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1、第二章 细胞壁的结构,Cellwall Structure of Wood,几个概念,宏观构造：在肉眼或手持放大镜下观察到的木材特征。微观构造：用光学显微镜所观察到的木材特征。超微结构：使用电子显微镜或其它手段，如X射线衍射仪等工具所观察或测出的木材结构特征。,第二章 细胞壁的结构,一、木材细胞的生成,形成层原始细胞,木质部子细胞,分生,细胞形体扩大,细胞胞壁增厚,细胞成熟,细胞死亡,胞腔,胞壁,细胞,组织,输导组织,机械组织,薄壁组织,分泌组织,树 木,管胞,木材纤维,图41 木材中典型的细胞,导管分子,木材的主要细胞种类,针叶材,阔叶材,木材中的厚壁细胞在胞壁加厚以后变成围绕空腔的外壳，木
2、材主要是由这类细胞构成，这是木材构成上的一个重要性状。木材细胞壁的结构，往往决定了木材及其制品的性质和品质。因此，对木材在细胞水平上的研究，也可以说主要是对细胞壁的研究。,一、木材细胞壁结构,木材,高分子物质,低分子物质,多糖,木素,有机物,无机物,纤维素,半纤维素,抽提物,灰分,1.木材细胞的化学组成,纤 维 素,结构单元：D-葡萄糖基（C6H10O5）,聚 合 度：7000-10000,基环联接：1-4苷键（直链结构）,主要功能基：羟基-OH,分子形态：直链,半纤维素,结构单元：多种糖基（非均一聚糖）,聚 合 度：150-200（主链）,主要功能基：羟基-OH,分子形态：线型 具短支链,D
3、-木糖,D-甘露糖,D-葡萄糖,D-半乳糖,D-阿拉伯糖,木素,结构单元：苯基丙烷,主要官能团：甲氧基（-OCH3）羟基（-OH）,分子形态：三维空间结构,羧基（=CO）,A B C,三种结构单元：,A 愈疮木基丙烷,B 紫丁香基丙烷,C 对羟基丙烷,木材的细胞壁称为钢筋-混凝土建筑。,纤维素分子链聚集成束以排列有序的微纤丝状态存在于细胞壁中，赋予木材抗拉强度，起着骨架作用，故称此种结构物质为骨架物质；半纤维素以无定型状态渗透在骨架物质之中，起着基体作用，借以增加细胞壁的刚性，故称其为基体物质；木质素是木材细胞壁的一种显著特征，木质素是在细胞分化的最后阶段才形成的，它渗透在细胞壁的骨架物质之中
4、，可使细胞壁坚硬，所以称其为结壳物质或硬固物质。,基本纤丝、微纤丝和纤丝,木材细胞壁的组织结构，是以纤维素作为“骨架”的。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为基本纤丝（又称微团）。在电子显微镜下观察时，认为组成细胞壁的最小单位是基本纤丝。基本纤丝宽约3.55.0nm，断面大约包括40（或3742）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。,2.细胞壁的超微构造,微纤丝(microfibris),由基本纤丝组成一种丝状的微系统称为微纤丝。微纤丝角（）(microfibrillar angle)：细胞壁中微纤丝排列方向与细胞
5、轴所成的角度。,微纤丝大约宽1030nm，微纤丝之间存在着约l0nm的空隙，木素及半纤维素等物质聚集于此空隙中。由微纤丝的集合可以组成纤丝；纤丝再聚集形成粗纤丝（宽0.41.0m）；粗纤丝相互接合形成薄层；最后许多薄层聚集形成了细胞壁层。,葡萄糖基纤维素分子链微纤丝纤丝薄层细胞壁,结晶区和非结晶区(crystalline area and amorphous region),结晶区在大分子链排列最致密的地方，分子链规则平行排列，定向良好，反映出一些晶体的特征，所以被称为纤维素的结晶区。在纤维素结晶区内，纤维素分子链平行排列，在x射线衍射图反映是高度结晶的，分子链与分子链间的结合力随着分子链间距
6、离的缩小而增大。,非结晶区,结晶区,非结晶区当纤维素分子链排列的致密程度减小、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，此类纤维素大分子链排列特征被称为纤维素非结晶区（有时也称作无定形区）。结晶区与非结晶区之间无明显的绝对界限，而是在纤维素分子链长度方向上呈连续的排列结构。,纤维素的结晶区和无定形区,二、细胞壁的壁层结构,一、细胞的发育步骤：增大、加厚和木质化,图4-4 细胞的发育,（1)胞间层(ML)：（2)初生壁(P)：（3)次生壁(S)：外层(S1)：中层(S2)：内层(S3)：,图 细胞壁的构造,1、胞间层（Intercellular
7、 layer,ML）：是细胞分裂以后，最早形成的分隔部分。胞间层主要由一种无定形的、胶体状的果胶物质所组成，在偏光显微镜下呈各向同性。在成熟的细胞中已很难区别出胞间层来，因为通常在胞间层出现不久，很快在其两侧沉积了许多纤维素，形成了初生壁。实际上，通常就将胞间层和初生壁合在一起，称之为复合胞间层（复合中层）。,2、初生壁（Primary wall）：是细胞在继续增大过程中胞间层两侧所沉积的壁层。它由纤维素和果胶物质所组成，其中还含有半纤维素和其它多糖。在偏光显微镜下显示出各向异性。,3、次生壁(Secondary wall)：是细胞在停止增大以后，在初生壁上继续增厚的壁层。它的主要成分是纤维素
8、或者是纤维素和半纤维素的混合物。不过，在细胞壁发生木质化阶段时，此壁上还沉积有大量的木质素和其它物质。次生壁在偏光显微镜下呈显出强烈的各向异性。,次生壁S1和S3层较薄，S2层最厚，在管胞、木纤维细胞中可占细胞壁厚度的70-90%，对木材的结构和性质有很大影响。,微纤丝(microfibris),由基本纤丝组成一种丝状的微系统称为微纤丝。微纤丝角（）(microfibrillar angle)：细胞壁中微纤丝排列方向与细胞轴所成的角度。,细胞壁的各层微纤丝方向,细胞壁的壁层结构,细胞壁的各层微纤丝方向,S1层：微纤丝平行排列，与细胞轴成50-70角。S型或Z层。,S2层：微纤丝排列的平行度最好
9、，与细胞轴呈10-30角，几乎平行于细胞轴。,S3层：微纤丝呈不规则排列。与细胞轴成60-90角。,木材细胞壁的各级构造请看教材P61,葡萄糖基纤维素分子链微纤丝纤丝粗纤丝薄层细胞壁 导管、管胞、木纤维等,问 题,1.组成木材的最小单位是什么？2.木材中轴向排列的细胞多，还是横向排列的细胞多？3.细胞壁各层微纤丝排列方向对木材性质有什么影响?,?,三、木材细胞壁上的特征,（一）、纹孔（二）、螺纹加厚（三）、锯齿状加厚（四）、眉条（五）、瘤层,1.纹孔、纹孔对及其意义：,(1)纹孔(pit)：指木材细胞壁加厚产生次生壁时，初生壁上未被增厚的部分，即次生壁上的凹陷。(2)纹孔对(pit pair)
10、：纹孔多数成对，即细胞壁上的一个纹孔与相邻细胞的另一个纹孔位置相对，构成纹孔对。,(一)、纹孔,(3)纹孔存在的意义：,a.立木中是相邻细胞间进行水分和养料交换的 通道；b.对木材的渗透性影响很大如：木材干燥、胶接、木材染色、防虫处理、防腐处理、阻燃处理以及木材改性；c.可能影响木材的强度。,2、纹孔的类型：,(1)单纹孔(simple pit)：见于薄壁细胞壁和韧性木纤维壁上；,图3-8 单纹孔A.正面图;B.剖视;C.轴侧投影(半剖立体图)I纹孔口 纹孔膜 纹孔腔,(2)具缘纹孔(bordered pit)：见于导管、管胞、纤维状管胞等厚壁细胞壁上。,3、纹孔的结构：,(1)单纹孔的结构：
11、纹孔腔、纹孔膜纹孔膜：纹孔对之间的隔膜，多数为两个细胞的初生壁和胞间层组成；纹孔腔：纹孔膜到细胞腔的全部空隙；,图 单纹孔的结构,(2)具缘纹孔的结构：,针叶树材具缘纹孔的结构：纹孔缘、纹孔腔、纹孔膜、纹孔口、纹孔塞、塞缘等。纹孔缘：次生壁呈拱状的部分；纹孔塞：纹孔膜中间的加厚部分；塞缘：纹孔塞周围的纹孔膜。,图 具缘纹孔的结构,(3)针叶树材和阔叶树材具缘纹孔的主要差异：,a.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。,图 针叶树材早材的纹孔膜,图 阔叶树材的纹孔膜,4、纹孔对的类型：,a.单纹孔对：b.具缘纹孔对：c.半具缘纹孔对：,图 纹孔对的类型,单
12、纹孔对，是单纹孔之间构成的纹孔对，存在于薄壁细胞之间、某些特殊的厚壁细胞之间。具缘纹孔对，是两个具缘纹孔所构成的纹孔对，存在于管胞、纤维状管胞、导管分子和射线管胞等含有具缘纹孔的细胞之间。半具缘纹孔对，是具缘纹孔与单纹孔相构成的纹孔对。,图 针叶树材的具缘纹孔对,图 阔叶树材的具缘纹孔对,图 单纹孔对和半具缘纹孔对,5、闭塞纹孔：,(1)概念：针叶树材管胞壁上的具缘纹孔对在某些情况下纹孔塞会偏向一侧，而将纹孔口堵住，形成闭塞纹孔。,图 闭塞纹孔,图 闭塞纹孔,6、具缘纹孔在细胞壁上的排列,梯状纹孔式：如木兰属 梯状-对列纹孔式：如鹅掌楸属 对列纹孔式：如拟赤扬互列纹孔式：如绝大多数阔叶材,梯状
13、对列纹孔式,梯状纹孔式,互列纹孔式,对列纹孔式,螺纹加厚：在细胞次生壁内表面上，由微纤丝局部聚集而形成的屋脊状凸起，呈螺旋状环绕着细胞内壁的加厚组织。可能提高木材强度。如：红豆杉、三尖杉、银杉、黄杉、椴木、槭木、榆木、黄波罗、刺槐等。,(二)、螺纹加厚,针叶树材,阔叶树材,识别特征:有无;显著程度;形状,(三)、锯齿状加厚,在部分针叶树材射线管胞内壁的次生加厚有锯齿状的突起,称锯齿状加厚。依据这个特征可区分硬松类和软松类。,(四)、眉条,眉条示意图,针叶树材的具缘纹孔之间，沿着纹孔对的上下边缘，由胞间层和初生壁形成条状或半月状的一种特殊加厚，称为眉条。眉条在松柏类的早材管胞上最为明显。,(五)、瘤层,瘤层系细胞壁内表面微细的隆起物。通常存在于细胞腔和纹孔腔内壁。,图 管胞腔内壁的瘤层,1木材的细胞壁上有哪些特征？2绘图描述木材细胞壁壁层结构。,作 业,
