木材细胞壁构造幻灯片

1、第三章第三章 木材的细胞木材的细胞 Cell of Wood 3.1 木材细胞的生成 3.2木材细胞壁结构 3.3木材细胞壁上的特征 第一节第一节 木材细胞的生成木材细胞的生成 一、木材细胞的生成一、木材细胞的生成 a a、形成层原始细胞的形成层原始细胞的 树木的生长包括树木的生长包括 和和。树木中木质。树木中木质 部的绝大部分是由部的绝大部分是由 形成，它是形成，它是 的结果。的结果。 （细胞的分裂、细胞扩大生长、胞壁增厚） 纺锤形原始细胞的长轴沿树高方纺锤形原始细胞的长轴沿树高方 向，两端尖削，呈纺锤形，为木质向，两端尖削，呈纺锤形，为木质 部中部中纵行纵行排列细胞的来源；射线原排列细胞的

2、来源；射线原 始细胞形小、聚集成射线状，为木始细胞形小、聚集成射线状，为木 质部中质部中横行横行细胞的来源。细胞的来源。 形成层原始细胞： 大多数树种的形 成层原始细胞排列不整齐，即它 们的排列上下互相交错，不在同 一水平面上（图A） 有些种形成 层原始细胞排列整齐，从垂直于 形成层的方向观察，它呈显明的 层次（图B）。 (尹思慈，木材学) A-非叠生形成层 B-叠生形成层 形成层原始细胞的平周分裂形成层原始细胞的平周分裂 形成形成 层原层原 始细始细 胞胞 射线原始细胞生成 射线薄壁细胞等横向细胞 纺锤形原始细胞生成 导管、管胞等轴向细胞 垂周分裂 平周分裂 木质部 韧皮部 纺锤形原始细胞的

3、增加纺锤形原始细胞的增加(岛地谦，1976) 形成层原始细胞的垂周分裂 射线原始细胞的增加 细胞的发育 木材中典型的细胞 二、木材的主要细胞种类二、木材的主要细胞种类 管 胞 木 纤维 早材导管分子 晚 材 导 管 分 子 针叶树材和阔叶树材中的主要细胞针叶树材和阔叶树材中的主要细胞 针叶树材针叶树材 阔叶树材阔叶树材 管胞管胞 导管导管 环管管胞和环管管胞和 维管管胞维管管胞 轴向薄壁细胞轴向薄壁细胞 轴向薄壁细胞轴向薄壁细胞 射线薄壁细胞射线薄壁细胞 射线薄壁细胞射线薄壁细胞 射线管胞射线管胞 木材纤维木材纤维 （韧性纤维和纤（韧性纤维和纤 维状管胞）维状管胞） 树脂道泌脂细胞树脂道泌脂细

4、胞 树胶道泌胶细胞树胶道泌胶细胞 第二节第二节 木材细胞壁的结构木材细胞壁的结构 一、一、木材细胞壁的物质木材细胞壁的物质 1、木材细胞壁的三大物质：、木材细胞壁的三大物质： 纤维素纤维素(cellulose)：骨架物质骨架物质 半纤维素半纤维素(hemicellulose)：基体物质基体物质 木素木素(lignin)：结壳物质结壳物质(硬固物质硬固物质) matrix(日文文献日文文献)：包括木材细胞壁内的所有木包括木材细胞壁内的所有木 素和大部分半纤维素素和大部分半纤维素(不包括与纤维素紧密结合的那部不包括与纤维素紧密结合的那部 分半纤维素分半纤维素)。 木材细胞壁的组织结构，是以木材细胞

5、壁的组织结构，是以作为作为“骨架骨架”的。的。 它的基本组成单位是一些长短不等的链状纤维素分子，它的基本组成单位是一些长短不等的链状纤维素分子， 这些纤维素分子链平行排列，有规则地聚集在一起称这些纤维素分子链平行排列，有规则地聚集在一起称 为为（又称微团）。（又称微团）。 在电子显微镜下观察时，认为在电子显微镜下观察时，认为 。基本纤丝宽约。基本纤丝宽约353550 50 ，断面大约，断面大约 包括包括4040（或（或37374242）根纤维素分子链，在基本纤丝内）根纤维素分子链，在基本纤丝内 纤维素分子链排列成结晶结构。纤维素分子链排列成结晶结构。 微纤丝的构成 纤维素以微纤丝状态存纤维素以

6、微纤丝状态存 在于细胞壁中。微纤丝在于细胞壁中。微纤丝 是由更微小的基本纤丝是由更微小的基本纤丝 构成的。微纤丝大约宽构成的。微纤丝大约宽 10 30nm，微纤丝之，微纤丝之 间存在着约间存在着约l0nm的空隙，的空隙， 木素及半纤维素等物质木素及半纤维素等物质 聚集于此空隙中。聚集于此空隙中。 微 纤 丝 角 （微 纤 丝 角 （ ） (microfibrillar angle)： 细胞壁中微纤丝排列方细胞壁中微纤丝排列方 向与细胞长轴所成的角向与细胞长轴所成的角 度。度。 葡萄糖基葡萄糖基纤维素分子链纤维素分子链（40根）根）基基 本纤丝本纤丝（24个）个） 微纤丝微纤丝纤丝纤丝粗粗 纤丝

7、纤丝（宽（宽 0.4-1.0um）薄层薄层细胞壁细胞壁 基本纤丝：由纤维素构成，在电镜下基本纤丝：由纤维素构成，在电镜下 可见，尺寸约为可见，尺寸约为35 50。 微纤丝：木材细胞壁的基本构成单位，微纤丝：木材细胞壁的基本构成单位， 在电镜下可见，尺寸约为在电镜下可见，尺寸约为1030nm。 (Siau,1971) 纤维素的结晶区和无定形区 3、结晶区和无定形区、结晶区和无定形区 结晶区和无定形区：结晶区和无定形区： 结晶区结晶区(crystalline area)：在基本纤丝内，纤维素分在基本纤丝内，纤维素分 子链基本平行排列的部分，称为结晶区；在结晶区内，子链基本平行排列的部分，称为结晶区

8、；在结晶区内， x射线衍射图反映是高度结晶的。射线衍射图反映是高度结晶的。 无定形区无定形区(非结晶区非结晶区, amorphous region)：基本纤基本纤 丝内结晶区以外的部分丝内结晶区以外的部分,纤维素分子链排列不紧密，不平纤维素分子链排列不紧密，不平 行的部分。行的部分。 二、细胞壁的壁层结构二、细胞壁的壁层结构 1、细胞的发育步骤：增大；加厚和木质化、细胞的发育步骤：增大；加厚和木质化 细胞的发育 2、壁层结构：、壁层结构：在显微镜下，细胞壁可分为初生壁（在显微镜下，细胞壁可分为初生壁（P）、）、 次生壁（次生壁（S）、以及两细胞间存在的胞间层（）、以及两细胞间存在的胞间层（ML

9、）。）。 （1)细胞间质细胞间质(胞间层胞间层)： （2)初生壁：初生壁： （3)次生壁：次生壁： 外层外层(S1)： 中层中层(S2)： 内层内层(S3)： 细胞壁的构造 (申宗圻，木材学) 图3-4 细胞壁的壁层结构 A.细胞腔； P.初生壁； S.次生壁； ML.胞间层； S1.次生壁外层； S2.次生壁中层； S3.次生壁内层 是细胞分裂以后，最 早形成的分隔部分，后来就在此 层的两侧沉积形成初生壁。 胞 间层主要由一种无定形、胶体状 的果胶物质所组成，在偏光显微 镜下呈各向同性。 通常将相邻细胞间的胞间层 和其两侧的初生壁合在一起称为 。 ML 胞间层 图3-4 细胞壁的壁层结构 A

10、.细胞腔； P.初生壁； S.次生壁； ML.胞间层； S1.次生壁外层； S2.次生壁中层； S3. 次生壁内层 初生壁：是细胞分裂后，初生壁：是细胞分裂后， 在胞间层两侧最早沉积、在胞间层两侧最早沉积、 并随细胞继续增大时所并随细胞继续增大时所 形成的壁层。形成的壁层。 初生壁一般较薄，初生壁一般较薄， 通常只有细胞壁厚度的通常只有细胞壁厚度的 1%或略多一点。初生壁或略多一点。初生壁 也分层。也分层。 初生壁 P 次生壁次生壁：是细胞停止增大以后，在初生壁上继续形成的壁层。：是细胞停止增大以后，在初生壁上继续形成的壁层。 次生壁：是细胞停止增次生壁：是细胞停止增 大以后，在初生壁上继大以

11、后，在初生壁上继 续形成的壁层。续形成的壁层。 在细胞壁中，次生在细胞壁中，次生 壁最厚，占细胞壁厚度壁最厚，占细胞壁厚度 的的95%95%以上。以上。 外层外层(S1)： 中层中层(S2)： 内层内层(S3)： 图3-4 细胞壁的壁层结构 A.细胞腔； P.初生壁； S.次生壁； ML.胞间层； S1.次生壁外层； S2.次生壁中层； S3. 次生壁内层 S 3 、木材细胞壁各层的微纤丝排列、木材细胞壁各层的微纤丝排列 初生壁的微纤丝排列初生壁的微纤丝排列 初生壁基本上由纤维素微初生壁基本上由纤维素微 纤丝组成，当细胞生长时，微纤丝组成，当细胞生长时，微 纤丝不断沉积在伸展的细胞壁纤丝不断沉

12、积在伸展的细胞壁 内壁，随着细胞壁的伸展而改内壁，随着细胞壁的伸展而改 变其排列方向。初生壁整个壁变其排列方向。初生壁整个壁 层上的微纤丝排列都很松散，层上的微纤丝排列都很松散， 这种结构和微纤丝的排列状态，这种结构和微纤丝的排列状态， 有利于细胞的长大。有利于细胞的长大。 初生壁 次生壁的微纤丝排列次生壁的微纤丝排列 在次生壁上，由于纤维素分在次生壁上，由于纤维素分 子链组成的微纤丝排列方向不同，子链组成的微纤丝排列方向不同， 可将次生壁明显地分为三层，即：可将次生壁明显地分为三层，即： 次生壁外层（S1） 次生壁中层（S2） 次生壁内层（S3） 次生壁各层的微纤丝都形成螺旋取 向，但斜度不

13、同。细胞壁的厚或薄主要 S2层的厚薄决定。 图 3-6 木材管胞细胞壁微细结构 （成俊卿，1985） 4 、 木材细胞壁的各级构造木材细胞壁的各级构造 纤维素大分子链（纤维素大分子链（） 形成了 基本纤丝 细 胞 壁 初生壁（初生壁（P P）: : 松散的网状排列。很薄，只有细胞壁的松散的网状排列。很薄，只有细胞壁的1 1 或略大一点；或略大一点； 次生壁可明显分为三层，各层的微纤丝都形成螺旋取向，次生壁可明显分为三层，各层的微纤丝都形成螺旋取向， 但斜度不同。但斜度不同。 S1S1：微纤丝呈平行排列，与细胞长轴的夹角为：微纤丝呈平行排列，与细胞长轴的夹角为5050 7070 ， 厚度百分率为

14、厚度百分率为1010 2222。 S2S2：微纤丝与细胞长轴的夹角为：微纤丝与细胞长轴的夹角为1010 3030 ，近乎平行，近乎平行 于细胞轴。厚度百分率为于细胞轴。厚度百分率为7070 9090。 S3S3：微纤丝与细胞长轴的夹角为：微纤丝与细胞长轴的夹角为6060 9090 。厚度百分率。厚度百分率 为为2 2 8 8。 5、管胞和木纤维的壁层结构 导管的壁层结构导管的壁层结构 薄壁细胞的壁层结构薄壁细胞的壁层结构 6、导管和薄壁细胞的壁层结构 7、细胞壁壁层中物质的分布、细胞壁壁层中物质的分布 复合胞间复合胞间 层中木素浓层中木素浓 度最高，但度最高，但 木素的约木素的约80 仍分布在

15、仍分布在 次生壁。次生壁。 管胞壁中的物质分布 第三节第三节 木材细胞壁上的特征木材细胞壁上的特征 一、纹孔一、纹孔 木材中的细胞上的纹孔 纹孔 纹 孔 纹 孔 纹孔 管胞壁上的纹孔管胞壁上的纹孔（R.Brucen Hoadly ,1990） 1. 纹孔、纹孔对及其意义：纹孔、纹孔对及其意义： (1)纹孔纹孔(pit)：木材细胞壁次生壁的凹穴状。在木材的细胞壁加木材细胞壁次生壁的凹穴状。在木材的细胞壁加 厚时，即产生次生壁时，加厚不均匀，遗留若干空隙，这些初生厚时，即产生次生壁时，加厚不均匀，遗留若干空隙，这些初生 壁未被次生壁增厚的部分，即为纹孔。壁未被次生壁增厚的部分，即为纹孔。 (2)纹

16、孔对纹孔对(pit pair)：纹孔多数成对，及细胞上的一个纹孔与纹孔多数成对，及细胞上的一个纹孔与 相邻细胞的另一个纹孔位置相对，且相互补助，构成纹孔对。相邻细胞的另一个纹孔位置相对，且相互补助，构成纹孔对。 (3)纹孔存在的意义：纹孔存在的意义： a.树木中是细胞间水分和养料的通道；树木中是细胞间水分和养料的通道； b.对木材的渗透性影响很大；对木材的渗透性影响很大； c.可能影响木材的强度。可能影响木材的强度。 2、纹孔的类型：、纹孔的类型： (1)单纹孔单纹孔(simple pit)：见于薄壁细胞和韧性纤维；见于薄壁细胞和韧性纤维； (2)具缘纹孔具缘纹孔(bordered pit)：

17、见于导管和管胞。见于导管和管胞。 （佐伯浩，1985） 3、纹孔的结构：、纹孔的结构： (1)单纹孔的结构：单纹孔的结构： 纹孔腔、纹孔膜、纹孔口纹孔腔、纹孔膜、纹孔口 纹孔膜：纹孔对之间的隔膜，纹孔膜：纹孔对之间的隔膜， 多数为两个细胞的初生壁和胞多数为两个细胞的初生壁和胞 间层组成；间层组成； 纹孔腔：纹孔膜到细胞腔的全纹孔腔：纹孔膜到细胞腔的全 部空隙；部空隙； 纹孔口：纹孔腔通到细胞腔的纹孔口：纹孔腔通到细胞腔的 开口。开口。 单纹孔的结构（佐伯浩，1985） (2)具缘纹孔的结构：具缘纹孔的结构： 具缘纹孔的结构 （佐伯浩，1985） 纹孔膜纹孔膜：纹孔对之间的隔膜，多数：纹孔对之间

18、的隔膜，多数 为两个细胞的初生壁和胞间层组成；为两个细胞的初生壁和胞间层组成； 纹孔口纹孔口：纹孔腔通到细胞腔的开口；：纹孔腔通到细胞腔的开口； 纹孔腔纹孔腔：纹孔膜到细胞腔的全部空：纹孔膜到细胞腔的全部空 隙；隙； 纹孔缘纹孔缘：次生壁呈拱状的部分；：次生壁呈拱状的部分； 纹孔道：由细胞腔通向纹孔室的通纹孔道：由细胞腔通向纹孔室的通 道；道； 纹孔室纹孔室：由纹孔膜与纹孔缘拱形环：由纹孔膜与纹孔缘拱形环 绕之间的空隙部分；绕之间的空隙部分； 纹孔内口：纹孔道通向细胞腔的开纹孔内口：纹孔道通向细胞腔的开 口；口； 纹孔外口：纹孔道通向纹孔室的开纹孔外口：纹孔道通向纹孔室的开 口。口。 纹孔的各

19、组成部分（刘一星，2004） 1. 胞间层; 2.次生壁; 3.纹孔室; 4.纹 孔外口;5.纹孔内口; 6.纹孔道; 7.纹 孔环 纹孔缘、纹孔腔、纹孔膜、纹孔口、纹孔塞、塞缘等。纹孔缘、纹孔腔、纹孔膜、纹孔口、纹孔塞、塞缘等。 纹孔塞：纹孔膜中间的加厚部 分； 塞缘：纹孔塞周围的纹孔膜； 纹孔塞的剖面多呈圆形或椭 圆形，由无定向排列的微纤丝构 成，并为非结晶物质所填充，不 具渗透性。 塞缘由许多呈辐射状的微纤 丝束构成，其上有许多间隙，尺 寸在0.11m之间，小于这个 尺寸的分子可以通过塞缘而渗透 ，如水分子等。 针叶树材具缘纹孔的结构： （comstock and cote , 1968

20、） 阔叶树材具缘纹孔的结构阔叶树材具缘纹孔的结构 纹孔缘、纹孔腔、纹孔膜、纹孔道、纹孔室、纹孔内口、纹纹孔缘、纹孔腔、纹孔膜、纹孔道、纹孔室、纹孔内口、纹 孔外口、内含纹孔口、外延纹孔口等。孔外口、内含纹孔口、外延纹孔口等。 阔叶材木纤维上的具缘纹孔在纹孔膜 中央部分一般不具纹孔塞。 纹孔道纹孔室与细胞腔间较窄的通 道。 纹孔内口纹孔道通向细胞腔的开口 。 纹孔外口通向纹孔室的开口。 内含纹孔口纹孔内口的长轴尺寸不 大于纹孔环。 外延纹孔口纹孔内口的长轴尺寸大 于纹孔环。 （刘一星，2004） (3)针叶树材和阔叶树材具缘纹孔的主要差异：针叶树材和阔叶树材具缘纹孔的主要差异： a. 纹孔膜不同

21、，阔叶树材一般不具有纹孔塞；纹孔膜不同，阔叶树材一般不具有纹孔塞； b. 纹孔缘有所不同，阔叶树材的稍矮一些。纹孔缘有所不同，阔叶树材的稍矮一些。 针叶树材早材的纹孔膜与阔叶树材的纹孔膜 （comstock and cote , 1968） 4、纹孔对的类型：、纹孔对的类型： a.单纹孔对：单纹孔对：是单纹孔之间是单纹孔之间 构成的纹孔对，存在于薄壁细构成的纹孔对，存在于薄壁细 胞之间、某些特殊的厚壁细胞胞之间、某些特殊的厚壁细胞 之间。之间。 b.具缘纹孔对：具缘纹孔对：是两个具缘是两个具缘 纹孔所构成的纹纹孔所构成的纹 孔对，存孔对，存 在于管胞、纤维状管胞、导管在于管胞、纤维状管胞、导管

22、 分分 子和射线管胞等含有具缘子和射线管胞等含有具缘 纹孔的细胞之间。纹孔的细胞之间。 c.半具缘纹孔对：半具缘纹孔对：是具缘纹是具缘纹 孔与单纹孔相构成的纹孔对。孔与单纹孔相构成的纹孔对。 纹孔对的类型 单纹孔对 半具缘纹孔对 具缘纹孔对 （崔永志，2003） 5、闭塞纹孔：、闭塞纹孔： (1) 概念：概念：针叶树材管胞的具缘纹孔对在某些情况下纹孔塞会针叶树材管胞的具缘纹孔对在某些情况下纹孔塞会 偏于一侧，而将纹孔口堵住，形成闭塞纹孔。偏于一侧，而将纹孔口堵住，形成闭塞纹孔。 闭塞纹孔 在阔叶树材的某些科树种中，在阔叶树材的某些科树种中， 存在一种存在一种附物纹孔。附物纹孔。 附物纹孔附物纹孔: :阔叶树材的阔叶树材的种具种具 缘纹孔，在纹孔缘及纹孔膜上缘纹孔，在纹孔缘及纹孔膜上 存在一些突起物，称