細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)課件

1、 第二章 細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu) Cellwall Structure of Wood幾個概念宏觀構(gòu)造：在肉眼或手持放大鏡下觀察到的木材特征。微觀構(gòu)造：用光學(xué)顯微鏡所觀察到的木材特征。超微結(jié)構(gòu)：使用電子顯微鏡或其它手段，如X射線衍射儀等工具所觀察或測出的木材結(jié)構(gòu)特征。 第二章 細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu) 一、木材細(xì)胞的生成 形成層原始細(xì)胞 木質(zhì)部子細(xì)胞 分生細(xì)胞形體擴大 細(xì)胞胞壁增厚 細(xì)胞成熟 細(xì)胞死亡 胞腔胞壁細(xì)胞 組織 輸導(dǎo)組織 機械組織 薄壁組織 分泌組織 樹 木管胞木材纖維圖41 木材中典型的細(xì)胞導(dǎo)管分子木材的主要細(xì)胞種類針葉材闊葉材 木材中的厚壁細(xì)胞在胞壁加厚以后變成圍繞空腔的外殼，木材主要是由這類細(xì)胞構(gòu)成

2、，這是木材構(gòu)成上的一個重要性狀。 木材細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，往往決定了木材及其制品的性質(zhì)和品質(zhì)。因此，對木材在細(xì)胞水平上的研究，也可以說主要是對細(xì)胞壁的研究。一、木材細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)木材 高分子物質(zhì) 低分子物質(zhì) 多糖 木素 有機物 無機物 纖維素 半纖維素 抽提物 灰分 針葉材(%)闊葉材(%)纖維素422452半纖維素272305木素2822041. 木材細(xì)胞的化學(xué)組成纖 維 素結(jié)構(gòu)單元：D-葡萄糖基 （C6H10O5）聚 合 度：7000-10000基環(huán)聯(lián)接：1-4苷鍵 （直鏈結(jié)構(gòu)）主要功能基：羥基 -OH分子形態(tài)：直鏈半纖維素結(jié)構(gòu)單元：多種糖基 （非均一聚糖）聚 合 度：150-200（主鏈）主要功能

3、基：羥基 -OH分子形態(tài)：線型 具短支鏈D-木糖 D-甘露糖 D-葡萄糖 D-半乳糖 D-阿拉伯糖 木素結(jié)構(gòu)單元：苯基丙烷主要官能團：甲氧基（-OCH3） 羥基（-OH）分子形態(tài)：三維空間結(jié)構(gòu)羧基（=CO） A B C 三種結(jié)構(gòu)單元：A 愈瘡木基丙烷B 紫丁香基丙烷C 對羥基丙烷木材的細(xì)胞壁稱為鋼筋-混凝土建筑。纖維素分子鏈聚集成束以排列有序的微纖絲狀態(tài)存在于細(xì)胞壁中，賦予木材抗拉強度，起著骨架作用，故稱此種結(jié)構(gòu)物質(zhì)為骨架物質(zhì)；半纖維素以無定型狀態(tài)滲透在骨架物質(zhì)之中，起著基體作用，借以增加細(xì)胞壁的剛性，故稱其為基體物質(zhì)；木質(zhì)素是木材細(xì)胞壁的一種顯著特征，木質(zhì)素是在細(xì)胞分化的最后階段才形成的，它

4、滲透在細(xì)胞壁的骨架物質(zhì)之中，可使細(xì)胞壁堅硬，所以稱其為結(jié)殼物質(zhì)或硬固物質(zhì)。 基本纖絲、微纖絲和纖絲 木材細(xì)胞壁的組織結(jié)構(gòu)，是以纖維素作為“骨架”的。它的基本組成單位是一些長短不等的鏈狀纖維素分子，這些纖維素分子鏈平行排列，有規(guī)則地聚集在一起稱為基本纖絲（又稱微團）。 在電子顯微鏡下觀察時，認(rèn)為組成細(xì)胞壁的最小單位是基本纖絲?；纠w絲寬約3.55.0nm，斷面大約包括40（或3742）根纖維素分子鏈，在基本纖絲內(nèi)纖維素分子鏈排列成結(jié)晶結(jié)構(gòu)。 2. 細(xì)胞壁的超微構(gòu)造 微纖絲(microfibris) 由基本纖絲組成一種絲狀的微系統(tǒng)稱為微纖絲。 微纖絲角（）(microfibrillar angle

5、)：細(xì)胞壁中微纖絲排列方向與細(xì)胞軸所成的角度。 微纖絲大約寬1030nm，微纖絲之間存在著約l0nm的空隙，木素及半纖維素等物質(zhì)聚集于此空隙中。 由微纖絲的集合可以組成纖絲；纖絲再聚集形成粗纖絲（寬0.41.0m）； 粗纖絲相互接合形成薄層；最后許多薄層聚集形成了細(xì)胞壁層。葡萄糖基纖維素分子鏈微纖絲纖絲薄層細(xì)胞壁結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū) (crystalline area and amorphous region) 結(jié)晶區(qū)在大分子鏈排列最致密的地方，分子鏈規(guī)則平行排列，定向良好，反映出一些晶體的特征，所以被稱為纖維素的結(jié)晶區(qū)。 在纖維素結(jié)晶區(qū)內(nèi)，纖維素分子鏈平行排列，在x射線衍射圖反映是高度結(jié)晶的，分

6、子鏈與分子鏈間的結(jié)合力隨著分子鏈間距離的縮小而增大。 非結(jié)晶區(qū)結(jié)晶區(qū) 非結(jié)晶區(qū)當(dāng)纖維素分子鏈排列的致密程度減小、分子鏈間形成較大的間隙時，分子鏈與分子鏈彼此之間的結(jié)合力下降，纖維素分子鏈間排列的平行度下降，此類纖維素大分子鏈排列特征被稱為纖維素非結(jié)晶區(qū)（有時也稱作無定形區(qū)）。 結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)之間無明顯的絕對界限，而是在纖維素分子鏈長度方向上呈連續(xù)的排列結(jié)構(gòu)。纖維素的結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)二、 細(xì)胞壁的壁層結(jié)構(gòu) 一、細(xì)胞的發(fā)育步驟：增大、加厚和木質(zhì)化圖4-4 細(xì)胞的發(fā)育（1)胞間層(ML)：（2) 初生壁(P)：（3) 次生壁(S)： 外層(S1)： 中層(S2)： 內(nèi)層(S3)：圖 細(xì)胞壁的構(gòu)造1

7、、胞間層（Intercellular layer, ML）：是細(xì)胞分裂以后，最早形成的分隔部分。胞間層主要由一種無定形的、膠體狀的果膠物質(zhì)所組成，在偏光顯微鏡下呈各向同性。 在成熟的細(xì)胞中已很難區(qū)別出胞間層來，因為通常在胞間層出現(xiàn)不久，很快在其兩側(cè)沉積了許多纖維素，形成了初生壁。 實際上，通常就將胞間層和初生壁合在一起，稱之為復(fù)合胞間層（復(fù)合中層）。 2、初生壁（Primary wall）：是細(xì)胞在繼續(xù)增大過程中胞間層兩側(cè)所沉積的壁層。 它由纖維素和果膠物質(zhì)所組成，其中還含有半纖維素和其它多糖。在偏光顯微鏡下顯示出各向異性。 3、次生壁(Secondary wall)：是細(xì)胞在停止增大以后，在

8、初生壁上繼續(xù)增厚的壁層。 它的主要成分是纖維素或者是纖維素和半纖維素的混合物。不過，在細(xì)胞壁發(fā)生木質(zhì)化階段時，此壁上還沉積有大量的木質(zhì)素和其它物質(zhì)。次生壁在偏光顯微鏡下呈顯出強烈的各向異性。 次生壁S1和S3層較薄，S2層最厚，在管胞、木纖維細(xì)胞中可占細(xì)胞壁厚度的70-90%，對木材的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大影響。微纖絲(microfibris) 由基本纖絲組成一種絲狀的微系統(tǒng)稱為微纖絲。 微纖絲角（）(microfibrillar angle)：細(xì)胞壁中微纖絲排列方向與細(xì)胞軸所成的角度。細(xì)胞壁的各層微纖絲方向細(xì)胞壁的壁層結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁的各層微纖絲方向S1層：微纖絲平行排列，與細(xì)胞軸成50-70角。S型或

9、Z層。S2層：微纖絲排列的平行度最好，與細(xì)胞軸呈10-30角，幾乎平行于細(xì)胞軸。S3層：微纖絲呈不規(guī)則排列。與細(xì)胞軸成60-90角。木材細(xì)胞壁的各級構(gòu)造請看教材P61葡萄糖基纖維素分子鏈微纖絲纖絲粗纖絲薄層細(xì)胞壁 導(dǎo)管、管胞、木纖維等問 題1.組成木材的最小單位是什么？2.木材中軸向排列的細(xì)胞多，還是橫向排列的細(xì)胞多？3.細(xì)胞壁各層微纖絲排列方向?qū)δ静男再|(zhì)有什么影響?三、 木材細(xì)胞壁上的特征（一）、紋孔（二）、螺紋加厚（三）、鋸齒狀加厚（四）、眉條（五）、瘤層1. 紋孔、紋孔對及其意義：(1)紋孔(pit)：指木材細(xì)胞壁加厚產(chǎn)生次生壁時，初生壁上未被增厚的部分，即次生壁上的凹陷。(2)紋孔對(

10、pit pair)：紋孔多數(shù)成對，即細(xì)胞壁上的一個紋孔與相鄰細(xì)胞的另一個紋孔位置相對，構(gòu)成紋孔對。(一)、紋孔(3)紋孔存在的意義： a.立木中是相鄰細(xì)胞間進行水分和養(yǎng)料交換的 通道； b.對木材的滲透性影響很大如：木材干燥、膠接、木材染色、防蟲處理、防腐處理、阻燃處理以及木材改性； c.可能影響木材的強度。2、紋孔的類型：(1)單紋孔(simple pit)：見于薄壁細(xì)胞壁和韌性木纖維壁上；圖3-8 單紋孔A.正面圖; B.剖視; C.軸側(cè)投影(半剖立體圖)I紋孔口 紋孔膜 紋孔腔(2)具緣紋孔(bordered pit)：見于導(dǎo)管、管胞、纖維狀管胞等厚壁細(xì)胞壁上。3、紋孔的結(jié)構(gòu)：(1)單紋

11、孔的結(jié)構(gòu)：紋孔腔、紋孔膜紋孔膜：紋孔對之間的隔膜，多數(shù)為兩個細(xì)胞的初生壁和胞間層組成；紋孔腔：紋孔膜到細(xì)胞腔的全部空隙；圖 單紋孔的結(jié)構(gòu)(2)具緣紋孔的結(jié)構(gòu)：針葉樹材具緣紋孔的結(jié)構(gòu)：紋孔緣、紋孔腔、紋孔膜、紋孔口、紋孔塞、塞緣等。紋孔緣：次生壁呈拱狀的部分；紋孔塞：紋孔膜中間的加厚部分；塞緣：紋孔塞周圍的紋孔膜。圖 具緣紋孔的結(jié)構(gòu)(3)針葉樹材和闊葉樹材具緣紋孔的主要差異：a. 紋孔膜不同，闊葉樹材一般不具有紋孔塞；b. 紋孔緣有所不同，闊葉樹材的稍矮一些。圖 針葉樹材早材的紋孔膜圖 闊葉樹材的紋孔膜4、紋孔對的類型： a.單紋孔對： b.具緣紋孔對： c.半具緣紋孔對：圖 紋孔對的類型單紋孔

12、對，是單紋孔之間構(gòu)成的紋孔對，存在于薄壁細(xì)胞之間、某些特殊的厚壁細(xì)胞之間。 具緣紋孔對，是兩個具緣紋孔所構(gòu)成的紋孔對，存在于管胞、纖維狀管胞、導(dǎo)管分子和射線管胞等含有具緣紋孔的細(xì)胞之間。半具緣紋孔對，是具緣紋孔與單紋孔相構(gòu)成的紋孔對。圖 針葉樹材的具緣紋孔對圖 闊葉樹材的具緣紋孔對圖 單紋孔對和半具緣紋孔對5、閉塞紋孔：(1) 概念：針葉樹材管胞壁上的具緣紋孔對在某些情況下紋孔塞會偏向一側(cè)，而將紋孔口堵住，形成閉塞紋孔。圖 閉塞紋孔 圖 閉塞紋孔6、具緣紋孔在細(xì)胞壁上的排列梯狀紋孔式 ：如木蘭屬 梯狀-對列紋孔式 ：如鵝掌楸屬 對列紋孔式：如擬赤揚互列紋孔式 ：如絕大多數(shù)闊葉材梯狀對列紋孔式梯狀紋孔式互列紋孔式對列紋孔式 螺紋加厚：在細(xì)胞次生壁內(nèi)表面上，由微纖絲局部聚集而形成的屋脊?fàn)钔蛊?，呈螺旋狀環(huán)繞著細(xì)胞內(nèi)壁的加厚組織。 可能提高木材強度。 如：紅豆杉、三尖杉、銀杉、黃杉、椴木、槭木、榆木、黃波羅、刺槐等。(二)、螺紋加厚針葉樹材闊葉樹材識別特征: 有無;顯著程度;形狀(三)、鋸齒狀加厚 在部分針葉樹材射線管胞內(nèi)壁的次生