植物纤维形态

植物分类：界门纲目科属种 40W 双命名法：属名种名命名人姓名缩写 植物分类：界门纲目科属种 40W 双命名法：属名种名命名人姓名缩写 植物分：低等（藻类，菌类：包含微生物类） 高等（苔藓，蕨类，种子：裸子—针叶材—松科，杉科，被子—双子叶—木本即阔叶材，单子叶—禾本科） 木本植物：具有无限维管束，具有多年生茎，根，直径增粗，年年开花，年年结实 非木本：竹类，禾草类 木材纤维原料：针叶材如落叶松，马尾松，湿地松，云杉，冷杉，铁杉，云南松，火炬松 阔叶材如杨木，桉木，相思树，桦木，椴木，榆木 非木材纤维：禾本科茎干：竹，芦苇，稻草，麦草，蔗渣，高粱秆 韧皮纤维：麻类，桑皮，构皮，檀皮 叶纤维：龙须草，剑麻 种毛纤维：棉花，棉短绒，破布 就造纸而言，植物细胞中细而长的细胞称为纤维 细胞由细胞壁和细胞腔组成。造纸原料均为成熟的植物纤维原料，其细胞构造主要为细胞壁的构造 植物纤维细胞壁的微观结构包括细胞壁的层状结构，纹孔 胞间层（M）：相邻细胞之间的间隙，厚0.2~1.0um，主要为木质素，无微纤丝 初生壁（P）：细胞发育初期形成的细胞壁，厚0.2~0.3um，微纤丝松散，漫无规则 由于初生壁较薄，且紧贴着胞间层，与胞间层很难分开，故胞间层与初生壁合称复合胞间层（CML） 微纤丝（电子显微镜下观察到的细丝状结构）以不同走向沿轴缠绕构成细胞壁的各个薄层 次生壁（S）：细胞生长过程中，在初生壁内侧，细胞壁继续加厚，形成的细胞壁。是细胞壁的主体。它又根据微纤丝走向不同分为外中内三层，称为次生壁外层（S1紧贴初生壁，较薄）次生壁中层（S2最厚，是否易散开，与微纤丝夹角有关，角度越小，越容易分丝帚化，影响纸浆打浆性能）次生壁内层（S3靠细胞腔，也较薄），而瘤层（W）仅某些针叶材有。 稻草，麦草与木材纤维相似，但S1较厚，S2角度较大，而多年生的禾本科如竹，次生壁具多层结构 厚壁竹纤维的多层结构：窄层（微纤丝走向几乎垂直于轴向，85~90，恒定）宽层（微纤丝走向几乎与轴平行，2~20，从胞间层到胞腔逐渐缓慢增加 纹孔（根据结构和形态分具缘纹孔和单纹孔）：次生壁加厚过程中，在初生壁上留下来未加厚部分所形成的孔道 细胞壁上纹孔的构造，大小及排列方式等是多种多样 纹孔对（根据形成纹孔对的纹孔不同，分单纹孔对，具缘纹孔对，半具缘纹孔对）：相邻细胞之间成对存在的纹孔形成，个别不成对的纹孔称为盲纹孔。纹孔对是相邻细胞间水分和养分横向交流的主要通道 根据观察手段的不同，木材的构造分为粗视构造（即宏观构造，直接凭肉眼或借助放大镜能见到的木材外貌特征）和显微构造（即微观构造，显微镜下观察到的木材构造） 木材三切面：横（沿与树木生长轴垂直方向切开的面，木射线呈放射状排列，可见其长宽度）径（沿木射线切开的面，木射线带状条纹，色浅。有光泽，可见其长高）弦（沿与木射线垂直方向切开的面，木射线的横断面，色略深，短线条状或纺锤形斑点，可见其高宽） 髓心是树木的生长中心，但不等于几何中心。多位于树木中心，也有偏离中心的，称为偏心材，在横切面呈如星形圆形三角形等 木射线：在木材的横切面上，可看到自髓或自髓外围向树皮方向或细或粗呈辐射状，颜色较浅且带有光泽的线条，这种线条称为髓射线或木射线。初生：从髓开始。次生：从生长轮。 春秋，树木的形成层活动频繁，成长的细胞直径较大，壁较薄，木材的材质较疏松，色较浅。在一个生长周期内，早期形成的木材，称为早材；秋季，形成层活动逐渐变弱，成长的细胞直径较小，壁较厚，材质较紧密，材色较深，在一个生长周期内，晚期形成的木材称为晚材 早晚材急变的树种：材性较硬的马尾松，油松，早晚材界限明显 早晚材缓变的树种：材性较软的华山松，红松，早晚材界限不明显 晚材率：一个生长周期内晚材所占百分率，=晚材体积/年生长总体积 晚材率的大小对制浆造纸有影响，一般控制小于20% 早材纤维壁较薄，弹性较好，柔软，容易打浆，晚材纤维壁厚，纤维硬挺，打浆比较困难 生长轮：树木的一个生长周期在横切面上所形成的一圈 生长在温带的植物，通常是一年为一个生长周期，故又叫年轮。 心材和边材：若干树种在横切面上可以看到树干的中心部分比外围的颜色深些，颜色浅的中心部分称为心材，颜色浅的木质部外围部分称为边材。心材是在树木生长过程中由边材转化。 阔叶材：导管是绝大多数阔叶材所具有的输导组织，是阔叶材重要的宏观特征。阔叶材称有孔材，针叶材称无孔材。在阔叶材的横切面上，可见许多圈状的管孔，这些管孔就是导管的横切面，根据管孔的散布情况，可以分为环孔材（早期生长的导管特别粗大，而后期生长的导管明显细小。横切面：大孔径的管孔环绕上年晚材的外围呈狭带状分布，再外围就是小孔径的晚材，如刺槐，板栗，麻栋），半环孔材（有些阔叶材从生长季节开始到结束，导管由粗逐渐变细，横切面：难辨别出明显的界限，如核桃，枫杨），散孔材（有些阔叶材在整个生长季节内生长的导管粗细均匀一致，横切面：管孔看不出较大的差别如白桦，糠椴，颤杨） 有些针叶材在横切面的晚材部分，凭肉眼就可看见一些针头状的小白点，这就是纵行树脂道或轴向，在弦切面上纺锤形木射线中，比较小，呈深色短线条，是横行树脂道或径向 针叶材90%以上的细胞为管胞，其次为薄壁细胞。针叶材细胞分为管胞和薄壁细胞，管胞分为轴向管胞—早材管胞（壁薄，腔大，两端钝，纹孔多而大）和晚材管胞（壁厚，腔小，两端尖削，纹孔较少），射线管胞（是横向的锐端细胞，形体较小，细胞壁较厚，壁上有具缘纹孔，多位于木射线上下边缘），薄壁细胞分为射线薄壁细胞和轴向（管胞长3~5mm，宽30~50um,特点是兼有输导和机械支撑作用，成纵向排列，彼此以斜端贴合，贴合部分纹孔很多，是输水通道） 根据细胞壁增厚方式不同，管胞区分为环纹，螺纹，梯纹，孔纹 木射线薄壁细胞组成木射线，轴向在轴向树脂道的周围，薄壁细胞以木射线薄壁细胞为主 射线管胞：水平壁的厚度，是否有纹孔，以及内壁是平滑或是球状凸起等可作为鉴别木材的依据。 在径切面上，木射线薄壁细胞与轴向管胞交叉的部位称为交叉场。交叉场部位的纹孔称为交叉场纹孔 针叶材的鉴别特征：1.射线管胞内壁形状2.交叉场纹孔的类型，数目和排列方式 红杉：松木型 落叶松：云杉型和松木型 马尾松：窗格型和松木型 水杉：云杉型和柏木型 铁杉：云杉型和杉木型 针叶材管胞横切面生长轮明显，木射线单列，轴向树脂道位于晚材或接近晚材的区域 针叶材径切面管胞的纵向形态可见早晚材管胞的区别，木射线带状，管胞壁上的纹孔 针叶材弦切面：梭状管胞，管胞间的纹孔对，木射线短线条或纺锤形，径向树脂道位于纺锤形木射线中 阔叶材属于被子植物的双子叶植物，由裸子植物进化而来，细胞种类比针叶材多 阔叶材细胞分为导管分子20%，木纤维50%—纤维状管胞和韧型纤维，薄壁细胞-射线薄壁细胞和轴向薄壁细胞 导管分子指上下串联构成导管，主要起输导作用，而导管分子短而粗 从细胞组成的角度出发，由于阔叶材中非纤维细胞的含量多于针叶材，针叶材优于阔叶材 导管分子的形态特征：1两端穿孔的类型（单穿孔，梯状穿孔，网状穿孔）2壁上的纹孔及其排列方式（梯状，对列，互列）3导管分子的形状4导管壁的加厚方式 梯状式：纹孔侧向延伸成长的狭条梯状 梯状对列式：纹孔稍向侧面延长，大小不一致，排列也不规则 对列式：纹孔成对排列，纵横都基本在一条直线上 互列式：各纹孔互相贴靠在一起，一个方向或两个方向纹孔呈交替排列 导管类型：杨木型（舌状尾部，单穿孔，壁上有具缘纹孔，孔径较大，小X型，杨木型导管），桦木型（有梯状穿孔，壁上纹孔较小，孔口大小均匀，呈互列状排列），椴木型（两端倾斜，有舌状尾部，单穿孔，壁上有明显螺纹加厚），桉木型（端壁具尖削尾部，两端为单穿孔，侧壁布满具缘纹孔） 木纤维是构成阔叶木的主要细胞，占木材体积的50%以上，是细长的细胞，两端尖削，细胞壁厚，纹孔小而少，是良好的造纸纤维，长约1mm左右，宽20~40um，纤维状管胞壁上具缘纹孔，韧型纤维壁上单纹孔或没有 射线薄壁细胞（主）：木射线单列或多列 轴向薄壁细胞：导管周围如栋木或年轮交界处如桦木 阔叶材横切面：导管管孔，木纤维孔，木射线，生长轮 阔叶材径切面：导管分子呈凹槽形，可见两端穿孔；木纤维成束存在；木射线呈带状 阔叶材弦切面：导管管状或凹槽形，木纤维梭状，木射线端面呈梭状或纺锤形 针叶材，阔叶材区别 管孔：无孔材 有 树脂道：某些有 无 生长轮：明显 明显或不明显 木射线：单列 单列或多列 细胞组成：简单（管胞，薄壁细胞） 复杂（导管分子，薄壁细胞，木纤维：纤维状管胞和韧型纤维） 特征性的结构区别：某些针叶材有树脂道，阔叶材有导管 木材粗视：髓心，木射线，生长轮年轮，导管（阔叶材特有，环孔，散孔，半散孔），树脂道（某些针叶材特有，轴向和径向） 木射线分为初生木射线和次生，木射线在三切面的形状：横辐射状，径带状条，弦短线条 生长轮年轮在三切面形状：横同心圆，径竖直条状，弦斜条或V型花纹 禾本科植物的茎具有明显的节和节间，节间有实心的：如玉米，高粱，甘蔗，也有空心的：如稻草，麦草，竹类 禾本科植物的茎秆由于没有次生分生组织，所以不能继续加粗 禾本科茎干的横切面可见表皮组织，机械组织，基本薄壁组织，维管组织 表皮细胞由长短两种细胞构成，长细胞又称锯齿细胞，短细胞分为硅细胞和栓细胞，一个禾本科植物表皮多为一个长细胞和两个短细胞交替排列 基本组织由薄壁细胞构成，在茎中占较大比例，薄壁细胞形状多样（圆，椭圆，枕形），壁薄，单纹孔，主要功能为贮藏养料。有些禾本科植物中心基本组织破裂，形成髓腔，如稻草，麦草，芦苇，竹类 维管组织包括维管束（韧皮部，形成层和木质部）和维管束鞘两部 木本植物的维管束中具有形成层，为无限维管束；禾本科植物的维管束（韧皮部和木质部）中没有形成层，为有限维管束 维管束分为韧皮部（外）：原生韧皮部（多被挤毁）后生韧皮部（有筛管和伴胞）和木质部（内）：后生木质部-两侧各一大导管（孔纹） 原生木质部-螺纹导管 环纹导管（常破裂形成空腔） 维管束鞘：维管束外围，由纤维细胞构成 机械组织——表皮下方纤维组织带，纤维较短，壁较厚；维管束鞘 纤维较长，壁较薄 纤维细胞 石细胞 髓腔周围，由薄壁细胞演化而来（形态与薄壁细胞相似，壁厚） 禾本科植物种类多，但其细胞种类却基本相同，所不同的只是细胞形态及各种细胞的数量 禾本科植物的细胞类型分为纤维细胞和非纤维细胞（表皮细胞，薄壁细胞，导管分子，筛管分子，石细胞） 禾草类属禾本科禾亚科，包括稻草，麦草，芦苇，蔗渣，龙须草，不同禾草原料，纤维形态各异，但有许多可区别于其它纤维原料的共同的形态特征 禾草类纤维原料共同的形态特征：1.纤维细短，平均长度1~2mm，宽度15um 2.薄壁细胞含量大30%40%60%，其形状大小随品种而异3.有锯齿状表皮细胞（木浆，竹浆，韧皮类纸浆都不含锯齿细胞），是鉴别草浆的重要依据4.有导管分子，其形状与阔叶木导管分子不同 稻草：1.纤维较短较细，平均长度不到1mm，宽9um左右，纤维最细短2.杂细胞含量高，达50%以上，其中主要为细碎的薄壁细胞，较为细小，这是稻草浆滤水性不好，质量较差的主要原因3.锯齿细胞齿峰较钝，齿距小，齿峰不高 麦草：1.纤维较稻草长而宽，长1~1.5mm,宽度15um 2.薄壁细胞多为杆状及枕形，体积较大，没有不定形小细胞3.锯齿细胞较宽，齿形尖，齿距大小不均 芦苇：1.纤维形态类似稻草，平均长1.12mm，宽度9.2um 2.薄壁细胞比稻麦草少，且杆状细胞较多3.表皮细胞有单面齿或双面齿，齿端较尖，齿形大小均匀 龙须草：1.纤维特别细长，长2.1mm，宽度10um左右，长宽比200以上，其他草浆罕见，是草类原料中纤维最长的2.表皮细胞齿峰短凸，有的两端有工字形缺口3.薄壁细胞含量少，仅占30% 甘蔗渣：1.纤维较长而宽，平均长1.7mm，宽度22.5um（草类原料最宽） 2.杂细胞以薄壁细胞为主，体积较大，腔壁极薄（是草类原料中最大最薄的）3.表皮细胞较少，呈锯齿形，齿峰尖4.导管孔径较大，纹孔明显 竹属于单子叶植物，禾本科竹亚科，全世界竹类有500多种，我国250多，造纸用量约占我国竹材产量的20%，常用于造纸的品种只有10多种 不同品种竹子的纤维形态特性：1.纤维僵硬，不易弯曲（壁厚，腔小）2.薄壁细胞较少（20~35%），多为枕形或鼓形3.石细胞较多（20~30%）（节部较多）4.导管分子较大，长0.3~1.2mm，宽度50~150um，壁上的纹孔呈网状分布5.没有锯齿状表皮细胞 不同种类的竹类纤维差别甚微，毛竹纤维细胞壁最厚，纤维挺，硬，石细胞较多；慈竹纤维细胞壁最薄，纤维柔软，杂细胞含量低；其他竹子细胞纤维壁厚介于毛竹和慈竹之间。 有机物（主，细胞壁结构物质）：木质素，纤维素，半纤维素 无机物（少量，非细胞壁结构物质）：有机溶剂提取物，灰分（无机盐） 纤维素：1.是构成细胞壁的主体，纤维素大分子聚集成束，构成微纤丝，微纤丝以不同方式沿轴缠绕，构成细胞壁各薄层2.是植物原料的主要化学成分，也是纸浆的主要化学成分，化学制浆过程应尽量使其不受破坏或少受破坏 半纤维素：1.易碱溶，易水解2.分布：在微纤丝相互之间3.生产一般纸张用化学浆时，半纤维素应适当保留4.生产纤维素衍生物工业用浆时，尽量除去 木质素：针叶材，阔叶材和草类原料的木质素结构和含量均不相同，木质素是化学制浆过程中要尽量除去的化学成分 作用：1纤维素：构成成熟细胞壁的骨架物质，形成微纤丝2半纤维素：填充物质，分布于微纤丝之间3木质素：结壳物质，分布在细胞壁微纤丝之间以及细胞相互之间（胞间层） 木质素的分布：1胞间层主要为木质素，木质素浓度高2次生壁木质素浓度低3但因次生壁体积占整个细胞体积的绝大部分，故木质素总量的绝大部分还是存在于次生壁