木材纤维原料的生物结构和细胞形态.pptx

,Chapter 1 The Composition and Structure of Wood,1,Tianjin University of Science&Technology,Chapter 1 The Composition and Structure of Wood,*,Tianjin University of Science&Technology,*,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第1页,一、木材解剖用术语,树心,形成层,木质部,树皮,横、径、弦切面,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第2页,1,木材解剖三个切面,A,横切面,：与树干轴垂直切面；,B,径切面,：经过树干髓心与横切面垂直切面，又称辐射切面,;,C,弦切面,：垂直横切面与年轮相切切面，又称切线切面。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第3页,横切面：,纤维细胞、导管细胞、纵向树脂道等横切面，木射线纵切面,。,径切面：,纤维、导管、树脂道径向切面、木射线、纹孔,。,弦切面：,纤维、导管纵切面,；,横向树脂道、大量木射线横向切面。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第4页,针叶木三个切面,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第5页,Figure 3.Different planes of a cut tree stem revealing transverse(cross-sectional),radial,and tangential faces,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第6页,Main structure of the woody stem of trees,外皮,形成层,韧皮部（内皮）,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第7页,2,树 心,树心，也称髓心（,pith,），普通位于树干中心，也有偏离中心，称为偏心材。髓心由薄壁细胞组成，所占容积普通较小，对制浆没有什么意义。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第8页,Figure 4.Cross-section of an 85 year old Larix sibirica stem,（,西伯利亚落叶松,）,Figure 20.Severe compression wood on a cross-section surface of a leaning softwood stem in Pinus sylvestris(Photo by Hannu Kalaja),（,长柏松,）,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第9页,树皮是树干最外层，是树干保护层，尤其是保护树木形成层。树皮分外皮（,Out Bark,）和内皮（,Inner Bark,）。,3,树 皮（,Bark,）,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第10页,外皮,:,是由已死亡木栓细胞（含有木栓质细胞）组成。其作用是对木材组织起着抵制外来机械伤害以及预防外界温度和湿度改变作用。,内皮,:,是由有生命活细胞组成，又称韧皮部（,Phloem,），其作用负担着把树叶光合作用产生养分向下输送。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第11页,4,形 成 层（,Cambium,）,形成层位于韧皮部与木质部之间，它是由含有分裂机能分生细胞组成一个薄层。这一薄层是由,6,8,层细胞组成,。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第12页,位于,韧皮部,和,木质部,之间细胞,纺锤状,原始细胞：产生,管胞、导管、筛管,等,作用：使次生木质部不停增生加粗长高；,射线,原始细胞：,产生维管射线；,木射线（,woodray,）,；,韧皮射线,；,作用：树木横向运输与储备组织。,树皮 外,形成层,内 木质部,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第13页,5,木 质 部（,Xylem,）,木质部是树干主要部分，位于形成层与髓心之间，是造纸原料最主要部分。木质部是植物主要输导组织和机械支持组织。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第14页,6,年 轮、早 材 和 晚 材,在树木茎横切面上，木质部上含有许多同心圆环，即为生长轮。生长轮是因为形成层在一个生长周期中周期性活动形成。,一年中只长出一个生长轮，故称年轮。,每个年轮普通由两层组成，内层是在每年春季与夏季之间形成，称之为早材（或春材）；外层是夏末及秋天形成，称为晚材（秋材或夏材）。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第15页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第16页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第17页,早材（春材）、晚材（夏材、秋材）,（,spring or early-wood,、,autumn or late-wood,）,早材：春、夏季，细胞分裂快，生长快速，形成细胞壁薄，腔大，色浅，木质疏松。,晚材：秋季，细胞分裂慢，生长慢，所形成细胞较细长，壁厚，腔小，色深，木质紧密。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第18页,Figure 4.Cross-section of a spruce(Picea Abies)sample showing an annual growth ring boundary.,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第19页,红豆杉横切面,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第20页,落叶松横切面,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第21页,落叶松横切面,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第22页,春材和秋材特点比较,纤维,腔壁,长度,树脂含量,颜色,材质,强度,纤维硬度,春材,早材,腔大,壁薄,较短,较低,色浅,疏松,较差,柔软,秋材,晚材,腔小,壁厚,较长,较高,色深,紧密,较高,挺硬,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第23页,晚 材 率,年轮中晚材宽度,晚材率,=-,100%,年轮总宽度,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第24页,对制浆造纸影响：,晚材率低,：易打浆，抗张、耐破强度高，纸质匀细，因早材壁薄、弹性好、柔软，故纤维结协力高。,晚材率高,：除撕裂度高外，透气度大，其它物理强度指标均不及早材。纸质挺硬，结合强度差。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第25页,早晚材百分比是造纸用材着重考虑主要指标之一，尤其是针叶木，常见几个树种晚材率约为：,红松：,20,鱼鳞云杉：,20,落叶松：,25,40,马尾松：,25,30,云南松：,20,40,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第26页,7,边 材 与 心 材,颜色深部分（木材中心）称为心材（,heart wood or Inner wood,），颜色浅靠近树皮部分称为边材（,Outer wood or Sapwood,）,。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第27页,心材,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第28页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第29页,心材,(heart wood),：,木质部中靠树心部分，被树脂、单宁等物质填充而失去生理活性，变成死细胞。,作用：,支撑作用,特点：,颜色深、树脂含量高，抗腐能力强、耐久性好、浸透性差，适合用于制家俱及建筑装修等行业。,对制浆造纸影响：,制浆时，药液浸透较困难，将会影响蒸煮均匀性，降低浆质量；酸法制浆时极易产生树脂障碍及因为浸透不均匀而产生“黑片”等问题。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第30页,边材,(sap wood),：,木质部中靠边缘，颜色较浅部分。,材质较软，孔道通畅，抗腐蚀性能较差，用于制浆时易于浸透、易成浆，泡沫也较少；纤维长度较大，是制浆造纸好原料。,边材是由活细胞组成，细胞中贮存营养分较多，故易被细菌、害虫所侵害。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第31页,环孔材、散孔材,绝大多数阔叶材都含有导管，称为有孔材（而针叶木普通不具导管，无孔材）。,阔叶材可分为环孔材、半孔材和散孔材三大类型。,环孔材,指木材中早材导管比晚材导管大，而且形成一环显著带或轮。,散孔材,指在木材整个年轮中内，导管大小和分布比较均匀或逐步改变。,半孔材,年轮中导管分布介于环孔材和散孔材之间。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第32页,1.,环孔材,2.,半孔材,3.,散孔材,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第33页,8,木 射 线（,Wood Rays,）,木射线是由木射线薄壁细胞组成，它贮藏营养物质，还有横向运输功效，木质部营养物质就是经木射线从韧皮部输送来。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第34页,二植物纤维与细胞壁结构,1,植物细胞形成过程,细胞借分裂而繁殖,细胞分裂方式可分为,:,有丝分裂、减数分裂和无丝分裂三种。有丝分裂是一个最普遍分裂方式。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第35页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第36页,一个细胞分裂产生两个新子细胞（右图）。分裂产生子细胞既能够是仍保持含有分生能力,分生细胞,;,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第37页,也能够是不再含有分生能力细胞，这种细胞发育成长过程中分化为执行不一样生理机能各种永久细胞,其中很大一部分细胞分化为组成植物体基干起机械作用和输导作用,永久细胞,。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第38页,永久细胞细胞壁伴随细胞发育而快速增厚，并在长度方向延伸。在细胞停顿生长以后,细胞壁依然继续增厚,细胞内物质逐步转化为细胞壁物质,其主要化学成份是碳水化合物和木素。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第39页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第40页,植物纤维概念,这种失去生命机能细长锐端永久细胞称为植物纤维。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第41页,2,植物纤维细胞壁结构,胞间层（,Middle lamella,）,初生壁,(Primary Wall),次生壁,(Secondary Wall),次生壁分外（,S,1,）、中（,S,2,）、内（,S,3,）三层,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第42页,Figure 12.Cell wall layers and organization of microfibrils in a softwood tracheid,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第43页,Figure 2.Cross section of a Pine(Pinus palustris)latewood tracheid:M is the middle lamella P is the primary wall,S,1,S,2,and S,3,are the outer,middle and inner layers of the secondary wall.,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第44页,3,细胞壁上纹孔,细胞在次生壁增厚时，并非全方面均匀增厚，其中常留有不增厚部分。这种不增厚部分，因为细胞壁比较薄，在显微镜下观察象一些圆形小孔，实际上并不是真正孔，而是一些薄壁区域。这些薄壁区域叫做纹孔（,Pit,）。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第45页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第46页,纹孔结构,:,具缘纹孔,(Bordered pit),单纹孔（,Simple Pit),半具缘纹孔,(Half Bordered Pit,）,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第47页,纹孔类型,依据,增厚,情况，纹孔分为：,单纹孔：普通在薄壁细胞,上,具缘纹孔：次生壁强烈增厚细胞壁,上,相邻细胞组成纹孔正确类型,：,具缘纹孔对,：两相邻厚壁细胞上,半具缘纹孔对：,相邻薄壁细胞与厚壁细胞,单纹孔对：,两相邻薄壁细胞,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第48页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第49页,Figure 8.Cross-section of one tracheid showing bordered pits.,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第50页,具缘纹孔,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第51页,Atomic Force Microscope Image of Bordered Pit,(Black Spruce wood),木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第52页,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.,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第53页,具缘纹孔,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第54页,纹孔结构,缘,（具缘纹孔腔上悬挂部分次生壁）、,口、腔、膜、托,（具缘纹孔膜中央尤其加厚部分）,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第55页,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,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第56页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第57页,纹孔作用,1,、对植物作用,植物生长过程中，营养、水分、光合作用产物经过纹孔来流通。,2,、对蒸煮作用,蒸煮液经过纹孔渗透到细胞内部使其可与木素进行反应，小放气能够震破孔膜，利于药液渗透，使原料得到均匀蒸煮。,针叶木具缘纹孔中，纹孔塞形成对针叶木生长及木片在蒸煮时药液浸透有不良影响。,单纹孔结构简单，制浆过程中药液浸透较轻易。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第58页,4,树 木 细 胞 类 型,（,Cell Types of Wood,）,形态（,Shape,）：锐端细胞和薄壁细胞；,功效（,Function,）：输导细胞、支撑细胞和贮藏细胞。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第59页,输导细胞 支撑细胞 贮藏细胞,阔叶材：导管 木纤维 薄壁细胞,针叶材：管胞 薄壁细胞,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第60页,三针叶材生物结构、细胞类型、含量及形态,（一）针叶材生物结构,1,、横切面；,2,、弦切面；,3,、径切面。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第61页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第62页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第63页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第64页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第65页,（二）细胞类型、含量及形态,1.,管 胞,占木质部细胞容积,90,95%,，,呈纺锤状，两边呈钝圆或钝尖形，纵向生长，与木射线垂直。,管胞平均长度普通为,3,5mm,，宽为,0.03,0.05mm,。,管胞壁上纹孔大多为具缘纹孔,管胞,是针叶木,输导水分组织,和唯一,支持组织,。,针叶木中细胞最主要是管胞，有少许木射线，普通不含导管。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第66页,Cells from a softwood.Magnification X 50,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第67页,早材管胞：,壁薄，腔大，,两端钝圆,纹孔大而多,易变形，蒸煮后呈扁平带状。,晚材管胞：,壁厚，腔小，,两端尖削,纹孔小而少,蒸煮后大多保持柱状。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第68页,Detail of annual ring.,Earlywood and latewood fibres.,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第69页,2.,木 薄 壁 组 织,木射线管胞和木射线薄壁细胞,木射线细胞占木材体积,5,10%,。,Norway,云杉和,Scots,松木射线薄壁细胞长为：,0.01,0.16mm,，宽为：,2,5m,。,（部分软木有）木射线管胞：,不含树脂,。,木射线薄壁细胞：,内含树脂,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第70页,针叶材射线细胞,壁薄,而,腔大,，,长度小,，,呈长方形,，沿径向排列，在木质部称为木射线，在韧皮部称为韧皮射线；,木射线管胞,木射线薄壁细胞,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第71页,树木生长过程中，射线细胞经过,纹孔,与其它细胞相通，起着横向流通及储存营养作用；在蒸煮中，木射线有利于药液扩散。,针叶木射线细胞体积甚小、长度极短，无制浆造纸价值（洗涤时流失），量少，不会对纸浆质量产生不良影响。,木薄壁组织作用及与制浆造纸关系,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第72页,3.,树 脂 道,树脂道是由若干分泌细胞所围绕成形一个胞间道。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。,树脂道,是部分,针叶木材,独有特征，分为,轴向（纵向树脂道）,和,径向（横向树脂道）。,径向树脂道分布在一些,木射线,内,形状较小。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第73页,松木树脂道结构图,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第74页,树脂道,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第75页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第76页,落叶松横切面,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第77页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第78页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第79页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第80页,含有正常树脂道针叶材有松属、落叶松属、云杉属、油杉属和银杉属等；杉木、冷杉、柏木等则没有树脂道。,有脂材,:,有树脂道,无脂材：没有树脂道,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第81页,树脂道与制浆造纸关系,因为树脂道内含树脂，所以制浆中会消耗化学药品，还会引发树脂障碍。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第82页,四阔叶材生物结构、细胞类型、含量及形态,（一）阔叶材生物结构,阔叶材中细胞种类较多，包含木纤维、管胞、导管、木射线和薄壁细胞。,横切面,：,1,、导管,2,、木纤维（成四边形或多边形）,3,、木射线薄壁细胞,4,、木薄壁细胞,径切面,：,1,、木纤维侧壁及其上单纹孔。,2,、导管及其上具缘纹孔。,3,、宽带状木射线。,弦切面,：,1,、木纤维及导管侧壁。,2,、纺锤状木射线细胞。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第83页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第84页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第85页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第86页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第87页,（二）细胞类型、含量及形态,1.,木 纤 维,2.,管 胞,3.,导 管,4.,薄壁细胞及木射线薄壁细胞,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第88页,1,木 纤 维,即,纤维细胞,，是阔叶材最主要细胞和支持组织。,木纤维细胞壁上多是具缘纹孔，但因为细胞壁增厚，使纹孔腔消失而成为,单纹孔，胞壁上有节状增厚。,木纤维长：,1mm,左右,;,宽：,20,m,。因为,其长度短，直径小，,所以,阔叶木浆不适于单独抄造高强度纸张,。,阔叶材中纤维细胞含量低：,60,80,。所以其制浆造纸价值不如针叶材。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第89页,2,管 胞,阔叶材中管胞数量极少，但形态与针叶材管胞相同，其细胞壁上纹孔具缘纹孔，纹孔缘显著。,管胞纹孔直径导管细胞纹孔直径。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第90页,3,导 管,导管是阔叶材中水分输导组织，它由一系列导管细胞首尾相连而成；,依导管细胞壁增厚情况不一样，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。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第91页,Eucalyptus Vessel,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第92页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第93页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第94页,毛白杨横切面,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第95页,杨木导管,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第96页,尾叶桉导管,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第97页,Figure 15.Fibers and a vessel segment of a diffuse-porous hardwood for Populus tremula,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第98页,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第99页,Figure 16.Fibers and wide and narrow vessel segments of a ring-porous hardwood,Ulmus glabra,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第100页,导管细胞类型,环状导管,螺旋导管,梯形导管,网状导管,纹孔导管,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第101页,导管与制浆造纸关系,导管在阔叶材中是杂细胞,其大小及分布影响制浆过程中药液扩散；,有时对纸页表面性质有不良影响；,导管中常含有侵填体、晶体二氧化硅、钙盐等。侵填体多木材，对溶液浸透性减弱。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第102页,4.,薄壁细胞及木射线薄壁细胞,木射线薄壁细胞,薄壁细胞,薄壁细胞又称为轴向薄壁细胞,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第103页,薄壁细胞,识别阔叶材主要特征方法之一是：,阔叶材木薄壁组织发达，在横切面上展现各种类型分布，颜色比周围基本组织浅。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第104页,木射线细胞,普通是,径向（成横向）,排列，称为,同型射线,，也有部分阔叶树种上、下部为直立型，中间为横向，,异型射线,。,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第105页,五、针叶材与阔叶材生物结构区分,木材纤维原料的生物结构和细胞形态,第106页,