三倍体毛白杨纤维形态及木素的微区分布

三倍体毛白杨属于杨柳科(Salicaceae)、杨属(Populus)白杨派(Section leuce)树种,它是采用细胞染色现代高新技术,对普通毛白杨的遗传基因进行优化组合,成功培育出来的一种全新的杨木新品种-三倍体毛白杨.三倍体毛白杨耐候性好,适应性强,生长速度快,5年即可成材.一般树高均达到 15m左右,胸径为150～300mm,与10年生长的普通毛白杨生长量相当.三倍体毛白杨选育的成功,不但对生态环境境、森林植被具有重要的经济效益,而且有助于改善我国北方造纸业的纤维原料资源状况.为了进一步了解三倍体毛白杨的纤维形态和制浆性能,本文不同地区种植的三倍体毛白杨木材密度、纤维形态、化学成分等指标进行了详细地分析测定,并对其微纤维走向及木素的微区分布做了深入的研究.研究结果表明:三倍体毛白杨木质部由心材及边材两部分组成,其材质较白,白度约为50%左右,而且具有纤维较长、长宽比较大、纤维素含量高和木素含量低的优点,这些优点对制浆造纸都极其有利.纤维形态主要由四种细胞组成,即纤维、导管、木射线细胞及木薄壁细胞.纤维有韧性木纤维和木纤维两种,前者纤维壁上有横节纹,后者没有横节纹而有少量直径很小的纹孔.导管由导管分子组成,导管分子两端开口为单穿孔,并有舌状尾部,细胞壁较薄,壁上有两种类型的纹孔,与导管连接部分的纹孔为具缘纹孔,数量较多,通常分布在导管壁上的某一部位,导管与木射线相连部位的纹孔为单纹孔,孔径较大,数量少,通常一组一组的横向排列;木射线细胞及木薄壁细胞二者都沿径向排列,木射线细胞有少部分边缘有细小的齿状,木薄壁细胞体积短小,壁上有纹孔.从木材横切面上测量各种细胞所占的面积百分比,近似于树干中各种细胞的体积百分比,其结果约为:纤维细胞占70%,导管占20%,木射线细胞以及木薄壁细胞占10%.三倍体毛白杨纤维细胞壁是由胞间层(ML)、初生壁(P)及次生壁外层、中层、内层(S1、S2、S3)组成.其微纤维的走向,P层为网状结构.S1层为交叉螺旋形,与纤维轴的交角约为80°左右.S2层为平行螺旋状,与纤维轴的交角为30～45°.在打浆过程中,初生壁及次生壁外层容易成片状剥落,但S2层由于微纤维角度较大,不容易分丝帚化.S2层是细胞壁的主要组成部分,约占整个壁层体积的70%.根据高锰酸钾对木素有比较专一的反应性能,采用扫描电子显微镜与X-射线能谱仪(SEM/EDXA)技术研究三倍体毛白杨木素的微区分布.结果表明:三倍体毛白杨纤维细胞、导管分子、木薄壁细胞及木射线细胞各形态区,木素密度都是细胞角隅区(CC)最高,胞间层(CL)次之,S2层密度小.这与一般木材的木素微区分布规律是相符的.以S2层的木素密度为1,分别计算出细胞角隅区、胞间层和S2层木素的密度比为CC:CL:S2=1.7:1.3:1左右.结合纤维细胞壁的观察结果,纤维细胞次生壁S2层的厚度占了细胞壁总厚度的近80%,故S2层的木素浓度虽然较低,其含量在纤维细胞中仍然是最大的.研究中还发现:三倍体毛白杨胞间层的木素比较容易软化,软化后的细胞壁受到外力作用时容易在S1层与S2层之间分离.能在纤维表面暴露出较多的S2层结构,使纤维表面具有较多的羟基,在纸页抄造时便产生较多的氢键结合,从而赋予纸页较好的纤维结合强度.近年来许多造纸工业比较发达的国家,在发展杨木速生林CTMP浆时取得了较好的经济效益,这和杨木属的超微结构与局部化学上的这特点有密切关系.