细胞壁的结构课件

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，木材主要是由这类细胞构成

2、，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 针叶材(%)阔叶材(%)纤维素422452半纤维素272305木素2822041. 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

3、基：羟基 -OH分子形态：线型 具短支链D-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

4、渗透在细胞壁的骨架物质之中，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

5、)：细胞壁中微纤丝排列方向与细胞轴所成的角度。 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

6、子链与分子链间的结合力随着分子链间距离的缩小而增大。 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

7、、胞间层（Intercellular 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

8、初生壁上继续增厚的壁层。 它的主要成分是纤维素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

9、Z层。S2层：微纤丝排列的平行度最好，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(

10、pit pair)：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

11、孔的结构：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 纹孔对的类型单纹孔

12、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