細胞壁的結構課件

1、 第二章 細胞壁的結構 Cellwall Structure of Wood幾個概念宏觀構造：在肉眼或手持放大鏡下觀察到的木材特征。微觀構造：用光學顯微鏡所觀察到的木材特征。超微結構：使用電子顯微鏡或其它手段，如X射線衍射儀等工具所觀察或測出的木材結構特征。 第二章 細胞壁的結構 一、木材細胞的生成 形成層原始細胞 木質部子細胞 分生細胞形體擴大 細胞胞壁增厚 細胞成熟 細胞死亡 胞腔胞壁細胞 組織 輸導組織 機械組織 薄壁組織 分泌組織 樹 木管胞木材纖維圖41 木材中典型的細胞導管分子木材的主要細胞種類針葉材闊葉材 木材中的厚壁細胞在胞壁加厚以后變成圍繞空腔的外殼，木材主要是由這類細胞構成

2、，這是木材構成上的一個重要性狀。 木材細胞壁的結構，往往決定了木材及其制品的性質和品質。因此，對木材在細胞水平上的研究，也可以說主要是對細胞壁的研究。一、木材細胞壁結構木材 高分子物質 低分子物質 多糖 木素 有機物 無機物 纖維素 半纖維素 抽提物 灰分 針葉材(%)闊葉材(%)纖維素422452半纖維素272305木素2822041. 木材細胞的化學組成纖 維 素結構單元：D-葡萄糖基 （C6H10O5）聚 合 度：7000-10000基環(huán)聯(lián)接：1-4苷鍵 （直鏈結構）主要功能基：羥基 -OH分子形態(tài)：直鏈半纖維素結構單元：多種糖基 （非均一聚糖）聚 合 度：150-200（主鏈）主要功能

3、基：羥基 -OH分子形態(tài)：線型 具短支鏈D-木糖 D-甘露糖 D-葡萄糖 D-半乳糖 D-阿拉伯糖 木素結構單元：苯基丙烷主要官能團：甲氧基（-OCH3） 羥基（-OH）分子形態(tài)：三維空間結構羧基（=CO） A B C 三種結構單元：A 愈瘡木基丙烷B 紫丁香基丙烷C 對羥基丙烷木材的細胞壁稱為鋼筋-混凝土建筑。纖維素分子鏈聚集成束以排列有序的微纖絲狀態(tài)存在于細胞壁中，賦予木材抗拉強度，起著骨架作用，故稱此種結構物質為骨架物質；半纖維素以無定型狀態(tài)滲透在骨架物質之中，起著基體作用，借以增加細胞壁的剛性，故稱其為基體物質；木質素是木材細胞壁的一種顯著特征，木質素是在細胞分化的最后階段才形成的，它

4、滲透在細胞壁的骨架物質之中，可使細胞壁堅硬，所以稱其為結殼物質或硬固物質。 基本纖絲、微纖絲和纖絲 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3.55.0nm，斷面大約包括40（或3742）根纖維素分子鏈，在基本纖絲內(nèi)纖維素分子鏈排列成結晶結構。 2. 細胞壁的超微構造 微纖絲(microfibris) 由基本纖絲組成一種絲狀的微系統(tǒng)稱為微纖絲。 微纖絲角（）(microfibrillar angle

5、)：細胞壁中微纖絲排列方向與細胞軸所成的角度。 微纖絲大約寬1030nm，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。 由微纖絲的集合可以組成纖絲；纖絲再聚集形成粗纖絲（寬0.41.0m）； 粗纖絲相互接合形成薄層；最后許多薄層聚集形成了細胞壁層。葡萄糖基纖維素分子鏈微纖絲纖絲薄層細胞壁結晶區(qū)和非結晶區(qū) (crystalline area and amorphous region) 結晶區(qū)在大分子鏈排列最致密的地方，分子鏈規(guī)則平行排列，定向良好，反映出一些晶體的特征，所以被稱為纖維素的結晶區(qū)。 在纖維素結晶區(qū)內(nèi)，纖維素分子鏈平行排列，在x射線衍射圖反映是高度結晶的，分

6、子鏈與分子鏈間的結合力隨著分子鏈間距離的縮小而增大。 非結晶區(qū)結晶區(qū) 非結晶區(qū)當纖維素分子鏈排列的致密程度減小、分子鏈間形成較大的間隙時，分子鏈與分子鏈彼此之間的結合力下降，纖維素分子鏈間排列的平行度下降，此類纖維素大分子鏈排列特征被稱為纖維素非結晶區(qū)（有時也稱作無定形區(qū)）。 結晶區(qū)與非結晶區(qū)之間無明顯的絕對界限，而是在纖維素分子鏈長度方向上呈連續(xù)的排列結構。纖維素的結晶區(qū)和無定形區(qū)二、 細胞壁的壁層結構 一、細胞的發(fā)育步驟：增大、加厚和木質化圖4-4 細胞的發(fā)育（1)胞間層(ML)：（2) 初生壁(P)：（3) 次生壁(S)： 外層(S1)： 中層(S2)： 內(nèi)層(S3)：圖 細胞壁的構造1

7、、胞間層（Intercellular layer, ML）：是細胞分裂以后，最早形成的分隔部分。胞間層主要由一種無定形的、膠體狀的果膠物質所組成，在偏光顯微鏡下呈各向同性。 在成熟的細胞中已很難區(qū)別出胞間層來，因為通常在胞間層出現(xiàn)不久，很快在其兩側沉積了許多纖維素，形成了初生壁。 實際上，通常就將胞間層和初生壁合在一起，稱之為復合胞間層（復合中層）。 2、初生壁（Primary wall）：是細胞在繼續(xù)增大過程中胞間層兩側所沉積的壁層。 它由纖維素和果膠物質所組成，其中還含有半纖維素和其它多糖。在偏光顯微鏡下顯示出各向異性。 3、次生壁(Secondary wall)：是細胞在停止增大以后，在

8、初生壁上繼續(xù)增厚的壁層。 它的主要成分是纖維素或者是纖維素和半纖維素的混合物。不過，在細胞壁發(fā)生木質化階段時，此壁上還沉積有大量的木質素和其它物質。次生壁在偏光顯微鏡下呈顯出強烈的各向異性。 次生壁S1和S3層較薄，S2層最厚，在管胞、木纖維細胞中可占細胞壁厚度的70-90%，對木材的結構和性質有很大影響。微纖絲(microfibris) 由基本纖絲組成一種絲狀的微系統(tǒng)稱為微纖絲。 微纖絲角（）(microfibrillar angle)：細胞壁中微纖絲排列方向與細胞軸所成的角度。細胞壁的各層微纖絲方向細胞壁的壁層結構細胞壁的各層微纖絲方向S1層：微纖絲平行排列，與細胞軸成50-70角。S型或

9、Z層。S2層：微纖絲排列的平行度最好，與細胞軸呈10-30角，幾乎平行于細胞軸。S3層：微纖絲呈不規(guī)則排列。與細胞軸成60-90角。木材細胞壁的各級構造請看教材P61葡萄糖基纖維素分子鏈微纖絲纖絲粗纖絲薄層細胞壁 導管、管胞、木纖維等問 題1.組成木材的最小單位是什么？2.木材中軸向排列的細胞多，還是橫向排列的細胞多？3.細胞壁各層微纖絲排列方向對木材性質有什么影響?三、 木材細胞壁上的特征（一）、紋孔（二）、螺紋加厚（三）、鋸齒狀加厚（四）、眉條（五）、瘤層1. 紋孔、紋孔對及其意義：(1)紋孔(pit)：指木材細胞壁加厚產(chǎn)生次生壁時，初生壁上未被增厚的部分，即次生壁上的凹陷。(2)紋孔對(

10、pit pair)：紋孔多數(shù)成對，即細胞壁上的一個紋孔與相鄰細胞的另一個紋孔位置相對，構成紋孔對。(一)、紋孔(3)紋孔存在的意義： a.立木中是相鄰細胞間進行水分和養(yǎng)料交換的 通道； b.對木材的滲透性影響很大如：木材干燥、膠接、木材染色、防蟲處理、防腐處理、阻燃處理以及木材改性； c.可能影響木材的強度。2、紋孔的類型：(1)單紋孔(simple pit)：見于薄壁細胞壁和韌性木纖維壁上；圖3-8 單紋孔A.正面圖; B.剖視; C.軸側投影(半剖立體圖)I紋孔口 紋孔膜 紋孔腔(2)具緣紋孔(bordered pit)：見于導管、管胞、纖維狀管胞等厚壁細胞壁上。3、紋孔的結構：(1)單紋

11、孔的結構：紋孔腔、紋孔膜紋孔膜：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；圖 單紋孔的結構(2)具緣紋孔的結構：針葉樹材具緣紋孔的結構：紋孔緣、紋孔腔、紋孔膜、紋孔口、紋孔塞、塞緣等。紋孔緣：次生壁呈拱狀的部分；紋孔塞：紋孔膜中間的加厚部分；塞緣：紋孔塞周圍的紋孔膜。圖 具緣紋孔的結構(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。圖 針葉樹材早材的紋孔膜圖 闊葉樹材的紋孔膜4、紋孔對的類型： a.單紋孔對： b.具緣紋孔對： c.半具緣紋孔對：圖 紋孔對的類型單紋孔

12、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。 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。半具緣紋孔對，是具緣紋孔與單紋孔相構成的紋孔對。圖 針葉樹材的具緣紋孔對圖 闊葉樹材的具緣紋孔對圖 單紋孔對和半具緣紋孔對5、閉塞紋孔：(1) 概念：針葉樹材管胞壁上的具緣紋孔對在某些情況下紋孔塞會偏向一側，而將紋孔口堵住，形成閉塞紋孔。圖 閉塞紋孔 圖 閉塞紋孔6、具緣紋孔在細胞壁上的排列梯狀紋孔式 ：如木蘭屬 梯狀-對列紋孔式 ：如鵝掌楸屬 對列紋孔式：如擬赤揚互列紋孔式 ：如絕大多數(shù)闊葉材梯狀對列紋孔式梯狀紋孔式互列紋孔式對列紋孔式 螺紋加厚：在細胞次生壁內(nèi)表面上，由微纖絲局部聚集而形成的屋脊狀凸起，呈螺旋狀環(huán)繞著細胞內(nèi)壁的加厚組織。 可能提高木材強度。 如：紅豆杉、三尖杉、銀杉、黃杉、椴木、槭木、榆木、黃波羅、刺槐等。(二)、螺紋加厚針葉樹材闊葉樹材識別特征: 有無;顯著程度;形狀(三)、鋸齒狀加厚 在部分針葉樹材射線管胞內(nèi)壁的次生