Трахеиды составляют от 90 до 95 % объема древесины хвойных пород. Типично прозенхимные клетки, имеют форму сильно вытянутых волокон с кососрезанными концами. Трахеиды - мертвые клетки, в стволе растущего дерева только вновь образующийся (последний) годичный слой содержит живые трахеиды. Их отмирание начинается еще весной, все больше трахеид отмирает к осени, а к середине зимы все трахеиды последнего годичного слоя отмирают.[9]

Форма поперечного сечения трахеид может быть прямоугольная, иногда квадратная, пяти- или шестиугольная. Размеры трахеид в тангенциальном направлении у всех пород практически одинаковы и составляют от 27 до 32 мкм. Размер ранних трахеид в радиальном направлении в два раза больше, чем у поздних, и находится в диапазоне от 21 до 52 мкм. Длина трахеид отечественных пород составляет от 2,5 до 4,5 мм. По длине ранние и поздние трахеиды почти не отличаются. Условия произрастания влияют на величину трахеид, в хороших условиях их длина и толщина увеличиваются. В годичном слое трахеиды расположены правильными радиальными рядами. Ранние трахеиды, составляющие раннюю зону годичного слоя, имеют тонкие стенки и большие внутренние полости; у поздних трахеид, составляющих позднюю зону годичного слоя, стенки толстые, внутренние полости малы. В пределах одного годичного слоя переход от ранних трахеид к поздним постепенный. Характерная особенность трахеид - наличие окаймленных пор, расположенных преимущественно на радиальных стенках у концов трахеид. Количество пор у ранних и поздних трахеид различно. У поздних трахеид поры меньших размеров и в значительно меньшем количестве. У ранних трахеид пор от 70 до 90 на одну трахеиду, у поздних от 8 до 25 пор. Изучая строение древесины под микроскопом, можно увидеть, что основную её массу составляют клетки веретенообразной формы, вытянутые вдоль ствола. Некоторое количество клеток вытянуто в горизонтальном направлении, то есть поперек основных клеток. Одинаковые по форме и функциям группы клеток объединяются в ткани, имеющие различное назначение в жизни древесины: проводящие, запасающие, механические. Живая клетка имеет оболочку, протоплазму, клеточный сок и ядро. Оболочки клеток сложены из нескольких слоёв очень тонких волоконец, называемых микрофибриллами, которые компактно уложены и направлены по спиралям под разным углом к продольной оси клетки в каждом слое. Иногда микрофибриллы ориентированы по встречным спиралям. Микрофибрилла состоит из длинных нитевидных цепных молекул целлюлозы - высокомолекулярного природного полимера со сложным строением макромолекул. Макромолекулы целлюлозы эластичны и сильно вытянуты. В клеточной оболочке содержатся и другие органические вещества - лигнин и гемицеллюлоза, которые размещаются преимущественно между микрофибриллами, а также небольшое количество неорганических веществ в виде солей щелочноземельных металлов.

Таблица 1- Содержание различных элементов в древесине хвойных пород

1.2 Химический состав

Химический состав отдельных видов древесных пород, а также их частей качественно сходен, однако в количественном содержании отдельных компонентов имеются существенные различия. Имеются и индивидуальные особенности в количественном содержании отдельных компонентов внутри одного вида, связанные с возрастом и условиями произрастания. Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят углерод, водород, кислород и немного азота. Абсолютно сухая древесина сосны в среднем содержит: 49,5 % углерода; 6,1 % водорода; 43,0 % кислорода; 0,2 % азота.

Кроме органических веществ, в древесине есть минеральные соединения, дающие при сгорании золу, количество которой колеблется в пределах (0,2--1,7) %; однако у отдельных пород (саксаула, ядра фисташки) количество золы достигает (3--3,5) %. У одной и той же породы количество золы зависит от части дерева, положения в стволе, возраста и условий произрастания. Больше золы дают кора и листья; Древесина ветвей содержит золы больше, чем древесина ствола; например, ветви березы и сосны дают при сгорании 0,64 и 0,32% золы, а стволовая древесина -- 0,16 и 0,17 % золы. Древесина верхней части ствола дает золы больше, чем нижняя; это указывает на большое содержание золы в древесине молодого возраста.

В состав золы входят главным образом соли щелочноземельных металлов. В золе из древесины сосны, ели и березы содержится свыше 40 % солей кальция, свыше 20 % солей калия и натрия и до 10 % солей магния. Часть золы от 10до 25 % растворима в воде (главным образом, щелочи -- поташ и сода). В прежнее время поташ К2СО3, употребляемый в производстве хрусталя, жидкого мыла и других веществ, добывали из древесной золы. Зола от коры содержит больше солей кальция (до 50% у ели), но меньше солей калия, натрия и магния. Входящие в состав древесины и названные выше основные химические элементы (С, Н и О) образуют сложные органические вещества.

Главнейшие из них образуют клеточную оболочку (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы -- пентозаны и гексозаны) и составляют 90--95% массы абсолютно сухой древесины. Остальные вещества называются экстрактивными, то есть извлекаемыми различными растворителями без заметного изменения состава древесины; из них наибольшее значение имеют дубильные вещества и смолы. Содержание основных органических веществ в древесине в некоторой мере зависит от породы. Это видно из таблицы 2

Таблица 2- Содержание органических веществ в древесине разных пород

В среднем можно принять, что в древесине хвойных пород содержится (48--56) % целлюлозы, (26--30) % лигнина, (23--26) % гемицеллюлоз, содержащих (10--12)% пентозанов и около 13% гексозанов; в то же время древесина лиственных пород содержит (46--48) % целлюлозы, (19--28) % лигнина, (26--35) % гемицеллюлоз, содержащих (23--29) % пентозанов и (3--6) % гексозанов. Из этих таблицы 2 видно, что древесина хвойных пород содержит повышенное количество целлюлозы и гексозанов, а для древесины лиственных пород характерно высокое содержание пентозанов. В клеточной оболочке целлюлоза находится в соединении с другими веществами. Особенно тесная связь, характер которой до сего времени не ясен, наблюдается между целлюлозой и лигнином. Ранее считали, что лигнин лишь механически примешан к целлюлозе; однако в последнее время все более приходят к убеждению, что между ними существует химическая связь.

Химический состав ранней и поздней древесины в годичных слоях, то есть содержание целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз, практически одинаков. Ранняя древесина содержит лишь больше веществ, растворимых в воде и эфире- это особенно характерно для лиственницы. По высоте ствола химический состав древесины меняется мало. Так, в составе древесины дуба по высоте ствола не обнаружено практически ощутимых различий. У сосны, ели и осины в возрасте спелости обнаружено незначительное увеличение содержания целлюлозы и понижение содержания лигнина и пентозанов в средней по высоте части ствола. В древесине ветвей сосны, ели и осины содержится меньше целлюлозы (44--48) %, но больше лигнина и пентозанов. Однако у дуба не обнаружено заметных различий в химическом составе древесины ствола и крупных ветвей, лишь в мелких ветвях найдено меньше дубильных веществ (8 % в стволе и 2 % в ветвях). Различие в химическом составе древесины заболони и ядра летнего дуба видно из данных таблицы 3.

Таблица 3- Различие в химическом составе древесины заболони и ядра сосны

Как видим из таблицы, заметное различие обнаружилось только в содержании пентозанов и дубильных веществ: в древесине ядра их больше (а золы меньше). Химический состав оболочек клеток камбия, вновь образовавшейся древесины и заболони, сильно различается: в элементах древесины резко возрастает содержание целлюлозы и лигнина (у ясеня с 20,2 до 4,6 % в камбии, до 58,3 и 20,9 % в заболони), но также резко снижается содержание пектинов и протеинов (с 21,6 и 29,4 % в камбии и до 1,58 и 1,37 % в заболони). Влияние условий произрастания на химический состав древесины изучено мало.

Содержание целлюлозы в древесине сосны убывает по мере ухудшения почвенных условий: в древостоях I бонитета -- 58 %; III бонитета -- 56,8 %; IV бонитета -- 52,9 % и V бонитета-- 51,5 %; аналогичное явление обнаружено и для древесины ели: в древостоях III бонитета -- 52,1 % и IV бонитета 48,5 %.

Целлюлоза - природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой. Общая формула целлюлозы (C6H10O5)n, где n степень полимеризации составляет от 6000 до 14000. Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и других), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы - тончайшие волоконца называются микрофибриллами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентированны преимущественно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемицеллюлозы, а также вода. Целлюлоза состоит из длинных цепных молекул, образованных повторяющимися звеньями, состоящими из двух глюкозных остатков. Каждая пара связанных между собой глюкозных остатков называется целлобиозой. Глюкозные остатки образуются после выделения молекулы воды при соединении молекул глюкозы в процессе биосинтеза полисахарида целлюлозы. В целлобиозе глюкозные остатки повернуты на 1800, первый углеродный атом одного из них связан с четвертым углеродным атомом соседнего звена.[1]

Рассматривая целлюлозу на молекулярном уровне, можно сказать, что макромолекула ее имеет вид вытянутой неплоской цепи, образованной различными структурами звеньев. Наличие различных звеньев связано со слабыми внутримолекулярными связями между гидроксильными группами (ОН-ОН) или между гидроксильной группой и кислородом (ОН - О).

Целлюлоза на 70 % обладает кристаллической структурой. По сравнению с другими линейными полимерами целлюлоза имеет особые свойства, что объясняется регулярностью строения цепи макромолекулы и значительными силами внутри- и межмолекулярного взаимодействия.

Страницы: 1, 2, 3, 4