第三章木材细胞课件.ppt
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1、第三章第三章 木材细胞木材细胞目目 录录 3.1 木材细胞的生成 3.2 木材细胞结构 3.3 细胞壁上的结构特征 3.1 木材细胞的生成木材细胞的生成 3.1.1 形成层原始细胞的分形成层原始细胞的分裂裂 树木的生长包括高生长树木的生长包括高生长和直径生长。树木中木质部和直径生长。树木中木质部的绝大部分是由直径生长形的绝大部分是由直径生长形成,它是形成层原始细胞分成,它是形成层原始细胞分生的结果。生的结果。形成层有两种原始细胞:形成层有两种原始细胞:纺纺锤形原始细胞和射线原始细锤形原始细胞和射线原始细胞胞。非叠生形成层非叠生形成层:多数多数树种的形成层原始细树种的形成层原始细胞排列不整齐,即
2、它胞排列不整齐,即它们的排列上下互相交们的排列上下互相交错,不在同一水平面错,不在同一水平面上。上。叠生形成层叠生形成层:有些有些阔叶树种形成层原始阔叶树种形成层原始细胞排列整齐,从垂细胞排列整齐,从垂直于形成层的方向观直于形成层的方向观察,它呈显明的层次。察,它呈显明的层次。平周分裂:在平周分裂:在弦向纵面的弦向纵面的平周分裂,即原细胞一分平周分裂,即原细胞一分为二,所形成的两个子细为二,所形成的两个子细胞和原细胞等长,其中的胞和原细胞等长,其中的一个仍留在形成层内生长一个仍留在形成层内生长成纺锤形原始细胞,另一成纺锤形原始细胞,另一个向外则生成为韧皮部细个向外则生成为韧皮部细胞,向内则生成
3、为木质部胞,向内则生成为木质部细胞。平周分裂使树干的细胞。平周分裂使树干的直径增加;直径增加;垂周分裂:在径向两侧产垂周分裂:在径向两侧产生新的形成层原始细胞,生新的形成层原始细胞,以适应树干直径加大中形以适应树干直径加大中形成层周长增加的需要。成层周长增加的需要。形成层原始细胞的分裂有两种类型:形成层原始细胞的分裂有两种类型:通常韧皮部母细胞四季通常韧皮部母细胞四季0-1层,木质部母细层,木质部母细胞分裂活动休眠期胞分裂活动休眠期2-5层,分裂活动旺盛期层,分裂活动旺盛期10-15层层3.1.2 木材细胞的形成和胞壁增厚木材细胞的形成和胞壁增厚 3.1.2.1 木质部子细胞的形体扩大阶段木质
4、部子细胞的形体扩大阶段 木质部子细胞经由形成层原始细胞分生出后,即进入细胞形体的扩大阶段。细胞形体的扩大主要表现为细胞尺寸增大,一般为直径增加和长度伸长。细胞尺寸的纵向增长,主要是细胞延伸的结果。3.1.2.2 木质部子细胞的胞壁增厚阶段木质部子细胞的胞壁增厚阶段 形成层分生的木质部新细胞的胞壁很薄,新细形成层分生的木质部新细胞的胞壁很薄,新细胞在完成或接近完成形体增大后,还需要进入胞在完成或接近完成形体增大后,还需要进入胞壁胞壁增厚的阶段。增厚的阶段。在这一阶段,木材的各种细胞均仍具生命机能,在这一阶段,木材的各种细胞均仍具生命机能,只是只是原生质原生质逐渐逐渐转化成为转化成为胞壁物质胞壁物
5、质并添加在细胞壁并添加在细胞壁上。上。木材中的厚壁细胞木材中的厚壁细胞:原生质全部转化为细胞壁时,:原生质全部转化为细胞壁时,细胞壁增厚阶段结束,细胞的生命活动停止。细胞壁增厚阶段结束,细胞的生命活动停止。木材中的薄壁细胞木材中的薄壁细胞:薄壁细胞在增厚阶段只有部:薄壁细胞在增厚阶段只有部分原生质转化为细胞壁,另一部分的原生质在细胞分原生质转化为细胞壁,另一部分的原生质在细胞位于边材范围的年份内尚保持生机,当边材转变成位于边材范围的年份内尚保持生机,当边材转变成心材时,此部分原生质通过生理生化作用生成木材心材时,此部分原生质通过生理生化作用生成木材抽提物。抽提物。3.2 木材细胞壁结构木材细胞
6、壁结构 木材中的厚壁细胞在胞壁加木材中的厚壁细胞在胞壁加厚以后变成围绕空腔的外壳,厚以后变成围绕空腔的外壳,木材主要是由这类细胞构成,木材主要是由这类细胞构成,这是木材构成上的一个重要性这是木材构成上的一个重要性状。状。木材细胞壁的结构,往往木材细胞壁的结构,往往决定了木材及其制品的性质和决定了木材及其制品的性质和品质。因此,对品质。因此,对木材在细胞水木材在细胞水平上的研究,也可以说主要是平上的研究,也可以说主要是对细胞壁的研究。对细胞壁的研究。3.2.1 木材细胞壁的超微构造木材细胞壁的超微构造 木材的细胞壁主要是由纤木材的细胞壁主要是由纤维素、半纤维素和木质素三维素、半纤维素和木质素三种
7、成分构成的,它们对细胞种成分构成的,它们对细胞壁的物理作用分工有所区别。壁的物理作用分工有所区别。纤维素纤维素-骨架物质;骨架物质;半纤维素半纤维素-基体物质;基体物质;木质素木质素-结壳物质或硬固物结壳物质或硬固物质。质。因此,根据木材细胞壁这因此,根据木材细胞壁这三种成分的物理作用特征,三种成分的物理作用特征,人们形象地将木材的细胞壁人们形象地将木材的细胞壁称为钢筋称为钢筋-混凝土建筑。混凝土建筑。纤维素纤维素是以是以分子链聚集分子链聚集成排列有序成排列有序的的微纤丝束微纤丝束状态存在于细胞壁中,状态存在于细胞壁中,赋予木材抗拉强度,起着骨架作用,赋予木材抗拉强度,起着骨架作用,故被称为细
8、胞壁的骨架物质。故被称为细胞壁的骨架物质。半纤维素半纤维素是以是以无定型状态渗透无定型状态渗透到骨到骨架物质中,借以增加细胞壁的刚性,架物质中,借以增加细胞壁的刚性,故被称为基体物质。故被称为基体物质。木质素木质素是细胞分化的是细胞分化的最后阶段最后阶段才形才形成,它渗透到细胞壁的骨架物质当成,它渗透到细胞壁的骨架物质当中,可使细胞壁坚硬,所以被称为中,可使细胞壁坚硬,所以被称为结壳物质或硬固物质。结壳物质或硬固物质。3.2.1.1 基本纤丝、微纤丝和纤丝基本纤丝、微纤丝和纤丝 木材细胞壁的组织结构,是以木材细胞壁的组织结构,是以纤维素作为纤维素作为“骨架骨架”的。它的基本组成单位是一些的。它
9、的基本组成单位是一些长短不等的长短不等的链状纤维素分子链状纤维素分子,这些纤维素分子链平行排列,有,这些纤维素分子链平行排列,有规则地聚集在一起称为规则地聚集在一起称为基本纤丝基本纤丝(又称微团)。(又称微团)。在电子显微镜下观察时,认为组成细胞壁的在电子显微镜下观察时,认为组成细胞壁的最小单位是最小单位是基本纤丝基本纤丝。基本纤丝宽约。基本纤丝宽约3.55.0nm,断面大约包括断面大约包括40(或(或3742)根纤维素分子链,在)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。基本纤丝内纤维素分子链排列成结晶结构。由基本纤丝组成一种丝状的微系统称为由基本纤丝组成一种丝状的微系统称为微
10、纤丝。微纤丝。微纤丝角(微纤丝角()(microfibrillar angle):细胞壁中微纤丝排列:细胞壁中微纤丝排列方向与细胞轴所成的角度方向与细胞轴所成的角度。微纤丝大约宽微纤丝大约宽10 30nm,微纤丝之间存在着约微纤丝之间存在着约l0nm的空隙,木质素及半纤维素等物质聚集于此的空隙,木质素及半纤维素等物质聚集于此空隙中。空隙中。由微纤丝的集合可以组成由微纤丝的集合可以组成纤丝纤丝;纤丝再聚集形成纤丝再聚集形成粗纤丝粗纤丝(宽(宽0.4 1.0m);粗纤丝相互接合形成粗纤丝相互接合形成薄层薄层;最后许多薄层聚集形成最后许多薄层聚集形成了了细胞壁层细胞壁层。纤维素分子纤维素分子基本纤丝
11、基本纤丝微纤丝木质素纤维素薄层纤丝粗纤丝细胞壁层葡萄糖基3.2.1.2 结晶区和非结晶区结晶区和非结晶区 结晶区结晶区沿基本纤丝长沿基本纤丝长度的方向,纤维素大分子度的方向,纤维素大分子链排列最致密的地方,分链排列最致密的地方,分子链规则平行排列,定向子链规则平行排列,定向良好,反映出一些晶体的良好,反映出一些晶体的特征,所以被称为纤维素特征,所以被称为纤维素的结晶区。的结晶区。在纤维素结晶区内,在纤维素结晶区内,纤维素分子链平行排列,纤维素分子链平行排列,在在x射线衍射图反映是高射线衍射图反映是高度结晶的,分子链与分子度结晶的,分子链与分子链间的结合力随着分子链链间的结合力随着分子链间距离的
12、缩小而增大。间距离的缩小而增大。微纤丝B 结晶区 C 非结晶区 非结晶区非结晶区当纤维素分子链排当纤维素分子链排列的致密程度减小、分子链间形列的致密程度减小、分子链间形成较大的间隙时,分子链与分子成较大的间隙时,分子链与分子链彼此之间的结合力下降,纤维链彼此之间的结合力下降,纤维素分子链间排列的平行度下降,素分子链间排列的平行度下降,此类纤维素大分子链排列特征被此类纤维素大分子链排列特征被称为纤维素非结晶区(有时也称称为纤维素非结晶区(有时也称作无定形区)。作无定形区)。结晶区与非结晶区之间无明显结晶区与非结晶区之间无明显的绝对界限,而是在纤维素分子的绝对界限,而是在纤维素分子链长度方向上呈连
13、续的排列结构链长度方向上呈连续的排列结构。即即 在一个基本纤丝的长度方在一个基本纤丝的长度方向上,可能包括几个结晶区和几向上,可能包括几个结晶区和几个非结晶区。个非结晶区。B 结晶区 C 非结晶区3.2.2 木材细胞壁的壁层结构木材细胞壁的壁层结构 在光学显微镜下,通常可将细胞壁分为在光学显微镜下,通常可将细胞壁分为初生壁初生壁(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)。)。3.2.2.1 胞间层胞间层 胞间层胞间层是细胞分是细胞分裂以后,最早形成的分隔裂以后,最早形成的分隔部分,后来就在此层的两部分,后来就在此层的两侧沉积形成初生壁。侧沉积
14、形成初生壁。胞胞间层主要由一种间层主要由一种无定形、无定形、胶体状的果胶物质所组成胶体状的果胶物质所组成,在偏光显微镜下呈各向同在偏光显微镜下呈各向同性。性。胞间层非常薄,通常胞间层非常薄,通常将相邻细胞的胞间层和两将相邻细胞的胞间层和两侧的初生壁合在一起称为侧的初生壁合在一起称为复合胞间层。复合胞间层。初生壁的初生壁的形成初期形成初期主要由纤维素组成主要由纤维素组成,随着细胞增大速度的随着细胞增大速度的减慢,可以逐渐沉积减慢,可以逐渐沉积其它物质,所以木质其它物质,所以木质化后的细胞,初生壁化后的细胞,初生壁木质素的浓度就特别木质素的浓度就特别高。高。初生壁很薄,通常初生壁很薄,通常只有细胞
15、壁厚度的只有细胞壁厚度的1%1%3.2.2.2 初生壁初生壁初生壁初生壁是细胞分裂后,在胞间层两侧最早沉积、是细胞分裂后,在胞间层两侧最早沉积、并并随细胞继续增大时随细胞继续增大时所形成的壁层。所形成的壁层。3.2.2.3 次生壁次生壁次生壁次生壁是细胞停止增大以后,在初生壁上是细胞停止增大以后,在初生壁上继续形成的壁层。继续形成的壁层。在细胞壁中,次在细胞壁中,次生壁最厚,占细胞壁生壁最厚,占细胞壁厚度的厚度的95%95%以上,次以上,次生壁的主要成分是纤生壁的主要成分是纤维素和半纤维素的混维素和半纤维素的混合物,后期也常含有合物,后期也常含有大量木质素和其它物大量木质素和其它物质,但因次生
16、壁厚,质,但因次生壁厚,所以木质素浓度比初所以木质素浓度比初生壁低。生壁低。3.2.3 3.2.3 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 3.2.3.1 3.2.3.1 初生壁的微纤丝排列初生壁的微纤丝排列 初生壁基本上由初生壁基本上由纤维素微纤维素微纤丝组成纤丝组成,当细胞生长时,微,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。开始发生时,变其排列方向。开始发生时,微纤丝排列方向非常有规则,微纤丝排列方向非常有规则,与细胞略呈直角,与细胞略呈直角,围绕细胞轴围绕细胞轴承横向地一圈圈相互平
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