4.3 Формирование и структура целлюлозы
Древесина сосны состоит из пустотелых веретенообразных трахеит, стенки которых сформированы в основном из природного полимера - целлюлозы.
Сначала в листьях дерева из атмосферного углекислого газа СО2 и воды Н2О под действием солнечного света образуется глюкоза:
Глюкоза хорошо растворяется в воде. В растворенном виде она внутренними каналами дерева доходит до растущих клеток камбия. В стенках клеток в результате реакции поликонденсации молекул глюкозы образуются кислородные связи -О- и молекулы воды, которые поступают к соку дерева.
ОН + НО О + Н2О
Кислородная связь соединяет концы молекул глюкозы между собой, образуя макромолекулу целлюлозы, которая состоит из нескольких сотен глюкозных звеньев.
Таким образом, целлюлоза является естественным линейным полимером, нитевидные звенья которой жестко связаны (сшитые) гидроксильными связями.
4.4 Микроструктура древесины
О микроструктуре древесины сосны дает представление микрофотография образца восточной белой сосны, рис. 4.3.
Основную массу древесины сосны составляют трахеиты, рис. 4.4, рис. 4.5, (90 ÷ 95% общего объема древесины) с большими пустотами - люмен, расположенных вдоль ствола и частично в поперечном направлении трахеиты сердцевинных лучей (5 ÷ 10% от общего объема древесины). По сердцевинным лучам древесина легче всего раскалывается и растрескивается.
Наиболее прочная и устойчивая к загниванию опорная (механическая) ткань, образованная трахеитами поздней древесины. Трахеиты выполняют также ведущую функцию, соединяются между собой с помощью микроскопических отверстий.
Рис. 4.3. Микрофотография образца восточной белой сосны. Можно видеть продольные трахеиты, смоляные ходы, лучи, окаймленные поры на радиальной поверхности трахеит и зоны контакта полуокаймленных пор на лучах трахеит
Рис. 4.4. Трахеиты ранней (а) и поздней (б) древесины
а) б)
Рис. 4.5. Электронная микрофотография поперечного сечения: а - фрагмента стенок трахеит сосны ладанной, обработанной фтористоводородной кислотой HF, × 12000 б - клеток красного дуба, × 2000
На рис. 4.5, а, изображен электронный микроснимок поперечного сечения фрагмента стенок трахеит сосны ладанной, обработанной фтористоводородной кислотой HF, с увеличением изображения × 12000. Более наглядно микроструктуру стенок трахеит можно представить с рис. 4.5, б, отражающая стенки клеток красного дуба с увеличением × 2000.
Трахеиты и их стенки состоят из нескольких слоев, которые отличаются по своему составу и толщине. Внутренняя пустота трахеиты - люмен.
4.5 Субмикроструктура древесины
Структура первичной оболочки представляет собой дисперсную систему, в которой микрофибрилл целлюлозы окружены лигнином, гемицеллюлозой (молекулярная масса менее 1000) и пектиновыми веществами. Первичная оболочка входит в состав срединной пластинки (лигнинного прослоя), содержание лигнина в которой составляет примерно 70% от ее массы.
Внешний слой вторичной оболочки, примыкающей к первичной, также представляет собой очень тонкий слой толщиной 120 ÷ 500 нм. Он занимает примерно 10% от всей плоскости поперечного сечения клеточной стенки трахеиды.
Лигнин в наружных слоях вторичных оболочек находится в виде частиц шириной примерно 45 нм, которые имеют продолговатую форму.