木材化学与木材保护学 — 第九讲 西南林 郭梦麟副教授

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本讲概要:

真菌色变之防患
  真菌的滋长需要营养份,也需要水分和空(氧)气。木材含水量低于20%真菌不能生长,含水量高于80%则氧气不足,真菌也不生长。赶紧把原木制材、干燥,固然是最理想的传染防治法,但制材无法赶上原木的采伐。原木以塘贮或在贮木易水淋,不但可以防止真菌染色,而且还可避免头尾两端干裂,价值高的阔叶树原木,甚至于还须用药物来控制。原木削成制桨木片之后,就很难防止真菌传染,使制成的木桨难于漂白。生物控制(biological control)是新发现的真菌传染预防法,其法是把数种无色素(albino)的Ophiostoma 品系接种在新鲜的原木或木片里,这些无色菌的盘踞,消耗掉所有的养份,使得其它有色菌种无法入侵。此法最先在纽西兰开发,对放射松原木的真菌传染,颇有成效。真菌传染发生后,其深色很难用一般的漂白方法除去。美国林产试验所研究 出两种方法除去染色真菌的颜色。第一个方法是利用反制真菌(antagonistic fungi) Bjerkandera adussta 和Talaromycetes flavus 的消化液(metabolizes)把颜色除去;第二个方法,则是在硫酸铁的催化下,用过氧化氢漂白。

  真菌腐朽根据不同的特性而分为软腐(soft rot)、白腐(white rot)及褐腐(brown rot),其中以褐腐的破坏力最严重。

软腐 (soft rot)
  软腐是由Deuteromycota (Fungi Impenfecti) 和Ascomycota的真菌引起。己发现的软腐菌有69种,最常被研究的是球毛壳菌(Chaetomium globosum)和 Phialophora属的菌种。软腐菌比其它真菌更耐于生长在含水量及pH较高的环境,甚至于防腐处理过的木材也会遭到侵袭。软腐菌也比较耐高、低温,1901至1911年美国南极探险队留下的木屋结构与土壤接触部份,居然在那种干冷的环境里在2003年被发现活的但生长很慢的软腐菌(Cadophora spp.)。电杆、枕木等埋在土中部份,或用于码头设施、水闸、水塔等含水量大的木材表面,时常遭到软腐菌破坏。软腐破坏先由木材表面发生,逐渐向内发展,软腐材之表面呈深褐色而松软,所以被命名为软腐,风干之后表面呈细棋盘状裂纹。软腐的展进速度甚慢,多半先含水量较高的表面蔓延造成极度之破坏,等到表层木材被消耗之后,才开始向内发展,因此被软腐菌破坏之处,木材多半已无丝毫强度留存。

白腐 (white rot)
  白腐之命名由来,是因多数这种菌腐使木材呈浅色。造成木材白腐和褐腐的真菌属于Basidomycota和Ascomycota两亚门,但孢子菌(ascomycetes) 只侵袭立木,枯木、和枯枝,而危害木质建材和物件的仅有少数担子菌。担子菌(basidomcycete)因为在有性繁殖时,在子实体上的担子(basidium(a))产生孢子而得名。除了担子之外,担子菌也可以用在菌丝细胞与细胞间产生的交流夹(clamps)来辨认,这类的真菌以交流夹之形成,进行细胞间之细胞质交流。彩绒革盖菌Trametes versicolor (旧名Polyporus或Coriolus)是试验室最常用的菌种,除了用来做木材防腐剂的测试之外,也被用来做生物制浆及生物纸浆漂白的试验。Phanerochaete chrysosporium (又名Sporotrichum pulverulentum) 分解木质素的能力很强,而且又有无纤维素酶的变种,时常被用来研究木质素生物分解的机制。Phanerochaete chrysosporium 还可以分解多种农药、染料、及氯化聚酚(包括纸浆漂白废液内的主要成份)等环境污染物,用来清理环境的潜力,己被重视。Phellinus pini (旧名Fomes pini)造成松木及其它针叶树材白色蜂窝状腐朽。

  根据其分解木材成份的情况,白腐菌又分为同时白腐菌(simultaneous white-rotters)和顺序白腐菌(sequential white-rotters)。同时白腐菌同时分解纤维素、半纤维素、及木质素,使腐朽中的木材呈均匀的浅色,顺序白腐菌先进行木质素的分解,使己腐朽的部分产生无(白)色的分离纤维。白腐菌感染的初期,菌丝即蔓延在所有型态的细胞里,但在阔叶树材木里,髓线细胞和导管里较为密集,在针叶树材则以树脂道和木髓线细胞里较多。菌丝主要靠穿透重纹孔而在木材里蔓延,但也会直接打洞穿透细胞壁而进入另一个细胞,这种孔洞叫做(bore hole)。贴近细胞腔壁的菌丝表面布着黏鞘(sheath),由黏鞘施放出的各种酶逐渐把细胞消化,消化的单醣养分再经的黏鞘被菌丝吸取。白腐菌在阔叶树材和针叶树材以不同的方式化解细胞壁;在阔叶树材里,菌丝从细胞腔内局部破坏细胞壁,也在富于木质素的细胞角落(cell corner)里造成破坏,在针叶树材里,菌丝并不进入细胞角落,仅透过附着在细胞腔壁表面的黏鞘均匀地逐渐把细胞壁削薄。菌丝不进入针叶树材的细胞角落,是因为白腐菌不易分解愈疮基木质素(quaiacyl lignin),但很容易分解阔叶树材细胞角落里的紫丁香基 (syringyl)/愈疮基木质素。

褐腐(brown rot)
  木材之褐腐,造成的财物损失仅次于火灾及虫害。褐腐的木材外观呈褐色至染咖啡色,如果木材还潮湿,腐朽的部分相当柔软,使用尖锐的器具(如刀子等)即可轻易插入。干燥之后,木材表面因为极度收缩,发生极深的纵横裂纹,木材的软腐仅限于表,而且呈浅细棋盘式的干裂,因此很容易互相辨认。褐腐之碎块可在手指之间被掐成粉末,这个粉末的纤维素及半纤维素含量很低,几乎只剩下木质素。木材的表面呈不正常的区域性变色,而且该区域变得松软或是发生霉味即是褐腐的初步象征,木材表面油漆变色或有结实体(菌菇、灵芝等)冒出也是褐腐的象征。造成褐腐的真菌也是担子菌,这类真菌在形态上与白腐菌没有差别,也可以由交流夹(Clamps)的形成来辨别。Merulioria incrassata因为可用菌丝集结筑成输水道(zhizomorph),把水分远输干处腐朽木材而被称为干腐(dry rot)。试验室最常用的褐腐菌有Gloeophyllum trabeum, Neolenzites lepideus(旧名Lenzites trabeum)及Postia placenta (旧名Poria monticolor)。以上三种褐腐菌都是多孔菌,为ASTM测试木材防腐剂指定菌种,台湾则使用L. sulphureus。G. trabeum 较耐酚类及砷化物,L. lepideus 耐杂芬油(creosote),而P. placenta 则耐铜、锌化合物。其它己知可腐朽木材的担子菌有数百种,其中约80%属于多孔菌科。

  褐腐木材的显微变化,可由杨木(P. deltoids)被褐腐菌G. trabeum侵袭时,以每两星期的显微变化观察结果逐步说明。在腐朽2至12星期过程中,杨木样品的失重率分别为2.7、3.4、11.1、25.5、43.5、及63.0%。在感染两星期后,菌丝主要分布在导管和薄壁细胞里,菌丝从木髓线细胞蔓延到导管,和从导管到另一个导管以穿透纹孔膜为主。四星期之后,菌丝迅速在导管里纵向蔓延,此时菌丝也在纤维细胞壁上形成许多穿孔,而横向蔓延到邻近的纤维细胞里,并开始分解纤维细胞壁,形成沿着导管的长形局部腐朽,菌丝在木髓线细胞里时间较长,其细胞壁的腐朽较严重。六星期之时,局部腐朽纵向延伸比向横的扩张迅速,许多腐朽区开始互相接合,腐朽区中心的纤维也严重被腐朽,而外围的纤维细胞壁开始变成疏松状,表示细胞壁的纤维素和半纤维素急速降低,因此细胞壁的腐朽程度可用其疏松度来判断。
 

编辑:Pi Ning