木材細胞壁構造幻燈片

木材細胞壁構造幻燈片第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)木材細胞的生成第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五一、木材細胞的生成a、形成層原始細胞的分裂樹木的生長包括高生長和直徑生長。樹木中木質部的絕大部分是由直徑生長形成，它是形成層原始細胞分生的結果。

（細胞的分裂、細胞擴大生長、胞壁增厚）第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五

紡錘形原始細胞的長軸沿樹高方向，兩端尖削，呈紡錘形，為木質部中縱行排列細胞的來源；射線原始細胞形小、聚集成射線狀，為木質部中橫行細胞的來源。形成層原始細胞：紡錘形原始細胞射線原始細胞第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五非疊生形成層:大多數(shù)樹種的形成層原始細胞排列不整齊，即它們的排列上下互相交錯，不在同一水平面上（圖A）疊生形成層:有些闊葉樹種形成層原始細胞排列整齊，從垂直于形成層的方向觀察，它呈顯明的層次（圖B）。(尹思慈，木材學)A---非疊生形成層

B---疊生形成層第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五形成層原始細胞的平周分裂形成層原始細胞射線原始細胞—生成射線薄壁細胞等橫向細胞紡錘形原始細胞—生成導管、管胞等軸向細胞垂周分裂平周分裂

木質部韌皮部第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五

紡錘形原始細胞的增加(島地謙，1976)形成層原始細胞的垂周分裂第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五射線原始細胞的增加第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五b、細胞的擴大生長和增厚細胞的發(fā)育第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五木材中典型的細胞二、木材的主要細胞種類管胞木纖維早材導管分子晚材導管分子第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五針葉樹材和闊葉樹材中的主要細胞

針葉樹材闊葉樹材管胞

導管

環(huán)管管胞和維管管胞軸向薄壁細胞

軸向薄壁細胞

射線薄壁細胞射線薄壁細胞射線管胞木材纖維

（韌性纖維和纖維狀管胞）

樹脂道泌脂細胞樹膠道泌膠細胞

第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)木材細胞壁的結構第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五一、木材細胞壁的物質1、木材細胞壁的三大物質：纖維素(cellulose)：骨架物質半纖維素(hemicellulose)：基體物質木素(lignin)：結殼物質(硬固物質)matrix(日文文獻)：包括木材細胞壁內的所有木素和大部分半纖維素(不包括與纖維素緊密結合的那部分半纖維素)。第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五2、基本纖絲、微纖絲、纖絲

木材細胞壁的組織結構，是以纖維素作為“骨架”的。它的基本組成單位是一些長短不等的鏈狀纖維素分子，這些纖維素分子鏈平行排列，有規(guī)則地聚集在一起稱為基本纖絲（又稱微團）。在電子顯微鏡下觀察時，認為組成細胞壁的最小單位是基本纖絲?；纠w絲寬約35～50?

，斷面大約包括40（或37～42）根纖維素分子鏈，在基本纖絲內纖維素分子鏈排列成結晶結構。第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五微纖絲微纖絲的構成

纖維素以微纖絲狀態(tài)存在于細胞壁中。微纖絲是由更微小的基本纖絲構成的。微纖絲大約寬10～

30nm，微纖絲之間存在著約l0nm的空隙，木素及半纖維素等物質聚集于此空隙中。微纖絲角（α）(microfibrillarangle)：細胞壁中微纖絲排列方向與細胞長軸所成的角度。第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五

葡萄糖基→纖維素分子鏈（40根）→基本纖絲（2－4個）→微纖絲→纖絲→粗纖絲（寬0.4-1.0um）→薄層→細胞壁基本纖絲：由纖維素構成，在電鏡下可見，尺寸約為35～

50?。微纖絲：木材細胞壁的基本構成單位，在電鏡下可見，尺寸約為10～30nm。(Siau,1971)第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五纖維素的結晶區(qū)和無定形區(qū)3、結晶區(qū)和無定形區(qū)第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五

結晶區(qū)和無定形區(qū)：結晶區(qū)(crystallinearea)：在基本纖絲內，纖維素分子鏈基本平行排列的部分，稱為結晶區(qū)；在結晶區(qū)內，x射線衍射圖反映是高度結晶的。

無定形區(qū)(非結晶區(qū),amorphousregion)：基本纖絲內結晶區(qū)以外的部分,纖維素分子鏈排列不緊密，不平行的部分。第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五二、細胞壁的壁層結構1、細胞的發(fā)育步驟：增大；加厚和木質化細胞的發(fā)育第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五2、壁層結構：在顯微鏡下，細胞壁可分為初生壁（P）、次生壁（S）、以及兩細胞間存在的胞間層（ML）。

（1)細胞間質(胞間層)：（2)初生壁：（3)次生壁：外層(S1)：中層(S2)：內層(S3)：細胞壁的構造(申宗圻，木材學)第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五圖3-4細胞壁的壁層結構A.細胞腔；P.初生壁；S.次生壁；ML.胞間層；S1.次生壁外層；S2.次生壁中層；S3.次生壁內層

胞間層——是細胞分裂以后，最早形成的分隔部分，后來就在此層的兩側沉積形成初生壁。胞間層主要由一種無定形、膠體狀的果膠物質所組成，在偏光顯微鏡下呈各向同性。通常將相鄰細胞間的胞間層和其兩側的初生壁合在一起稱為復合胞間層。ML胞間層

第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五圖3-4細胞壁的壁層結構A.細胞腔；P.初生壁；S.次生壁；ML.胞間層；S1.次生壁外層；S2.次生壁中層；S3.次生壁內層

初生壁：是細胞分裂后，在胞間層兩側最早沉積、并隨細胞繼續(xù)增大時所形成的壁層。初生壁一般較薄，通常只有細胞壁厚度的1%或略多一點。初生壁也分層。初生壁P第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五次生壁：是細胞停止增大以后，在初生壁上繼續(xù)形成的壁層。

次生壁：是細胞停止增大以后，在初生壁上繼續(xù)形成的壁層。在細胞壁中，次生壁最厚，占細胞壁厚度的95%以上。外層(S1)：中層(S2)：內層(S3)：圖3-4細胞壁的壁層結構A.細胞腔；P.初生壁；S.次生壁；ML.胞間層；S1.次生壁外層；S2.次生壁中層；S3.次生壁內層S第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五3、木材細胞壁各層的微纖絲排列

初生壁的微纖絲排列

初生壁基本上由纖維素微纖絲組成，當細胞生長時，微纖絲不斷沉積在伸展的細胞壁內壁，隨著細胞壁的伸展而改變其排列方向。初生壁整個壁層上的微纖絲排列都很松散，這種結構和微纖絲的排列狀態(tài)，有利于細胞的長大。初生壁第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五次生壁的微纖絲排列

在次生壁上，由于纖維素分子鏈組成的微纖絲排列方向不同，可將次生壁明顯地分為三層，即：

次生壁外層（S1）次生壁中層（S2）次生壁內層（S3）

次生壁各層的微纖絲都形成螺旋取向，但斜度不同。細胞壁的厚或薄主要S2層的厚薄決定。第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五圖3-6木材管胞細胞壁微細結構（成俊卿，1985）

4、木材細胞壁的各級構造

纖維素大分子鏈（線型）纖絲形成了管胞、導管、木纖維吡喃型D-葡萄糖基1→4β甙鍵聯(lián)結形成基本纖絲微纖絲細胞壁（初生壁、次生壁S1、S2和S3層）（粗纖絲、薄層）第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五P、S1

、S2、S3初生壁（P）:松散的網狀排列。很薄，只有細胞壁的1％或略大一點；次生壁可明顯分為三層，各層的微纖絲都形成螺旋取向，但斜度不同。S1：微纖絲呈平行排列，與細胞長軸的夾角為50°～70°，厚度百分率為10％～

22％。S2：微纖絲與細胞長軸的夾角為10°～

30°，近乎平行于細胞軸。厚度百分率為70％～

90％。S3：微纖絲與細胞長軸的夾角為60°～90°。厚度百分率為2％～

8％。5、管胞和木纖維的壁層結構第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五

導管的壁層結構薄壁細胞的壁層結構6、導管和薄壁細胞的壁層結構第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五7、細胞壁壁層中物質的分布

復合胞間層中木素濃度最高，但木素的約80％仍分布在次生壁。

管胞壁中的物質分布第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)木材細胞壁上的特征第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五一、紋孔木材中的細胞上的紋孔紋孔紋孔紋孔紋孔第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五

管胞壁上的紋孔（R.BrucenHoadly,1990）第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五1.紋孔、紋孔對及其意義：(1)紋孔(pit)：木材細胞壁次生壁的凹穴狀。在木材的細胞壁加厚時，即產生次生壁時，加厚不均勻，遺留若干空隙，這些初生壁未被次生壁增厚的部分，即為紋孔。(2)紋孔對(pitpair)：紋孔多數(shù)成對，及細胞上的一個紋孔與相鄰細胞的另一個紋孔位置相對，且相互補助，構成紋孔對。第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五(3)紋孔存在的意義：a.樹木中是細胞間水分和養(yǎng)料的通道；

b.對木材的滲透性影響很大；

c.可能影響木材的強度。第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五2、紋孔的類型：(1)單紋孔(simplepit)：見于薄壁細胞和韌性纖維；(2)具緣紋孔(borderedpit)：見于導管和管胞。（佐伯浩，1985）第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五3、紋孔的結構：(1)單紋孔的結構：紋孔腔、紋孔膜、紋孔口紋孔膜：紋孔對之間的隔膜，多數(shù)為兩個細胞的初生壁和胞間層組成；紋孔腔：紋孔膜到細胞腔的全部空隙；紋孔口：紋孔腔通到細胞腔的開口。單紋孔的結構（佐伯浩，1985）第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五(2)具緣紋孔的結構：具緣紋孔的結構（佐伯浩，1985）1、紋孔緣2、紋孔口3、紋孔腔4、紋孔室5、紋孔膜6、紋孔內口7、紋孔外口8、紋孔道第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五紋孔膜：紋孔對之間的隔膜，多數(shù)為兩個細胞的初生壁和胞間層組成；紋孔口：紋孔腔通到細胞腔的開口；紋孔腔：紋孔膜到細胞腔的全部空隙；紋孔緣：次生壁呈拱狀的部分；紋孔道：由細胞腔通向紋孔室的通道；紋孔室：由紋孔膜與紋孔緣拱形環(huán)繞之間的空隙部分；紋孔內口：紋孔道通向細胞腔的開口；紋孔外口：紋孔道通向紋孔室的開口。

紋孔的各組成部分（劉一星，2004）1.胞間層;2.次生壁;3.紋孔室;4.紋孔外口;5.紋孔內口;6.紋孔道;7.紋孔環(huán)第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五紋孔緣、紋孔腔、紋孔膜、紋孔口、紋孔塞、塞緣等。

紋孔塞：紋孔膜中間的加厚部分；塞緣：紋孔塞周圍的紋孔膜；

紋孔塞的剖面多呈圓形或橢圓形，由無定向排列的微纖絲構成，并為非結晶物質所填充，不具滲透性。塞緣由許多呈輻射狀的微纖絲束構成，其上有許多間隙，尺寸在0.1－1μm之間，小于這個尺寸的分子可以通過塞緣而滲透，如水分子等。針葉樹材具緣紋孔的結構：（comstockandcote,1968）第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五闊葉樹材具緣紋孔的結構

紋孔緣、紋孔腔、紋孔膜、紋孔道、紋孔室、紋孔內口、紋孔外口、內含紋孔口、外延紋孔口等。

闊葉材木纖維上的具緣紋孔在紋孔膜中央部分一般不具紋孔塞。紋孔道—紋孔室與細胞腔間較窄的通道。紋孔內口—紋孔道通向細胞腔的開口。紋孔外口—通向紋孔室的開口。紋孔內口有內含和外延之分：內含紋孔口—紋孔內口的長軸尺寸不大于紋孔環(huán)。外延紋孔口—紋孔內口的長軸尺寸大于紋孔環(huán)。（劉一星，2004）第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五(3)針葉樹材和闊葉樹材具緣紋孔的主要差異：a.紋孔膜不同，闊葉樹材一般不具有紋孔塞；b.紋孔緣有所不同，闊葉樹材的稍矮一些。

針葉樹材早材的紋孔膜與闊葉樹材的紋孔膜（comstockandcote,1968）第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五4、紋孔對的類型：a.單紋孔對：是單紋孔之間構成的紋孔對，存在于薄壁細胞之間、某些特殊的厚壁細胞之間。

b.具緣紋孔對：是兩個具緣紋孔所構成的紋孔對，存在于管胞、纖維狀管胞、導管分子和射線管胞等含有具緣紋孔的細胞之間。

c.半具緣紋孔對：是具緣紋孔與單紋孔相構成的紋孔對。紋孔對的類型第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期五單紋孔對半具緣紋孔對具緣紋孔對