第四章--木材的微观结构

第四章木材的微观结构第一节木材显微结构导言一木材细胞的排列木材有两种不同系统的细胞组成，即：轴向（纵向）系统：起源于形成层纺锤形原始细胞径向（横向）系统：起源于射线原始细胞二木材细胞的形态类别1纤维状细胞：针叶树材管胞和阔叶树材木纤维2非纤维状细胞：薄壁细胞3阔叶树材中的导管分子第二节针叶树材的显微结构构成针叶树材的细胞类型较单一，排列也较规则，由两类细胞构成：1厚壁细胞：轴向的管胞是组成针叶树材的主要细胞，占总体积的90%，有的树种木射线中也含厚壁细胞。2薄壁细胞：轴向的只在部分树种中存在，包括分泌薄壁细胞；径向的是木射线薄壁细胞。一管胞（一）定义管胞是针叶树材中的一种纵行的纤维状厚壁细胞，两端尖锐，占木材总体积的90%以上，是组成针叶树材的主要细胞。图4-2针叶树材管胞A.马尾松早材管胞；B.早材管胞的一部分；C.晚材管胞的一部分；1.径切面上的纹孔；2.弦切面上的纹孔；3.通向射线管胞的纹孔；4.窗格状纹孔（二）管胞的排列、形状、大小及作用1排列：横切面上管胞均沿径向排列，同一径列的管胞起源于同一形成层纺锤形原始细胞。2形状：早材管胞，两端呈钝阔形，细胞腔大壁薄，横断面呈四边形或多边形；晚材管胞，两端呈尖削形，细胞腔壁厚，横断面呈扁平状(图4-2)。3管胞大小：指其弦向直径和长度，弦向直径一般为30~45微米；早材管胞平均长度为3.247毫米，晚材平均长3.654毫米。4管胞壁上的具缘纹孔：多分布于径面壁，弦面壁上的纹孔多见于年轮末端的几层细胞。5管胞壁上的螺纹加厚（三）索状管胞指轴向排列的成串的短管胞。它比轴向管胞短，细胞呈长矩形，径壁和端壁均具有具缘纹孔。（四）树脂管胞针叶树材管胞在由边材转变为心材的过程中，与木射线或其它薄壁细胞相邻的管胞中，常有树脂沉积于胞腔中，形成微红褐色至褐色的内含物，这种管胞成为树脂管胞。二轴向薄壁组织（一）轴向薄壁组织的来源（二）轴向薄壁组织的特征轴向薄壁组织是一种纵行的、成串的薄壁细胞。横切面上是一个细胞，壁很薄，细胞腔内常含有深色的内含物；纵切面上是许多长方形细胞连成一串，两端细胞较尖，具单纹孔。细胞两端的壁是水平的，且壁上的单纹孔对常形成念珠状或节状突起。（三）轴向薄壁细胞和轴向管胞的区别（四）轴向薄壁组织的分布形态针叶树材轴向薄壁组织在横切面上的分布类型有三种：星散型、切线型、轮界型（五）轴向薄壁组织在木材利用上的特征1削弱木材的物理力学性质；2具有挥发性的油类，可蒸提出来作为它用或使木材具有较高的耐久性。三木射线（一）木射线的组成针叶树材木射线中包含三种类型的细胞：1分泌细胞：分布于木射线中横向树脂道的周围。2射线薄壁细胞：针叶树材的射线薄壁细胞与纵行管胞的径面壁相接的区域称交叉场。交叉场上纹孔的特征对于针叶树材的显微识别有重要作用。交叉场上纹孔的类型有五种：3射线管胞：是针叶树材中松科树种的特征，硬松射线管胞的内壁具有不规则的锯齿状加厚，有助于识别硬松，而软松射线管胞的内壁平滑。交叉场纹孔可分五种类型：窗格型：为单纹孔，形状大，为松属树种的特征。松木型：比窗格型小的单纹孔，无一定形状，见于松属木材。云杉型：具窄而稍外延或内含的纹孔口，形状小，纹孔缘窄，为云杉、落叶松、黄杉属的特征。柏木型：纹孔口较宽，但纹孔缘内含、较窄。杉木型：纹孔口内含，缘较窄，纹孔口长轴与纹孔缘一致，见于杉科大部分树种。云杉型（二）木射线的分类1单列木射线：木射线细胞仅有一列，或偶尔有两列所构成的木射线，其中不含树脂道，常见于冷杉、杉木、柏木等树种。2纺锤形木射线：木射线中央有横向树脂道存在使木射线呈现纺锤形，常见于有横向树脂道的树种，如松类、云杉、落叶松、银杉等树种。（三）木射线的高度和体积1高度：用弦切面上的细胞个数或整个高度用微米来计。针叶树材平均10-15细胞高（每个细胞15-30μm），柏科的木射线高度比松、杉科低。2体积:针叶树材木射线的体积很小，百分比7.08%（3.7-11.7%）.一般射线率高，树种进化程度高。从这点上说，阔叶材射线发达,阔叶树材比针叶树进化。四树脂道树脂道——由薄壁的分泌细胞环绕而成的孔道，是具有分泌树脂功能的一种组织，为针叶树材构造特征之一。根据树脂道发生和发展可分为正常树脂道和创伤树脂道..（一）正常树脂道1树脂道的形成树脂道是生活的薄壁组织的幼小细胞相互分离而成的。围绕树脂道成一完整的1～数层壁薄，泌脂细胞层，称泌脂细胞层。松属的泌脂细胞壁上无纹孔，未木质化，因而分泌树脂能力极强，是松属树种作为采脂树种的主要原因。2树脂道的组成：包括泌脂细胞、死细胞、伴生薄壁细胞。1泌脂细胞：侧壁相连，胞壁没有木质化，所以弹性很大。2死细胞：没有原生质，充满空气和水分的木质化的细胞，没有弹性，是树脂道的骨架。3伴生薄壁细胞：内含细胞核、原生质和贮藏物。4管胞5细胞间隙6射线管胞3树脂道的直径、长度和分布在具正常轴向树脂道的六属中，松属树脂道最多也最大，其直径为60～300μm，落叶松次之为40～80μm，云杉为40～70μm，银杉和黄杉为40～45μm，油杉为最小。树脂道长度平均为50cm，最长可达1m，它随树干的高度而减小。（二）创伤树脂道在针叶树材中，凡任何破坏树木正常生活的现象，都可能产生受伤树脂道。针叶树材的受伤树脂道可分为轴向和横向二种，但除雪松外很少有两种同时存在于一块木材中。轴向受伤树脂道在横切面上呈弦列分布于早材部位，通常在生长轮开始处较常见（臭冷杉）。而正常轴向树脂道为单独存在，多分布早材后期和晚材部位。五针叶树材显微结构概览图示(一)针叶树材显微结构分子(二)针叶树材显微结构三切面(三)针叶树材显微结构立体结构松木立体显微结构第三节阔叶树材的显微结构阔叶树材除水青树、昆栏树等极少数树种外，都具有导管，故此称有孔材。阔叶树材的组成分子有导管、木纤维、轴向薄壁组织、木射线和阔叶树材管胞等。与针叶树材相比，阔叶树材构造特点是结构复杂，排列不规整，材质不均匀。其中导管约占20%，木纤维占50%，木射线占17%，轴向薄壁组织占2%～50%。各类细胞的形状、大小和壁厚相差悬殊。一阔叶树材的基本显微结构（一）导管和导管分子1定义：由一连串的导管分子末端与末端顺纹相连形成的管状组织叫导管，约占树木总体积的20％。导管是由管胞演化而成的一种进化组织，专司输导作用。导管分子是构成导管的一个细胞。2导管分子的形状和大小形状：常见有鼓形、纺锤形、圆柱形和矩形等，一般早材部分多为鼓形，而晚材部分多为圆柱形和矩形。若树木仅具有较小的导管分子，则在早晚材中都呈圆柱形和矩形；若导管分子在木材中单生，它的形状一般呈圆柱形或椭圆形。大小:以测量弦向直径为准。小者可小于25μm，大者可大于400μm。通常可以用100～200μm定为中等，小于100μm者为小，大于200μm者为大。3管孔：导管分子在木材横切面上所呈现的小孔。4穿孔和穿孔板穿孔－两个导管分子纵向相连时，其端壁相通的孔隙称为穿孔。穿孔板－在二个导管分子端壁间相互连接的细胞壁称为穿孔板。根据穿孔板上穿孔的个数不同，穿孔又分为单穿孔和复穿孔，复穿孔又有梯状穿孔和筛状（网状）穿孔之分。5导管分子上的纹孔导管分子侧壁上的纹孔大多是具缘纹孔，它与轴向薄壁细胞和射线薄壁细胞之间形成的纹孔对是半具缘纹孔对，导管分子之间形成的纹孔是具缘纹孔对。导管与木纤维、管胞、轴向薄壁组织间的纹孔，一般无固定排列形式。而导管与射线薄壁细胞，导管与导管间的纹孔，常有一定的排列形式，是重要的识别特征。导管间纹孔其排列形式有三种。导管分子之间的纹孔有三种固定的排列形式：梯状纹孔式、对列纹孔式、互列纹孔式ABC6导管分子上的螺纹加厚7导管的内含物（1）侵填体形成过程：当阔叶树边材转变为心材时，导管周围的薄壁细胞及其原生质通过纹孔挤入导管，并在导管内生长、发育，局部或全部占据管腔形成。发生部位：心材导管和薄壁组织相邻接处。化学成分：木质素和纤维素与拟侵填体的异同：拟侵填体是当针叶树材中的树脂外流时，泌脂细胞膨大而形成的。（2）树胶及其它内含物（二）纤维1定义2纤维的种类根据壁上纹孔类型，有具缘纹孔的木纤维称纤维状管胞；有单纹孔的木纤维称韧型纤维。这两类木纤维可分别存在，也可同时存在于同一树种中。它们的功能主要是支持树体，承受力学强度的作用。有些树种还可能存在一些特殊木纤维，如分隔木纤维和胶质木纤维。（1）纤维管胞：即纤维状管胞，是标准的纤维细胞，胞壁厚，胞腔小，两端尖削，壁上具有透镜形或裂隙状纹孔口的具缘纹孔。其次生壁的内层平滑或有螺纹加厚。（2）韧型纤维：韧型纤维为细长纺锤形，末端略尖削，偶呈锯齿状或分岐状。其细胞壁较厚，胞腔较窄，外形与纤维管胞略相似。具单纹孔，纹孔小而少，是比较进化的支持组织。纤维管胞韧型纤维（3）隔膜木纤维：指细胞腔中具有比侧壁更薄的水平横膈膜组织的纤维管胞或韧型纤维。在具有较大单纹孔的韧型纤维中出现较多。（4）胶质木纤维：是指尚未木质化的，胞腔内壁呈胶质状的木纤维，即为次生壁呈胶质状态的韧型纤维或纤维状管胞，通常出现胶质状态的韧型纤维较纤维状管胞要多。3纤维的长度和直径4纤维胞壁厚度隔膜木纤维胶质木纤维（三）阔叶树材管胞管胞是组成针叶树材的最主要成分，在阔叶树材中不常见，仅少数树种内可见，亦不占主要地位。其长度较针叶树材管胞要短得多，且形状不规则。阔叶树材管胞可分为环管管胞和导管状管胞两类。1环管管胞:位于环孔材大导管周围，壁上具明显的小具缘纹孔，略似不规则形状的管胞，不成一定的轴向排列，由于受导管的挤压多呈扁平状。2维管管胞：又叫导管状管胞，多存在于晚材，形状类似小导管，但不具穿孔。上、下端头倾斜方向相反，以具缘纹孔沟通。此外，还有一种纤维状管胞，归入木纤维中。环管管胞维管管胞（四）轴向薄壁组织由形成层纺锤形原始细胞衍生成两个或两个以上的具单纹孔的薄壁细胞，纵向串联而成的轴向组织。其功能主要是贮藏和分配养分。1分类：阔叶树材中轴向薄壁组织远比针叶树材发达，其分布形态也是多种多样的，是鉴定阔叶树材的重要特征之一。根据轴向薄壁组织与导管加生的关系，分为离管型和傍管型两大类。2薄壁组织中的一些变态细胞纺锤形薄壁细胞：由单独一个纺锤形原始细胞分生出的不再分裂的薄壁细胞，两端较尖，形状类似于短的纤维，但具薄壁细胞的性状。它在具叠生形成层的树种中常见。分隔薄壁细胞异细胞油细胞结晶细胞石细胞（五）木射线木射线—位于形成层以内的木质部中，呈带状并沿径向延长的薄壁细胞壁集合体。阔叶树材的木射线比较发达，含量较多，为阔叶树材的主要组成部分，约占木材总体积的17%。香樟木射线1组成射线的细胞类型和木射线类型射线中的细胞类型：横卧射线细胞、直立射线细胞根据组成射线的细胞不同对木射线进行的分类：同形木射线：全部由横卧射线薄壁细胞组成的射线。异形木射线：由横卧和直立射线薄壁细胞组成的射线。在不同的树种中还可进一步细分为三种类型。同形射线同形多列射线异形单列射线异形1型异形2型异形3型2木射线的宽度和木射线类型阔叶材木射线的宽度变化很大，以细胞个数计，可分为：（1）单列木射线：射线宽度仅一个细胞，如杨、柳等少数树种存在。（2）多列木射线：射线宽度为2列以上的细胞，几乎存在于阔叶树材的绝大部分树种。昆兰树：单列、多列瓦状细胞3木射线中的特殊射线细胞：瓦状细胞、栅状细胞、鞘状细胞栅状细胞鞘状细胞（六）胞间道胞间道—指不定长度的细胞间隙，通常储存着由泌脂细胞或泌胶细胞所分泌的树脂或树胶。双子叶类木材的胞间道通常称为树胶道。1正常树胶道：阔叶树材的树胶道和针叶树材的树脂道一样，也分轴向和径向两种。轴向树胶道径向树胶道2树胶道的形成过程：有三种情况（1）裂生：是在形成层细胞发育过程中细胞之间相互分离而形成长的细胞间隙，同时细胞间隙周围的细胞变成分泌细胞，间隙中有树胶出现。（2）溶生：组织细胞自动破坏或者分解而形成，通常在成熟的细胞之间发生。（3）裂—溶生：形成层细胞之间首先相互分离形成细胞间隙，间隙周围的细胞再自动分解而使细胞间隙扩大形成。3树胶道内容物4受伤树胶道(七)阔叶树材的显微结构概览图示1阔叶树材的显微结构分子2阔叶树材的显微结构三切面3阔叶树材的显微结构立