植物纤维细胞壁的微细结构课件

第六节植物纤维细胞壁的微细结构

（Ultrastructure）微细结构、电子显微镜下的结构、超结构。主要讨论细胞壁的层状结构，细胞壁中微细纤维走向，各主要组成在细胞壁中的分布等。指原料中超越普通光学显微镜的分辨能力的细节。包括纤维细胞的层次构成、层次的厚度分布、不同层次微细纤维的取向、微细纤维的精细结构和纤维细胞壁上纹孔的微细结构等。一、纤维细胞壁的结构细胞壁由原生质体所分泌的物质形成，分为胞间层、初生壁和次生壁。细胞壁上的纹孔、胞间联丝等结构以实现细胞之间水分及其他物质的输导和流通。胞间层（中间层，middlelamella，ML）:

细胞分裂时在两个新细胞之间形成的一层薄膜。(木素、果胶）初生壁（primarywall，P层）：纤维素、半纤维素等物质在胞间层的内侧沉积形成。具有柔软性和可塑性，厚度仅有0.1µm。（纤维素、半纤维素、木素）次生壁（secondarywall，S层）：原生质体所分泌的纤维素等产物在初生壁内侧沉积形成，厚度在5～10µm。分为外层（S1）、中层（S2）、内层（S3）.纤维细胞壁的微细结构不同层次微细纤维的取向及其对材质的影响微细纤维（microfibril）：在电子显微镜图中可见到的未失真最小细纤维。微细纤维的取向：是指微细纤维在细胞壁上与纤维的轴向之间的交角（或倾角）。在纤维细胞壁的不同层次中，微细纤维的取向是不同的。微细纤维的取向是鉴别材种的微细结构特征的重要依据。微细纤维的取向与纤维及木材的力学性质的关系微细纤维的取向不同，直接影响纤维及木材原料的力学性质。倾角大：抗压性能好，抗拉强度差倾角小：抗拉强度好，抗压强度差三者关系：细胞壁中，微细纤维、半纤维素、木素以不连续的层状结构绕细胞腔排列臭松管胞内壁的瘤层（弦切面）1.瘤层；2.S3层12HT层（HelicalThickening）某些针叶材，如花旗松与紫杉的纤维细胞壁在S3层的细胞腔一侧，有螺旋状增厚层(节状增厚层)，称为HT层，HT层起着细胞壁的附加支撑作用。微细纤维的精细结构纤维细胞微细纤维原微细纤维

纤维素分子亚原微细纤维Thomas:D.Fengel的微细纤维结构模型原细纤维直径为3nm(Elementaryfibril)微纤维丝直径为12nm(Fibril)微细纤维直径为25nm(Microfibril)TAPPI/March1970Vol.53,No.3纤维素长链分子与微细纤维之间的结构关系纤维素的分布纤维素在原料纤维细胞壁中的分布具有明显的规律性，从P层到S3纤维素含量逐步升高，其中S2、S3层中含量最高。半纤维素的分布

所有材种的CML半纤维素的浓度最高；S层浓度最低。见表1-31木素的分布研究表明：1、不同形态学区域中木素浓度的分布规律是：CC>CML>S3>S1>S2（见表1－32）CML层，木素是无定型的；S层中木素在微细纤维周围顺着各层微细纤维的方向排列。2、S层木素浓度低，但是由于占的体积分数大，所以木素含量还是S层最多。Fergus,Procter,andGoring,1967SCCML木素分布图在胞间层木素浓度为70-80%在细胞壁中木素浓度为20-30%应压木和应拉木在树干横断面上如果髓心偏向一侧，且偏心部分的年轮特别宽，它在解剖构造和材性上与正常材都有显著的差异，这部分木材称之为应力木，应力木是木材中的一种缺陷。而在针叶树材中产生于倾斜树干或枝桠的下侧，即在受压的一侧，称为应压木（compressionwood）。而在阔叶树材中产生于倾斜树干或枝桠的上侧，即在受拉的一侧，称为应拉木（tensionwood）。应压木化学组成应压木化学组成中的木质素含量平均增加9%，纤维素含量平均减少10%，半乳糖含量平均增加7.8%。由于应压木的化学成分变化较大，所以它对制浆和造纸不太适宜，而且影响其产品的收缩和机械性质。应拉木化学组成在应拉木的化学组成中，纤维素和灰分的含量增加，木质素和半纤维素的含量减少。制浆实验证明，应拉木化学浆粕的产量高于正常材，（因为其纤维素的相对含量较高）且机械分离比正常材容易。（因为其木质素的相对含量较低，而木质素是一种结壳物质，在细胞壁中起到了水泥的作用）但这些浆粕生产的人造丝的强度低。（这与纤维的长度有关）

Severecompressionwoodonacross-sectionsurfaceofaleaningsoftwoodsteminScotspine(Pinussylvestris)(PhotobyHannuKalaja).AveragechemicalcompositionofnormalandreactionwoodsfromScotspine(Pinussylvestris).Figuresaregivenasapercentageofthewooddrysolids.Figure12.Averagechemicalcompositionofnormalandtensionwoodsfromsilverbirch(Betulapendula).Figuresaregivenasapercentageofthewooddrysolids.四、禾本科纤维的微细结构1.微细结构有的与木材相似，如麦草、稻草、田青等，其纤维细胞壁也可以分为ML、P、S1、S2、S3。2.禾本科纤维的P层及S1层的厚度占细胞壁厚度的比例较大。3.S1与S2层之间连接紧密，因此打浆时往往较木材纤维难于分丝帚化。4.部分纤维的次生壁中层（S2）是多层结构，5层、7层或9层。5.宽层的染色较浅，表明木素的浓度较低，窄层的染色较深，表明其中木素的浓度较高。

我国造纸行业的现状和未来中国纸张生产和消费总量均居世界第一位。2010年，生产总量9270万吨；消费总量9173万吨。2015年，预计生产总量11600万吨；消费总量11470万吨，年增速4.6%。（中国造纸工业“十二五”规划）我国的制浆造纸植物纤维原料

我国制浆造纸植物纤维原料的现状原料不足（见前表）草类原料丰富，木材原料缺乏造纸植物纤维原料的未来原料结构持续改善。加快形成符合我国国情的以废纸纤维、木纤维为主，合理利用非木纤维的造纸原料结构。2015年木浆、非木浆、废纸浆比重由2010年22.0%、15.3%、62.7%调整为24.3%、11.7%、64.0%。国内废纸浆比重由38.0%提高到41.0%，国产木浆比重由8.4%提高到10.3%。（中国造纸工业“十二五”规划）改善我国制浆造纸植物纤维原料现状的途径加速发展造纸用速生材基地大力发展废纸制浆造纸合理利用原料扩大竹子等制浆造纸利用率国外的预测美国锐思林纸产品咨询公司（RISI）预测：全球木浆市场：“不管是现在或者是将来，中国市场的造纸产业的发展将有利地促进全球木浆的消耗量。预计，2011～2015年间，中国的木浆进口量将保持年均8.9%的增长率。在未来的15年内，废纸浆在全球纤维原料中所占的比例将进一步提高。一方面，因为环境方面的压力，政府将进一步鼓励公司使用二次纤维；另一方面，脱墨及废纸制浆过程相关技术的进一步发展也使废纸制浆的质量进一步提高，上述两方面都将促进废纸浆消费量的提高。预计，到2025年，废纸浆在原料配比中占到65%，比目前的56%有较大幅度的提高，2025年废纸浆消耗量将达到4亿吨。预计，2011～2025年，废纸浆消耗量将以年均4%的增速增长。未来15年里废纸浆市场的增长将主要来源于发展中国家的促进作用，而中国市场的促进作用是决定性的。因为中国本国废纸浆市场难以满足需求，因此废纸浆消费市场的明显增长必然会带来进口市场的扩张。中国将继续保持废纸浆进口第一，预计到2025年，中国废纸浆进口量将达到4500万吨，将比2010年的进口量提高3000万吨。第一章思考题如何将造纸植物纤维原料进行分类？造纸植物纤维原料中、主要化学组成是什么？写出定义或概念。比较纤维素与半纤维素的异同。写出综纤维素的定义及四种制备方法、并指出哪种方法比较好？如何自综纤维素制备α-纤维素？并指出其化学组成。如何自漂白化学浆制备α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素？并指出各自的化学组成。如何制备硝酸乙醇纤维素？写出有机溶剂抽出物的定义、并指出常用的有机溶剂有哪些？写出针叶材、阔叶材各自主要的的有机溶剂抽出物及存在的位置？写出植物纤维的定义。试述死亡细胞壁的构造。叙述木材的粗视结构。植物细胞壁上纹孔的功能及种