СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМОЛЯНЫХ ХОДОВ ДРЕВЕСИНЫ Российский патент 2016 года по МПК A01G23/00 

Изобретение относится к области изучения анатомического исследования древесины и обеспечивает получение необходимых сведений по смоляным ходам древесины.

Из предшествующего уровня техники известно, что основными методами определения биометрических показателей смоляных ходов и анатомических показателей древесины в целом являются микроскопический, гистохимический и информационный методы. Микроскопический метод (метод оптической микроскопии) позволяет изучить строение древесины. Заключается в изготовлении очень тонких прозрачных срезов и их исследовании в проходящем свете с помощью оптического микроскопа. Гистохимический метод основан на способности древесного волокна давать определенную окраску при взаимодействии специфических химических реагентов с каким-либо компонентом клеточной стенки. Информационный метод позволяет применять ЭВМ для обработки материала, создания баз данных и дает возможность наглядного построения моделей исследования. Предлагаемый способ объединяет уже существующие способы изучения анатомии древесины, упрощает и повышает точность получения необходимой информации.

Для исследования смоляных ходов древесины при помощи электронного микроскопа применяют прямые и косвенные методы. К прямым методам относятся метод подготовки объектов необходимой толщины диспергированием и метод ультратонких поперечных и продольных срезов, к косвенным - получение результатов измерений поверхности образцов древесины.

Для микроскопического изучения смоляных ходов пользуются тремя срезами в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: поперечным (перпендикулярно оси ствола) и двумя продольными - радиальным (вдоль оси ствола) и тангентальным (перпендикулярно радиусу ствола) [Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: Учебник для лесотехнических вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: МГУЛ, 2002. - 340 с.]. Для приготовления препаратов в микроскопе необходимы предметные и покровные стекла, препаровальные иглы, стеклянные капельницы, чашки Петри, кристаллизаторы, ситечки и фильтровальная бумага. Предметные стекла - стеклянные пластинки прямоугольной формы размером 75×25 мм, толщиной 1,2 мм. Покровные стекла - тонкие стеклянные пластиночки размером 18×18, 20×20 мм. Предметные и покровные стекла должны быть чистыми, перед употреблением их протирают кусочком мягкой ткани, хранят в специальных коробочках [Костюкевич Н.Г. Химия древесины: учебное пособие. СПб.: СПБГЛТА, 2010], [Елистратов Н.А., Нестеренко В.В., Мокрова М.В., Платонова Н.М. Строение древесины: метод, указ. к выполнению лабораторной работы для студентов всех специальностей и форм обучения. СПб. гос. архит. - строит. ун-т. - СПб., 2010. - 19 с].

Изготовление срезов древесины проводят вручную остро отточенной бритвой. Исследуемый образец цилиндрической или прямоугольной формы вырезают из образца древесины ствола дерева (спил, высечка). Перед резкой образец древесины кипятят в течение 30 мин, а иногда и нескольких часов в воде с последующим переносом его в холодную воду или остыванием в том же сосуде, в котором проводилось кипячение. Это необходимо для удаления из древесины пузырьков воздуха и получения образца с определенной твердостью. Свежесрубленная древесина в большинстве случаев режется без всякой подготовки, но при этом ее необходимо держать в воде.

Для более контрастного выявления особенностей строения анатомических элементов на срезах древесины до заключения их в ту или иную среду проводят окрашивание. Наиболее часто для окраски применяют 1%-ный водный раствор сафранина или комбинацию красителей: сафранин и водный синий; хризоидин и водный синий либо светлый зеленый. Срезы помещают в ванночку с красителем и выдерживают в нем в течение 5 мин, затем избыток красителя отмывают водой, глицерином или спиртом.

Подготовленные препараты исследуют с помощью оптического микроскопа. Для получения отчетливого изображения предметное стекло с изучаемым объектом помещают на предметный столик и с помощью макрометрического винта перемещают зрительную трубу по высоте, пока объект не будет ясно виден. Далее посредством микрометрического винта микроскоп устанавливают таким образом, чтобы можно было рассмотреть препарат по всей его толщине.

Анатомическое строение древесины, в том числе параметры смоляных ходов, рассматривают на предметом стекле в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. На поперечном срезе помимо основных макро- и микроструктурных показателей древесины (клетки трахеид, годичные слои, сердцевинные лучи) хорошо видны вертикальные смоляные ходы, которые, как правило, находятся в поздней части годичного слоя в виде беловатых точек. На продольном срезе вертикальные смоляные ходы видны в виде темных штрихов, направленных вдоль оси ствола дерева. Горизонтальные смоляные ходы, проходящие в сердцевинных лучах, можно обнаружить только под микроскопом на тангенциальном разрезе [Станко, Я.Н. Древесные породы и основные пороки древесины. Иллюстрированное справочное пособие для работников таможенной службы / Я.Н. Станко, Г.А. Горбачева; под. ред. Н.М. Шматкова, А.В. Беляковой; Всемирный фонд дикой природы (WWF). - М., 2010. - 155 с.].

Задача, на решение которой направлен заявленный способ, заключается в упрощении и повышении точности получения необходимой информации, изучения параметров смоляных ходов анатомического строения древесины ствола дерева.

Поставленная задача решается за счет того, что для изучения параметров смоляных ходов древесины на примере сосны обыкновенной используются керны, сбор которых осуществляется высверливанием с помощью возрастного бурава. Керн представляет собой образец древесины, извлеченный из ствола растущего дерева специально предназначенным устройством (возрастным буравом), при этом наносится минимальный ущерб дереву и никаких серьезных механических повреждений дерево не испытывает. Керн представляет собой цилиндрическую форму (столбик) древесины достаточно прочной, чтобы сохранять монолитность. Качество взятого керна во многом определяется степенью заточки кромки винтовой нарезки бурава. Для увеличения срока службы бурава и сохранения высокой степени заточки необходимо избегать соприкосновения винтовой нарезки и особенно ее кромки с посторонними металлическими предметами. По окончании работ по взятию кернов бурав должен быть очищен от различного рода включений, смолы и по возможности смазан машинным маслом или солидолом. Сверление производится в направлении, перпендикулярном продольной оси ствола. Небольшое отклонение в сверлении от перпендикулярного направления возможно при определении размерных характеристик анатомических показателей строения древесины ствола дерева (количество смоляных ходов, ширина годичных колец, ширина зон ранней и поздней древесины и др.).

Для осуществления способа определения параметров смоляных ходов древесины ствола дерева, на образцах кернов, разработана экспериментальная система измерения, состоящая из дигитальной установки и компьютерной программы «Иzмеритель» [Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007611593], позволяющая повысить точность измерения смоляных ходов, снизить трудоемкость процесса, сохранять и архивировать результаты исследований, создавать базы данных изображений кернов для последующих исследований в области древесиноведения независимо от времени и без сохранения натуральных образцов.

Способ определения смоляных ходов древесины поясняется фотографиями (фиг. 1-7), которые являются иллюстрирующими материалами частного случая выполнения, а также расчет опытного образца сведен в таблицы 1 и 2 и представлен ниже.

Система состоит из универсального микроскопа, web-камеры с программным обеспечением, переходных колец, персонального компьютера, суппорта и программы «Иzмеритель» (Фиг. 1).

Узловым элементом является web-камера, подключенная к компьютеру, которая устанавливается на окуляр универсального микроскопа с помощью переходных колец. При этом матрица камеры должна находиться в фокальной плоскости объектива микроскопа. Перед началом работы камеры необходимо установить программное обеспечение камера на компьютере.

Образец керна (Фиг. 3) исследуемой древесины помещается на предметный стол микроскопа в специальный держатель (суппорт) (Фиг. 2), по которому препарат по мере исследования перемещается в направлении своей оси, при этом поперечная ориентация керна сохраняется. Изображение поверхности среза древесины через объектив-окуляр передается в web-камеру, что позволяет получить изображение объекта и передать его через программное обеспечение камеры на монитор компьютера (Фиг. 4). Качество изображения определяется разрешающей способностью камеры. При этом благодаря программному обеспечению камеры может быть осуществлена коррекция изображения и настройка его на экране монитора: контрастность, резкость, увеличение и т.д. Для определения параметров смоляных ходов древесины ствола дерева написана программа «Иzмеритель» (Фиг. 5).

Методика работы

Подготовленный керн (Фиг. 3) зажимается в суппорте (Фиг. 2), который закреплен на основании бинокуляра. Перед измерение керн в течении определенного времени (сутки) необходимо выдержать в 4%-ном растворе перманганата калия (марганцовка). В результате намокания осуществляется прокрашивание слоев древесины и вертикальные смоляные ходы, находящиеся в поздней зоне годичного слоя, становятся более заметными. После прокрашивания керн фиксируется в суппорте, и, поворачивая его в зажиме вдоль продольной оси, добиваются наилучшей видимости смоляных ходов (сторона керна с максимальным количеством наиболее заметных белых точек). Верхняя кромка керна срезается острой бритвой. Площадь срезания должна быть ровной, без «задиров» и максимальной по размерам (примерно до середины керна), для наглядного рассмотрения максимального количества смоляных ходов. Срезать верхнюю часть керна целесообразно от края образца, со стороны коры дерева, так как максимальное количество смоляных ходов располагается именно в данной зоне и с удалением к сердцевине ствола количество их уменьшается.

Перемещение суппорта вдоль своей оси производится вручную. Суппорт имеет шкалу с отметками, с помощью которых удобно передвигать его по основанию бинокуляра. Настройку изображения керна осуществляют по экрану монитора путем вращения винтов наведения резкости и приближения микроскопа, начинают процесс фотографирования, передвигая держатель с керном вдоль своей оси, ориентируясь на отметки шкалы суппорта. Готовые фотографии образцов керна необходимо обработать путем сохранения только центральной части изображения и вырезая периферийную часть фотографии, ориентируясь на отметки шкалы суппорта. Обработку данного рода можно осуществить с помощью универсального программного обеспечения ПК программы «Paint». Готовые образцы изображения керна соединяют между собой с помощью программы сканирования «PhotoStitch». Программа находится в общем доступе сети Internet и соединяет изображения по горизонтали и вертикали, которые были сняты секциями. Готовое изображение целого керна открываем через программу «Иzмеритель» и копируем его на «канву». Изображение керна сохраняется, маркируется и можно начинать производить измерения, нажав на кнопку «измерения» и при помощи «прицела» передвигая мышью, ставим точку на границах зон или какого-то элемента, который необходимо измерить. При расчете площади рабочей поверхности среза керна проводится замер длины и ширины области измерения (Фиг. 6). Количество смоляных ходов на выделенной поверхности определяется путем глазомерного подсчета их на всей выделенной зоне керна или в каждом отдельном годичном слое изучаемого среза. По окончании измерений результаты сохраняются нажатием кнопки «сохранить измерения» на панели инструментов и сохраняются в excel-файле, что позволяет работать с ними в дальнейшем. Измерение параметров смоляных ходов осуществляется с точностью ±0,1 мм в полуавтоматическом режиме.

Способ относится к области изучения анатомического исследования древесины и обеспечивает получение необходимых сведений по смоляным ходам древесины. Система определения смоляных ходов представленным способом состоит из универсального микроскопа, web-камеры с программным обеспечением, переходных колец, персонального компьютера, суппорта и программы «Иzмеритель». В качестве рабочего материала берут образцы древесины в виде кернов, которые перед проведением работ окрашивают 4%-ным раствором перманганата калия для быстрого нахождения смоляных ходов в древесине. Окрашенный образец керна помещают в суппорт и острой бритвой срезают его верхнюю кромку. С помощью web-камеры, установленной в объектив-окуляр микроскопа, производят фотографирование образцов древесины. Изображения поверхности среза керна сохраняют на персональном компьютере и через программы «Paint» и «PhotoStitch» формируют готовое изображение целого керна. Изображение загружают через программу «Иzмеритель» и производят измерение количества смоляных ходов, площади среза рабочей поверхности керна, а также параметров годичных слоев, после чего данные сохраняют в excel-файле. Способ позволяет упростить и повысить точность измерений параметров смоляных ходов древесины. 7 ил., 2 табл.

Способ определения смоляных ходов древесины, объединяющий микроскопический, гистохимический и информационный способы изучения анатомии древесины, характеризующийся тем, что в качестве рабочего материала берут образцы древесины ствола дерева в виде кернов, которые предварительно окрашивают 4%-ным раствором перманганата калия, после чего образец помещают в суппорт и острой бритвой срезают его верхнюю кромку, при этом суппорт имеет шкалу с отметками, с помощью которых удобно передвигать его по основанию бинокуляра, на окуляр универсального микроскопа с помощью переходных колец устанавливают web-камеру, подключенную к компьютеру, изображение поверхности среза древесины через объектив-окуляр передают в web-камеру, что позволяет получить изображение объекта и передать его через программное обеспечение камеры на монитор компьютера, настройку изображения керна осуществляют по экрану монитора путем вращения винтов наведения резкости и приближения микроскопа и начинают процесс фотографирования, передвигая держатель с керном вдоль своей оси, ориентируясь на отметки шкалы суппорта, готовые фотографии образцов керна обрабатывают с помощью компьютерной программы «Paint» путем сохранения только центральной части изображения, полученные образцы изображения керна соединяют между собой с помощью программы сканирования «PhotoStitch» и изображение целого керна загружают в программу , в которой производят измерение параметров смоляных ходов, после чего данные сохраняют в excel-файле для работы с ними в дальнейшем.