日本和服级芭蕉布纤维的形态学分析：揭示琉球芭蕉（Musa balbisiana var. liukiuensis）细胞壁特性与传统工艺的科学基础

《Scientific Reports》：Morphological analysis of Musa balbisiana var. liukiuensis fibers for Kimono-grade Bashofu in Japan

本研究针对日本冲绳传统香蕉纺织品——和服级芭蕉布（Kimono-grade Bashofu）面临的原材料（特定琉球芭蕉叶鞘纤维）慢性短缺问题，研究人员开展了对Musa balbisiana var. liukiuensis（伊藤芭蕉）纤维的形态学分析。通过显微镜观察等技术，研究证实了芭蕉布纤维（主要由植物次生细胞壁构成）的细胞壁厚度、光滑度及颜色（白色）是决定其品质的关键特性。结果科学验证了传统工匠基于感官经验筛选内层叶鞘（Nahagu级）材料的合理性，因为内层叶鞘纤维具有更薄的细胞壁。该研究为提升和服级芭蕉布的原材料产量提供了植物解剖学视角的科学依据，对保护和传承这一重要无形文化遗产具有重要意义。

　　

在日本冲绳群岛，有一种传承了数个世纪的传统香蕉纺织品——芭蕉布（Bashofu），它由特定的琉球芭蕉（Musa balbisiana var. liukiuensis，又称伊藤芭蕉）的叶鞘纤维制成。其中，最顶级的和服级芭蕉布（Nahagu）以其极致的轻薄、柔软和透气性，在历史上备受琉球王国贵族的青睐，是应对冲绳炎热潮湿夏季的理想夏装。1974年，芭蕉布被日本政府指定为重要无形文化遗产。然而，时至今日，这一传统工艺正面临严峻挑战：可用于制作和服级芭蕉布的原材料——仅限于芭蕉假茎中特定2-3片内层叶鞘（Nahagu级）的纤维——长期处于短缺状态，同时掌握核心技艺的工匠数量也在减少。以往的研究多集中于工艺描述或纤维的力学性能，但从植物科学的角度，特别是对决定纤维品质关键的细胞壁结构进行深入剖析的研究尚属空白。工匠们世代相传的、基于感官经验（如颜色、触感）筛选材料的智慧，其背后的科学原理亟待揭示。为了解决这一问题，并为增加和服级芭蕉布的原材料产量提供科学指导，Koji Koizumi等研究人员在《Scientific Reports》上发表了他们的研究成果。

为开展本研究，作者主要运用了以下几种关键技术方法：研究材料均由日本冲绳县Kijoka地区的芭蕉布纺织工作室提供，包括不同等级的线（a-纤维）、处理中的纤维束（m-纤维）以及直接从假茎叶鞘中获取的原始纤维（raw fibers）。关键实验技术包括：利用光学显微镜、共聚焦显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对纤维的横截面、表面形貌及细胞壁结构进行高分辨率观察和形态计量学分析（如细胞壁厚度、横截面积、壁/腔面积比W/L）；通过拉伸试验机评估纤维的力学性能（拉伸力、应力）；采用Klason木质素法定量分析叶鞘木质素含量，并利用荧光显微镜结合特异性染色（如碱性品红标记木质素，Calcofluor White标记纤维素）对纤维中的木质素和纤维素进行半定量荧光强度检测；使用组织化学方法（如硝酸离析）分离并测量单细胞纤维的长度。

Visual characterization of Bashofu textiles and threads

通过对不同等级（Waha, Nahau, Nahagu Nuki/weft, Nahagu Hashi/warp）芭蕉布线及其拆解后的纤维（a-纤维）进行观察比较发现，和服级Nahagu线（无论是纬线Nuki还是经线Hashi）所含的纤维组织数量（约10束）显著少于其他等级（Waha约16束，Nahau约19束），且其纤维总染色横截面积也更小。Nahagu纤维呈现出更白的颜色和更光滑的表面。这些形态特征直接影响了Nahagu纺织品的轻薄质地。

Visual characterization of the cell wall structure of fibers

对处理中的纤维束（m-纤维）的横截面观察揭示了其蜂窝状结构，由厚壁细胞（sclerenchyma cells）构成。关键发现是，Nahagu级纤维，尤其是纬线（Nuki）纤维，其细胞壁厚度（0.97 ± 0.20 μm）明显薄于Waha（2.37 ± 0.30 μm）和Nahau（1.59 ± 0.18 μm）级纤维。经线（Hashi）纤维的细胞壁厚度（1.42 ± 0.20 μm）介于Nahau和Nuki之间。对原始叶鞘中纤维的观察证实了这一趋势：从外层（Waha）到内层（Nahagu, Kiyagi），细胞壁厚度递减。此外，Nahagu纤维表面残留物较少，显得更洁净光滑。

Shape of fiber cells

研究确认芭蕉布纤维主要来源于叶鞘中的叶肉纤维束（mesophyll fiber bundles）和维管纤维（vascular fibers），其中90%以上来自叶肉纤维束。这些纤维横截面呈圆形、椭圆形或U形。

Lignin and cellulose content

Klason木质素法定量显示，叶鞘背侧部分的木质素含量为Waha > Nahau > Nahagu，但差异不大（约20%）。荧光强度半定量分析表明，在处理后的m-纤维中，各等级纤维单位细胞壁面积的木质素和纤维素荧光强度相近。然而，在原始纤维中，Waha的木质素含量最高，Nahau和Nahagu约为其60%，而最内层Kiyagi仅约40%。这表明传统碱液蒸煮（U-daki）等处理步骤可能改变了纤维的化学成分。

Tensile testing of m-fibers

拉伸测试显示，Waha纤维的拉伸力显著高于Nahau和Nahagu纤维。但计算单位细胞壁面积承受的应力时，Nahau纤维的平均应力最高，且与Nahagu Hashi存在显著差异，而Nahagu Nuki与Hashi之间无显著差异。断裂面形貌分析显示了平坦型和脊柱型等不同断裂模式。

Lengths of single-cell fibers

单细胞纤维长度测量显示，各等级m-纤维之间（除Kiyagi较短外）以及原始纤维之间（除Kiyagi外）的长度无显著差异，表明纤维强度差异主要不源于细胞长度，而更可能与细胞壁特性有关。

Conclusions

本研究通过系统的形态学分析得出以下核心结论：首先，细胞壁厚度是区分芭蕉布纤维品质的关键指标，和服级Nahagu纤维（尤其是纬线Nuki）具有最薄的细胞壁，这直接源于其在原始叶鞘中的内在特性。其次，纤维的洁白度、表面光滑度以及残留物少也是工匠选择Nahagu材料的重要依据。最重要的是，研究从植物解剖学角度科学地验证了传统工匠基于感官经验（如位置、颜色）将假茎叶鞘由外至内划分为Waha、Nahau、Nahagu和Kiyagi的合理性——内层（Nahagu）叶鞘确实含有细胞壁更薄、更适宜制作高端纺织品的纤维。此外，细胞壁面积与腔面积之比（W/L）在处理后升高，以及传统工艺步骤（如U-daki, U-bikei）对纤维形态和化学成分的影响，也得到了初步揭示。

Discussion

该研究的深刻意义在于，它将传统手工艺的隐性知识（Tacit Knowledge）与现代植物科学联系起来，为解决和服级芭蕉布原材料短缺问题提供了明确的科学方向。既然已知内层叶鞘（Nahagu）的纤维具有理想的薄细胞壁等特性，未来的努力可以集中于通过农学手段（如优化施肥、光照、采收时间）调控Itobashou植物的生长发育，以期增加高质量纤维的产量，或探索更有效的纤维提取和纯化方法。同时，研究也提示，工匠对Nahagu级材料内部分类（经线Hashi与纬线Nuki）的依据，可能不仅在于力学强度的微调，更综合考量了外观品质（如颜色、光滑度）以满足织造和审美的需求。这项工作不仅对保护和传承芭蕉布这一重要文化遗产具有实践价值，也为其他天然植物纤维的开发和利用提供了可借鉴的研究思路。