第一章植物纤维原料的化学成分及生物结构课件.ppt

1、序序 论论 一、植物纤维化学主要研究的内容一、植物纤维化学主要研究的内容 重点研究制浆造纸植物纤维原料的生物结构、重点研究制浆造纸植物纤维原料的生物结构、化学组成、化学结构及它们的物理和化学性质。化学组成、化学结构及它们的物理和化学性质。生物结构方面：主要研究植物细胞形态和微细结构。生物结构方面：主要研究植物细胞形态和微细结构。化学特性方面：主要研究植物纤维原料的三种主要组化学特性方面：主要研究植物纤维原料的三种主要组成，既：纤维素、半纤维素和木素。成，既：纤维素、半纤维素和木素。另外也对植物纤维原料的少量组成进行了解。如：有另外也对植物纤维原料的少量组成进行了解。如：有机溶剂抽出物、果胶质、

2、灰分等等。机溶剂抽出物、果胶质、灰分等等。二、本课程与其它学科的关系二、本课程与其它学科的关系 生物结构方面：生物结构方面：植物纤维化学与植物解剖学、植物分类学等有植物纤维化学与植物解剖学、植物分类学等有密切相关。密切相关。化学性质方面：化学性质方面：植物纤维原料中的纤维素、半纤维素和木素都植物纤维原料中的纤维素、半纤维素和木素都属于高分子化合物。属于高分子化合物。三、本课程与造纸工业的关系三、本课程与造纸工业的关系 植物纤维原料植物纤维原料 化学浆化学浆 漂白化学浆漂白化学浆 打打浆浆 抄纸抄纸 纸张；纸张；漂白化学浆漂白化学浆 精制浆精制浆 人造丝、人造毛、电人造丝、人造毛、电影胶片、喷漆

3、、食品添加剂等；影胶片、喷漆、食品添加剂等；木素、半纤维素已应用于建筑、医药、食品、橡胶木素、半纤维素已应用于建筑、医药、食品、橡胶等工业。等工业。第一章 植物纤维原料的化学成分及生物结构第一节第一节 植物界的基本类群植物界的基本类群一、植物的分类原则一、植物的分类原则 分类学的主要等级为：界分类学的主要等级为：界(Kingdom)(Kingdom)、门、门(Division)(Division)、纲纲(Class)(Class)、目、目(Order)(Order)、科、科(Family)(Family)、属、属(Gerus)(Gerus)、种、种(Species)(Species)，“种种”

4、是最基本的单位。是最基本的单位。苏铁纲苏铁纲 (Gycadinae)(Gycadinae)银杏纲银杏纲 (Ginkgoinae)(Ginkgoinae)裸子植物门裸子植物门 松柏纲松柏纲 (Coniferae)(Coniferae)(Gymnospermae)(Gymnospermae)红豆杉纲红豆杉纲 (Taxinae)(Taxinae)买麻藤纲买麻藤纲 (Gnetinae)(Gnetinae)松柏纲松柏纲 松、杉、柏及南洋杉科松、杉、柏及南洋杉科 双子叶植物纲双子叶植物纲 被子植物门被子植物门 单子叶植物纲单子叶植物纲 双子叶植物纲双子叶植物纲 阔叶材阔叶材 单子叶植物纲单子叶植物纲 禾本

5、科禾本科二、植物的命名国际通用的学国际通用的学名，基本采用了名，基本采用了 1753 1753 年瑞典植物学年瑞典植物学家林奈家林奈 (Carl von(Carl von Linne)Linne)所倡用的所倡用的“双名法双名法”作为统作为统一的植物命名法。一的植物命名法。第一个词是属名，相当于第一个词是属名，相当于“姓姓”，词性：名词；，词性：名词；第二个词是种加词，相当于第二个词是种加词，相当于“名名”，词性：形容词；，词性：形容词；学名后面加上最早给这个植物命名的作者名的缩写；学名后面加上最早给这个植物命名的作者名的缩写；学名是用拉丁文来命名的，如采用其他文字语言时学名是用拉丁文来命名的，

6、如采用其他文字语言时也必须用拉丁字母拼音，即所谓的拉丁化。也必须用拉丁字母拼音，即所谓的拉丁化。完整学名：属名完整学名：属名+种加词种加词+命名人名缩写命名人名缩写 如如:马尾松：马尾松：Pinus massonniana Pinus massonniana Lamb.Lamb.云云 杉：杉：Cunninghamia lanceolata Cunninghamia lanceolata Hook.Hook.三名法：属名三名法：属名+种加词种加词+亚种或变种加词亚种或变种加词+命名人名缩写命名人名缩写 如：大叶相思：如：大叶相思：Acacia auriculiformisAcacia auric

7、uliformis A.cunn.ex.Benth A.cunn.ex.Benth 三、造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物三、造纸植物纤维原料的分类及其代表性植物（一）木材纤维原料（一）木材纤维原料1 1、针叶材、针叶材(Needle leaved wood or Softwood or(Needle leaved wood or Softwood or Coniferous)Coniferous)2 2、阔叶材、阔叶材(Leaf wood or Hardwood or Dicotyledon)(Leaf wood or Hardwood or Dicotyledon)1 1针叶材针叶材裸子

8、植物门松柏纲植物因叶多为针状，故称为针叶裸子植物门松柏纲植物因叶多为针状，故称为针叶木。商业上称为软木。如：云杉、冷杉、马尾松、落叶木。商业上称为软木。如：云杉、冷杉、马尾松、落叶松、红松、白松。松、红松、白松。2 2、阔叶材、阔叶材 被子植物门的木本植物是阔叶的、故称为阔叶材，被子植物门的木本植物是阔叶的、故称为阔叶材，商业上称为硬木。如：杨木、桦木、枫木、桉木、榉木、商业上称为硬木。如：杨木、桦木、枫木、桉木、榉木、槭木、相思木等。槭木、相思木等。（二）非木材纤维原料（二）非木材纤维原料1 1禾本科纤维原料禾本科纤维原料2 2韧皮纤维原料韧皮纤维原料3 3籽毛纤维原料籽毛纤维原料4 4叶部

9、纤维原料叶部纤维原料1 1禾本科纤维原料禾本科纤维原料稻草、麦草、芦苇、荻、甘蔗渣、高梁杆、玉米杆、稻草、麦草、芦苇、荻、甘蔗渣、高梁杆、玉米杆、麻杆、毛竹、慈竹、白夹竹、楠竹等。麻杆、毛竹、慈竹、白夹竹、楠竹等。2 2韧皮纤维原料韧皮纤维原料红麻、亚麻、黄麻、苎麻、大麻、棉杆皮、桑皮、红麻、亚麻、黄麻、苎麻、大麻、棉杆皮、桑皮、构皮、檀皮、雁皮等。构皮、檀皮、雁皮等。3 3籽毛纤维原料籽毛纤维原料 棉花、棉短绒、古棉。棉花、棉短绒、古棉。4 4叶部纤维原料叶部纤维原料 香蕉叶、龙舌兰麻、甘蔗叶、龙须草等。香蕉叶、龙舌兰麻、甘蔗叶、龙须草等。（三）半木材纤维原料（三）半木材纤维原料这类原料主要

10、指棉秆。棉秆的形态、结构介于木这类原料主要指棉秆。棉秆的形态、结构介于木材和禾本科原料之间；分类学上属于棉葵科、棉属。材和禾本科原料之间；分类学上属于棉葵科、棉属。其化学成分、形态结构及物理性质与阔叶材相近。其化学成分、形态结构及物理性质与阔叶材相近。（四）合成纤维、合成浆（四）合成纤维、合成浆人造丝、聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等。合人造丝、聚酰胺、聚酯、聚丙烯、聚氯乙烯等。合成纤维可用于生产无纺布、过滤纸及一些特种纸等。成纤维可用于生产无纺布、过滤纸及一些特种纸等。（五）回收纤维（五）回收纤维（Recovered/Recycled Fiber-RCP Recovered/Recycled

11、 Fiber-RCP）旧报纸（旧报纸（ONPONP）、旧杂志纸（）、旧杂志纸（OMGOMG）、旧瓦楞箱纸板）、旧瓦楞箱纸板（OCCOCC）等。）等。美国废纸商协会美国废纸商协会19971997年废纸出口贸易指南年废纸出口贸易指南PS-97PS-97中将中将废纸分为废纸分为5151个等级和个等级和3333个特殊等级。个特殊等级。Global development of paper production,chemical pulp,and recovered paper consumption.第二节第二节 植物纤维原料的化学成分植物纤维原料的化学成分 一主要化学成分一主要化学成分 纤维素、半纤

12、维素和木素。纤维素和半纤维素皆纤维素、半纤维素和木素。纤维素和半纤维素皆由碳水化合物组成，木素则为芳香族化合物。由碳水化合物组成，木素则为芳香族化合物。1 1纤维素（纤维素（CelluloseCellulose）纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-D-葡萄糖基构葡萄糖基构成的线状高分子化合物。纤维素大分子中的成的线状高分子化合物。纤维素大分子中的D-D-葡萄糖基之葡萄糖基之间按照纤维素二糖联接的方式联接（间按照纤维素二糖联接的方式联接（1,4-1,4-苷键）。纤维苷键）。纤维素具有特性的素具有特性的X-X-射线图。射线图。高分子形状高分子形状 线型（链状）高

13、分子；线型（链状）高分子；枝链型高分子；枝链型高分子；网状结构高分子；网状结构高分子；体型高分子。体型高分子。纤维素的化学结构式纤维素的化学结构式（HaworthHaworth）Stereochemical Structure 天然状态下棉花纤维素平均聚合度（天然状态下棉花纤维素平均聚合度（DPDP）约为）约为1500015000、木材纤维素约为木材纤维素约为1000010000、草类约为、草类约为80008000。但（木材）经过蒸煮与漂白制成的化学浆，其纤维素但（木材）经过蒸煮与漂白制成的化学浆，其纤维素的聚合度只有的聚合度只有1000100013001300左右。左右。2 2半纤维素半纤维

14、素 (Hemicellulose)(Hemicellulose)半纤维素一词是由半纤维素一词是由 E.SehulzeE.Sehulze于于18911891年提出的；年提出的；19391939年由年由H.StaudingerH.Staudinger改名为木聚糖（改名为木聚糖（Wood Wood polyosespolyoses）；）；半纤维素又称之为非纤维素的碳水化合物半纤维素又称之为非纤维素的碳水化合物（Noncellulose carbohydrateNoncellulose carbohydrate）。）。1 1G.B.AspinallG.B.Aspinall的概念的概念19621962年

15、年AspinallAspinall提出：半纤维素是从植物来源的聚糖提出：半纤维素是从植物来源的聚糖类：它含有类：它含有D-D-木糖基、木糖基、D-D-甘露糖基与甘露糖基与D-D-葡萄糖基或葡萄糖基或D-D-半乳半乳糖基的主链，其它糖基可成枝链联接在主链上。糖基的主链，其它糖基可成枝链联接在主链上。2 2T.E.TimellT.E.Timell的概念的概念19641964年年TimellTimell提出：半纤维素是低分子量的聚糖类（其提出：半纤维素是低分子量的聚糖类（其平均聚合度近平均聚合度近200200），它和纤维素一起正常地产生在组织中，），它和纤维素一起正常地产生在组织中，它们可以从原来的

16、或从脱去木素的物料中被水或碱水溶液它们可以从原来的或从脱去木素的物料中被水或碱水溶液（这是常用）抽提出来。（这是常用）抽提出来。木糖木糖(Xylose)(Xylose)、阿拉伯糖、阿拉伯糖(Arabinose)(Arabinose)、甘露糖、甘露糖(Mannose)(Mannose)、葡萄糖、葡萄糖(Glucose)(Glucose)、半乳糖、半乳糖(Galactose)(Galactose)、4-0-4-0-甲基葡萄糖醛酸甲基葡萄糖醛酸(4-0-(4-0-Methyl-Glucuronic Acid)Methyl-Glucuronic Acid)、半乳糖醛酸、半乳糖醛酸(Galacturon

17、ic Acid)(Galacturonic Acid)、葡、葡萄糖醛酸萄糖醛酸(Glucuronic Acid)(Glucuronic Acid)。另外还有少量的鼠李糖另外还有少量的鼠李糖(Rhammose)(Rhammose)和岩藻糖和岩藻糖(Fucose)(Fucose)。Their building units are hexoses(D-glucose,D-mannose,and D-galactose),pentoses(D-xylose,L-arabinose,and D-arabinose),or deoxyhexoses(L-rhamnose or 6-deoxy-L-mann

18、ose and rare L-fucose or 6-deoxy-L-galactose).Small amounts of certain uronic acids(4-O-methyl-D-glucuronic acid,D-galacturonic acid,and D-glucuronic acid)are also present.From:PAPERMAKING SCIENCE AND TECHNOLOGY(Book 3)阔叶材：阔叶材：聚聚-4-0-4-0-甲基葡萄糖醛酸甲基葡萄糖醛酸木糖木糖 聚聚葡萄糖甘露糖葡萄糖甘露糖针叶材：针叶材：聚半乳糖聚半乳糖葡萄糖甘露糖葡萄糖甘露糖

19、聚阿拉伯糖聚阿拉伯糖-4-0-4-0-甲基葡萄糖醛酸甲基葡萄糖醛酸木糖木糖禾本科：禾本科：聚阿拉伯糖聚阿拉伯糖-4-0-4-0-甲基葡萄糖醛酸甲基葡萄糖醛酸木糖木糖半纤维素的概念半纤维素的概念半纤维素是指植物纤维原料中非纤维素碳水化合物半纤维素是指植物纤维原料中非纤维素碳水化合物这样一群物质的总称。或半纤维素是除纤维素和果胶质这样一群物质的总称。或半纤维素是除纤维素和果胶质以外的植物细胞壁聚糖。以外的植物细胞壁聚糖。（三）木素（木质素，（三）木素（木质素，LigninLignin）木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳木素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联结碳键联结构成具有三度空间结构的芳

20、香族高分子化合物。构成具有三度空间结构的芳香族高分子化合物。木素一词是由木素一词是由F.SchulzeF.Schulze于于18651865年提出，他是根据年提出，他是根据拉丁文（拉丁文（LignumLignum）木材命名为（）木材命名为（LigninLignin）木素。）木素。在在18971897年年Peter KlasonPeter Klason研究了木素磺酸盐组成、提研究了木素磺酸盐组成、提出了木素与松柏醇结构非常相近。出了木素与松柏醇结构非常相近。在在19071907年又提出了木素是属于高分子化合物，并在十年又提出了木素是属于高分子化合物，并在十年之后、提出了松柏醇之间是由醚键联结的。

21、年之后、提出了松柏醇之间是由醚键联结的。松柏醇松柏醇 Coniferyl alcoholConiferyl alcohol 愈创木基丙烷愈创木基丙烷 紫丁香基丙烷紫丁香基丙烷 对羟苯基丙烷对羟苯基丙烷CH3OHOCCCOHOCCCCH3CH3OCCCOHguaiacylpropane unit syringylpropane unit p-hydroxyphenylpropane unit（三）与纤维素有关的几个概念（三）与纤维素有关的几个概念 1 1综纤维素综纤维素 (Holocellulose)(Holocellulose)综纤维素是指植物纤维原料在除去抽出物和木素后综纤维素是指植物纤维原

22、料在除去抽出物和木素后所保留的全部碳水化合物。既植物纤维原料中纤维素和所保留的全部碳水化合物。既植物纤维原料中纤维素和半纤维素的总和。半纤维素的总和。制备综纤维素的方法制备综纤维素的方法氯化法氯化法(Cl(Cl2 2)亚氯酸钠法亚氯酸钠法(NaClO(NaClO2 2 ClOClO2 2)二氧化氯法二氧化氯法(ClO(ClO2 2)过醋酸法过醋酸法(CH(CH3 3COOOH)COOOH).Cross and Bevan.Cross and Bevan纤维素纤维素采用氯气处理湿润的无抽提物试料，使木素转化为采用氯气处理湿润的无抽提物试料，使木素转化为氯化木素，然后用亚硫酸及约含氯化木素，然后用

23、亚硫酸及约含2%2%亚硫酸钠溶液洗涤、亚硫酸钠溶液洗涤、以溶出木素。重复以上处理、直至加入亚硫酸钠后仅显以溶出木素。重复以上处理、直至加入亚硫酸钠后仅显淡红色为止。淡红色为止。硝酸乙醇法纤维素硝酸乙醇法纤维素用用20%20%的硝酸和的硝酸和80%80%乙醇的混合液，在加热至沸腾的乙醇的混合液，在加热至沸腾的条件下处理无抽提的试样，使其中的木素变为硝化木素、条件下处理无抽提的试样，使其中的木素变为硝化木素、溶于乙醇中而被除去，所得残渣既为硝酸乙醇法纤维。溶于乙醇中而被除去，所得残渣既为硝酸乙醇法纤维。-纤维素、纤维素、-纤维素、纤维素、-纤维素、工业半纤维素纤维素、工业半纤维素 （）自综纤维素制

24、备（）自综纤维素制备-纤维素纤维素 不溶部分、不溶部分、纤维素纤维素 综纤维素综纤维素(17.5%NaOH 20)(17.5%NaOH 20)溶解部分、非纤维素的碳水溶解部分、非纤维素的碳水 化合物化合物(2)(2)自漂白化学浆制备自漂白化学浆制备-、-、-、工业半纤维素、工业半纤维素 不溶解部分不溶解部分 纤维素纤维素 漂白化学浆漂白化学浆(17.5%NaOH 20)(17.5%NaOH 20)纤维素纤维素 溶解部分溶解部分 （沉（沉淀部分）淀部分）（醋酸中和）（醋酸中和）纤维素纤维素 （不沉淀部分）（不沉淀部分）-纤维素包括漂白化学浆中的纤维素与抗碱性的纤维素包括漂白化学浆中的纤维素与抗碱

25、性的半纤维素；半纤维素；-纤维素含高度降解的纤维素与半纤维素；纤维素含高度降解的纤维素与半纤维素；-纤维素全部为半纤维素。纤维素全部为半纤维素。二少量（次要）成分二少量（次要）成分（一）抽出物（一）抽出物（ExtractivesExtractives）水抽出物水抽出物(冷、热水）冷、热水）稀碱抽出物（稀碱抽出物（1%NaOH)1%NaOH)有机溶剂抽出物有机溶剂抽出物（二）有机溶剂抽出物（二）有机溶剂抽出物（Organic ExtractivesOrganic Extractives）概念：有机溶剂抽出物是指植物纤维原料中可溶于概念：有机溶剂抽出物是指植物纤维原料中可溶于中性有机溶剂的那些化合

26、物。中性有机溶剂的那些化合物。常用的有机溶剂：乙醚、苯、丙酮、乙醇、苯常用的有机溶剂：乙醚、苯、丙酮、乙醇、苯-乙乙醇混合液、石油醚等。醇混合液、石油醚等。1 1针叶材抽出物针叶材抽出物 主要组成：松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂主要组成：松香酸、萜烯类化合物、脂肪酸及不皂 化物等。化物等。含量：较高，如：红松的乙醚抽提物为含量：较高，如：红松的乙醚抽提物为4.69%4.69%，马，马 尾松乙醚抽提物为尾松乙醚抽提物为4.43%4.43%。存在位置：树脂道和射线薄壁细胞中。存在位置：树脂道和射线薄壁细胞中。2 2阔叶材的抽出物阔叶材的抽出物 组成：游离的及酯化的脂肪酸，中性物；不含或只组成：

27、游离的及酯化的脂肪酸，中性物；不含或只 含少量松香酸。含少量松香酸。含量：一般在含量：一般在1%1%以下。以下。存在位置：木射线薄壁细胞与薄壁细胞中。存在位置：木射线薄壁细胞与薄壁细胞中。3 3禾本科原料抽出物禾本科原料抽出物 主要成分：蜡质，伴以少量的高级脂肪酸、高级醇主要成分：蜡质，伴以少量的高级脂肪酸、高级醇 等。等。含量：乙醚抽出物含量一般低于含量：乙醚抽出物含量一般低于1%1%。而苯。而苯-醇抽出醇抽出 物含量较高，一般为物含量较高，一般为3 36%6%，有的高达，有的高达8%8%。（三）灰（三）灰 分（无机物）分（无机物）植物纤维原料都含有一定量的矿物质、燃烧后产植物纤维原料都含有

28、一定量的矿物质、燃烧后产生灰分（温度一般在生灰分（温度一般在5755752525）。）。1 1木材的灰分与组成木材的灰分与组成 含量：一般温带树木为含量：一般温带树木为 0.1%0.1%1.0%1.0%，但热带木材灰分可，但热带木材灰分可 高达高达5%5%。主要组成：主要组成：CaCa+2+2 、K K+、MgMg+2+2其次是其次是MnMn+2+2 、NaNa+、P P 还还 有其它元素。有其它元素。木材中灰分含量2.2.草类原料的灰分与组成草类原料的灰分与组成 含量：含量：1.2%1.2%10%(2%10%(2%以上以上)，叶部的灰分甚至高达，叶部的灰分甚至高达 23.1%23.1%。化学

29、组成：灰分中化学组成：灰分中60%60%以上是以上是SiOSiO2 2,尤其是叶部和梢尤其是叶部和梢 部。部。某种小麦草的灰分与灰分中的SiO2含量3 3灰分对纸浆生产的影响灰分对纸浆生产的影响草类原料中的草类原料中的SiOSiO2 2 ，在碱法制浆过程中形成，在碱法制浆过程中形成NaNa2 2SiOSiO3 3，溶于废液中，使废液粘度升高，洗涤时黑液提取率降低，对溶于废液中，使废液粘度升高，洗涤时黑液提取率降低，对黑液的蒸发、燃烧、苛化、白泥回收等过程都带来麻烦，即黑液的蒸发、燃烧、苛化、白泥回收等过程都带来麻烦，即所谓的所谓的“硅干扰硅干扰”。（五）果胶质（五）果胶质果胶酸（果胶酸（Pec

30、tic AcidPectic Acid）是聚半乳糖醛酸，它不溶于）是聚半乳糖醛酸，它不溶于水。果胶酸羧基中水。果胶酸羧基中80%80%以上被甲基化、一部分被中和成盐，以上被甲基化、一部分被中和成盐，使其变为部分可溶于水的物质、称为果胶质。使其变为部分可溶于水的物质、称为果胶质。果胶质结构式一部分果胶质结构式一部分（R=HR=H、CHCH3 3或金属离子，如：或金属离子，如：CaCa2+2+MgMg2+2+）COORCOORCOORCOORHHHHHHHHOoOHOHHOoHOHOHOOOHOHHoOHOHOHo第三节第三节 木材纤维原料的生物结构及细胞形态木材纤维原料的生物结构及细胞形态一、树

31、木的粗视结构一、树木的粗视结构（The macroscopic structure of woodThe macroscopic structure of wood）（木材解剖的常用术语）（木材解剖的常用术语）1 1木材解剖的三个切面木材解剖的三个切面A A 横切面：与树干的轴垂直的切面；横切面：与树干的轴垂直的切面；B B 径切面：通过树干髓心与横切面垂直的切面，又称辐射径切面：通过树干髓心与横切面垂直的切面，又称辐射切面切面;C C 弦切面：垂直横切面与年轮相切的切面，又称切线切面。弦切面：垂直横切面与年轮相切的切面，又称切线切面。Figure 3.Different planes of

32、a cut tree stem revealing transverse(cross-sectional),radial,and tangential faces2 2树树 心心树心，也称髓心（树心，也称髓心（pithpith），一般位于树干中心，），一般位于树干中心，也有偏离中心的，称为偏心材。髓心由薄壁细胞组成，也有偏离中心的，称为偏心材。髓心由薄壁细胞组成，所占容积一般较小，对制浆没有什么意义。所占容积一般较小，对制浆没有什么意义。Figure 4.Cross-section of an 85 year old Larix sibirica stem（西伯利亚落叶松）Figure 20.

33、Severe compression wood on a cross-section surface of a leaning softwood stem in Pinus sylvestris(Photo by Hannu Kalaja)（长柏松）树皮是树干的最树皮是树干的最外层，是树干的保护外层，是树干的保护层，尤其是保护树木层，尤其是保护树木的形成层。树皮分外的形成层。树皮分外皮（皮（Out BarkOut Bark）和内）和内皮（皮（Inner BarkInner Bark）。）。3树 皮（Bark）外皮外皮:是由已死亡的木栓细胞（含有木栓质的细胞）是由已死亡的木栓细胞（含有木栓质的细

34、胞）组成。其作用是对木材组织起着抵制外来机组成。其作用是对木材组织起着抵制外来机械伤害以及防止外界温度和湿度变化的作用。械伤害以及防止外界温度和湿度变化的作用。内皮内皮:是由有生命的活细胞组成，又称韧皮部是由有生命的活细胞组成，又称韧皮部（PhloemPhloem），其作用负担着把树叶光合作用），其作用负担着把树叶光合作用产生的养分向下输送。产生的养分向下输送。4 4形形 成成 层（层（CambiumCambium）形成层位于韧皮部形成层位于韧皮部与木质部之间，它是由与木质部之间，它是由具有分裂机能的分生细具有分裂机能的分生细胞组成的一个薄层。这胞组成的一个薄层。这一薄层是由一薄层是由6 68

35、 8层细胞组层细胞组成成。5 5木木 质质 部（部（XylemXylem）木质部是树干的主要木质部是树干的主要部分，位于形成层与髓心部分，位于形成层与髓心之间，是造纸原料的最主之间，是造纸原料的最主要部分。木质部是植物主要部分。木质部是植物主要的输导组织和机械支持要的输导组织和机械支持组织。组织。6 6年年 轮、早轮、早 材材 和和 晚晚 材材每个年轮一般由两层每个年轮一般由两层构成，内层是在每年的春构成，内层是在每年的春季与夏季之间形成的，称季与夏季之间形成的，称之为早材（或春材）；外之为早材（或春材）；外层是夏末及秋天形成的，层是夏末及秋天形成的，称为晚材（秋材或夏材）。称为晚材（秋材或夏

36、材）。Figure 4.Cross-section of a spruce(Picea Abies)sample showing an annual growth ring boundary.晚晚 材材 率率 年轮中晚材宽度年轮中晚材宽度 晚材率晚材率 =-=-100%100%年轮总宽度年轮总宽度7 7边边 材材 与与 心心 材材颜色深的部分（木材的中心）称为心材（颜色深的部分（木材的中心）称为心材（heart heart wood or Inner wood wood or Inner wood），颜色浅的靠近树皮的部分称为），颜色浅的靠近树皮的部分称为边材（边材（Outer wood or

37、 Sapwood Outer wood or Sapwood）。心材8 8木木 射射 线（线（Wood RaysWood Rays）木射线是由木射线薄壁细胞组成，它贮藏营养物木射线是由木射线薄壁细胞组成，它贮藏营养物质，还有横向运输的功能，木质部的营养物质就是经质，还有横向运输的功能，木质部的营养物质就是经木射线从韧皮部输送来的。木射线从韧皮部输送来的。二植物纤维与细胞壁的构造二植物纤维与细胞壁的构造 1 1植物细胞的形成过程植物细胞的形成过程细胞借分裂而繁殖细胞借分裂而繁殖,细胞分裂的方式可分为细胞分裂的方式可分为:有丝分裂、有丝分裂、减数分裂和无丝分裂三种。有丝分裂是一种最普遍的分裂减数分

38、裂和无丝分裂三种。有丝分裂是一种最普遍的分裂方式。方式。一个细胞分裂产生一个细胞分裂产生两个新的子细胞（右两个新的子细胞（右图）。分裂产生的子细图）。分裂产生的子细胞既可以是仍保持具有胞既可以是仍保持具有分生能力的分生细胞分生能力的分生细胞;也可以是不再具有分生能力的细胞，这种细胞发育成长也可以是不再具有分生能力的细胞，这种细胞发育成长过程中分化为执行不同生理机能的各种永久细胞过程中分化为执行不同生理机能的各种永久细胞 ,其中很大其中很大一部分细胞分化为构成植物体基干起机械作用和输导作用的一部分细胞分化为构成植物体基干起机械作用和输导作用的永久细胞。永久细胞。永久细胞的细胞壁随着细胞的发育而迅

39、速增厚，并在永久细胞的细胞壁随着细胞的发育而迅速增厚，并在长度方向延伸。在细胞停止生长以后长度方向延伸。在细胞停止生长以后,细胞壁仍然继续增厚细胞壁仍然继续增厚,细胞内物质逐渐转化为细胞壁物质细胞内物质逐渐转化为细胞壁物质,其主要化学成分是碳水其主要化学成分是碳水化合物和木素。化合物和木素。图1-17 木材活细胞成长为植物纤维的过程 植物纤维的概念植物纤维的概念这种失去生命机能的细长锐端永久细胞称为植物纤维。这种失去生命机能的细长锐端永久细胞称为植物纤维。2 2植物纤维细胞壁的构造植物纤维细胞壁的构造 胞间层（胞间层（Middle lamellaMiddle lamella）初生壁初生壁(Pr

40、imary Wall)(Primary Wall)次生壁次生壁(Secondary Wall)(Secondary Wall)次生壁分外（次生壁分外（S S1 1）、中（）、中（S S2 2）、内（）、内（S S3 3）三层）三层Figure 12.Cell wall layers and organization of microfibrils in a softwood tracheid Figure 2.Cross section of a Pine(Pinus palustris)latewood tracheid:M is the middle lamella P is the pr

41、imary wall,S1,S2,and S3 are the outer,middle and inner layers of the secondary wall.3 3细胞壁上的纹孔细胞壁上的纹孔细胞在次生壁增厚时，并非全面均匀的增厚，其中常留细胞在次生壁增厚时，并非全面均匀的增厚，其中常留有不增厚的部分。这种不增厚的部分，因为细胞壁比较薄，有不增厚的部分。这种不增厚的部分，因为细胞壁比较薄，在显微镜下观察象一些圆形小孔，实际上并不是真正的孔，在显微镜下观察象一些圆形小孔，实际上并不是真正的孔，而是一些薄壁区域。这些薄壁区域叫做纹孔（而是一些薄壁区域。这些薄壁区域叫做纹孔（PitPit）

42、。）。Figure 8.Cross-section of one tracheid showing bordered pits.纹孔的构造纹孔的构造:具缘纹孔具缘纹孔(Bordered pit)(Bordered pit)单纹孔（单纹孔（Simple Pit)Simple Pit)半具缘纹孔半具缘纹孔(Half Bordered Pit(Half Bordered Pit）Figure 13.Profiles of pit pairs(redrawn from Haygreen and Bowyer)纹孔室纹孔缘纹孔口纹孔膜纹孔托 Atomic Force Microscope Image o

43、f Bordered Pit (Black Spruce wood)Here is another structural view of a softwood bordered pit pair.Two tracheids are connected by the pit pair.The over-arching pit borders are separated by a central pit membrane which bisects the pit chamber.Here are two bordered pits which were observed with a scann

44、ing electron microscope.More detail of the structure can by seen in this picture.The two pits form a pit pair which is cut open so that we can see the inside or pit chamber.Portions of three longitudinal tracheid lumens(dark areas)can be seen here.4 4树树 木木 的的 细细 胞胞 类类 型型（Cell Types of WoodCell Types

45、 of Wood）形态（形态（ShapeShape）：锐端细胞和薄壁细胞；）：锐端细胞和薄壁细胞；功能（功能（FunctionFunction）：输导细胞、支撑细胞和贮藏细胞。）：输导细胞、支撑细胞和贮藏细胞。输导细胞输导细胞 支撑细胞支撑细胞 贮藏贮藏细胞细胞阔叶材：阔叶材：导管导管 木纤维木纤维 薄壁细胞薄壁细胞针叶材：针叶材：管胞管胞 薄壁细胞薄壁细胞三针叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态三针叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态（一）针叶材的生物结构（一）针叶材的生物结构 1 1、横切面；、横切面；2 2、弦切面；、弦切面；3 3、径切面。、径切面。（二）细胞类型、含量及形态（二）细胞

46、类型、含量及形态1.1.管管 胞胞 占木质部细胞容积的占木质部细胞容积的90%90%95%95%，管胞平均长度一般为管胞平均长度一般为3 35mm5mm，宽为，宽为0.030.030.05mm0.05mm。管胞壁上的纹孔大多为具缘纹孔。管胞壁上的纹孔大多为具缘纹孔。Detail of annual ring.Earlywood and latewood fibres.Cells from a softwood.Magnification X 502.2.木木 薄薄 壁壁 组组 织织 木射线管胞和木射线薄壁细胞木射线管胞和木射线薄壁细胞 木射线细胞占木材体积的木射线细胞占木材体积的5%5%10%

47、10%。NorwayNorway云杉和云杉和ScotsScots松木射线薄壁细胞的长为：松木射线薄壁细胞的长为：0.010.010.16mm0.16mm，宽为：，宽为：2 25m5m。3.3.树树 脂脂 道道 树脂道是由若干分泌细胞所围绕成形的一种胞间树脂道是由若干分泌细胞所围绕成形的一种胞间道。它不是一个细胞，也不是一个组织，而是细胞间道。它不是一个细胞，也不是一个组织，而是细胞间隙，中间充满树脂。隙，中间充满树脂。松木树脂道结构图图1-26 纵生树脂道（横切面,云杉）树脂道树脂道四阔叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态四阔叶材的生物结构、细胞类型、含量及形态（一）阔叶材的生物结构（一）阔叶

48、材的生物结构 1 1、横切面；、横切面；2 2、弦切面；、弦切面；3 3、径切面。、径切面。毛白杨横切面毛白杨弦切面毛白杨径切面（二）细胞类型、含量及形态（二）细胞类型、含量及形态1.1.木木 纤纤 维维2.2.管管 胞胞3.3.导导 管管4.4.薄壁细胞及木射线薄壁细胞薄壁细胞及木射线薄壁细胞1 1木木 纤纤 维维 占木材的占木材的60%60%80%80%木纤维平均纤维长为：木纤维平均纤维长为：1mm1mm左右，宽度一般小于左右，宽度一般小于20m20m。纹孔多是具缘纹孔、缝隙状、单纹孔、节状增厚。纹孔多是具缘纹孔、缝隙状、单纹孔、节状增厚。2 2管管 胞胞阔叶材中的管胞数量很少，但形态与针

49、叶材的管胞阔叶材中的管胞数量很少，但形态与针叶材的管胞相似，其细胞壁上的纹孔具缘纹孔，纹孔缘明显。相似，其细胞壁上的纹孔具缘纹孔，纹孔缘明显。3 3导导 管管 导管是阔叶材中的水分输导组织，它由一系列的导管细导管是阔叶材中的水分输导组织，它由一系列的导管细胞首尾相连而成；胞首尾相连而成；依导管细胞壁的增厚情况不同，导管细胞可分为五种类依导管细胞壁的增厚情况不同，导管细胞可分为五种类型，其形态大小等均随木材品种而异。型，其形态大小等均随木材品种而异。Eucalyptus VesselPerforation plate4.4.薄壁细胞及木射线薄壁细胞薄壁细胞及木射线薄壁细胞 木射线薄壁细胞木射线薄

50、壁细胞 薄壁细胞薄壁细胞 薄壁细胞又称为轴向薄壁细胞薄壁细胞又称为轴向薄壁细胞Figure 15.Fibers and a vessel segment of a diffuse-porous hardwood for Populus tremulaFigure 16.Fibers and wide and narrow vessel segments of a ring-porous hardwood,Ulmus glabra五、针叶材与阔叶材生物结构的区别五、针叶材与阔叶材生物结构的区别项项 目目针针 叶叶 材材阔阔 叶叶 材材年轮年轮除热带外，多数地区中年除热带外，多数地区中年轮界线明显