植物纤维化学第1讲绪论
植物纤维化学
植物纤维化学植物纤维化学是研究植物中纤维素及其化学加工和应用的一门学科。
植物纤维作为一种自然的、可再生的生物大分子材料，在生产和生活中具有广泛的应用。
例如，纸张、纺织品、建筑材料等众多行业都离不开植物纤维这一重要资源。
植物纤维化学旨在深入了解植物纤维的化学组成、结构与性质，制定优化的加工工艺，拓展其新的使用领域。
一、植物纤维的化学组成植物纤维的主要化学成分是纤维素和半纤维素。
纤维素是一种多糖，由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成。
半纤维素也是一种多糖，包括木聚糖、半乳糖、甘露聚糖等。
此外，植物纤维还有少量的酚类物质和蛋白质。
纤维素和半纤维素的含量和比例因植物种类和部位不同而变化。
在棉花中，纤维素含量占80%以上，半纤维素含量较低；而在木质植物中，两者含量相近。
二、植物纤维的结构植物纤维的结构可分为两种类型：原生纤维和次生纤维。
原生纤维是由原生细胞壁构成的，例如棉纤维和亚麻纤维。
原生纤维的直径较细，一般小于20微米；因其生长仅发生一次，其结构较简单，只包括纤维素、半纤维素和细胞壁质量。
次生纤维是由次生细胞壁构成的，例如木质素。
次生纤维的直径较粗，一般为20-50微米；其结构复杂，包括三部分：原生细胞壁、次生细胞壁的中层和次生细胞壁的内层。
三、植物纤维化学加工植物纤维在工业上常通过化学方法进行加工。
主要包括以下几个步骤：去除杂质、碱处理、漂白、纤维素膨胀、染色和强化。
去除杂质：将植物纤维进行筛分、清洗、熬软等步骤，去除与纤维相连的非纤维物质，如叶片、树枝等。
碱处理：将去除杂质后的植物纤维浸泡在碱液中，使纤维得到脱脂、脱胶、脱色等处理。
常用的碱液包括氢氧化钠、碳酸钠及亚硫酸等。
漂白：碱处理后的植物纤维中仍含有少量的杂质和色素。
漂白是将这些杂质和色素分离出来，使纤维得到漂白和增白的效果。
漂白剂主要有氯和过氧化氢等。
纤维素膨胀：纤维素膨胀是将处理后的植物纤维浸泡在化学溶液中，使其膨胀，并形成纤维素膜。
植物纤维化学第1讲绪论
• 难点：原料的微观结构
Beijing Forestry University
第一章
植 物 纤 维 的 形 成
第一部分 植物纤维组织学
*第二章
植 物 纤 维 的 种 类 、 生 物 结 构
*第三章
植 物 纤 维 的 形 态 与 评 价
Beijing Forestry University
• 蒸煮木材和竹子要多次放气。——（小放气的 作用）
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第一章 小结
（一）教学内容
第一节 纤维的概念 • 知识要点：科学定义的植物纤维 第二节 植物纤维的形成过程 • 知识要点：常见的三种植物纤维，植物纤维的形成过程 • 教学重点：纤维的形成，纹孔的类型、结构及其作用 • 教学难点：纹孔的类型、结构
四、讲授方法
• 1、以教师讲授为主 • 2、以启发式、研究式、讨论式 • 3、课堂会经常提问 • 4、作业会及时点评
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五、考核办法
• 1、成绩分配 平时成绩10%，平时作业20%，期末考试70%
• 2、计算办法 平时成绩：出勤、表现 平时作业：交作业的次数及成绩 期末考试：卷面成绩
第二部分 化学部分
植
物
纤
维
纤
半
的
提
木
维
纤
化
取
素
素
维
学
物
素
组
成
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三、学习要求
• 1、注意听讲，记好笔记 • 2、及时复习 • 3、多看参考资料 • 4、要质疑，不懂就问 • 5、《有机化学》、《分析化学》等基础
植物纤维化学式-概述说明以及解释
植物纤维化学式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述植物纤维作为一种重要的自然资源，在人类生活和工业生产中发挥着不可替代的作用。
它们具有丰富的化学成分和优良的物理性质，被广泛应用于纺织品、造纸、建筑材料等领域。
本文旨在探讨植物纤维的化学式及其应用，从而加深对植物纤维的了解，并展望其在未来的发展前景。
通过对植物纤维的深入研究，我们可以更好地利用这一天然资源，推动可持续发展的进程。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面展开讨论植物纤维的化学式内容：1. 植物纤维的特点：介绍植物纤维的来源、特性以及与化学结构的关系。
2. 植物纤维的化学成分：详细解析植物纤维中主要的化学组分，包括纤维素、半纤维素、木质素等。
3. 植物纤维的用途：探讨植物纤维在各个领域的广泛应用，如纺织、造纸、生物质能源等。
通过对这些内容的深入探讨，可以更全面地了解植物纤维的化学式及其在各个领域的重要性和发展前景。
1.3 目的本文旨在探讨植物纤维的化学式及其在各个领域的广泛应用。
通过深入了解植物纤维的特点、化学成分和用途，可以更好地认识植物纤维在现代生活中的重要性和意义。
同时，本文也旨在展望植物纤维在未来的发展趋势，以及可能的应用领域，为读者提供新的思路和视角。
通过对植物纤维的研究和应用前景的探讨，希望能够激发更多人对植物纤维的关注和研究，促进其在未来的发展和应用。
2.正文2.1 植物纤维的特点植物纤维是一种重要的天然材料，具有以下几个特点：1. 环保性：植物纤维是基于植物原料制成的，相比于合成纤维，植物纤维更加环保，对环境友好。
2. 透气性：植物纤维具有良好的透气性，能够吸收并释放湿气，保持材料的干燥性和舒适性。
3. 舒适性：植物纤维的特殊结构使得其触感柔软、舒适，适合用于制作衣物、家居用品等。
4. 生物降解性：植物纤维可以在自然环境中被微生物降解，不会对环境造成污染，符合可持续发展的理念。
5. 抗菌性：部分植物纤维具有天然的抑菌作用，可以有效防止细菌滋生，保持物品的清洁卫生。
《植物纤维化学》PPT课件全文
3、学习内容与相关课程的关系
本课程牵涉有机化学、分析化学（包 括仪器分析）、物理化学、高分子化学、 高分子物理、生物合成等相关基础课程。 有关生物结构方面的内容，在《植物纤维 形态与结构》课程中专门讲述；
有关木质素、纤维素和半纤维素在蒸 煮和漂白化学反应过程中的影响因素，在 《制浆原理与工程》课程中专门讲述。
垂直方向切开的面称为横切面。
弦切面(Tangetial Section)：沿着与射
线垂直方向切开的面称为弦切面。
径切面(Radial Section)：沿着射线切
开的面称为径切面
树脂道：针叶材的特征
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
是轴向树脂道或称纵行树脂道。
种子植物
木本—针叶树类
裸子植物：
木本—阔叶树类
种子植物
双子叶植物：草类、麻类、豆类
被子植物
单子叶植物—多数为草本，如禾本科类、禾本亚科、
竹亚科
1.1.1 植物纤维原料的分类
1.1.1.1 、木材纤维原料：
针叶材（又称软木，Softwood） 如云杉、红松、落叶松、马尾松、
思茅松等； 阔叶木（又称硬木，Hardwood）
应。 由于纤维素大分子每个糖基上有三个–OH（C2，C3，
C6），可发生各种酯化、醚化反应，在很大程度上可 改变纤维素的性质，生产出许多有价值的纤维素衍生 物。
纤维素衍生物的制备
纤维素酯化和醚化反应是制备纤维素衍 生物的重要反应。
由于纤维素大分子每个糖基上有三个– OH（C2，C3，C6），可发生各种酯化、 醚化反应，在很大程度上可改变纤维素 的性质，生产出许多有价值的纤维素衍 生物。
第一章
植物纤维化学
• 降解速度：如何提高植物纤维的降解速度，满足环保需求 • 降解产物：如何减少植物纤维降解过程中的有害物质产生，提高环保性能 • 成本问题：如何降低植物纤维生物降解材料的生产成本，提高市场竞争力
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
Docs
半纤维素的结构
• 为支链高分子，由多种糖单元组成 • 与纤维素共同构成植物纤维的细胞壁
木质素的结构
• 为三维网状高分子，由多种酚类化合物 通过碳-碳键和碳-氧键连接而成 • 赋予植物纤维高强度和韧性
植物纤维的分类与特点
植物纤维的特点
• 纤维素纤维：具有良好的吸湿性、透气性和柔软性，但强度和耐磨性较差 • 半纤维素纤维：具有良好的强度和韧性，但吸湿性较差 • 木质素纤维：具有良好的强度、韧性和耐磨性，但柔软性较差
植物纤维的力学性能
• 纤维的强度是指抵抗外力作用的能力，通常以N/tex表示 • 纤维的伸长率是指在外力作用下变形的能力，通常以**%**表示 • 纤维的弹性模量是指抵抗变形的能力，通常以GPa表示
植物纤维力学性能的影响因素
• 纤维的化学组成：纤维素、半纤维素和木质素的含量和种类影响力学性能 • 纤维的结构：分子链的螺旋结构、微晶区和非晶区的比例影响力学性能 • 纤维的处理条件：温度、压力、时间等影响力学性能
植物纤维复合材料的种类
• 塑料复合材料：如聚丙烯/植物纤维复合材料、聚酯/植物纤维复合材料等 • 金属复合材料：如铝/植物纤维复合材料、铜/植物纤维复合材料等 • 陶瓷复合材料：如氧化铝/植物纤维复合材料、碳化硅/植物纤维复合材料等
植物纤维复合材料的性能
• 力学性能：具有较高的强度、刚性和耐磨性 • 热性能：具有较好的热稳定性和热导率 • 电磁性能：具有较好的电导率和磁导率 • 环保性能：具有较好的生物降解性和可再生性
《植物纤维化学实验》课件
实验步骤
1
1. 切取植物组织样本并处理
选择适当的植物组织，进行样本处理。
2. 利用显微镜观察纤维结构
2
使用显微镜观察样本中不同植物组织的纤维
结构。
3
3. 实施化学反应
进行酸碱处理、还原剂处理等化学反应。
4. 观察纤维变化
4Байду номын сангаас
观察实施化学反应后样本中纤维的变化。
实验结果与分析
1 观察不同植物组织的纤维结构 2 观察纤维在化学反应下的变化
了解不同植物组织纤维的基本性质。
分析纤维在不同化学反应中的化学性质。
实验注意事项
• 操作时注意安全，避免进行有害物质反应。 • 样本处理过程中应保持湿润状态，防止纤维形态变化。 • 实验结束后及时清洗实验仪器。
实验应用
纺织
植物纤维化学实验可用于纺织研究和开发。
造纸
植物纤维化学实验可用于造纸方面的研究和开发。
《植物纤维化学实验》 PPT课件
植物纤维化学实验是掌握植物纤维性质与化学反应的基本实验。通过观察不 同植物组织的纤维结构以及化学反应的变化，深入了解植物纤维的化学性质 和应用价值。
实验介绍
实验目的
通过实验掌握植物纤维的基本 性质和化学反应。
实验仪器
烧杯、试管、显微镜等。
实验材料
木质部、韧皮部等植物组织。
精品课 植物纤维化学
精品课植物纤维化学植物纤维的化学结构植物纤维是植物中含有的复杂生物聚合物，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。
纤维素纤维素是植物纤维中最丰富的成分，约占其重量的40-60%。
它是由β-D-葡萄糖单元组成的直链聚合物，每个葡萄糖单元以β-1,4-糖苷键连接。
纤维素分子排列成紧密有序的结晶结构，赋予纤维强度和刚度。
半纤维素半纤维素是一组异质性聚合物，约占植物纤维重量的15-35%。
它们由多种糖类单体组成，包括木糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖。
半纤维素分子较短且无规，连接纤维素微纤维，提供结构稳定性和柔韧性。
木质素木质素是一种复杂的芳香聚合物，约占植物纤维重量的15-30%。
它赋予纤维硬度、耐腐性和防水性。
木质素分子通过醚键和酯键与纤维素和半纤维素连接。
植物纤维的性质植物纤维的性质取决于其化学结构。
纤维素的强度和刚度使纤维具有很高的抗拉强度和弹性模量。
半纤维素的柔韧性和可塑性赋予纤维柔韧性和抗皱性。
木质素的疏水性和抗腐性保护纤维免受水分和生物降解的影响。
植物纤维的应用植物纤维广泛应用于造纸、纺织、建筑和复合材料等领域。
造纸：纤维素是造纸的主要原料，为纸张提供强度和韧性。
纺织：棉花、麻和亚麻等天然植物纤维用于生产服装、家纺和工业织物。
建筑：木材和竹子等植物纤维用于建造房屋、桥梁和其他结构。
复合材料：植物纤维增强聚合物复合材料在轻量化、耐用性和可持续性方面具有应用潜力。
植物纤维的修饰植物纤维可以进行化学或物理修饰以改善其性能。
化学修饰包括氧化、乙酰化和酯化，它们可以改变纤维的亲水性、吸湿性和热稳定性。
物理修饰包括纤维化、表面粗糙化和涂层，它们可以增强纤维的强度、抗皱性和抗菌性。
植物纤维的可持续性植物纤维是一种可再生和可持续的资源，与合成纤维相比，其环境足迹较低。
植物纤维的种植和加工需要更少的能源和水，并且可以生物降解，减少环境污染。
植物纤维化学复习总结（整理版5.7））
植物纤维化学复习总结（整理版5.7））植物纤维化学总结第⼀章植物纤维原料的化学成分及⽣物结构1、（1）纤维素(Cellulose)是由D－吡喃式葡萄糖基通过1，4-β苷键联结⽽成的均⼀的线状⾼分⼦化合物。
（2）半纤维素（Hemicellulose）由①两种或两种以上单糖基（②葡萄糖基、⽊糖基、⽢露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基等）组成的⾮均⼀聚糖，并且分⼦中往往带有数量不等的③⽀链。
④构成半纤维素短的侧链糖基有：⽊、葡、阿、半、岩藻、⿏李、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等，还含有⼄酰基。
特点：①②③④（3）⽊素（Lignin）由苯基丙烷结构单元(即C6-C3单元)通过醚键、碳-碳键连接⽽成的具有三维⽴体结构的芳⾹族⾼分⼦化合物.⽊素的作⽤：以物理或化学⽅式使纤维素纤维之间粘结和加固，增加⽊材的机械强度和抵抗微⽣物侵蚀的能⼒，使⽊化植物直⽴挺拔和不易腐朽。
（4）草类（straw）针叶材（needle leaved wood或soft wood）阔叶材（leaf wood 或hard wood）克-贝纤维素（Cross and Bevan Cellulose) 果胶质（Pectin）灰分(Ash) 髓⼼（pith）树⽪（Bark）形成层（Cambium）韧⽪部(phloem) ⽊质部(xylem) 胞间层（Middle Lamella）导管（vessel elements）⽊薄壁细胞（parenchyma cell）⽊射线细胞（ray cell）初⽣壁（Primary Wall）次⽣壁（Secondary wall）（5）综纤维素(Holo-cellulose) ⼜称总纤维素，指造纸植物纤维原料除去抽出物和⽊素后所留下的部分（即纤维素和半纤维素的总称）。
（6）植物纤维：失去⽣命机能的细长锐端永久细胞2、α—纤维素：⽤17.5%NaOH或（24%KOH）溶液在20℃下处理综纤维素或漂⽩化学浆45min，将其中的⾮纤维素碳⽔化合物⼤部分溶出，留下的纤维素及抗碱的⾮纤维素碳⽔化合物，分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。
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Beijing Forestry University
植物的细胞
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植物细胞立体结构
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（二）教学基本要求
了解植物纤维的形成过程，掌握常见的三种植物纤维， 熟练掌握植物纤维的概念及纹孔的类型。
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作业题
• 常见的三种植物纤维 • 纹孔的类型、结构及其作用
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第二章 植物纤维的种类、生物结构
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植物纤维化学
Chemistry of plant fiber
许凤
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绪论 INTRODUCTION
一、课程性质与任务 二、课程研究内容 三、学习要求 四、讲授方法 五、考核办法 六、参考文献
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第一节 造纸植物纤维原料的分类
一、植物分类( plant classification ) 1.树木的分类 根据树木的花、果、叶的主要形态特征，树木的分类常 采用恩格勒（Engler）的自然分类法。划分的单位由高 至低排列的顺序为：
界、门(division)、纲(class)、目(order)、科(family)、 属(genus)、种(species)
应产物的扩散等都有重要的影响。 • 单纹孔构造简单，有利于药液的渗透。 • 阔叶木多数是单纹孔，只有少量是具缘纹孔，
有些甚至无纹孔，有利于药液的渗透。
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• 部分针叶木具缘纹孔具有纹孔塞，对针叶木的 生长及木片在蒸煮时的药液渗透有不良影响。
• 蒸煮液通过纹孔渗透到细胞内部使其可与木素 进行反应，小放气可以震破孔膜，利于药液渗 透，使原料得到均匀蒸煮。
3、纤维形成
分生细胞 永久组织细胞 永久细胞 原生质体 转化为细胞壁 纤维（失去生命机能的细长锐端永久 细胞）
形成层 轴向：纺锤状原始细胞 径向：射线原始细胞
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4、纹孔及纹孔对
纹孔pit——指植物细胞壁在次生加厚过程中，并不是整个 细胞壁都产生均匀的增厚，其未增厚部分的细胞壁较薄， 在显微镜下像个孔，一般称为纹孔，即次生壁上的凹陷。
2、纤维细胞的生长
植物细胞生长指细胞体积和重量不可逆的增加。包括 细胞纵向的延长和横向的延展。
细胞的生长有两种方式：
• 一种是细胞吸水胀大的“生长”，这是植物细胞液泡 吸水膨胀的结果，这种现象称为细胞伸长 (elongation)。
• 另一种是细胞实质性生长。这是在细胞生长时，细胞 的鲜重和干物质随着体积的增加而增加。在液泡变化的 同时，细胞内其他细胞器在数量和分布上发生各种变化。
四、讲授方法
• 1、以教师讲授为主 • 2、以启发式、研究式、讨论式 • 3、课堂会经常提问 • 4、作业会及时点评
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五、考核办法
• 1、成绩分配 平时成绩10%，平时作业20%，期末考试70%
• 2、计算办法 平时成绩：出勤、表现 平时作业：交作业的次数及成绩 期末考试：卷面成绩
具缘纹孔对，是两个具缘纹孔所构成的纹孔对，发生在 次生壁强烈增厚的细胞壁上，存在于管胞、纤维状管胞、 导管分子和射线管胞等含有具缘纹孔的细胞之间。
半具缘纹孔对，是具缘纹孔与单纹孔相构成的纹孔对。发 生在厚壁细胞与薄壁细胞相邻的细胞壁上，厚壁细胞侧为具 缘纹孔，薄壁细胞侧为单纹孔。
Beijing Forestry University 单纹孔对
Hemicelluloses conversion
Chemicals
Fuels
Biomaterials Lignin
conversion
提取物
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第一部分 组织学
植
物
植
植 物 纤 维 的 形 成
纤
物
维
纤
的
维
种
的
类
形
、
态
生
与
物
评
结
价
构
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* 课程内容分组织学和化学两部分内容
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组织学
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化学
5 20
45
lignin cellulose
30
hemicelluloses other
纤维素 半纤维素 木素
化学
植物纤维
纤维素
半纤维素
木质素
• 重点掌握针叶木、阔叶木生物结构、评 价原料优劣的方法
• 难点：原料的微观结构
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第一章
植 物 纤 维 的 形 成
第一部分 植物纤维组织学
*第二章
植 物 纤 维 的 种 类 、 生 物 结 构
*第三章
植 物 纤 维 的 形 态 与 评 价
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Beijing Forestry University 次生壁
纹孔缘
纹孔口 纹孔塞 纹孔腔
纹孔膜
初生壁 胞间层
具缘纹孔对示意图
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4.2 纹孔对
相邻细胞的纹孔是成对出现的，典型的纹孔对有三种： 单纹孔对，是单纹孔之间构成的纹孔对，存在于薄壁细 胞之间、某些特殊的厚壁细胞之间。
Cellulose
Tool handles
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二、课程研究内容
紧紧围绕“植物纤维”这一核心讲授： 1、造纸植物纤维原料的种类、生物结构特点 2、植物纤维原料的化学组成 3、主要化学组成（木素、纤维素、半纤维素）的结
构、物理性质、化学性质 4、木素、纤维素、半纤维素的改性与综合利用
较大，具有一定柔性和强度的细长物体。 • 按原料进行分类：
天然纤维：植物纤维、动物纤维、矿物纤维 化学纤维：人造纤维、合成纤维、无机纤维
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第二节 植物纤维的形成 一、常见的三种植物纤维
植物分为低等植物和高等植物，造纸原料多是高等植物。
种子植物
裸子植物
概述 第一节 造纸植物纤维原料分类 第二节 造纸植物纤维原料生物结构
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概述
造纸用纤维的使用历史 1、公元25～220年蔡伦：一切纤维
都可以造纸，树皮、麻头、旧布、 渔网生产纸浆 2、1838年，法国科学家Payen从木 材中提纯出了纤维素（硝酸） 3、1880年法国用麻＋谷草造纸 4、1884年德国开始用木材造纸
组 分 的 结 构、物 理、化 学 性 质
改 性与 综合 利 用
Bioethanol Cellulose esters Cellulose ethers Cellulose xanthate
Cellulose conversion
Gels Films
Adhesives Furfural Xylitol
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• 植物纤维化学（第三版），杨淑慧 • 纤维化学与物理 詹怀宇 • 制浆造纸分析与检测 石淑兰、何福望主编
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第一部分 植物纤维组织学
• 了解和掌握原料分类、组成及相关的概 念、各种原料的生物结构
第一章 植物纤维的形成
第一节 纤维的概念 第二节 植物纤维的形成
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第一章 植物纤维的形成
第一节 纤维的概念
一、《辞海》对纤维的解释 天然的或人工合成的细丝状物质。具有相当的强度
和长度、弹性和吸湿性等。多数为有机物，少数 为无机物。
二、科学定义的纤维（Fiber） • 形态学上的概念，是指一种长度与截面直径之比
• 植物细胞的生长是有一定限度的，当体积达到一定大 小后，便会停止生长。
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初生纤维在周围的细胞仍在分裂 的时候，它们还能继续引伸到相 当的长度。
这种细胞的伸长，除与周ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细胞
一起增长（协同生长）以外；还
有细胞顶端可伸入到周围细胞之
间的生长（侵入生长）。
具缘纹孔对
半具缘纹孔对
纹孔对的结构及类型
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4.3 纹孔的功能
• 植物生长过程中，营养、水分、光合作用产物 等都是通过纹孔来流通、输送的，在心材中纹 孔被树脂类物质堵塞而失去生理上的功能。
• 纹孔对蒸煮的作用 纹孔的类型及状态对制浆过程中的药液渗透及反
苎麻的纤维停止伸长以后，在发 生次生壁的沉积时，纤维的基部 可能也有厚的次生壁。但顶端仍 有生活的内容物和薄的细胞壁，
苎麻的韧皮纤维可以 继续伸长几个月，最 后增加的长度为原来 的4、5万倍，最长可 达55厘米。
因此，细胞顶端还可以继续伸长。
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