次生木質部發育Ⅰ針葉樹：木材生成機理重要部分（簡體書）

次生木質部是樹莖、根和枝的木材部位。《次生木質部發育（1）：針葉樹．木材生成機理重要部分》詳述了次生木質部一直是處於保持生命的構建過程中，而立木木材主體是非生命生物材料。利用單株樹木內固著的木材差異研究次生木質部的動態變化，是生命科學與材料科學的交叉。本項目由種內株間變化的相似性證明這一變化性質屬生物發育。次生木質部構建中存在發育現象首次得到了實驗證明。這是原始理論研究成果，是木材生成機理的重要部分。書中介紹了次生木質部發育研究發育採用的一些新概念和措施：生長鞘、兩向生長樹齡及其組合、樹株內取樣要求和必要的圖示方式等。依據遺傳特徵證明次生木質部發育是樹木生長中必然發生的自然現象，用生存適應分析它的形成。遺傳學、植物學、進化生物學、木材科學和林學等學科的融合構成本項目的理論基礎，多學科在以次生木質部為對象的研究中又都分別取得了認識上的新發展。用大量依據數學原理的曲線圖示表明次生木質部生命中的動態變化符合遺傳特徵，使“生命是流”的哲學概念得到了實物證明。《次生木質部發育（1）：針葉樹．木材生成機理重要部分》適合生命科學多學科高年級大學生、研究生、高校教師、科研院所和林業生產單位學者們參閱。

《次生木質部發育1:針葉樹》是作者多年研究成果的總結，書稿更是十年磨一劍，可謂嘔心瀝血之作。該書是他以完成兩項國家自然基金項目為基礎，歷經十余年，通過大量實驗研究和分析，總結歸納所得學術成果的結晶，是居國際領先水平的開創性成果。

前言第一部分概論1引言摘要1.1次生木質部發育的自然背景1.2次生木質部發育研究理念的源頭、形成和內容1.3確定次生木質部發育研究實驗措施的理論依據1.4次生木質部發育研究的原創性2實驗措施、材料和數據處理摘要2.1測定2.2實驗材料的選擇因子2.3實驗材料2.4確定次生木質部取樣位置的生成時間2.5數據處理3用圖示證明次生木質部生命中存在發育現象摘要3.1次生木質部發育圖示的條件和必要性3.2次生木質部兩向生長樹齡發育圖示的特點3.3有關次生木質部內年輪位置序數的詞語3.4對四類主要圖示的說明3.5對本書附表的說明3.6附表數據在圖示繪製中的應用第二部分相關學科的作用和在應用中取得的進展4生物學有關發育概念的論述和在應用中發展摘要4.1生物學有關發育概念的綜述（Ⅰ）——與發育有關的特徵4.2生物學有關發育概念的綜述（Ⅱ）——發育的動態哲學概念4.3生物學有關發育概念的綜述（Ⅲ）——與發育有關的一些生物學疑點4.4對發育概念的商榷4.5生物發育的共性4.6次生木質部適合作為確定生物發育共性研究實驗材料的條件引用文獻5植物學的作用和在應用中取得的進展摘要5.1樹木發育5.2對樹木發育方面領悟的拓展5.3本項目對樹木生長取得的理論進展5.4植物學對樹木生長和本項目對次生木質部發育在研究方法上的差別6木材科學和林學的作用和在應用中取得的進展摘要6.1次生木質部是變化過程受固化的實跡6.2生長鞘6.3兩向生長樹齡6.4次生木質部生命中發育變化的性狀、時間和空間6.5本章專業詞語辨析6.6次生木質部發育研究在木材科學和林學方面取得的進展7遺傳學的作用和在應用中取得的進展摘要7.1次生木質部發育研究中有重要作用的細胞學和遺傳學成果（Ⅰ）——遺傳物質7.2次生木質部發育研究中有重要作用的細胞學和遺傳學成果（Ⅱ）——遺傳物質的複製和重組7.3次生木質部發育研究中有重要作用的遺傳學成果（Ⅲ）——遺傳性狀、獲得性和對發育性狀的調控7.4遺傳學觀點下的樹木7.5遺傳學觀點下的次生木質部7.6專業詞語辨析8進化生物學的作用和在應用中取得的進展摘要8.1發育研究中具有重要作用的生物演化概念82樹種間次生木質部的突變現象和親緣關係8.3適應的動態性8.4樹木在演化中形成的適應性8.5次生木質部及其構成細胞的演化和功能適應性8.6結論第三部分實驗證明9次生木質部管胞形態的發育變化（Ⅰ）——管胞長度摘要9.1相關學科對管胞長度研究的成果……第四部分總括增篇

第一部分 概論
次生木質部發育看似是熟悉的詞語，實為學術空白點。它的存在要用遺傳特征來證明。本項目實驗結果表明，它的發生具有受遺傳控制的程序性。這是一個有待深究的自然現象。
1 引言
1.1 次生木質部發育的自然背景
1.1.1 次生木質部在生命中的構建過程
1.1.2 活樹次生木質部的主體是非生命木材
1.1.3 單株樹木內的木材差異不是遺傳中的變異
1.1.4 次生木質部在生命中的變化
1.1.5 次生木質部中木材差異表現出具有趨勢性
1.1.6 新詞“生長鞘”
1.1.7 對“發育”涵義的商榷
1.2 次生木質部發育研究理念的源頭、形成和內容
1.2.1 “次生木質部發育”概念的新見
1.2.2 次生木質部發育研究必須充分利用其構建中的內在因素
1.2.3 次生木質部體內位置的新作用
1.2.4 用新觀點來考慮次生木質部發育研究的時間因子
1.2.5 次生木質部發育研究的實驗求證主題
1.2.6 次生木質部發育研究實驗取得成功的關鍵
1.2.7 數學和計算機的工具作用
1.2.8 次生木質部發育變化在樹木動態適應中的作用
1.2.9 次生木質部發育研究的理論意義和實際價值
1.3 確定次生木質部發育研究實驗措施的理論依據
1.3.1 發育是有機體在遺傳控制下的自身變化過程
1.3.2 次生木質部構建中的動態發育變化和靜態木材差異間的關系
1.3.3 采用兩向生長樹齡研究次生木質部發育變化
1.3.4 次生木質部構建中位置與時間的確定關系及在樣樹中取樣位置分布上的重要性
1.3.5 圖示在表達次生木質部發育變化中的作用
1.4 次生木質部發育研究的原創性
1.4.1 新理念
1.4.2 對次生木質部發育研究實驗具有重要作用的一些因素
1.4.3 用實驗證明次生木質部構建中的變化符合遺傳特征
1.4.4 設定次生木質部發育變化的圖示式樣
1.4.5 多學科的融合和充分利用數學手段
1.4.5.1 相關學科的基本理論在應用中充分發揮了作用，并取得了新認識
1.4.5.2 生物發育的共性
1.4.5.3 數學手段的作用
摘要
次生木質部構建中的變化存在于它各層次結構的生命過程中。次生木質部發育研究需了解與這一過程有聯系的相關學科成果，同時需明確次生木質部發育理念的新穎所在，以及實驗設計的理論依據和原創性。
1.1 次生木質部發育的自然背景
自然背景是客觀的事實，但觀察到這些事實就具有意識的作用。例如，在認識事實中，由于它們的匯集而能覺察出一個尚待發現的新事實，就有另一層意義。
本節所論及的內容都是植物學和木材科學公認的成果。本項目由它們才衍生出有關次生木質部發育的新思維，并構筑了次生木質部發育研究需認識的自然背景。這些內容在第二部分將有詳述。
1.1.1 次生木質部在生命中的構建過程
次生木質部（木材）是樹木主莖、根和枝相通的一個結構部分。它的構建是在樹木的生命活動過程中進行的。
樹莖生長由高、徑兩向生長構成。高生長起源于莖端原分生組織，直徑生長是形成層分生的結果。原分生組織位于莖端，是顯微鏡才能分辨的細胞群，樹木生命期中的高生長一直依賴于它發生；形成層是位于樹皮和次生木質部（木材）間的分生組織細胞鞘，它貫通樹莖全高。形成層原始細胞由原分生組織分生，并經分化后產生。形成層分生前的莖端高向區間是樹莖高生長范圍。這一范圍的全部組織都歸屬初生分生組織，而后都成為初生永久組織。其中僅形成層恢復分生機能并一直保持，被稱為次生分生組織。
樹木主莖在梢端質嫩的一年生高度部分就出現次生木質部。木射線是識別次生木質部的解剖特征。樹莖各高度橫截面鄰近髓心第一個年輪就包含木射線，它標志著次生木質部已開始存在。樹莖次生木質部在任一高度開始形成時，這一高度的高生長就停止。即樹高生長只發生在頂端一年生的范圍內，并在這一范圍的下端開始直徑生長，此處高生長開始停止。高生長區間（莖端）的位置是逐時在向上移動的，移動中的高生長范圍的發育變化是細胞分生和分化，這一部位的全體細胞處于生命狀態。其高度范圍都是當年長成。直徑生長的高度范圍隨高生長而不斷向上擴張，此后各高度的直徑生長逐年一直在全樹莖原位上持續進行著。產生樹莖直徑生長的形成層鞘層，是由下向上逐時隨樹莖高生長延伸的，并伴同樹莖增長而自行擴大周長。
形成層是側生分生組織。由它產生的木質部（向內）和樹皮韌皮部（向外）都是次生組織。樹莖真髓心的外層是初生木質部。初生木質部在樹莖中的厚度極薄、體積甚微。在低倍放大下，它與髓心間的區界難以分辨。一般，就把初生木質部納入髓心。樹莖高生長停止后的部位逐年向外擴大增添的木質部分全都為次生木質部。樹莖中除樹皮、髓和難以分辨的形成層外，都是次生木質部。在根、枝的構成中亦如此。次生木質部是一個解剖部位，木材是它作為材料的通用詞。
由上述事實，本項目進而明確：①樹莖兩向生長逐時在頂梢高向移動中呈連續轉換，在樹莖上同時進行，但不發生在同一高度；②莖端原分生組織的存在時限隨著樹高生長在增長，不同高度的形成層原始細胞由存在時限不同的原分生組織生成，樹莖不同高度的形成層分生組織的生成時間尚存在隨位置而有早遲的連續差別。
1.1.2 活樹次生木質部的主體是非生命木材
管胞占針葉樹材體積的90%~94%，它的細胞生命期僅數月。纖維和導管約占闊葉樹材材積的2/3，其生命期的時限與針葉樹次生木質部中的管胞類似。邊材中的薄壁細胞尚具生命；在心材開始形成后，隨著樹莖擴大新邊材連續形成，前邊材部位在不斷地轉變成心材。在這一過程中，邊材具生命的薄壁細胞生理死亡。
本項目從上述事實中意識到，次生木質部是樹木中的生命部位，但它的大部分體積是非生命的。這部分非生命體積是逐年在生命中生成的，各年每一層次在短暫生命后都得到完整保存。
1.1.3 單株樹木內的木材差異不是遺傳中的變異
漢語中變異（variation）不是日常用語，其在生命科學中的用意需符合遺傳學的概念。在當今生命科學文獻中，這是variation正確應用的唯一規范。
英語中variation既是日常用語，又是科學術語。但在生命科學中應用則必須遵循遺傳學的概念。
迄今，林業和木材科學的中、外著作中，用詞“單株內木材的變異”（wood variation within a tree），同時用詞“單株樹木內木材構造的可變性”（variability of wood structure within a tree）。這些實際都是把variation當做普通詞“差異”來應用，而由此產生的認識卻使木材形成理論長期在禁錮中無法產生新突破。
從遺傳學觀點，變異一般是發生在種內個體間。單株植物內的木材差異是在個體生命過程中生成，并且表現出差異的規律性，這類差異的性質不應該歸屬于遺傳學的變異范疇。次生木質部是樹木營養器官主莖、根和枝的一部分，即使在這些部位發生突變，也不可能在有性繁殖中具有遺傳性。從發育變化的理論高度來看待長時間在個體立木內生成的木材差異，是本項目研究次生木質部構建的新視角。
1.1.4 次生木質部在生命中的變化
植物學有形成層細胞分生木質細胞過程的研究成果。植物學報道的這一過程是逐年形成層分生和細胞分化中的共性變化。
本項目由上述事實意識到，次生木質部構建中的變化不會僅發生在細胞層次，必定還會在長時間生成的組織層次間存在。
1.1.5 次生木質部中木材差異表現出具有趨勢性
木材科學已取得數量豐富的有關樹株內木材差異的測定結果。這些報道中，樹莖水平徑向木材差異的位置用離髓心年輪數標注，縱向用所在高度標注，它們都顯示出樹株內木材差異具有趨勢性。
本項目由上述事實意識到，靜態的木材差異是在動態的生命過程中生成，靜態差異的趨勢性反映出動態生命中存在的變化受遺傳控制的程序性。
1.1.6 新詞“生長鞘”
次生木質部是樹莖的最主要部分，呈薄層重疊狀，每一薄層的形態是鞘狀。本書把它命名為生長鞘，簡稱鞘。生長鞘橫截面呈環繞髓心的圓形環狀，仍稱年輪。
1.1.7 對“發育”涵義的商榷
本書中用何詞來恰當表達次生木質部構建中存在的規律性變化，是值得考慮的問題。
漢語中發育（development）多用于表達生物的成長，并特別把它與繁殖能力的發展聯系起來。這就大大限制了它應用的覆蓋范圍。
英語中development既是科學術語，又是普通詞，都含有發展和變化的涵義。
發育概念在本書中確定的內涵是，有機體生命過程中自身受遺傳控制的程序性變化。
歸屬生物發育的變化需具備的必要條件是：①受遺傳控制；②是程序性生命中的一部分；③使生物個體在體內獲得能維持生存的協調性，并對環境具適應性；④在保持物種的永續中有作用。
科學詞語是人們對自然認識的意識反映，其內涵隨著對自然探索的深化而在不斷得到補充甚至更新。
生命科學中有個體發育（ontogeny）和系統發育（systematic development）兩詞。系統發育是用于生物的進化過程，這里的發育涵義不言而喻是變化，而且這種變化是長時間由原始生物至復雜的進化生物，并將繼續下去。那有什么理由把個體發育只限于個體生命中的一階段或部分方面呢？
1.2 次生木質部發育研究理念的源頭、形成和內容
本項目是利用非生命材料（木材）來研究立木次生木質部生命中的變化。長時間中生命的變化過程，能以實跡形式完整地保存在由生命變化生成的非生命材料中，并能由它在生物體中不變的固定位置清楚地分辨出各位點的生成時間，實為生物界的罕見現象。
植物學和林學有研究樹木生長的成果，木材科學有測定木材結構和性能的方法，迄今尚留下“次生木質部構建的變化過程”的學術空白。這表明次生木質部發育現象必定存在著較深程度的掩蔽。樹木是人類生存環境的主要生物類別，木材是人類慣用的材料，長期形成的習慣認識阻礙著人們進一步地思考。依據變化中受固定的材料研究曾發生過的變化，在自然科學中已有可借鑒的實例，凝固的地殼是地表形成中地質變化的實跡。
本項目研究理念是在一系列質疑中萌生，研究思想、方法和內容是在解決這些問題的過程中產生并得以完善。本節框文是在本項目研究中產生有啟示作用的質疑。框下是簡要應答，各章將再詳論。
1.2.1 “次生木質部發育”概念的新見
在植物學和林業科學中都甚少提及“次生木質部發育”一詞，但它并非新詞。而本項目研究主題中的“次生木質部發育”概念卻是新識。其特點是立足變化過程來看待次生木質部的生成。新概念標志著次生木質部在樹木生命過程中同樣存在著生物共性發育的自然現象。
研 究 主 題
本項目的研究主題是發現和證實次生木質部構建中存在發育現象。次生木質部發育現象是次生木質部構建中在遺傳控制下的自身變化過程。其特點是：①發生在生命的持續過程中；
發育是現代生命科學三大核心內容之一。本項目對發育的認識是有機體生命中在遺傳控制下隨時間的自身變化過程。這里把有機體與外界的交換（新陳代謝）排除在發育概念之外，實際這一交換的強度和物質種類等在生命過程中也是有變化的。
有機體是由細胞、組織和器官組成的層次性結構。每種生物各層次結構在有機體生命中都有該層次特點的發育變化過程。
次生木質部是具有次生生長植物的一個主要構成部分，次生木質部發育是一個有較高學術價值的自然現象。
三個有啟示作用的疑問
植物學研究木材形成限于莖頂原始細胞和形成層細胞的分生和分化。這是木質細胞共性的細胞發育過程。但樹木生命期長，在木材形成理論中能不關注次生木質部構建中在逐年生成的細胞間存在連續變化嗎？
迄今，林業和木材科學上都把單株樹木內的木材差異與種內株間的木材差異一道同歸為木材變異。變異在生命科學中的概念是什么？變異在什么條件下生成？把變異一詞用在單株樹木次生木質部中的木材差異上，這里隱藏著什么學術問題？
活樹中的次生木質部是生命組織？還是非生命組織？這是一般人難以正確解答的問題。實際情況是它同時具有的生命和非生命的組成部分，但各在哪里？木材和次生木質部是樹木同一部位的名稱。根據本書內容應采用何詞？
木材是材料，次生木質部是樹木的生命結構部分。兩名稱雖同指一物，但涵義有本質的差別。次生木質部發育研究中受測定的材料是木材，但卻是在研究生命中的變化，并要求能證明這一變化是在遺傳控制下具樹種的規律性。本項目是生命科學在樹木研究中的新內容，由此而對樹木生命能有更深刻的認識。
樹木不同部位的木材差異是個體隨生命時間在體內發生的結構變化中生成。把由這種變化形成的差異稱作變異，這忽視了它生成的生物學機理。而這卻是有關木材形成（次生木質部構建）的重要理論問題。
樹木生命期長。次生木質部保存了發育變化全過程實跡。這使得次生木質部發育研究必定自然地會持“生命是流”的觀點，對其進行測定必能取得證實生物生命符合這一真理的結果。
1.2.2 次生木質部發育研究必須充分利用其構建中的內在因素
既然言發育，那次生木質部的生命、隨時間的變化和受遺傳控制等表現在哪里？
研究發育變化必須連續記錄時間和變化中各時間的生命性狀。伐倒一株數十年、甚至數百年樹齡的大樹，要通過在樹莖木材中的合理取樣和性狀測定，來研究次生木質部自出土后在生命過程中已發生的發育變化，并且要證明這一變化是受遺傳控制的，這樣做的依據是什么？
要發現次生木質部構建中存在發育現象，就必須先認識支配這一自然現象的內在因素和存在的規律性表現。只有充分領悟了這些因素和規律性表現，才能采取必要而可行的手段進行科學實驗來證實，進而取得對這一自然現象的認識。
覺察出與次生木質部發育有關的重要內在因素
次生木質部中的每一位置的細胞經分生生成后是不會再移動的，其主要構成細胞的性狀經數月分化，最終死亡即自然固定。次生木質部逐年在外增添的木材組織，均呈鞘狀重疊，能長期保存完整。
次生木質部構建中同時存在著兩個變化：①次生木質部的構建是在它的生命部位逐年不斷（換新中）進行，置換下的非生命部分結構絲毫不受觸動；② 持續接替生命的新、老部分在各自生命期生成的性狀間呈現有差異。
次生木質部內各位點的性狀和位置在生成后不僅均保持不變，而且其生成時間可由生成時即固著的位置來確定。這給發育研究帶來了極大方便。
樹木次生木質部內的木材差異是發育過程即時連續自行固定的變化實跡，即靜態的木材差異是動態生命變化的記錄。這是次生木質部構建的重要特點，也是發育研究最可靠的依據。
1.2.3 次生木質部體內位置的新作用
生物發育是體內的變化，研究發育必須考慮這一變化在生物體中發生的部位，而在次生木質部發育研究中則必須對位置的作用另具新視角。
在生物發育研究中，提及體內位置，人們往往會意識為發育是生物體內各一定位置的性狀隨生命時間的變化，以及這種變化在不同位置間的差別。而次生木質部的發育情況與此有什么根本不同？ 木材科學一直在測定樹莖縱向不同高度和徑向內、外的木材差異，并早已認識到樹莖內木材位置與性狀間存在著密切關系。次生木質部發育研究更重視在樹莖中要進行系統地取樣，但在取樣位置的作用上與前卻存在完全不同的認識。它們的差別在哪里？
年輪是人們習慣用來稱呼逐年生成的木質層狀組織。實際它在縱剖面上的形象是拋物線（弦切面）或平行線（徑切面），在本研究中另提出一個新詞“生長鞘”或簡稱“鞘”的合理性在何處？
本項目啟用新詞“生長鞘”來做原詞“年輪”的增補。“生長鞘”能更準確地表達次生木質部發育是體內發生的變化，而不是只在部分平面位置間或線上。次生木質部體內的位置還另有一層新意，那就是位置與發育時間進程存在直接聯系。
次生木質部發育研究必須十分注意取樣點系統位置，實質是在重視全體取樣位置所代表的樣品生成時間的集合。這與測定不同位置上木材差異的目的和要求根本不同。次生木質部發育研究是重視性狀隨生成時間的變化，而這一變化表現在其三維體不同位置上。