，这可能是由于切面没有平行三棱柱底面。

由Euler法则可知，在二维平面上，若相邻多边形的三边交于一点，则多边形的平均边数必为6。而多边形边数相对于平均边数6的离散度μ₂可由二次分布得出：

这里f_i为i边多边形所占的比例。弦切面的μ₂值为0.73，也即软木细胞各切面上以六边形为主。从表 1可以分析出弦切面的平均边数为5.7，接近Euler法则的分析的结果。

从单个细胞来分析，横切面和径切面的细胞均表现为四边形，但是从几何学上分析，细胞的边数并不总是4。细胞是堆积排列的，各个细胞是交错排列的，因而细胞的底边与相邻细胞的侧边相交。如图 2所示，箭头所指分别为相邻软木细胞的侧边与底边，相邻细胞的底边与侧边的交点将该侧边分为几个边，也即横切面和径切面上细胞也是由边数不同的多边形组成的。从表 1可以看出，横切面和径切面上的细胞也以五边形、六边形和七边形最多，大约占细胞总量的95%左右。整个二维平面上来看，横切面和径切面上也是3个细胞壁交于一点，偶尔也会出现4个细胞壁交于一点(见图 1a，b)。按照Euler法则，在此两切面上细胞的平均边数应该仍然为6。通过计算统计得出，软木细胞在横切面和径切面上的平均边数分别为5.8，5.9。

2.2 软木细胞的形状

从图 3可以看出单个细胞的结构为棱柱状。与细胞侧面边数的分析类似，由于细胞各列是堆积排列的，相邻细胞的底面不在同一平面上，这使得相邻细胞底面与该细胞的侧面(棱柱侧面)存在接触线。如图 2a，b所示，箭头所指的底边也即软木细胞的侧面与底面的交线，此交线将软木细胞的侧面分为几个面，大多数情况下，软木细胞的侧面被相邻细胞的底面分成2个面，若底面为六边形，则使得软木细胞成为14面体。

因弦切面主要为六边形，从拓扑学上分析，可以将软木细胞的理想模型定义为中空，由8个六边形面，6个四边形组成14面体(图 2b)。在软木的理想结构模型中，以给定细胞的底面为基面，相邻细胞的底面将给定细胞的各个侧面依次分为1/3，2/3，1/3，2/3，1/3，2/3。这些数字表示给定细胞底面与相邻细胞底面之间的距离占棱柱细胞高度的比例。这样理想的软木细胞结构应该为一个循环结构，是一个菱形点格。而软木细胞的实际结构并非与理想结构完全相同，其原因主要有二：一是细胞在弦切面上并非全为六边形；二是所有细胞的高度并不完全相同。

2.3 不同季节软木细胞的大小

软木细胞的平均大小主要决定于细胞形成的季节(Lopes et al., 2000)。在一个生长周期内，早期形成的细胞(早软木细胞)较大，而且比晚期生长季节形成细胞(晚软木细胞)的细胞壁薄(图 5)。通过扫描电镜图对栓皮栎软木细胞的尺寸进行了统计，统计结果见表 2。早软木细胞的尺寸为：棱柱高15~35 μm，棱柱底面边长8~14 μm，平均底面积(2~5)×10^-6 cm²，细胞壁厚1~1.5 μm。对于晚软木细胞，棱柱高度较低，有的高度还不足10 μm，细胞壁厚度约为早软木细胞的2倍。国外软木树种栓皮槠早软木细胞的尺寸为：棱柱高30~40 μm，棱柱底面边长13~15 μm，平均底面积(4~6)×10^-6cm²，细胞壁厚1~1.5 μm(Pereira，1987)。

国内软木树种栓皮栎的细胞略小于国外软木树种栓皮槠，且国内栓皮栎细胞的大小均匀性较差。这可能是大多学者认为国外软木树种优于国内软木树种的一个原因。

2.4 软木细胞的侧壁褶皱

棱柱状软木细胞的侧壁不平整，存在褶皱。Gibson等(1982)观察到每个细胞的侧面细胞壁都有2到3个完全褶皱(图 4a)，并认为此特征是软木细胞的一个重要特征。通过观察发现我国栓皮栎软木细胞的侧壁上也存在褶皱且是非常不规则的，细胞壁上有差不多1~2个完全褶皱，只是有些细胞的褶皱比较严重成折叠状，甚至破裂(图 4b，图 5)。细胞的底面也是波浪状或者是皱缩的，但是没有观察到严重的褶皱。与国外栓皮槠软木相比我国栓皮栎软木细胞的褶皱略少，由此推断我国栓皮栎软木的膨胀率应该低于国外栓皮槠软木。

细胞侧壁上的褶皱可能是由细胞和树皮生长过程中的压缩应力引起的，因为严重的褶皱和破裂经常发生在生长轮的交界处。早软木细胞的褶皱相对来说比较严重，而细胞壁较厚，高度较低的晚软木细胞侧壁的褶皱却较少或者没有，晚软木细胞带大约为3~5个细胞宽度。这可能是由于晚软木细胞刚性较大，能够抵抗细胞和树皮生长过程中产生的应力。这些破裂细胞层常常形成较明显的生长轮界限，在一些样品中非常明显(图 5)。

2.5 软木细胞壁上的胞间连丝

软木细胞壁上存在透镜状椭圆形的通道(图 6)。此透镜状通道截面的长轴直径大约在1 μm左右，比其他植物细胞壁上的胞间连丝直径略大，而比木材上薄壁细胞上的单纹孔的孔径还要小。在软木细胞生活的时候，这种透镜状通道是细胞与细胞之间水分和营养物质运输的轴向通道。而软木细胞死亡后，这个通道便被树脂等细胞内的残留物堵塞，因而使得软木基本上为封闭细胞，渗透性很差。

3 结论

1) 栓皮栎软木是由内部中空的薄壁细胞组成，弦切面上细胞呈蜂窝状排列，横切面和径切面上呈砖墙状排列。从拓扑学上分析每个软木细胞平均与14个细胞相邻，也即每个细胞平均有14个面。从单个软木细胞分析每个细胞均为棱柱状。

2) 栓皮栎软木细胞的侧壁上存在褶皱且是非常不规则的，细胞壁上有差不多1~2个完全褶皱，有些细胞的褶皱比较严重成折叠状，甚至破裂。细胞的底面是波浪状，没有观察到严重的褶皱。

3) 栓皮栎软木细胞的大小、细胞的壁厚和细胞壁上褶皱的严重程度均受到生长季节的影响。通过扫描电镜图统计，早软木细胞的尺寸为：棱柱高15~35 μm，棱柱底面边长8~14 μm，平均底面积(2~5)×10^-6 cm²，细胞壁厚1~1.5 μm。对于晚软木细胞，棱柱高度较低，有的高度还不足10 μm，细胞壁厚度约为早软木细胞的2倍。

4) 棱柱状软木细胞基本上是封闭的，细胞与细胞之间以透镜状椭圆形通道(胞间连丝)相连。软木细胞的这些微观构造特征决定了软木具有质轻、弹性好、隔热、隔音、隔水、防潮、阻燃、柔软、耐磨等优良特性。