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竹材构造

竹材内部的细微特征、细胞排列及组成成分。构造特点影响竹材的物理、化学及力学性质,对竹材干燥、防护和溶液渗透,以及竹材切削、篾编、胶合、压缩等加工技术都有很大关系,同时在竹类分类上亦有重要意义。竹材构造分宏观、微观及超微3种。竹材宏观构造在肉眼或扩大镜下所见到的竹材特征。包括竹青、竹肉、竹黄。

竹材内部的细微特征、细胞排列及组成成分。构造特点影响竹材的物理、化学及力学性质,对竹材干燥、防护和溶液渗透,以及竹材切削、篾编、胶合、压缩等加工技术都有很大关系,同时在竹类分类上亦有重要意义。竹材构造分宏观、微观及超微3种。

竹材宏观构造

在肉眼或扩大镜下所见到的竹材特征。包括竹青、竹肉、竹黄。竹青是竹壁的外侧部分,组织紧密,质地坚韧,表面光滑,覆有蜡层,绿色或黄色,有的竹种还具条纹及斑点(如黄金间碧玉竹及斑竹);竹黄在竹壁内侧,组织疏松,质地脆弱,呈黄色;竹肉位于竹青及竹黄之间,由维管束及基本组织构成。竹壁维管束颜色较深,在横切面上呈麻点状,纵切面呈丝状或线状、平行排列;通过竹节时出现弯曲、分枝、联结,并形成节隔维管束。竹壁外侧维管束小而密,基本组织数量少;内侧维管束大而稀,基本组织数量多。竹材密度及力学强度是竹壁外侧大于内侧。

竹材微观构造

在显微镜下见到的竹材特征。竹材节间构造自外至内分表皮层、皮下层、皮层、基本组织、维管束、髓环及髓(见图)。

毛竹竹秆横断面图

表皮层

竹壁最外的一层细胞,由长形细胞、栓质细胞、硅质细胞及气孔器构成。长形细胞数量最多,呈长方柱形,纵行排列整齐。栓质细胞和硅质细胞形状短小,常成对结合,散生于长形细胞行列之中。每平方毫米竹秆表皮上有数个至十几个气孔。

皮下层

由一至二层小形柱状细胞构成,胞壁较厚。丛生竹皮下层胞壁较薄,和皮层细胞无明显区别。

皮层

由数层至十几层细胞构成,比皮下层细胞稍大。皮层宽窄因竹种及竹秆部位不同而有差异。大秆竹种皮层细胞列数多于小秆竹种。同一竹种竹秆,基部皮层细胞列数多于梢部。如毛竹竹秆基部皮层细胞为10~12列,中部为5~6列,上部为2~3列。幼嫩竹秆皮层细胞含叶绿体,故秆面呈绿色。

基本组织

为一些多角形薄壁细胞,胞壁随竹秆年龄增大而逐渐加厚,具单纹孔。细胞大小不一,一般长度50~300微米,直径30~60微米。

维管束

散生于基本组织中,其大小和密度与竹秆部位、竹秆粗度及竹种有关。维管束横断面积一般为0.1~0.5平方毫米,每平方毫米竹材约有5~7个维管束。同一竹秆自下而上、自内而外,维管束横断面积逐渐减小,密度逐渐增大。同一竹种秆粗的维管束密度比秆细的小。维管束由韧皮部、木质部及其四周的纤维群所构成。韧皮中有筛管、伴胞及小形薄壁细胞。木质部有木质化的导管及木薄壁细胞。导管为环纹、螺纹、网纹或梯纹型,一般长度300~1200微米,直径15~200微米。纤维的大小和含量与竹秆部位和竹种有关。多数竹种纤维长2.1~2.7毫米,宽14~19微米,长宽比为119~172。竹秆纤维,在竹秆中段最长最粗,下段次之,上段最短最细;在竹壁中部最长最粗,内部次之,外部最短最细。纤维的长宽比,在竹秆上段最大,向下逐渐减小;在竹壁外部最大,向内逐渐减小。

髓环(竹黄主要成分)

为数层及十数层横向整齐排列的砖形细胞。胞壁木化增厚或较薄,与髓细胞无明显区别(如孝顺竹、御江箬竹)。

为一些大形薄壁细胞,一般成膜状(竹衣、笛膜),有的成片状(如短穗竹)或海绵状(如矢竹、绿竹)。髓破坏后留下的空隙即竹秆中空部分称为髓腔。

不同竹种竹材上述各种组织的组成比例不同,33种竹种竹材的平均值为:纤维40.8%,导管6.1%,筛管及薄壁组织52.8%。散生竹与丛生竹在竹材构造上,有明显的区别。散生竹竹材的皮下层和皮层细胞的形状差异显著,基本组织细胞较粗而长,维管束中的纤维群没有被薄壁组织分隔的现象,原生木质部多为薄壁组织所填充。丛生竹竹材的皮下层和皮层细胞无显著区别,基本组织细胞短而细,维管束纤维群常有被薄壁组织分隔的现象,原生木质部皆成空腔,没有填充物。

竹材超微构造

一般光学显微镜不能观察到的竹材细胞壁的精细结构。只有借助电子显微镜和X射线衍射分析等方法才能对它进行观察研究。竹材细胞壁的主要成分为纤维素半纤维素(杂多糖)和木质素。这三种物质紧密相连存在于一个系统中,纤维素是骨架,木质素是结壳物,半纤维素是连接纤维素木质素的物质。竹材细胞壁中的纤维素,它的基本组成是一些长短不等的链状纤维素分子,这些分子链有规则地聚集在一起称为微团,由微团组成为一种丝状微团系统,即微纤丝,进而聚集成不同等级的纤丝。由纤丝组成了细胞壁层。目前只能观察到微纤丝的排列情况。竹秆各种细胞超微结构的共同特征是初生壁上微纤丝排列稀疏,交错成网状,此层很薄,相邻两细胞的初生壁与胞间层紧密相连成复合胞间层。次生壁呈宽窄交替的多层结构,宽层中微纤丝排列与细胞轴向近于平行,而窄层中微纤丝的排列近于垂直。各种细胞的特征如下:

纤维

存在于维管束鞘中,其细胞壁呈现宽窄交替的多层厚壁状,紧连初生壁的第一层次生壁其微纤丝走向与细胞轴成50°,从外层向内层各宽层中微纤丝排列由陡向斜,大致从2°~5°到10°~20°;与此相反,各窄层中微纤丝排列几乎是平行的,与细胞轴约成85°~90°。不存在典型的三生壁。某些竹种细胞内壁上有瘤层。在纵向壁上纹孔稀少,纹孔膜呈交错的网状结构。

薄壁细胞

围绕维管束的基本组织,由垂直伸长和近似正方体的两种薄壁细胞所组成。长薄壁细胞的次生壁具有宽窄交替的多层结构,层数多至15个。宽层(约0.2微米)微纤丝排列略呈弓形,埋于窄层(约0.04微米)中而呈鱼骨状。短的薄壁细胞为非木质化细胞。两种薄壁细胞均有瘤层。

导管分子

它们的次生壁由两个不同部分的环状组成:一个宽约0.2微米,微纤丝排列成平螺旋状,与细胞轴约成90°~95°;另一个宽约2.2微米,微纤丝排列成30°~90°。部分竹种有瘤层。细胞纵向壁上有大量的具缘纹孔,纹孔膜结构均匀,微纤丝排列成交错的网状结构。

筛管分子

筛管上的微纤丝围绕着细胞中心平行排列,且垂直于细胞轴。

纤维细胞壁的多层结构与木质化的多层薄壁细胞壁的结合,使竹秆具有很高的抗拉与抗弯强度。宽窄层微纤丝的交替排列对消除各向异性有利。

木材构造木材细胞壁构造