当前课程知识点：植物纤维化学 > 第一章植物纤维的生物结构和细胞形态 > 1.4 非木材原料的宏观与显微结构 > 1.4 非木材原料的宏观与显微结构
第四节 非木材原料的宏观与显微结构
同学们好
在之前的课程中我们已经学习了木材的宏观与微观结构
非木材原料主要包括禾本科原料、韧皮纤维、籽毛类及叶部纤维等
我国是一个农业大国，每年农业生产过程中产生大量的农业秸秆
可作为制浆造纸原料
据统计，每年的秸秆总量约7亿吨
同时，我国幅员辽阔，温湿度跨度大
适应各种非木材野生植物纤维原料的生长
在我国生产的纸浆中，很大一部分是使用非木材原料
特别是禾本科原料生产的
禾本科原料的生物结构、纤维形态与木材原料有着许多不同
这节课，我们就重点学习禾本科原料生物结构与细胞形态
一 禾本科原料的宏观构造
禾本科茎秆的构造比阔叶材简单，一般只有初生结构
如图所示，任何一个禾秆都是由若干个节所组成的
每个节又是由节部和节间构成
两者通过生长带来联系的
由于生长带由薄壁细胞组成，因此强度很差，禾秆易折断
禾秆的结构可分为两类
第一类如小麦、芦苇、稻草、毛竹等，维管束呈管状排列
茎中央中空形成髓腔
第二类如甘蔗、芒秆、玉米秸秆、高粱秆等，维管束是分散的
两类原料的维管束结构相似
左图是小麦秆横切面，右图是玉米秸秆横切面图
上图是维管束实心型分散状的麦秆；下图是空心型管状排列的菝葜
在禾本科原料的横切面上可以观察到以下结构特征
1. 皮层
禾秆的最外层是皮层、由表皮细胞和皮下的纤维层构成
皮下纤维层是禾本科原料造纸纤维的来源之一
皮下纤维层的纤维直径较小、长度较短
芦苇、竹子横切面靠外围的纤维层比较发达，强度高
2. 维管束
横切面上可以看到维管束是由外围的纤维
及中央存在的导管、筛管和伴胞所组成
维管束散生在基本组织中，靠近外围的维管束较小，但分布的密度大
内侧维管束较大，但分布密度相对较小
3. 基本组织
除皮层及维管束外，其余部分均为薄壁细胞组织
由于薄壁细胞的长度较短、粘接、交接能力差
大量的薄壁细胞对制浆造纸生产及产品质量
废液回收等方面均有不良影响
这是禾本科原料的特点和缺点
通过备料及对纸浆的筛选，降低浆中薄壁细胞的含量
是改善草质量的一项有效措施
这张图是竹子的横切面构造，可以看到维管束呈分散状排列
这张图片是染色的竹子横切面显微构造
可以看到在外围维管束较小，靠近腔一侧维管束较大
进一步放大，观察维管束，类似骷髅头或者鬼脸
维管束能够为禾本科原料提供另一大纤维的来源
有时候人们也把维管束纤维称为鬼脸纤维
二 禾本科纤维原料的显微构造
禾本科纤维原料的细胞组成比较复杂，主要包括
1. 纤维细胞
纤维细胞是禾本科植物纤维原料的最主要细胞
是禾秆的支撑组织，但纤维含量低，仅占原料的40~70%
其中竹子的纤维含量较高，但高粱秆、玉米秆的纤维含量很低
禾本科原料的纤维较短，除竹子外
平均长度一般在1 mm 宽度一般小于20 μm
2. 薄壁细胞
薄壁细胞又称为基本组织
是禾本科原料中除纤维细胞以外的另一类主要细胞
薄壁细胞在植物生长过程中起储存营养的作用
薄壁细胞通常有方形、圆形、枕形、棒形等各种形状
其细胞腔大而壁薄，吸水量为自身质量的15倍
远超纤维细胞的3倍，因而制浆蒸煮时需要加大药液量，液比较大
在造纸阶段由于薄壁细胞长度很短
主要以碎片的形式存在于纸浆中，这会降低浆料的滤水性
抄纸时容易发生粘辊，使纸页端头，使纸页物理强度下降
因此，原料的薄壁细胞含量越高，其制浆造纸的价值就越低
而薄壁细胞含量高，是禾本科原料的一大特点
3. 表皮细胞
禾本科的表皮细胞，位于叶子和禾秆的外表面
作用是保护植株的内部器官
表皮细胞由长细胞和短细胞组成
长细胞的端面多呈锯齿形
而短细胞分为硅细胞和栓质细胞，比重较大
右图上可以看到长细胞上的气孔
在碱法制浆中，硅细胞被碱溶解，使废液中硅酸钠的含量增加
导致黑液粘度较高，降低了洗浆效率，从而导致碱回收的硅干扰危害
在酸法制浆中，表皮细胞成片存在于纸浆中形成纸病
4. 导管
导管是禾本科植物的输导组织
禾本科原料的导管细胞含量高，其直径比纤维细胞大很多
并有环状、螺旋状、梯形和网纹等形式，分为原生导管和后生导管两种类型
5. 筛管、伴胞
筛管和伴胞在发育时来源于同一个母细胞
筛管、伴胞直径很小，且壁上多孔
它们将植物光合作用的产物自上而下输送到植株的各个有关部位中
这两种细胞的强度差，在纸页干燥过程中会被破坏
6. 石细胞
石细胞是非常小的厚壁细胞，一般呈球形、椭圆形或多角形等
石细胞常常发生木质化、栓质化或角质化
分布在多种植物的茎、叶果实和种子中
在竹类植物中含量较大
石细胞在纸浆的洗涤和净化阶段容易除去
在禾本科植物中，薄壁细胞、表皮细胞、导管
筛管、伴胞、石细胞都是杂细胞
小结
这节课我们重点学习了禾本科原料的生物结构与细胞类型
请同学们对比木材原料来理解和掌握其特点
下节课我们将学习纤维细胞壁超微结构
欢迎大家继续关注我们的课程
-绪论
--绪论
-讨论
-1.1 植物纤维原料形成与分类
-1.1 植物纤维原料形成与分类--作业
-1.2 木材的宏观结构
--木材的宏观结构
-1.2 木材的宏观结构
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造
-1.3 针叶材与阔叶材的显微构造--作业
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构
-1.4 非木材原料的宏观与显微结构--作业
-1.5 纤维细胞壁超微结构
-1.5 纤维细胞壁超微结构--作业
-1.6 纤维形态学因素
-1.6 纤维形态学因素--作业
-讨论
-图文
-课程思政--中国文化自信案例1
--纸的故事（一）
-本章总结
-2.1 植物纤维原料的化学组成
-2.1 植物纤维原料的化学组成--作业
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响
-2.2 与纤维素相关的概念及化学组成对制浆造纸的影响--作业
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成
-2.3 常用植物纤维原料的化学组成--作业
-讨论
-图文
-本章总结
-3.1水分存在形式
-3.1水分存在形式--作业
-3.2 水分对木材的影响
-3.2 水分对木材的影响--作业
-讨论
-图文
-课程思政——木材水分与干缩湿胀实例
-本章总结
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质
-4.1木材提取物的定义、分类、结构和性质--作业
-4.2 芳香族化合物
-4.2 芳香族化合物--作业
-4.3 脂肪族化合物和无机物
-4.3 脂肪族化合物和无机物--作业
-4.4 提取物的分布、提取和分离
-4.4 提取物的分布、提取和分离--作业
-4.5 提取物对加工利用的影响
-4.5 提取物对加工利用的影响--作业
-讨论
-课程思政——提取物的高效利用实现绿水青山就是金山银山
--松脂采集
--松脂加工利用案例
-本章总结
-5.1糖化学基础
-5.1糖化学基础--作业
-5.2纤维素的存在、结构、性质
-5.2纤维素的存在、结构、性质--作业
-5.3纤维素物理结构
-5.3纤维素物理结构--作业
-5.4纤维素晶体结构
-5.4纤维素晶体结构--作业
-5.5纤维素结晶度及测定方法
-5.5纤维素结晶度及测定方法--作业
-5.6 纤维素润胀、溶解
-5.6 纤维素润胀、溶解--作业
-5.7 纤维素双电层及热解
-5.7 纤维素双电层及热解--作业
-5.8 纤维素酸水解和碱降解
-5.8 纤维素酸水解和碱降解--作业
-5.9 纤维素的氧化
-5.9 纤维素的氧化--作业
-5.10 纤维素酶降解
-5.10 纤维素酶降解--作业
-5.11纤维素酯化
-5.11纤维素酯化--作业
-5.12 纤维素醚化
-5.12 纤维素醚化--作业
-5.13纤维素接枝共聚与交联
-5.13纤维素接枝共聚与交联--作业
-5.14纤维素物理改性
-5.14纤维素物理改性--作业
-5.15细菌纤维素
-5.15细菌纤维素--作业
-讨论1
-讨论2
-图文
-拓展学习资料
--纸张结构
--纤维角质化定义
--纤维角质化机理
-课程思政--文化自信案例2（中国古名纸）
-课程思政——国家能源战略：生物质能源
-课程思政——文化自信案例3（纤维素与纺织）
-本章总结
-思维导图
-6.1半纤维素的命名、存在
-6.1半纤维素的命名、存在--作业
-6.2半纤维素提取
-6.2半纤维素提取--作业
-6.3半纤维素分离及糖基测定
-6.3半纤维素分离及糖基测定--作业
-6.4半纤维素的化学性质
-6.4半纤维素的化学性质--作业
-6.5半纤维素与纸张的关系
-6.5半纤维素与纸张的关系--作业
-6.6半纤维素利用
-6.6半纤维素利用--作业
-讨论
-图文
-拓展学习-功能性低聚糖
--功能性低聚糖
--常见功能性低聚糖
--木糖醇的食用
-本章总结
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.1 绪论-木素的研究现状
-7.2 木素的存在及其生物合成
-7.2 木素的存在及其生物合成--作业
-7.3 木素概念及化学结构
-7.3 木素概念及化学结构
-7.4 木素的分离
-7.4 木素的分离--作业
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.5 木素碳水化合物复合体
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.6 木素化学结构的研究方法
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.7 木素的紫外及红外光谱
-7.8 木素的显色反应
-7.8 木素的显色反应
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.9 木素化学结构与化学反应的关系
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.10 木素的亲核反应1-氢氧化钠脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.11 木素的亲核反应2-硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.12 木素的亲核反应3-亚硫酸盐法脱木素
-7.13 木素的亲电反应
-7.13 木素的亲电反应
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.14 木素的物理性质及特性
-7.15 木素的利用
-7.15 木素的利用
-讨论1
-讨论2
-图文
-植物纤维化学实验资料
--植物纤维化学实验
-课程思政——文化自信案例3：中国造纸技术的贡献
-本章总结
-考试
