植物纖維原料的生物結(jié)構(gòu)公開課課件

1.2.1木材纖維原料的生物結(jié)構(gòu)及細胞形態(tài)一、樹木的粗視結(jié)構(gòu)（Themacroscopicstructureofwood）（木材解剖的常用術(shù)語）1．木材解剖的三個切面A橫切面：與樹干的軸垂直的切面；B徑切面：通過樹干髓心與橫切面垂直的切面，又稱輻射切面;C弦切面：垂直橫切面與年輪相切的切面，又稱切線切面。Figure3.Differentplanesofacuttreestemrevealingtransverse(cross-sectional),radial,andtangentialfacesFigure4.Cross-sectionofan85yearoldLarixsibiricastem

（西伯利亞落葉松）Figure20.Severecompressionwoodonacross-sectionsurfaceofaleaningsoftwoodsteminPinussylvestris(PhotobyHannuKalaja)（長柏松）

樹皮是樹干的最外層，是樹干的保護層，尤其是保護樹木的形成層。樹皮分外皮（OutBark）和內(nèi)皮（InnerBark）。3．樹皮（Bark）外皮:

是由已死亡的木栓細胞（含有木栓質(zhì)的細胞）組成。其作用是對木材組織起著抵制外來機械傷害以及防止外界溫度和濕度變化的作用。內(nèi)皮:

是由有生命的活細胞組成，又稱韌皮部（Phloem），其作用負擔著把樹葉光合作用產(chǎn)生的養(yǎng)分向下輸送。5．木質(zhì)部（Xylem）木質(zhì)部是樹干的主要部分，位于形成層與髓心之間，是造紙原料的最主要部分。木質(zhì)部是植物主要的輸導組織和機械支持組織。6．年輪、早材和晚材每個年輪一般由兩層構(gòu)成，內(nèi)層是在每年的春季與夏季之間形成的，稱之為早材（或春材）；外層是夏末及秋天形成的，稱為晚材（秋材或夏材）。Figure4.Cross-sectionofaspruce(PiceaAbies)sampleshowinganannualgrowthringboundary.7．邊材與心材顏色深的部分（木材的中心）稱為心材（heartwoodorInnerwood），顏色淺的靠近樹皮的部分稱為邊材（OuterwoodorSapwood）。心材8．木射線（WoodRays）木射線是由木射線薄壁細胞組成，它貯藏營養(yǎng)物質(zhì)，還有橫向運輸?shù)墓δ?，木質(zhì)部的營養(yǎng)物質(zhì)就是經(jīng)木射線從韌皮部輸送來的。一個細胞分裂產(chǎn)生兩個新的子細胞（右圖）。分裂產(chǎn)生的子細胞既可以是仍保持具有分生能力的分生細胞;也可以是不再具有分生能力的細胞，這種細胞發(fā)育成長過程中分化為執(zhí)行不同生理機能的各種永久細胞,其中很大一部分細胞分化為構(gòu)成植物體基干起機械作用和輸導作用的永久細胞。圖1-17木材活細胞成長為植物纖維的過程

植物纖維的概念這種失去生命機能的細長銳端永久細胞稱為植物纖維。2．植物纖維細胞壁的構(gòu)造

胞間層（Middlelamella）初生壁(PrimaryWall)

次生壁(SecondaryWall)

次生壁分外（S1）、中（S2）、內(nèi)（S3）三層Figure2.CrosssectionofaPine(Pinuspalustris)latewoodtracheid:MisthemiddlelamellaPistheprimarywall,S1,S2,andS3aretheouter,middleandinnerlayersofthesecondarywall.3．細胞壁上的紋孔細胞在次生壁增厚時，并非全面均勻的增厚，其中常留有不增厚的部分。這種不增厚的部分，因為細胞壁比較薄，在顯微鏡下觀察象一些圓形小孔，實際上并不是真正的孔，而是一些薄壁區(qū)域。這些薄壁區(qū)域叫做紋孔（Pit）。

Figure13.Profilesofpitpairs(redrawnfromHaygreenandBowyer)

紋孔室紋孔緣紋孔口紋孔膜紋孔托

具緣紋孔AtomicForceMicroscopeImageofBorderedPit(BlackSprucewood)Hereisanotherstructuralviewofasoftwoodborderedpitpair.Twotracheidsareconnectedbythepitpair.Theover-archingpitbordersareseparatedbyacentral"pitmembrane"whichbisectsthepitchamber.Herearetwoborderedpitswhichwereobservedwithascanningelectronmicroscope.Moredetailofthestructurecanbyseeninthispicture.Thetwopitsforma"pitpair"whichiscutopensothatwecanseetheinsideor"pitchamber".Portionsofthreelongitudinaltracheidlumens(darkareas)canbeseenhere.4．樹木的細胞類型

（CellTypesofWood）

形態(tài)（Shape）：銳端細胞和薄壁細胞；功能（Function）：輸導細胞、支撐細胞和貯藏細胞。

輸導細胞支撐細胞貯藏細胞闊葉材：導管木纖維薄壁細胞針葉材：管胞薄壁細胞三．針葉材的生物結(jié)構(gòu)、細胞類型、含量及形態(tài)（一）針葉材的生物結(jié)構(gòu)

1、橫切面；

2、弦切面；

3、徑切面。（二）細胞類型、含量及形態(tài)1.管胞占木質(zhì)部細胞容積的90%~95%，管胞平均長度一般為3~5mm，寬為0.03~0.05mm。管胞壁上的紋孔大多為具緣紋孔。

Detailofannualring.Earlywoodandlatewoodfibres.Cellsfromasoftwood.MagnificationX502.木薄壁組織木射線管胞和木射線薄壁細胞木射線細胞占木材體積的5%~10%。Norway云杉和Scots松木射線薄壁細胞的長為：0.01~0.16mm，寬為：2~5μm。3.樹脂道

樹脂道是由若干分泌細胞所圍繞成形的一種胞間道。它不是一個細胞，也不是一個組織，而是細胞間隙，中間充滿樹脂。松木樹脂道結(jié)構(gòu)圖圖1-26縱生樹脂道（橫切面,云杉）樹脂道四．闊葉材的生物結(jié)構(gòu)、細胞類型、含量及形態(tài)（一）闊葉材的生物結(jié)構(gòu)

1、橫切面；

2、弦切面；

3、徑切面。毛白楊橫切面毛白楊弦切面毛白楊徑切面（二）細胞類型、含量及形態(tài)1.木纖維2.管胞3.導管4.薄壁細胞及木射線薄壁細胞1．木纖維占木材的60%~80%木纖維平均纖維長為：1mm左右，寬度一般小于20μm。紋孔多是具緣紋孔、縫隙狀、單紋孔、節(jié)狀增厚。2．管胞闊葉材中的管胞數(shù)量很少，但形態(tài)與針葉材的管胞相似，其細胞壁上的紋孔具緣紋孔，紋孔緣明顯。3．導管導管是闊葉材中的水分輸導組織，它由一系列的導管細胞首尾相連而成；依導管細胞壁的增厚情況不同，導管細胞可分為五種類型，其形態(tài)大小等均隨木材品種而異。EucalyptusVesselPerforationplate4.薄壁細胞及木射線薄壁細胞木射線薄壁細胞薄壁細胞——

薄壁細胞又稱為軸向薄壁細胞Figure15.Fibersandavesselsegmentofadiffuse-poroushardwoodforPopulustremulaFigure16.Fibersandwideandnarrowvesselsegmentsofaring-poroushardwood,Ulmusglabra五、針葉材與闊葉材生物結(jié)構(gòu)的區(qū)別項目針葉材闊葉材年輪除熱帶外，多數(shù)地區(qū)中年輪界線明顯除環(huán)孔材和部分半孔材外，不明顯細胞類型細胞種類少，管胞占90％～95％，此外僅有少量木射線，結(jié)構(gòu)簡單細胞種類多，木纖維含量低，有導管、木射線及縱向薄壁細胞，還有少量的管胞，結(jié)構(gòu)復雜木射線特點一般為單列，且為同型木射線部分為單列，多數(shù)為雙列甚至多列，有同型射線和異型射線纖維形態(tài)及紋孔較粗且長，紋孔明顯又短又細，多數(shù)纖維的紋孔不明顯樹脂道部分針葉材中有樹脂道無樹脂道纖維排列規(guī)則性橫切面中纖維排列規(guī)則性強，木材結(jié)構(gòu)較均勻受導管影響，纖維排列規(guī)則性不如針葉材，且不同材種的規(guī)則性差別甚大1.2.2非木材纖維原料的生物結(jié)構(gòu)及細胞形態(tài)一．禾本科纖維原料1．禾稈的橫切面構(gòu)造基本組織表皮維管束莖小麥莖結(jié)構(gòu)小麥莖結(jié)構(gòu)小麥莖結(jié)構(gòu)水稻一個維管束放大圖2．禾稈的細胞組成、形態(tài)①纖維細胞平均纖維長度在1.0~1.5mm之間，平均寬度為10~20μm。一般纖維細胞的含量約占細胞總量的40%~70%（按面積法測定）。②薄壁細胞：桿狀、長方形、正方形、橢圓形、球形、桶形、袋狀、枕頭形等。③導管④表皮細胞：多呈鋸齒狀，有的是一面齒，有的是兩面齒，也有的邊緣平滑無齒痕的。⑤篩管、伴胞⑥石細胞1~3表皮細胞；4纖維橫切面；5~7纖維細胞；8~11薄壁細胞二．半木材纖維原料研究表明：棉稈的解剖形態(tài)、纖維形態(tài)、化學組成和物理性質(zhì)等，與軟闊葉材相近。三．韌皮纖維原料（一）麻類纖維原料亞麻：纖維長8.0~40mm，平均纖維長為18mm左右，寬為8.8~24.0μm。平均寬為16μm，長寬比達1000以上。大麻：纖維長在15~25mm，寬為15~25μm，長寬比約為1000左右。苧麻：纖維長在120~180mm，寬為20~50μm，長寬比達2000。黃麻：單根纖維長2~3mm，寬為15~25μm，長寬比100左右。（二）韌皮類纖維原料桑皮：纖維長為3.86~10.80mm，最長者達21mm，寬為10.8~22.1μm，平均為15.5μm，長寬比為463。構(gòu)皮：纖維的平均長度為6.07mm，寬度為20.9μm。四、籽毛纖維原料棉花纖維長為12~23mm，平均長為18.8mm，寬度為14.7~24.5μm，平均為20μm。五、葉部纖維原料龍舌蘭麻；龍須草；香蕉葉；菠蘿葉。龍須草第一章思考題1．如何將造紙植物纖維原料進行分類？2．造紙植物纖維原料中、主要化學組成是什么？寫出定義或概念。3．比較纖維素與半纖維素的異同。4．寫出綜纖維素的定義及四種制備方法、并指出哪種方法比較好？5.如何自綜纖維素制備α－纖維素？并指出其化學組成。6.如何自漂白化學漿制備α－纖維素、β－纖維素、γ－纖維素？并指出各自的化學組成。7.如何制備CrossandBevan纖維素？8.如何制備硝酸乙醇纖維素？9.寫出有機溶劑抽出物的定義、并指出常用的有機溶劑有哪些？10.寫出針葉材、闊葉材和草類原料、各自的有機溶劑抽出物的化學組成及存在的位置？11.寫出果膠質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)式、并說明果膠質(zhì)存在于哪些植物中？12.寫出植物纖維的定義。13.試述死亡細胞壁的構(gòu)造。14.敘述木材的粗視結(jié)構(gòu)。15.植物細胞壁上紋孔的功能及種類？16.