竹子的开发与利用

2026/1/14 4:06:29

第二阶段秆茎的材质达最高水平,并稳定。一般认为,第三阶段秆茎的材质有下降趋势。 竹材和木材在生成上的差异(高生长-1 )

竹材:高生长时间短,在2-4个月内完成; 主要依靠居间分生组织;

秆茎上、下的高生长虽起始有早、晚,结束有先、后,但可认为居间分生组织在全生长范围内均有作用。

竹材和木材在生成上的差异(高生长-2 ) 木材:在树木全生活期均有高生长,且随树龄逐渐减慢;树木的高生长主要依靠茎端的原始分生组织;树径在次生生长部位不会产生高生长。 竹材和木材在生成上的差异(直径生长-1 )

竹材:居间分生组织在竹笋-幼竹高生长期,秆径略有加粗,竹壁也稍有增厚;在高生长完成后,秆径不再增大。

竹材和木材在生成上的差异(直径生长-2 )

木材:树木的直径生长是形成层造成;在树木的生活期中均有直径生长

第二节 竹材构成的概念

构成和结构:

竹材的构成和结构,在涵义上是有差别的。材料的构成是指这种材料是由何种物质构成的,这是从化学成分上去认识的,称为材料的化学组成。其内容包括材料组成中的化学成分及其数量比;材料的结构是指这些物质在不同放大倍次视觉下的材料构成形态,这是人们从视觉上的形态去认识它的物理构成,称为材料的结构。竹材不同层次的结构。竹材结构是其在各种放大倍次观察下的形态。用肉眼或放大镜所观察到的构造特征,称为宏观构造特征,是竹材各种构成组织的形态;借助干光学显微镜能观察到的构造,为显微构造特征,倍次最高约为1600倍,主要是结构的细胞形态;应用x射线和电子显微镜显示竹材细胞壁在更高倍次下的结构,为超微结构。

竹材切片配合能使木质素着色染色剂,尚能观察出竹材在秆茎生长中的木质化进程。显微镜有普通光,紫外光、偏振光等,它们各适用于竹材研究的不同目的。紫外光可用干在特殊染色下定性测定竹材术质化程度,偏振光可观察出纤维细胞璧的层次结构。

一些研究在6.5,8、12倍下,观察不同竹种的维管束形态,获得了有较高学术价值的规律性结果。可看出,不同放大倍数层次在竹材结构研究都具不可缺少的作用,需充分发挥它们的综合效果。

第三节 竹材的宏观结构

竹材的宏观结构、是秆茎竹壁在肉眼和放大镜下的构成。竹壁横切面上,有许多呈深色的菱形斑点;纵面上它呈顺纹股状组织,用刀剔镊拉,可使它分离。这就是竹材构成中的维管束。 竹壁在宏观下由三部分构成,即竹皮、竹肉和髓环组织(髓环和髓)。竹皮是竹壁横切面上见不着维管束的最外侧部分。 髓外组织是竹壁接竹腔的部分,也不含维管束。竹肉是竹皮和髓外组织之问的部分,在横切面上有维管束分布,维管束之间是基本组织。

竹壁内维管束的分布,从外向内由密变疏。俗称竹青,即维管束数量多的外侧部分:竹黄,即维管束少的内侧部分。

第四节 竹材的细胞构成

细胞和组织:

竹材由细胞组成。细胞是显微镜下构成竹材的基本形态单位。 材料构成研究的层次随应用的手段而不同。竹材结构特点和竹种间的结构差异都表现在竹材的显微结构层次上,而超显微结构层次却更多呈现竹材结构的共性。它们对工业利用竹材研究各有不同的作用。

竹材是上等质佳的造纸原材料。纤维是竹材构成中的细胞。由此可见,细胞只是竹材构成

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阶次中的一层单位,但它在竹材研究中的学术意义最重耍。

竹类植物对环境有高度的适应性,在秆茎上有许多生理功能和形态、构造不同的细胞群。这种功能相同、形态构造相似的细胞群就是构成竹材的组织。宏观下见到的点状维管束,即为竹材结构中的组织。 竹材构成中的组织种类

在竹材细胞结构研究中,了解构成竹材的组织种类和它们在竹壁中的部位有重要意义。毛竹秆茎组织包括表层系统(表皮、皮下层、皮层)、基本系统(基本组织、髓环和髓)和维管组织。表层系统是竹皮,传于秆茎的最外方。髓环和髓位丁最内侧。它们形成竹(秆)壁中的内、外夹壁,把基本组织和维管束系统紧夹其间。维管束散布在竹壁的基本组织之中,在横切面上略呈4瓣“梅花形” 。

在显微镜下最易察觉的维管束特征是有一对外观像眼睛一样形状的孔状细胞,这就是维管束内的后生木质部。观察中将二孔放置在水平方向,而后可看出其上、下、中有一方为完整的网眼状,而另一方呈破碎,或有1中孔,或有2中孔。其网眼状范围为韧皮部,而呈破碎、或1、2中孔处为其原生木质部。按它们在秆壁中的方位,韧皮部应向外侧,原生木质部在内侧。

竹材维管束四周是纤维鞘,向秆壁外侧的为外方纤维帽,向髓腔方向的为内方纤维帽,位于维管束两侧的为侧方纤维帽。以上为散生竹秆壁中维管束构成状况。丛生竹与散生竹维管束的结构不同,丛生竹维管束的内方或内、外两方还增添有一个或两个分离的纤维股。即丛生竹的维管束由中心维管束和纤维股两部分构成 。竹材维管束中的韧皮部,其结构相当于针、阔叶树的树皮部分;维管束中的原生木质部和后生木质部的总和,相当于针、阔叶树的木材部分。这样,一个维管束的结构就相当于一株树茎。但竹材维管束内没有形成层,所以竹材在完成高生长后也就不存在直径生长。竹材和木材的另一点不同处是,竹材中没有横向的射线组织。 竹材的细胞结构 1.表层系统 (1)表皮层系统:

表皮层是竹壁最外面的一层细胞,由长形细胞、栓质细胞及硅质细胞和气孔器构成。长形细胞占大部分表面积,顺纹平行排列;栓质细胞和硅质细胞形状短小,常成对结合,插生于长形细胞的纵行列之中。 栓质细胞略成梯状(六面体),小头向外;硅质细胞近于三角状(六面体或五面体),顶角朝内,含硅质。表皮层细胞的横切面多呈正方形或长方形,排列紧密,没有缝隙,外壁通常增厚。表皮上穿插着许多小孔,为气孔。 (2)皮下层:

紧接表皮层之下的是皮下层细胞。细胞成为柱状,纵向排列,横切面成为方形或矩形;一般的细胞壁稍厚或很厚;多为1层细胞构成,也有由2层构成的。个别竹种,该层细胞横切面上的长向平行于径向。 (3)皮层:

位于皮下层以内,是无维管束分布的部分,细胞亦呈柱状,纵向排列;横切面椭圆形或矩形,其形状较皮下层细胞大。有些竹种,皮层与皮下层细胞并无显著区别。 2.基本系统

(1)基本组织:

为薄壁组织,主要分布在维管束系统之间,其作用相当于填充物,是竹材构成中的基本部分,故称基本组织。基本组织细胞一般较大,大多数胞壁较薄,横切面上多近于呈圆形,具明显的细胞间隙。纵壁上的草纹孔多于横壁。依据纵切面的形态,可区分为长形的和近于正方形的短细胞两种,但以长形细胞为主,短细胞散布于长细胞之间。

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长形细胞的特征是胞壁有多层结构,在笋生长的早期阶段已木质化,其胞壁中的木素含量高,胞壁上并出现瘤层。短细胞的特点是胞壁薄,具稠浓的细胞质和明显的细胞核,即使在成熟秆茎中也不木质化。目前,对这两种形态的薄壁细胞的生理机能尚未透彻了解。阔叶树薄壁细胞的胞壁是纯纤维素,不具瘤层。这两者可能有联系,即木质化过程是瘤层发展的先决条件。

1~2年生竹材长形薄壁细胞中的淀粉含量丰富,而生长不到1年的幼竹中几乎没有,在数年以上的老竹内也不存在。但短细胞中不含淀粉,即使它们的薄壁增厚也同样。 (2)髓环:

位于髓腔竹膜的外围。它的细胞形态与基本组织不同,呈横卧短柱状,如同烟囱内壁的砌砖。其胞壁随竹龄加厚,或发展为石细胞。

石细胞一般由薄壁组织细胞形成。最初由于它们有较大的细胞核而与邻近的细胞相区别。随后这些细胞生长非常迅速,并且可产生分枝伸入附近细胞间隙,细胞壁表面的任何部分都参与了这种生长。当石细胞成熟时,次生壁沉积,并且后来可以变得很厚。形成石细胞的主要变化发生在次生壁。这种壁的增厚过程有它的独特性。因此,最高往往形成与周围薄壁组织不同的形态。 (3)髓:

一般由大型薄壁细胞组成。髓组织破坏后留下的问隔,即竹秆的髓腔。髓呈一层半透明的薄膜粘附在秆腔内壁周围,俗称竹衣,但也有含髓的实心竹。 3.维管系统

竹类植物的维管系统,主要由向上输导水分和无机盐的木质部与向下输导光合作用产物的韧皮部组成。

竹类植物维管束内的木质部有原生木质部和后生木质部的区分。原生木质部分化生成在前,而后生木质部在后。后生木质部的成熟,大部分是在秆茎高生长停止以后,而原生木质部的生成却在高生长之中。

这样,后生木质部比原生木质部较少受到周围组织的伸长的影响。这两部分虽有一些区剐特征,但它们呈现较强的中间过渡,因此常很难清楚地划分出两者的界线。

原生木质部在秆茎高生长受拉伸中部分有损伤,后生木质部在秆茎高生长完成后,材质成熟阶段中仍继续保持作用。

初生韧皮部和初生木质部在位置上相对,初生韧皮部在外,初生木质部在内。从形成上也可分为原生韧皮部和后生韧皮部。原生韧皮部是在竹子秆茎各部分正在伸长时成熟的,其构成的细胞披拉紧,失去了原有的作用,最后它们完全消失掉。所以,竹材文献中,对竹材维管束韧皮部的构成,常不区分原生和后生,而统称韧皮部,实际为后生韧皮部。后生韧皮部分化较晚,在竹类植物生命期中一直维持输导作用。竹类植物维管束的外方为初生韧皮部,内方为初生木质部。

(1)初生木质部:包括原生木质部和后生木质部,其总轮廓大体成“V”字形。本质部的特征细胞是导管。导管是由一连串轴向细胞末端和末端相连而成的管状组织。构成导管的单个细胞是导管分子。导管末端壁是以无隔膜的孔洞相通。竹材和木材一样,只有导管具有这种状况。木材横切面上导管分子的截面为孔状,为管孔。竹材在宏观下没有管孔这个提法,是因它受基本组织掩盖而无法观察到。

原生木质部位于“V”字形的基部,它含环纹导管和螺纹导管。环纹导管直径比较小,在导管壁上每隔一定距离,有环状增厚部分。螺纹导管直径比环纹导管稍大,导管壁上的增厚部分呈螺旋状。原生木质部导管常因不能适应快速纵向扩张而破裂形成空腔。留下可见者多为环纹导管。

“V”字形的两臂各为一个大型的导管,即为后生木质部。它的导管壁全部增厚,仅留

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下具丝纹孔没有加厚。其纹孔类型有对列或互列(纹孔导管);梯纹——导管璧上的增厚部分成横条突出,与末端增厚部分间隔,呈梯状(梯纹导管);导管壁上的增厚部分交错连接成网状,“网眼”为未增厚的部分(网纹导管)。

原生木质部的环纹导管和螺纹导管是胞壁未全面增厚的形态,而后生木质部的梯纹或网状导管均为全面增厚的纹孔状态。后生木质部导管一般是单穿孔,其水平或稍斜的边缘。少数竹种有梯状穿孔或网状穿孔。在维管束弯曲的节间处能发现新类型的穿孔。在导管的周围,充满了薄壁组织或厚壁组织。 (2)初生韧皮部:

位于木质部的外方,它的特征性细胞是筛管和伴胞。筛管是由许多细胞构成的纵行管状组织,每一细胞称为一筛状分子,在它的端壁或近端壁上形成了筛板。筛板上有许多小穿孔,是筛孔。韧皮部含筛管数个至数十个。 秆茎筛管中一直未见淀粉粒,甚至在晚期阶段也如此。观察到液泡,它使细胞质扩展到周围。筛管在秆茎全生命过程中都具机能,这与阔叶树不同,在老化期间的变化是有特别意义的。有时筛管出现受拟侵填体状凸出物堵塞,伴胞胞壁增厚,它们都失去作用。筛管分子旁边往往紧贴着一个或几个和它相伴的长形薄壁细胞,即伴胞。它们在整个生命期中都有细胞质结构,伴胞和筛管在生理上具有十分密切的相互依存关系。

(3)薄壁细胞:

初生木质部和初生韧皮部除外侧有纤维部分外,全都被木质化的薄壁细胞所包围。维管束之内的薄壁细胞通常小于基本组织的那些薄壁细胞,并在胞壁上具有较多的单纹孔。 (4)竹材纤维:

是竹材结构中的一类特殊细胞。其形态特点是形长、两端尖。竹材中纤维通常壁厚随竹龄逐增。胞壁上有少数小而圆的单纹孔,属韧性纤维。其平均长度约在1.5~4.5毫米,长宽比大,是纸浆工业的适宜原材料。

第五节 竹材细胞壁

竹材作为工程结构材料,决定其强度的重要因子是它的细胞壁物质量,基本密度是标 物质量。而另有一些物理性能即与胞壁的构成方式有关。

竹材纤维细胞壁的模式结构

Wai,N. N等(1985)发现竹材纤维易打浆,其纤维壁层在打浆中有分离,并且竹材纤维擘向外膨胀。这些都与木材纤维的性状不同。文中对竹材纤维细胞壁的层状结构进行了明确描述以透射电子显微镜对3年刺竹Bamboo polymorpha进行观察。发现竹材纤维细胞壁为厚、薄多层交替的结构。但纤维股和纤维鞘中的纤维在层数上有差别。 纤维股纤维的细胞壁由3~4厚层,各厚层之间为薄层,而纤维鞘通常仅有l或2薄层。纤维鞘纤维的木质化程度比纤维股高。纤维股和纤维鞘细胞壁内的薄层木质化程度比厚层高。 纤维股和纤维鞘纤维的次生壁有一薄外层,其微纤丝与纤维轴方向间的角度为30°或以下,一般约20°。在竹材纤维构造模式中,将最外层以符号0标注。最外层之内,厚、薄层交替、同心、按序交替相联。次生壁的最内层是厚层。 厚层微纤丝方向近于与纤维轴一致,纤丝角约3°~10°。厚层的厚度不是一致的。所以,应以微纤丝角度作为厚层的标志性状,而不是用其厚度。

Paramcswaran和Liese(1976)报告,连续向内厚层的序列间,微纤丝角度稍有增加。但在刺竹中,未观察到这一现象。O层和L1层微纤丝方向相反。薄层微纤丝角度30°~90°,大多数为30°~45°,方向与其内、外厚层相反。Parameswaran和Liese(1976)报告,薄层微纤丝方向近于水平。

薄层内、外有两个过渡带。N表示薄层,t是过渡带。过渡带中,微纤丝方向变得较陡。 纤维鞘和纤维股的纤维次生构成的层数有差别,但基本结构相同。竹材和木材纤维胞壁最外

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