第三章木材细胞 (The Woody Cell: The Wood Element) 木材(wood)是由无数的细胞ce)组成的。如果 放大了来说,把木材比喻成一座大厦的话,则细胞可 比喻成构成大厦的基本单元砖(空心砖) 木材细胞在生长发育过程中历经分生、扩大和 胞壁加厚等阶段而达到成熟。 木材细胞可大体上分为两个部分细胞壁和细 胞腔,其中细胞壁是构成木质部的实质物质,它决定 着木材的物理性质、力学性质、化学性质和加工性能 以及一些微观和超微观构造的识别特征。可以说,细 胞壁是构成木材的主体。通常,木材胞壁为层状结构, 壁上具有纹孔、螺纹加厚等特征
第三章 木材细胞 （The Woody Cell ; The Wood Element） 木材(wood)是由无数的细胞(cell)组成的。如果 放大了来说，把木材比喻成一座大厦的话，则细胞可 比喻成构成大厦的基本单元——砖（空心砖）。 木材细胞在生长发育过程中历经分生、扩大和 胞壁加厚等阶段而达到成熟。 木材细胞可大体上分为两个部分——细胞壁和细 胞腔，其中细胞壁是构成木质部的实质物质，它决定 着木材的物理性质、力学性质、化学性质和加工性能 以及一些微观和超微观构造的识别特征。可以说，细 胞壁是构成木材的主体。通常，木材胞壁为层状结构， 壁上具有纹孔、螺纹加厚等特征
第一节木材细胞的生成 (The Formation of Woody Cell) 形成层原始细胞的分裂( the fission of fusiform initial) 1形成层的两种原始细胞( fusiform initial (1)纺锤形原始细胞( fusiform initial)-长轴为轴向,两端尖削, 呈纺锤形(如织布的梭子),是木质部中纵向排列细胞的来源 (如:管胞、导管、木纤维、轴向薄壁细胞等)。 (2)射线原始细胞( ray initial)形体小,聚集成射线状,是木质 部中横向细胞的来源(如:木射线) 2形成层原始细胞的两种分裂( fission)方式 (1)弦向纵面的平周分裂( periclinal division)使树干的直 径增大。 ①向外分生一产生韧皮部细胞; ②向内分生一产生木质部细胞 其中,向木质部分裂的次数比向韧皮部多7~10倍。 (2)径向的垂周分裂( anticlinal division)—适应树干直径加 大过程中形成层周长增加的需要
第一节 木材细胞的生成 （The Formation of Woody Cell） 一、形成层原始细胞的分裂（the fission of fusiform initial） 1.形成层的两种原始细胞（fusiform initial） （1）纺锤形原始细胞(fusiform initial)—长轴为轴向，两端尖削， 呈纺锤形（如织布的梭 子），是木质部中纵向排列细胞的来源 （如：管胞、导管、木纤维、轴向薄壁细胞等）。 （2）射线原始细胞(ray initial)—形体小，聚集成射线状，是木质 部中横向细胞的来源(如：木射线）。 2.形成层原始细胞的两种分裂（fission）方式 （1）弦向纵面的平周分裂（periclinal division） ——使树干的直 径增大。 ①向外分生—产生韧皮部细胞； ②向内分生—产生木质部细胞。 其中，向木质部分裂的次数比向韧皮部多7~10倍。 （2）径向的垂周分裂（anticlinal division） ——适应树干直径加 大过程中形成层周长增加的需要
木材细胞的形成和胞壁增厚 形成层分生的木质部子细胞在生 长 发育过程中经历了两个过程: 1细胞形体的扩大阶段一指细胞直径 的增加和长度伸长。 2细胞壁的增厚阶段一当形成层分生 的木质部细胞完成或接近完成细胞 形体的增大时, 细胞中的原生质逐渐转化成胞壁物 质添加在新细胞的胞壁上。 1)厚壁细胞一其原生质全部转化成 胞壁,使单个细胞的生命终结。 2)薄壁细胞一只有部分原生质转化 细胞,使之保持生机当边材转化题 成心材时,这部分原生质通过生理 生化反应生成木材的抽提物成分 使木材的全部细胞丧失生命机能 (铁刀木-薄壁细胞-带状)
二、木材细胞的形成和胞壁增厚 形成层分生的木质部子细胞在生 长 发育过程中经历了两个过程： 1.细胞形体的扩大阶段—指细胞直径 的增加和长度伸长。 2.细胞壁的增厚阶段—当形成层分生 的木质部细胞完成或接近完成细胞 形体的增大时， 细胞中的原生质逐渐转化成胞壁物 质添加在新细胞的胞壁上。 （1）厚壁细胞—其原生质全部转化成 胞壁，使单个细胞的生命终结。 （2）薄壁细胞—只有部分原生质转化 成胞壁，另一部分原生质位于边材 细胞，使之保持生机。当边材转化 成心材时，这部分原生质通过生理 生化反应生成木材的抽提物成分， 使木材的全部细胞丧失生命机能。 （铁刀木-薄壁细胞-带状）
第二节木材细胞壁结构 (The Cell Wall Texture of wood 细胞壁的结构组成 木材是多种高分子聚合物的复合体,组成木材细胞壁的主要 化学成分,按其物理作用可分为三类:骨架物质、基体物质和结 壳物质。 1骨架物质( frame substance)—以纤维素的微纤丝状态存在于细 胞壁中,富于细胞拉力强度 2基体物质( matrix substance)指半纤维素和其它碳水化合物。 渗透于骨架物质,增加细胞的刚性。 3结壳物质( Encrusting substance)一木素,遍布于细胞壁之中, 使细胞获得硬度。 有学者比喻: 骨架物质—钢筋;基体物质一沙石 结壳物质一水泥
第二节 木材细胞壁结构 （The Cell Wall Texture of Wood） 一、细胞壁的结构组成 木材是多种高分子聚合物的复合体，组成木材细胞壁的主要 化学成分，按其物理作用可分为三类：骨架物质、基体物质和结 壳物质。 1.骨架物质（frame substance）—以纤维素的微纤丝状态存在于细 胞壁中，富于细胞拉力强度。 2.基体物质（matrix substance）—指半纤维素和其它碳水化合物。 渗透于骨架物质，增加细胞的刚性。 3.结壳物质（Encrusting substance）—木素，遍布于细胞壁之中， 使细胞获得硬度。 有学者比喻： 骨架物质—钢筋； 基体物质—沙石； 结壳物质—水泥
微纤丝及其构成 (microfibril and the structure) 微纤丝( microfibril)是构 成木材细胞壁的一级物理形 态单位,呈纤丝状,是一种 纤维素分子链的集合体。在 细胞壁的各个层次按不同的 方向排列,起到骨架物质的 作用。微纤丝的排列方向不 但决定着木材各向异性的特 征,而且分出了细胞壁的各 个壁层。 微纤丝角(a) ( microfibrillar angle):细胞 壁中微纤丝排列方向与细胞 轴所成的角度。 (落叶松)
二、微纤丝及其构成 （microfibril and the structure） 微纤丝(microfibril)是构 成木材细胞壁的一级物理形 态单位，呈纤丝状，是一种 纤维素分子链的集合体。在 细胞壁的各个层次按不同的 方向排列，起到骨架物质的 作用。微纤丝的排列方向不 但决定着木材各向异性的特 征，而且分出了细胞壁的各 个壁层。 微纤丝角（α） (microfibrillar angle)：细胞 壁中微纤丝排列方向与细胞 轴所成的角度。 （落叶松）
微纤丝又是由基本纤丝(原纤丝)( elementary fibril构成。 基本纤丝一构成微纤丝的结构单元,是由40根左右的 纤维素分子链组成。 细胞壁骨架物质的组成如下: 纤维素分子链4根左右,基本纤丝24个微纤丝 组成,纤丝聚集,粗纤丝接合,薄壁一胞壁的 各层。 基本纤丝的两相结构理论:基本纤丝包括结晶区和非 结晶区。 结晶区( crystalline area):纤维素分子链平行紧密地排列形 成结晶结构(X射线衍射图上反映出高度结晶) 非结晶区( amorphous area):纤维素分子链排列不平行(但 不是完全无序的)。 注意:结晶区与非结晶区之间并无明显界线
微纤丝又是由基本纤丝（原纤丝）(elementary fibril)构成。 基本纤丝—构成微纤丝的结构单元，是由40根左右的 纤维素分子链组成。 细胞壁骨架物质的组成如下： 纤维素分子链 40根左右 基本纤丝 2~4个 微纤丝 组成 纤丝 聚集 粗纤丝 接合 薄壁 胞壁的 各层。 基本纤丝的两相结构理论：基本纤丝包括结晶区和非 结晶区。 结晶区(crystalline area)：纤维素分子链平行紧密地排列形 成结晶结构（X射线衍射图上反映出高度结晶）。 非结晶区(amorphous area)：纤维素分子链排列不平行（但 不是完全无序的）。 注意：结晶区与非结晶区之间并无明显界线
壁层结构( the structure of cell wa) 木材的细胞壁,根据其形成 阶段,可分为初生壁和次生壁。 1初生壁(P)( primary wa)-原始 细胞分生初期,从分裂到细胞增 大(表面生长期间) 所形成的胞壁。 S 2次生壁(S)( (secondary wa)-在 初生壁内侧,由附着生长而形成 S1 的胞壁。 次生壁是细胞停止增大以后, 在初生壁上继续形成的胞壁。 M M 3胞间层(ML ( intercellularlayer)两个相邻细 胞之间的部分。 图3-11木材胞壁的壁层结构 4复合胞间层(ML+2P)( compound M一胞间质P一初生壁S一次生壁(S1一外层 middle lamella)胞间质与两边 S:一中层S一内层)W一瘤层 相邻初生壁的复合体
三、壁层结构（the structure of cell wall） 木材的细胞壁，根据其形成 阶段，可分为初生壁和次生壁。 1.初生壁（P）(primary wall)—原始 细胞分生初期，从分裂到细胞增 大（表面生长期间） 所形成的胞壁。 2.次生壁（S）(secondary wall)—在 初生壁内侧，由附着生长而形成 的胞壁。 次生壁是细胞停止增大以后， 在初生壁上继续形成的胞壁。 3.胞间层（ML） (intercellularlayer)—两个相邻细 胞之间的部分。 4.复合胞间层（ML+2P）(compound middle lamella)—胞间质与两边 相邻初生壁的复合体
三、壁层结构 利用电子显微镜观察细胞的次生 壁,因为胞壁中微纤丝排列方向的不 同而呈现出三个明暗差异的部分。于 是,把次生壁又进一步分为次生壁外 层S1、次生壁中层S2和次生壁内层S3 归纳起来,壁层结构共区分为四 层 St 1)初生壁(P): P>1% (2)次生壁外层(S1):S1=10 20% (3)次生壁中层(S2): 70 90% 4)次生壁内层(S3):S3=2~8% S 在壁层中,S层最厚,占比例的 图3-11木材胞壁的壁层结构 0%以上。在S层中,S2层最厚,占 M一胞间质P初生壁S一次生壁(S1 S:-中层Sa一内层)W一层 比例的70~90%,一般S2层的微纤丝 角接近于细胞轴的排列方向。因此
三、壁层结构 利用电子显微镜观察细胞的次生 壁，因为胞壁中微纤丝排列方向的不 同而呈现出三个明暗差异的部分。于 是，把次生壁又进一步分为次生壁外 层S1、次生壁中层S2和次生壁内层S3。 归纳起来，壁层结构共区分为四 层： （1）初生壁（P）： P > 1% （2）次生壁外层（S1）：S1 = 10 ~ 20% （3）次生壁中层（S2）：S2 = 70 ~ 90% （4）次生壁内层（S3）：S3 = 2 ~ 8% 在壁层中，S层最厚，占比例的 90%以上。在S层中， S2 层最厚，占 比例的70 ~ 90%，一般S2 层的微纤丝 角接近于细胞轴的排列方向。因此， 它决定着木材许多物理力学性质
壁层结构 木材具有不同的细胞种类,,其胞 壁结构也不相同,下面分别加以介绍: )管胞和纤维的壁层结构( the wall structure of tracheid and fiber) 管胞 rachid)木材中的一种锐端细胞, 是组成针叶材的主要细胞,占木材体积 的90%以上。功能:输导水分,强固 树体。 木纤维( wood fiber)木材中细长而壁厚 的细胞。主要指韧性纤维和纤维状管胞, 是阔叶材的主要组成分子之一,占木材 总体积的50%以上。 功能:支撑树体,承受机械作用。 管胞和木纤维的壁层结构对木材的 各种性能影响很大。 1初生壁一微纤丝呈无定向松散交织的网 状结构,徼纤丝排列的主要方向与细胞 主轴略呈垂直
壁层结构 木材具有不同的细胞种类，，其胞 壁结构也不相同，下面分别加以介绍： （一）管胞和纤维的壁层结构（the wallstructure of tracheid and fiber） 管胞(tracheid)—木材中的一种锐端细胞， 是组成针叶材的主要细胞，占木材体积 的90% 以上。 功能：输导水分，强固 树体。 木纤维(wood fiber)—木材中细长而壁厚 的细胞。主要指韧性纤维和纤维状管胞， 是阔 叶材的主要组成分子之一，占木材 总体积的50%以上。 功能：支撑树体，承受机械作用。 管胞和木纤维的壁层结构对木材的 各种性能影响很大。 1.初生壁—微纤丝呈无定向松散交织的网 状结构，微纤丝排列的主要方向与细胞 主轴略呈垂直
次生壁 2次生壁一是胞壁的主要 部分,是研究的重点。 (1)次生壁外层S1:微纤 丝角a=50~70 (2)次生壁中层S2:微纤 丝角a=10~30 St (3)次生壁内层S3:微 P M 纤丝角a=60~90 M 图3-11木材胞壁的壁层结构 M一胞间质P一初生整5一次生壁(S1一外层 Sx一中层S一内层)W一瘤层
次生壁 2.次生壁—是胞壁的主要 部分，是研究的重点。 （1）次生壁外层S1：微纤 丝角α = 50~70° （2）次生壁中层S2：微纤 丝角α = 10~30° （3）次生壁内层S3： 微 纤丝角α = 60~90°