木材学(4.2.1)--木材细胞(2)

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。

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。

《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。

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。

第四章 第3讲 习题作业1. 什么是纹孔，纹孔具有什么重要的作用？2. 纹孔的组成部分有哪些？3. 木材细胞壁上有哪些纹孔对?4. 什么是交叉场纹孔，交叉场纹孔有哪些类型？5. 纹孔在木材中存在的意义？6. 什么是附物纹孔？7. 阔叶材和针叶材具缘纹孔的主要差异有哪些？习题解答1.什么是纹孔，纹孔具有什么重要的作用？木材的细胞壁加厚时，次生壁上留下的凹穴结构，称为纹孔。

针叶树材和阔叶树材的所有细胞都有纹孔。

它的功能是相邻细胞间水分和养料的通道，其大小和形状上的变化，对木材干燥、防腐、防火、制浆及液体的渗透都有密切关系。

2. 纹孔的组成部分有哪些？一个典型的具缘纹孔，由纹孔膜、纹孔腔、纹孔口和纹孔缘四部分组成。

若是单纹孔，则仅有纹孔膜和纹孔腔两部分组成。

3. 木材细胞壁上有哪些纹孔对?纹孔很少单独存在，通常以纹孔对的形式出现，相邻细胞之间两个互补纹孔的纹孔对有三种。

单纹孔对：指单纹孔与单纹孔相连接的纹孔对，它是薄壁细胞之间互相沟通的孔道。

例如，射线薄壁细胞之间的纹孔对。

具缘纹孔对：指两个具缘纹孔所组成的纹孔对，它是厚壁细胞之间互相沟通的孔道。

例如，木纤维之间和管胞之间的纹孔对。

半具缘纹孔对：指单纹孔与具缘纹孔相连接的纹孔对，它是薄壁细胞与厚壁细胞之间互相沟通的孔道。

例如，管胞与木射线薄壁细胞之间的纹孔对。

4. 什么是交叉场纹孔，交叉场纹孔有哪些类型？在木材径切面上，由射线薄壁细胞与早材轴向管胞所相交的区域，称为交叉场，或叫井字区，在交叉场内所见的纹孔，称为交叉场纹孔。

交叉场一词主要用于针叶树材的早材。

交叉场内纹孔式的形状，大小和排列，是识别针叶树材的重要特征之一。

交叉场有两个面，一是射线薄壁细胞，另一是轴向管胞。

因此，显微镜下所见交叉场内的纹孔，不是射线薄壁细胞的单纹孔，就是轴向管胞的具缘纹孔。

每个交叉场内的纹孔数目，纹孔缘与纹孔口的相对大小，即使在一个生长轮内亦有变化的。

通常交叉场纹孔式有五种类型。

第四章 第2讲 习题作业1. 什么是胞间层？2. 简述木材细胞壁次生壁的层状结构。

3. 为什么木材细胞壁有层状结构？4. 木材细胞壁壁层中的主要化学成分分布？5. 试述细胞壁各层的微纤丝排列？习题解答1.什么是胞间层？胞间层是充满在两个相邻细胞之间的一层，为两个细胞所共有。

它主要由无定形胶体状的果胶物质所组成，在偏光显微镜下为各向同性，并高度木质化。

胞间层很薄，没有微纤丝组织，当木材切片染色，它和初生壁的颜色大致相同，两者之间的界线难以区别，所以，通常将胞间层和初生壁合在一起，称为复合胞间层，或叫复中层。

2.简述木材细胞壁次生壁的层状结构。

初生壁：形成层细胞分裂后，在胞间两边最初沉积的壁层，称为初生壁。

其一边邻接胞间层，另一边为次生壁外层。

初生壁主要由纤维素，木素和果胶质组成，其次可能还含有半纤维素或其它多糖。

因木素含量多达70%，所以初生壁高度木质化，在偏光显微镜下显出各向异性。

初生壁很薄，在生活的树木中，约为0.1微米，在干的木材约为0.03微米。

这层微纤丝排列是无规则取向的，在外表面显示杂乱无章的网状，在内表面显出交叉螺旋状。

次生壁外层：是紧靠初生壁的一层，此层很薄，厚度仅0.1-0.2微米，但有4-6片亚层组成复合结构。

这些亚层，一层S螺旋，另一层乙螺旋，交替相互缠绕，平均纤丝角50°-70°，呈现交叉结构的网络，使细胞壁在横向有很高的抗拉强度。

次生壁中层：是位于外层和内层的中间层，系次生壁中最厚的一层，可达5微米，或以上，为细胞壁中的主要成分，在总体上控制着木材的性质，一般认为次生壁中层愈厚，木材强度愈大，得浆率愈高。

由于早材与晚材之间的差异次生壁中层的亚层数目是不相同的，通常早材管胞中有30-40片亚层，晚材管胞有150片亚层，或以上，组成同心壁片。

这层微纤丝稠密，且相互紧密靠拢，具高度平行性，螺旋单一取向，绕角较陡，微纤丝与细胞纵横夹角较小，约10°-30°。

第四章第1讲习题作业1. 形成层由哪些细胞组成？2. 木材细胞的形成和胞壁增厚过程？3. 组成木材细胞壁的基本单位是什么？4.什么是微纤丝、纤维素的结晶区？5. 简述木材细胞壁的各级纤丝状单元。

6. 形成层有哪两种原始细胞？7. 纺锤形原始细胞与射线原始细胞的区别？习题解答1.形成层由哪些细胞组成？形成层由形成层细胞、纺锤状原始细胞、射线原始细胞组成。

形成层细胞是高度液泡化的，它是由纺锤状原始细胞和射线原始细胞组成。

纺锤状原始细胞，它的长轴与树干的主轴是平行的，长比宽大很多倍，两端尖削，在弦切面呈纺锤状。

它的职能是分生木质部和韧皮部一切纵向细胞的来源。

例如管胞，树脂管胞，索状管胞，环管管胞，导管状管胞，纤维状管胞，分隔纤维管胞，分隔木纤维，韧型木纤维，胶质木纤维，导管分子，串生薄壁细胞，纺锤形薄壁细胞，伴生薄壁细胞等。

射线原始细胞，它是径向排列的细胞带，由很多原始细胞组成的集合体。

这类细胞的职能是分生木质部和韧皮部一切径向细胞的来源。

例如韧皮射线细胞，木射线细胞，射线管胞等。

2.木材细胞的形成和胞壁增厚过程？木材细胞的形成和胞壁增厚主要包括两个过程：（1）木质部子细胞的形体扩大阶段。

在这一阶段木质部子细胞经由形成层原始细胞分生出后，即进入细胞形体的扩大阶段，细胞形体的扩大主要表现为细胞尺寸增大，一般为直径增加和长度伸长；（2）木质部子细胞的胞壁增厚阶段。

新细胞在完成或接近完成体型增大后，还需要进入胞壁增厚阶段，原生质逐渐转化成为胞壁物质并添加在细胞壁上，当木材中厚细胞的原生质全部转化为细胞壁时，胞壁增厚阶段即告结束，同时也意味着单个细胞的生命活动停止。

3.组成木材细胞壁的基本单位是什么？木材细胞壁是由纤维素分子组成的纤丝系统，由微团组成扁平的丝带状，称之为微纤丝。

微纤丝是组成木材细胞壁的基本单位，也是壁层结构形成的根本原因。

关于微纤丝的直径大小，至今还没有一致的意见，五十年代估计为400-500埃，六十年代中期报导为35埃，六十年代后期到七十年代初期以至八十年代，由于电子显微镜分辩力的提高，微纤丝的直径也相应的变小，认为只有17埃，称为原纤丝，或叫基本纤丝。