木材学(4.2.1)--木材细胞(2)
第三章---木材细胞壁构造幻灯片教程课件
厚度百分率为10％ ～ 22％。
S2：微纤丝与细胞长轴的夹角为10∘～ 30∘，近乎平行
于细胞轴。厚度百分率为70％ ～ 90％。
S3：微纤丝与细胞长轴的夹角为60∘～90∘。厚度百分率
为2％ ～ 8％。
27
6、导管和薄壁细胞的壁层结构 导管的壁层结构 薄壁细胞的壁层结构
28
7、细胞壁壁层中物质的分布
叠生形成层:有些阔叶树种形成 层原始细胞排列பைடு நூலகம்齐，从垂直于 形成层的方向观察，它呈显明的 层次（图B）。
( 尹思慈，木材学)
A---非叠生形成层
B---叠生形成层
5
形成层原始细胞的平周分裂
形成 层原
纺锤形原始细胞—生成 导管、管胞等轴向细胞
始细
胞
射线原始细胞—生成 射线薄壁细胞等横向细胞
韧皮部
木质部
纤丝组成，当细胞生长时，微 纤丝不断沉积在伸展的细胞壁 内壁，随着细胞壁的伸展而改 变其排列方向。初生壁整个壁 层上的微纤丝排列都很松散， 这种结构和微纤丝的排列状态， 有利于细胞的长大。
初生壁
24
次生壁的微纤丝排列
在次生壁上，由于纤维素分子 链组成的微纤丝排列方向不同，可 将次生壁明显地分为三层，即：
通常将相邻细胞间的胞间层 和其两侧的初生壁合在一起称为 复合胞间层。
ML
图3-4 细胞壁的壁层结构 A.细胞腔； P.初生壁； S.次生壁；
ML.胞间层； S1.次生壁外层； S2.次生壁中层；
S3.次生壁内层
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初生壁
初生壁：是细胞分裂后，
在胞间层两侧最早沉积、
P
并随细胞继续增大时所
形成的壁层。
次生壁外层（S1） 次生壁中层（S2） 次生壁内层（S3）
木材学复习要点
第一章绪论1.木材及木材学的概念；木材是来源于森林的主产品-----树木的一种各向异性的多孔性的毛细管胶体。
2.学习木材学的重要意义。
（1）木材作为一种资源所具备的优点：可更新性、可选育性、无污染性不足：投资周期长，占地面积大；产品质量与数量受环境条件影响较大，认为很难控制。
（2）木材作为一种材料或原料所具备的优势：强重比高、热导性能低、回弹性好、声学效果好、绝缘性能良、触觉效果佳。
不足：亲湿性、耐侯性、抗虫性、木材缺陷及各向异性等（3）资源状况要求对木材有正确的认识：国产资源锐减、进口渠道渐窄、天保工程的启动、人工林木材材性下降（4）环境保护对装饰材料要求提高：要求开发绿色环保型、低甲醛或无甲醛释放的材料、加工剩余物的回收及高效利用（5）木制品的性能与木材优化加工：木材与胶粘剂及油漆的相互作用机理、木制品性能与木材之间的关系、木材抗性的提高的机理与方法第二章（1）1.树木及木材的组成部分，各部分的功能；（1）树木的组成部分：树根、树冠、树干，功能...（2）树干的组成：树皮、形成层、髓、木质部2.树木的生长：高生长与径生长3.木材的三个切面横切面：与树干长轴或木纹相垂直的断面，亦即树干的端面径切面：沿树干长轴方向，与树干半径方向一致或通过髓心的纵切面弦切面：沿树干长轴方向，与树干半径方向相垂直或与以髓为圆心的同心圆相切的纵切面4.生长轮的概念及其在三个切面上的表现形式：树木在一个生长周期内形成一层木材，围绕髓心呈同心圆状，称为生长轮；在温带或寒带地区，树木每年只有一个生长期，只形成一个生长轮，则称之为年轮。
生长轮在三个切面上的表现形式：同心圆状或波浪形/平行的条状/倒“V”形5.早、晚材概念6.心、边材概念及其在加工利用上的差异：边材：成熟树干的任一高度上，新生成的颜色较浅，水分较多的木质部。
心材：位于树干中心部位，颜色较深，组织死亡，水分较少，比较耐腐的木质部，硬度有时比边材高。
心材在利用上的优点：特征颜色、渗透性低、耐侯性强、耐腐性及抗菌抗虫性佳7.木射线在三个切面上的表现形式：辐射状线条/平行带状/纺锤形或细线状木射线对加工利用的影响优点：防护溶剂易渗入；装饰效果较好缺点：易导致木材开裂8.管孔式、管孔的组合、侵填体：概念：阔叶材的纵行细胞——导管分子在横切面上呈圆孔状，称为管孔；在纵切面上呈沟槽状，称为导管槽。
木材显微构造
雪松属的纹孔托曲呈蛤壳状， 称雪松型，是雪松属木材的典型 特征。
铁杉的纹孔边缘上具有折皱 和极细至颇粗的辐射线条，称铁 杉型纹孔，为铁杉属木材的特征。
图4-3 纹孔(径切面) A.雪松型纹孔(雪松)； B.铁杉型纹孔(铁杉)
(2) 螺纹加厚
螺纹的倾斜度随树种和细胞壁的厚度而变异。螺纹加 厚并非所有针叶树材都具有。 早、晚材管胞壁上都具有：紫杉属、榧属、粗榧属。 早材管胞壁具有：黄杉属。 晚材管胞具有：落叶松属、云杉属
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.弦切面上的一部分； 3.通向射线管胞的纹孔； 4.窗格状纹孔
管胞平均长度为3～ 5mm ， 宽 度 15 ～ 80μm ， 长宽比为75～200∶1。
晚材管胞比早材管 胞长。
早晚材管胞厚度变 化有的渐变，如冷杉； 有的急变，如落叶松。
针叶树材的解剖分子较简单，排列规则，主要有 轴向管胞、木射线、轴向薄壁组织和树脂道(图4-1)。
图4-1 针叶树材三切面的扫描电镜图(自崔永志,2003)
1. 红松(pinus koraiensis)。2. 杉木(Cunninghamia lanceolata)。 C. 横切面；T. 弦切面；R. 径切面。 箭头所指为生长轮分界处。
（2）射线薄壁细胞
• 交叉场纹孔类型：
• a. 窗 格 状 （ window-like pit ）——单纹孔，形大，每 个 交 叉 场 内 有 1-3 个 ， 为 松 属 特征，红松、樟子松、马尾松、 云南松。
• b. 云杉型（piceoid pit ） ： 具ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ而稍外延或内涵的纹孔口， 形小、孔缘狭，云杉、落叶松
木材学(4.4.2)--木材细胞
第四章 木材细胞平周分裂:在弦向纵面，原细胞一分为二，所形成的两个子细胞和原细胞等长，其中的一个仍留在形成层内生长成纺锤形原始细胞，另一个向外则生成为韧皮部细胞，向内则生成为木质部细胞。
平周分裂使树干的直径增加；垂周分裂:在径向两侧产生新的形成层原始细胞，以适应树干直径加大中形成层周长增加的需要。
木材细胞的形成：显微水平上，细胞是构成木材的基本形态单位。
木材细胞的生长发育经历分生、扩大和胞壁加厚等阶段达到成熟，此过程在几周内完成。
树木中木质部大部分是由直径生长形成，是形成层原始细胞分生的结果。
木材细胞壁的超微构造：纤维素为骨架物质，半纤维素为基体物质，木素为结壳物质(硬固物质)。
基本纤丝：一些长短不等的链状纤维素分子（约40根左右）有规则地聚集在一起称为基本纤丝。
微纤丝：由基本纤丝（2-4个）组成一种丝状的微团系统，是木材细胞壁的基本构成单位。
微纤丝间存在约10nm的空隙，木素及半纤维素等物质聚集于此空隙中。
纤丝：由微纤丝集合而成。
微纤丝角：细胞壁中微纤丝排列方向与细胞轴所成的角度。
结晶区：在微纤丝内，纤维素分子链基本平行排列的部分，称为结晶区。
无定形区(非结晶区)：微纤丝内结晶区以外的部分。
结晶度: 结晶区的比例（百分数）。
非叠生形成层:多数树种的形成层原始细胞排列不整齐，上下相互交错，不在同一水平面上。
叠生形成层:有些阔叶树种形成层原始细胞排列整齐，从垂直于形成层的方向观察，呈明显的层次。
木材细胞壁的壁层结构：由于化学组成和微纤丝排列方向不同，木材细胞壁在结构上分出层次，在光学显微镜下，通常可将细胞壁分为初生壁（P）、次生壁（S）、以及两细胞间存在的胞间层（ML）。
胞间层：是细胞分裂以后，最早形成的分隔部分，后来就在此层的两侧沉积形成初生壁。
主要由一种无定形、胶体状的果胶物质所组成，在偏光显微镜下呈各向同性。
复合胞间层：通常将相邻细胞间的胞间层和其两侧的初生壁合在一起。
初生壁：是细胞分裂后，在胞间层两侧最早沉积、并随细胞继续增大时所形成的壁层。
【课程大纲】《木材学》
《木材学》课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：木材学（英文）：Wood Science课程编号：14241026课程学分：3.5课程总学时：54课程性质：专业基础课二、课程内容简介（300字以内）木材学是以认识木材自然现象，探索木材自然规律为核心，以研究木材解剖学、生物学、化学、物理及力学特性以及这些特性与营林和木材加工、利用之间的关系为主要内容，横跨营林和森工，贯穿于木材资源的培育、加工、利用全过程的一门基础应用科学，是木材科学与工程专业的主干课程。
研究内容概括为木材构造与识别、木材性质及木材利用三部分。
具体涉及木材的宏观与微观构造和识别；木材的物理性质、化学性质及力学性质；木材的构造及性质和林木培育之间的关系，及其对木材加工利用的影响。
通过本课程的学习可为后续木材干燥、木材改性、制材、木制品生产工艺及人造板加工工艺等课程奠定理论基础。
其前修课程主要为树木学。
三、教学目标与要求通过本课程的学习，应达到如下要求：1.了解木材学的发展历史及研究现状，把握新时期木材学的研究范畴、发展趋势及主攻方向；2.熟练、正确掌握木材宏观构造特征及微观构造特征的内涵，掌握木材识别方法并能根据这些特征进行常见木材的识别与鉴定。
熟悉树木基本组成，理解树木生长规律及木材形成过程与机理；3.了解木材的化学组成情况，掌握木材主要成分的结构与性质及其对木材加工利用产生的影响；了解低分子物质在木材种的分布与含量，掌握其对木材加工利用的影响及应对措施；在了解木材化学性质的基础上，理解木材酸碱性质对木材加工利用的影响。
4.了解木材与水分之间的关系，准确掌握木材纤维饱和点及其对木材性质的影响，正确理解平衡含水率及吸湿滞后现象及其对加工利用的重要性；掌握木材干缩性质的基本概念，能正确分析木材干缩湿胀产生的原因并针对其所产生的影响提出应对措施。
准确理解木材密度的概念，掌握木材基本密度及气干密度及其测定方法，木材密度对材性的影响；了解木材的其它物理性质。
木材学知识点总结
木材学知识点总结一、木材的组成木材主要由细胞壁和细胞腔组成，细胞壁包括纤维素、半纤维素和木质素，而细胞腔则包括空气和液体。
这些成分在木材组织中的比例和分布方式不同，导致了不同种类木材的性能也有所差异。
1. 纤维素纤维素是木材中最主要的成分之一，约占木材总重的40-50%。
它是一种由葡萄糖分子组成的高聚物，在细胞壁中形成了纤维状结构，赋予木材优良的强度和刚性。
2. 半纤维素半纤维素也是木材的主要成分之一，占木材总重的15%左右。
它与纤维素交织在一起，起到增加木材弹性和减小收缩膨胀性能的作用。
3. 木质素木质素是一种天然高分子化合物，在木材中占据着较大的比例。
它赋予木材耐腐性和抗菌性能，在某些情况下还可以增加木材的硬度和强度。
4. 空气和液体木材细胞腔中包含有大量的空气和液体，它们对木材的密度和声学性能有重要影响。
空气和液体的存在使得木材具有一定的吸音和隔音性能，同时也影响了木材的干燥性能和防腐性能。
二、木材的分类根据木材的来源、结构和性能，可以将木材进行多种分类。
常见的分类包括：1. 按来源分类(1) 硬木和软木：硬木主要指来自落叶乔木的木材，比如橡木、榉木等；软木指来自针叶树的木材，比如松木、杉木等。
(2) 阔叶木和针叶木：阔叶木主要指叶片宽大的木材，如橡木、榉木等；针叶木指叶片为针状的木材，比如松木、杉木等。
2. 按结构分类(1) 非波纹木和波纹木：非波纹木的纹理较为均匀，波纹木的纹理则呈现波浪状。
(2) 普通木和异质木：普通木指全木质结构的木材，如橡木、松木等；异质木包括有机质和一定比例矿质的木材，比如煤化木、石化木等。
3. 按性能分类(1) 硬木和软木：硬木一般具有较高的强度和硬度，而软木则较为柔软和易加工。
(2) 干湿性能：根据木材的干湿性能，可以将其分为湿性木和干性木。
三、木材的干燥木材的干燥是指木材中水分的减少过程，通过干燥处理可以提高木材的硬度和强度，并减小其收缩率。
常见的木材干燥方法包括自然干燥和人工干燥。
木材学
第一章木材宏观构造第一节树干的组成1<研>种子植物门（裸子植物亚门和被子植物亚门）种子植物分为裸子植物（针叶树）和被子植物。
被子植物又分为单子叶植物和多子叶植物。
而两者中的木本称为阔叶树。
<考>裸子植物就是针叶树，被子植物就是阔叶树。
（╳）（但这话反过来是可以的：针叶树是裸子植物，阔叶树是被子植物。
）2树木可分为树根，树干和树冠三部分。
各自作用：树根支持立木于土地上，保持树木垂直，并从土壤中吸收水分，矿物质，储藏备用养料。
树干一方面把水分和矿物质通过边材从到树木，一方面把养料沿韧皮部送至树木，并与树根共同支撑树木。
树冠把根部吸收的水分和矿物质养分以及叶子吸收的二氧化碳，通过光合作用，制成碳水化合物，同时呼吸，蒸腾。
树冠的范围是由树干上部第一个大活枝算起，至树冠顶梢为止。
<考>边材：水分矿物质运输韧皮部：养料运输3树木的生长是高生长和直径生长共同作用的结果。
<理解>高生长是顶端分生组织活动的结果，将新长出的细胞留臵在下方，生长点向上抬高。
直径生长是形成层分生活动的结果，向内形成次生木质部，向外形成次生韧皮部。
<研>10米高的树，钉子钉在2米处，当树长到20米高时，钉子在哪儿？（主要就是考高生长是顶端分生，和已分生细胞无关。
）<名词解释>初生长（高生长）vs次生长（直径生长）<考>树木开始直接生长的标志是形成层向外生成次生韧皮部，向内生产次生木质部。
直径生长主要是侧向加粗分生组织，所形成的组织为次生组织。
次生组织主要加强树干对外界的应力。
（注意，次生组织的作用。
）<考大题>树木生长的详细过程4树干的四个部分：树皮，形成层，木质部和髓。
<了解>树皮贮藏养分，防止树木生活组织受外界湿度剧烈变化或机械损伤的影响分为内皮（活皮），外皮（死皮）占树干总体的6%-25%作为原木识别的主要依据形成层[zty1][zty2]位于树皮和木质部之间肉眼不见由具有细胞分裂机能的细胞构成向内分裂次生木质部向外分裂次生韧皮部木质部初生木质部起源于顶端分生组织次生木质部起源于形成层分生<考>木质部明显多于韧皮部的原因。
第6次课-木材细胞-纹孔、眉条、螺纹加厚、锯齿状加厚、瘤层
第6次课授课时间：2006年3月16日（星期四）1、2节第三章细胞壁的结构§3. 细胞壁上的特征细胞壁上的许多特征是为细胞生长需要而形成的，它们不仅为木材识别提供依据，而且也直接影响木材的加工和利用。
细胞壁上的主要特征有纹孔、眉条、螺纹加厚、锯齿状加厚、瘤层等。
1、纹孔1.1 纹孔的定义纹孔是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。
1.2 纹孔的作用（1）在立木中，纹孔是相邻细胞间水分和养分的通道；（2）在木材被伐倒加工时，纹孔又对木材干燥，胶粘剂渗透和化学处理剂浸注等有较大的影响。
（3）在木材识别中，纹孔是木材细胞壁的重要特征，在木材显微识别上有重要作用。
1.3 纹孔的组成部分纹孔主要由纹孔膜、纹孔缘、纹孔室、纹孔腔、纹孔道、纹孔口以及纹孔塞组成。
（结合模型进行讲解）（1）纹孔膜：分隔相邻细胞壁上纹孔的隔膜，实际上是两个相邻细胞的初生壁和胞间层组成的复合胞间层。
（2）纹孔缘：在纹孔膜上方，纹孔的开口周围形成的拱形突起称纹孔缘。
（3）纹孔室：由纹孔膜与拱形环绕的纹孔缘之间的空隙部分称纹孔室。
（4）纹孔腔：由纹孔膜到细胞腔的全部空隙，称纹孔腔。
（5）纹孔道：由细胞腔通向纹孔室的通道。
（6）纹孔口：纹孔道通向细胞腔的开口叫纹孔内口；由纹孔道通向纹孔室的开口叫纹孔外口。
（7）纹孔塞：纹孔膜上的加厚部分。
（仅针叶树材的轴向管胞上有）1.4 纹孔的类型根据纹孔的结构，将纹孔分为单纹孔和具缘纹孔。
（1）单纹孔：当细胞次生壁加厚时，所形成的纹孔的纹孔腔在朝着细胞腔的一面变宽，或保持一定宽度，或逐渐变窄。
（画示意图）特点：薄壁细胞上存在的纹孔类型。
纹孔膜一般没有加厚现象。
（2）具缘纹孔：指次生壁在纹孔膜上方形成拱形纹孔缘的纹孔。
即次生壁加厚时，其纹孔腔成为拱形。
（画示意图）特点：厚壁细胞上存在的纹孔类型。
纹孔膜中间形成加厚，称为纹孔塞。
（引入新概念）①针叶树材：轴向管胞上具缘纹孔的纹孔膜中间形成加厚，其微纤丝排列呈同心圆状，加厚部分称为纹孔塞。
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乎由结晶状态的纤维素构成，少量木质素，缺少木质素。
G
S3
G
S2
S2
形成初期主要由纤维素组成
，随着细胞增大速度的减慢，逐
渐沉积其它物质，所以木质化后
的细胞，初生壁木质素的浓度就 特别高。初生壁一般较薄，只有
P
细胞壁厚度的 1% 或略多一点。
其实，初生壁也是会出现分层 现象的，这是由于壁层生长时沉 积了不同物质的结果。
图 7 细胞壁的壁层结构 A. 细胞腔； P. 初生壁； S. 次生壁； ML. 胞间层； S1. 次生壁外层； S2. 次生壁中层； S3. 次生壁内层
ML
下呈各向同性。
通常将相邻细胞间的胞间层和 其两侧的初生壁合在一起称为复合 胞间层。
图 7 细胞壁的壁层结构 A. 细胞腔； P. 初生壁； S. 次生壁； ML. 胞间层； S1. 次生壁外层； S2. 次生壁中层； S3. 次生壁内层
初生壁——是细胞分裂后
，在胞间层两侧最早沉积、并随 细胞继续增大时所形成的壁层。
层：次生壁外层、中层和内层。
图 7 细胞壁的壁层结构 A. 细胞腔； P. 初生壁； S. 次生壁； ML. 胞间层； S1. 次生壁外层； S2. 次生壁中层； S3. 次生壁内层
图 8 典型的木材细胞壁壁层结构及实例
在某些阔叶材（如速生杨、橡树、栗树、桉树等）应拉木纤维细胞中
，纤维胞壁内层为胶质层（ Gelatinous layer ，简称 G 层），胶质纤维的胞壁 结构有三种类型：
由于化学组成和微纤丝排列 方向不同，木材细胞壁在结构 上分出层次。
在光学显微镜下，通常可将 细胞壁分为初生壁（ P ）、次 生壁（ S ）、以及两细胞间存 在的胞间层（ ML ）。
胞间层——是细胞分裂以
后，最早形成的分隔部分，后来就
在此层的两侧沉积形成初生壁。
胞间层主要由一种无定形、胶体状
的果胶物质所组成，在偏光显微镜
S
次生壁——是细胞停止增
大以后，在初生壁上继续形成的 壁层。
在细胞壁中，次生壁最厚，占 细胞壁厚度的 95% 以上，次生壁 的主要成分是纤维素和半纤维素 的混合物，后期也常含有大量木 质素和其它物质，但因次生壁厚 ，所以木质素浓度比初生壁低。
依纤维素分子链组成的微纤丝
排列方向不同，将此生壁分为 3
图 13 次生壁各层厚度
细胞壁壁层中物质的分布：
复合胞间层中
木素浓度最高，但
木素的约 80 ％仍分
布在次生壁。
图 14 管胞壁中的物质分布
1.3 木材细胞壁的各级构 造
吡喃型 D- 葡萄糖基以 1→4β 甙键联结形成线型分子链 （纤维素大分子链）；
纤维素分子链聚集成束，构 成基本纤丝，基本纤丝再组成丝 状的微团系统——微纤丝；
S1
S1
P
P
图 9 应拉木胶质木纤维壁层结构
胶质层
20µm
图 10 应拉木胶质木纤维的显微和超微图片
1.2 细胞壁各层的微纤丝 排列 初生壁的微纤丝排列
初生壁基本上由纤维素微纤 丝组成，当细胞生长时，微 纤丝不断沉积在伸展的细胞 壁内壁，随着细胞壁的伸展 而改变其排列方向。
初生壁整个壁层上的微纤 丝排列都很松散，这种结构 和微纤丝的排列状态，有利 于细胞的长大。
纤丝组成粗纤丝，粗纤丝组成 薄层，薄层又形成了细胞壁的初 生壁、次生壁 S1 、 S2 和 S3 层；
形成了木材的管胞、导管和木 纤维等重要组成分子。
Jonathan Harrington & Mark Harrington
图 15 木材管胞细胞壁微细结构
思考题 ：
1. 简述木材细胞壁的形成过程。 2. 描述木材细胞壁壁层结构。 3. 木材细胞壁壁层中主要化学成分分布 ？
状排列。
图 11 各壁层微纤丝排列
图 12 马尾松管胞次生壁各层微纤丝排列实例
次生壁各层的厚度 :
S1 的厚度为细胞壁厚度的 9 ％ -21 ％； S3 的厚度为细胞壁厚度的 0 ％ -8 ％； S2 层最厚，在管胞、木纤 维等主要木材细胞中可占 细胞壁厚度的 70 ％ -90 ％。 细胞壁的厚或薄主要 S2 层的厚薄决定。
图 11 各壁层微纤丝排列
次生壁各层的微纤丝都形成螺旋取向，但斜度不同 :
S1 层的微纤丝呈平行排列， 与细胞轴呈 50°-70° 角，以 S 型或 Z 型缠绕；
S2 层微纤丝与细胞轴呈 10°30° 角排列，近乎平行于细胞 轴，微纤丝排列的平行度最 好；
S3 层的微纤丝与细胞轴呈 60°-90° 角，微纤丝排列的平 行度不甚好，呈不规则的环
第 14 讲 木材细胞 （ 2）
本讲主要内容
1. 木材细胞壁结构 (2)
1.1 木材细胞壁的壁层结构 1.2 细胞壁各层的微纤丝排 列 1.3 木材细胞壁的各级构造
重点：木材细胞壁的壁层结构； 难点：木材细胞壁的各级纤丝状单元
；
1.1 木材细胞壁的壁层结 构
细胞的发育步骤：增大、加厚和木质化。