Студопедия — СОСТАВ, СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

СОСТАВ, СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ






 

Древесина состоит в основном из органических веществ, к кото­рым полностью приложимы законы органической химии. Она явля­ется продуктом растительного происхождения и как биологический объект слагается из клеток. Стенки клеток древесины на 99% сложе­ны из органических соединений, представленных у хвойных пород примерно на 70% углеводами, а у лиственных — на 80%. Углеводы, как известно, представляют группу природных веществ, образован­ных тремя элементами: углеродом, водородом и кислородом. К об­ширной группе этих веществ принадлежит сахар, а примером сравни­тельно простых углеводов может служить глюкоза (состав молекулы которой выражается формулой C6H12O6), иначе называемая моноса­харидом. Молекулы простых Сахаров способны соединяться в расте­ниях под влиянием ферментов в более крупные образования, напри­мер дисахарид: 2 C6H12O6 = C12H22O11 + H2O, а при большом количестве молекул моносахарида — в полисахариды, например с образованием крахмала (C6H10O5)n или целлюлозы с тем же выраже­нием молекулы, но при более высоком значении n, чем у крахмала.

В углеводную часть древесины входит целлюлоза как ее основной компонент по объему в стволе дерева и нецеллюлозные полисахари­ды, именуемые гемицеллюлозами. Всю углеводную часть в целом на­зывают холоцеллюлозой. Ее можно выделить из древесины в виде во­локнистого материала обработкой окислителями (кислотами).

Около 30% древесины составляют вещества ароматической при­роды, известные под названием лигнина.

Углеводы и лигнин — это высокомолекулярные вещества, или полимеры. На них распространяются закономерности, характерные для этих соединений, причем они находятся в теснейшей взаимосвя­зи и образуют единую высокоорганизованную полимерную систему древесинного вещества.

К небольшой части древесины (2—4%) относятся экстрактивные вещества, которые не являются составляющими клеточной стенки. Они способны лишь пропитывать стенки клеток, а в основном со­держатся в их полостях и в межклеточном пространстве. В отличие от углеводов и лигнина, экстрактивные вещества — низкомолеку­лярные соединения.

Следует несколько подробнее остановиться на характеристике главных структурных элементов древесины. Они, в совокупности с порами, капиллярами, контактными зонами и другими элементами микро- и макроструктуры, предопределяют основные свойства дре­весного материала.

Целлюлоза может быть выражена эмпирической формулой [C6H10O5]n или в другом виде [C6H7O2(OH)3]n, где n — степень поли­меризации, которая у древесной целлюлозы достигает значений от 300 до 6000 и более. Она представляет собой линейный гетероцепной стереорегулярный[24] однородный полимер, имеющий большое число гидроксильных групп ОН, образующих водородную связь. Этот тип химической связи между водородным атомом гидроксила одной цепи и кислородным атомом гидроксила соседней цепи при­дает повышенную жесткость полимеру, так как «стягиваются», ори­ентируются цепные молекулы в целлюлозных волокнах.

Кроме водородных связей, для целлюлозы характерно также внутри- и межмолекулярное взаимодействие (т. е. силами Ван-дер-Ваальса), что, наоборот, уменьшает степень жесткости, и молекулы целлюлозы могут принимать различные конформации (расположе­ния). Являясь основным веществом древесины, целлюлоза образует в структурном отношении слоистую клеточную оболочку (стенку), способную при механической обработке распадаться на тонкие цел­люлозные волоконца-фибриллы, а при химической — на микрофиб­риллы. Фибрилла имеет кристаллическую структуру, так как для нее типичным является регулярное расположение молекул, характерное для молекулярной кристаллической решетки. Микрофибриллы так­же в основном сохраняют кристаллические (ориентированные) об­ласти. В некоторой части кристаллическая фаза перемежается с хао­тическим (аморфным) расположением макромолекул, в ней отсутствует четко выраженная ориентация в микрофибриллах, а цепи значительно короче. Эту часть именуют гемицеллюлозой. Сте­пень полимеризации макромолекул гемицеллюлозы составляет все­го 100—200. Короткие цепи нередко попадаются среди кристалличе­ских участков целлюлозного волокна, и тогда они достаточно прочно связываются с целлюлозой, образуя целлюлозаны, но оста­ваясь по существу гемицеллюлозой (ксиланы, маннаны).

Древесные целлюлозные волокна имеют спиральную структуру и содержат примерно 55—65% кристаллической и 25—35% аморф ной (гемицеллюлозной) части, причем у хвойных пород аморфной части меньше, у лиственных пород — больше (28—35%). Согласно другой теории, содержание кристаллической фазы в природной цел­люлозе значительно больше, тогда как аморфной — не выше 5—10% и ее относят к дефектам упорядоченности. В этом случае по­лагают, что целлюлоза является однофазным кристаллическим ве­ществом. Так или иначе, но главное, что необходимо учитывать, древесина — высококристаллическое вещество, имеющее форму продольных спиральных волокон, которые в деловой древесине вы­полняют роль своеобразного «армирующего» компонента, повыша­ющего прочность материала на растяжение, чему способствует так­же их упорядоченное расположение.

Лигнин как другой структурообразующий компонент древеси­ны — тоже природный полимер, представляет собой высокомолеку­лярную ароматическую часть, количество которой в древесине хвойных пород составляет 28—30%, а в древесине лиственных по­род — 18—24%. В древесине он был открыт более 145 лет назад, но его весьма сложное строение до сих пор остается не полностью вы­ясненным. Полагают, что это смесь нерегулярных разветвленных полимеров сетчатой структуры. Присутствие лигнина устанавлива­ют по цветным реакциям. От целлюлозы отличается повышенным содержанием углерода — 60—65% по сравнению с 44% в целлюлозе, что обусловлено его ароматической природой. Из девяти атомов уг­лерода, составляющих структурную единицу (фенилпропановую) лигнина, шесть принадлежат ароматическому кольцу. В химическом отношении лигнин — реакционно-способный полимер. По сравне­нию с целлюлозой лигнин обладает меньшей химической стойко­стью, легче окисляется.

Лигнин — аморфное вещество; им обогащаются клеточные стен­ки с эффектом одревеснения. Он содержится в серединной пластин­ке клеточной стенки, но большая его часть находится во вторичной стенке (слое). Обнаруживается лигнин в этих двух слоях стенки по окрашиванию в красный цвет при воздействии на клеточные стенки химическим реагентом (солянокислородным флороглюцианом). Электронная микроскопия позволила, однако, не только по цветной реакции, но и на снимках увидеть, что лигнин заполняет также и межклеточные пространства. Своим присутствием он придает неко­торую гидрофобность, но в целом она незначительна, и древесина относится к гидрофильным материалам, особенно древесина лист­венных пород.

Оба основных компонента древесины — целлюлоза и лигнин — взаимодействуют между собой. Характер их взаимодействия еще полностью не раскрыт. Вначале предполагалось наличие чисто ме­ханической связи лигнина с углеводами в стенках (слоях) клетки. Такая теория называлась инкрустационной. Позднее было установлено, что невозможно ни извлекать углеводы из древесины без од­новременного частичного удаления лигнина, ни полностью удалить лигнин из древесины без удаления некоторого количества углево­дов. Очевидно, что это возможно только при их химическом взаи­модействии, тем более что из древесины удалось выделить лигноуг- ' леводные комплексы. Большинство исследователей склоняется к предположению о существовании химической связи лигнина с геми-целлюлозой (ксиланом, маннаном и другими полисахаридами), хотя поддерживается мнение также о возможной химической связи лиг­нина с целлюлозой. В целом, однако, часть лигнина находится в древесине в свободном состоянии.

Экстрактивные вещества в отличие от главных компонентов из­влекаются нейтральными растворителями — водой, обычными ор­ганическими растворителями. Хотя их немного, но они придают древесине цвет, запах, вкус, иногда токсичность, помогают дереву сопротивляться гниению, поражению грибами и пр. Среди экстрак­тивных веществ — смолы и смоляные кислоты, танниды (дубители), эфирные масла, красители, камеди, фитостерины, белки и пр. Со­держание смол в лиственных породах до 1%, а в хвойных может быть до 20%. В каждой породе присутствуют только некоторые эк­страктивные вещества, по-разному распределяясь внутри дерева, на­пример фенольные вещества — в ядровой части, а сахара, жиры и др. — в заболонной древесине. Имеется небольшая доля и минера­льных веществ (до 1%), поступающих из почвы через корневую сис­тему и проводящие ткани.

Таким образом, древесина слагается из двух основных компо­нентов с присутствием небольших количеств других веществ, по-ви­димому, мало влияющих на формирование общей структуры.

Структура древесины в первом приближении представляет со­бой конструкционное сочетание целлюлозы с лигнином. Волокна целлюлозы обладают высокой прочностью на разрыв, но легко изгибаются (рис. 7.1). Лигнин объединяет их в единое целое с помо­щью водородных и ван-дер-ваальсовых сил связи и когезии, поэто­му в совокупности древесина — по существу природный органиче­ский материал с конгломератным типом структуры, в котором имеются матричная пространственная сетка из лигнина и кристал­лический волокнистый наполнитель в виде целлюлозы. Эта структу­ра хорошо, например, видна на микроснимке, полученном амери­канским ученым Э.Келли для среза осины при увеличении в 11000 раз (рис. 7.2). Темная полоса — лигнин, менее темная — стен­ка целлюлозной клетки и светлая область — полость клетки.


Рис. 7.1. Коробление древесины при высыхании (с появлением трещин усушки)

Рис. 7.2. Электронная микрофотография среза осины (11000 х по Э. Келли


 

Подобно искусственным, конгломератам, древесина содержит капилляры и поры различных размеров; в период жизни дерева они имеют большое значение для передвижения воды и питательных со­ков, их накопления и пр. Крупные капилляры являются полостями и порами стенок, капилляры и поры тонкие и мельчайшие находятся между фибриллами, микрофибриллами и внутри микрофибрилл. Если в крупных капиллярах и порах невелика удельная площадь внутренней поверхности, составляя, например, у ели 0,2 м2/г, то у мельчайших пор она очень большая, например у ели при диаметрах капилляров 10∙10-8—10∙10-7 см (от 10 до 100 А) удельная площадь их поверхности составляет до 300 м2/г. Такое различие капилляров отражается на характере контакта их с водой. Крупные капилляры могут заполняться водой, которая мало влияет на состояние древе­сины и ее качество (механические свойства) как строительного мате­риала. Эта влага сравнительно легко приходит в капилляры и поры, особенно при контакте дерева с водой, заполняет полости и может составлять до 100—200% к массе абсолютно сухой древесины, но она сравнительно быстро и легко удаляется из них при сушке. Тон­кие поры и капилляры заполняются не только при контакте с водой, но и в условиях влажного воздуха в связи с гигроскопичностью дре­весины и по законам капиллярных сосудов. Гигроскопическая влага сорбируется на стенках клеток, частично переходит в коллоид­но-связанную с веществом дерева. Предельное насыщение древеси­ны гигроскопической влагой составляет 25—35% (в среднем 30%) к массе абсолютно сухой древесины, называемое пределом насыще­ния. Насыщение гигроскопической влагой до этой предельной точ­ки сопровождается набуханием древесины, изменением (ухудшени­ем) ее физических и механических свойств. Увеличение влаги свыше 30%-ного ее содержания на механических свойствах древесины поч­ти не отражается; не увеличивается и объем ее за счет набухания.

При сушке древесины трудно испаряется гигроскопическая (свя­занная) влага от клеточных стенок насыщения- волокон, причем объем древесины уменьшается в связи с усадкой и уплотнением кле­точных оболочек. Особенно трудно удаляются последние 4 —6% гигроскопической влаги, так как она ориентированно закреплена (адсорбирована) в монослое молекулами целлюлозы. Возникают во­дородные связи между гидроксилами целлюлозы и водой, тогда как другая большая часть гигроскопической влаги (20—25%) находится под влиянием капиллярной конденсации. С приближением при суш­ке к температуре 105°С масса древесины сохраняет постоянное зна­чение, что и принимают за абсолютно сухое состояние древесины. Абсолютно сухая древесина состоит из Двух компонентов — древе­синного вещества и воздуха. Фактически около 1% гигроскопиче­ской влаги в абсолютно сухой древесине сохраняется, но за счет от­носительно прочных водородных связей она не снижает ее качественных показателей. Дальнейшее повышение температуры вызывает более или менее глубокое разложение целлюлозы — дест­рукцию, особенно в присутствии воздуха и влаги. При умеренном нагревании (120—180°С) изменяется цвет целлюлозы, снижается ее прочность, а при более высокой температуре (230—240°С) протека­ют химические реакции с изменением элементарного состава целлю­лозы. При температуре, близкой к 300°С,структура переходит из кристаллической формы в аморфную, а при дальнейшем повыше­нии температуры образуются целлюлозный уголь и жидкие продук­ты распада (уксусная кислота, ацетон, формальдегид, муравьиная кислота и др.). Лигнин более устойчив к термолизу, чем целлюлоза, за счет его ароматического строения. Однако и он к моменту обуг­ливания целлюлозы подвержен экзотермическому распаду с потерей своих первоначальных свойств. Следовательно, при нагревании выше 105—110°С непрерывно протекают процессы деструкции, а древесина сравнительно быстро теряет свои высокие физико-меха­нические свойства, которые она имела в абсолютно сухом состоя­нии.

Кинетику изменения показателей свойств древесины по мере ее высыхания можно изобразить графически в системе прямоугольных координат. Для этого на параллельно расположенных осях ординат необходимо отложить в соответствующих масштабах различные по­казатели свойств (на рисунке условно принята одна ось ординаты для всех свойств), а на оси абсцисс — влажность, еще лучше струк­турный параметр в виде, например, отношения объема V свободной влаги, равного MВВ или гигроскопической MГ.ВВ отнесенных к суммарной площади стенок пор и капилляров, постоянной для дан­ной породы дерева. Очевидно, что отношение V/Aсум = δ, где δ — усредненная толщина пленки свободной или гигроскопической вла­ги; ρВ — плотность воды.

 

Рис. 7.3. Проявление закона створа в древе­сине при отсутствии влаги: R — прочность, mν — средняя плотность, λ —теплопроводность, с — электропроводность, δ — толщина пленки воды, П — пористость

 

По мере испарения свободной влаги в свежесрубленной древеси­не, когда ее влажность составляет обычно от 40 до 100% и выше, по­казатели свойств остаются постоянными до предела насыщения во­локон. При постепенном высушивании в пределах содержания гигроскопической влаги с утоньшением полимолекулярных слоев (δ) воды на развитой по­верхности тончайших капил­ляров и пор показатели свойств непрерывно улучша­ются. К моменту высыхания, когда влажность становится равной 1% и меньше, а гигро­скопическая вода достаточно прочно химически связана с целлюлозой в монослоях, причем отношение V/Асум принимает минимальное зна­чение, близкое к нулю, тогда показатели свойств становят­ся экстремальными: проч­ность, выражающая любые ее значения (при сжатии, растя­жении и т. п.), — наибольшей; упругость — также наибольшей, тог­да как пластичность и общая деформация — наименьшими, тепло­проводность и электропроводность — наименьшими (в сухом состоянии древесина является хорошим диэлектриком); пористость (П), коэффициент диффузии при постоянной температуре — наибо­льшими, плотность — наименьшей и т. д. (рис.7.3). Числовые значе­ния этих экстремумов получают экспериментальным путем при ис­пытании образцов или расчетным, применяя некоторые известные зависимости. В них значение влажности для получения экстремаль­ной величины принимается равным нулю (W = 0).

На левой ветви получаемой экстремальной кривой показаны значения свойств по мере развития деструкционных процессов при дальнейшем повышении температуры древесины (свыше 105°С).

Из графика следует, что при определенном наборе структурных параметров в абсолютно сухой древесине закономерно возникает комплекс экстремальных значений тех физических и механических свойств, которые непосредственно связаны со структурой. Такой комплекс экстремумов согласно закону створа возможен только при оптимальной структуре.

 

Рис. 7.4. Результаты экспериментального определения модуля упругости Е при изги­бе древесины сосны на растущем дереве (по Юлинену): х — расстояние от комля; l — высота ствола

 

Следовательно, под влиянием внешних и внутренних детерминантов в период роста дерева происходит посте­пенная оптимизация структуры древесины эволюционным путем. К внешним, воздействовавшим на растущее дерево, следует отнести: силовые — от ветровой нагрузки и массы кроны, утяжеленной атмо­сферными осадками; тепловые — от переменной температуры окружающей среды; воздействие влаги, солнечного света и др. К внут­ренним детерминантам относятся: перемещение влаги с растворенными минеральными вещест­вами из почвы; перемещение и создание запаса питательных веществ; процесс фотосинтеза в кроне и др. Реальные усло­вия развития дерева не только благоприятствовали его росту, но и вызывали необходимость в приспособляемости к меха­ническим напряжениям, осо­бенно древесных волокон. Так, сопротивляемости ветро­вым нагрузкам благоприятст­вовало: развитие слоистого строения древесины с правиль­ным чередованием прослоек более мягкой весенней и более жесткой летней древесины; по­вышение модуля упругости древесины ствола от вершины к комлю (основанию) (рис. 7.4), сбег толщины ствола от комлевой части его к вершине при высокой прочности на растяжение корней. Прочные наружные слои ствола при меньшей прочности сердцевины обеспе­чивают дереву надежную сопротивляемость большим вертикальным нагрузкам от массы кроны. В результате нормального роста древе­сина хвойных и лиственных пород набирает комплекс анатомиче­ских элементов, общим для которых является упорядоченность во­локнистой структуры и клеточного строения древесины, утончаются стенки-прослойки матричной части из лигнина, наступает в процес­се значительной кристаллизации целлюлозы и, отчасти, гемицеллюлозы общая упорядоченность расположения молекул с анизотро­пией свойств по главным структурным направлениям, формируется оптимальная структура с соответствующей закономерностью створа с комплексом экстремальных значении свойств. В этом проявляется структурная детерминация развития растений.


7.3. АНАТОМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ

 

Для полной характеристики древесины и древесных строитель­ных материалов следует раскрыть еще одну сторону структуры и свойств этого биологического объекта растительного происхожде­ния: взаимосвязь анатомического строения с физико-химическими и физическими свойствами древесины, тем более что здесь прослежи­ваются различия между хвойными и лиственными породами, как на уровне микро-, так и макроструктуры. Принято изучать три основ­ных разреза ствола (рис. 7.5).


Рис. 7.5. Основные разрезы ствола: 1 — торцовый; 2 — радиальный; 3— тангенциальный

 

Рис. 7.6. Торцовый разрез ствола: 1 — кора; 2— луб; 3— камбий; 4— заболонь; 5 — ядро; 6 — сердцевина; 7 — сердцевинные лучи


 

В торцовом разрезе ствола дерева выделяют (рис. 7.6): сердцеви­ну (сердцевинная трубка) — примерно в центре ствола размещается вдоль его оси, которая является рыхлой первичной малопрочной тканью; собственно древесину, слагаемую из концентрически распо­ложенных годичных слоев с включением в каждый из них весенней и более плотной летней древесины; камбий — тончайший слой из полностью живых клеток, способных к росту и делению на боль­шую часть, откладываемую в сторону древесины, и меньшую — в сторону от центра, где расположен следующий слой в виде луба; луб является внутренним слоем коры (флоэмы) и граничит с внешним слоем ее, называемой коркой (темного цвета). На долю ствола при­ходится 70—90% всего объема дерева; остальную часть составляют крона и корневая система. Кора составляет от 6 до 25% объема ство­ла, остальная часть его служит древесиной, в которой наблюдается светлое периферическое кольцо — заболонь и более темная центра­льная часть — ядро. Камбиальный слой находится между заболо­нью и лубом. Все эти части составляют макроструктуру древесины. У некоторых древесных пород (дуб, бук, клен и др.) на торцовом се­чении можно видеть узкие радиально расположенные полоски, ко­торые называются сердцевинными лучами 7.

В породах может отсутствовать ядровая часть, и тогда породы именуются заболонными (береза, липа, клен, граб и др.). В других породах заболонь имеет цвет центральной части ствола, причем по­следняя остается более сухой; такие породы называются спелодревесными (ель, пихта, осина, бук и др.).

Более подробное строение древесины хвойных и лиственных по­род изучается с помощью микроскопа и специальных срезов слоев древесины.

Выше отмечалось, что древесина состоит в основном из клеток. Их можно разделить на два типа: прозенхимные и паренхимные. Прозенхимные имеют длину во много раз большую, чем их ширина; они придают древесине волокнистое строение, оставаясь, как прави­ло, уже отмершими. Среди этих клеток различают трахеиды, клетки либриформа и сосуды. Паренхимные. клетки — короткие, имеют примерно одинаковую длину и ширину, являются живыми. Если в живой клетке имеется оболочка (клеточная стенка), внутри которой расположены протоплазма (протопласт) и ядро, то в отмершей в процессе роста дерева протопласт частично расходуется на утолще­ние стенки, частично высыхает вместе с ядром, оставляя полость, которая заполняется водой или воздухом, а иногда экстрактивными веществами. Естественно, что в срубленном дереве живые клетки быстро умирают, и оно состоит из омертвевших клеток, т. е. из кле­точных стенок (оболочек).

Клетки в древесине имеют различное функциональное значение. Одни из них выполняют функции проводящих клеток, другие — опорных или механических, третьи — запасающих, четвертые — об­разовательных (расположены в камбиальном слое), пятые — асси­миляционных (находятся в листве и хвое и благоприятствуют обра­зованию питательных веществ), шестые — покровных (в корке дерева).. Клетки, имеющие одинаковое строение и выполняющие одну и ту же функцию, образуют ткани. Особо выделяют ткани про­водящие, механические и запасающие, что соответствует первым трем функциям их клеток.

Древесина хвойных пород имеет относительно простое строение (рис. 7.7). Она состоит из клеток почти одного типа — трахеид (рис. 7.8). К ним относятся мертвые веретенообразные клетки дли­ной от 1,5 до 5 мм со стенками разной толщины и с полостями раз­личных размеров. Трахеиды весенней древесины имеют широкие полости и тонкие стенки, а осенней — более узкие полости и тол­стые стенки. У весенних трахеид, выполняющих функции водопро-водящих клеток, отношение диаметра к длине составляет 1:100, у осенних — 1:400. В стенках трахеид имеются поры, через которые клетки общаются между собой и при помощи которых содержимое живых клеток соединяется в одно целое.

Паренхимные клетки составляют живую ткань хвойной древеси­ны; находятся, главным образом, в сердцевинных лучах и, следова­тельно, выполняют функции запасающих питание (крахмал и жиры) для потребления весной, а также в небольшом количестве в лубе, поблизости от камбия (вертикальная паренхима). Кроме того, па­ренхимные клетки, образуя межклеточные каналы, как бы выстила­ют поверхность смоляных ходов, столь характерных для хвойных. пород. Такие ходы, располагаясь вертикально и горизонтально, об­разуют единую смолоносную систему, что в конечном итоге благоприятствует повышению стойкости древесины хвойных пород. В це­лом, однако, объемная доля паренхимной ткани в хвойной древесине составляет 3—5%, так как часть запасов питания хранит­ся в хвое, где не имеется паренхимных клеток.

Лиственные породы имеют более сложное анатомическое строение (рис. 7.9). Проводящими (водопроводящими) клетками (элементами) служат сосуды длинные трубки шириной 0,02—0,5 мм (рис. 7.10). В весенней древесине они более широкие и их можно иногда заметить невооруженным глазом. Стенки со­судов характерны утолщением кольчатой, спиральной или сетча­той формы, что придает стенкам повышенную прочность. Меха­нические клетки, и соответственно механическая ткань, называе­мые у лиственных пород либриформом, заметно отличаются своей веретенообразной формой, толстыми стенками с щелевидными порами, узкими полостями клеток, имеют сравнительно не­большие длину (0,3—0,8 мм) и диаметр (0,1—0,2 мм). Все клетки либриформа являются мертвыми, и лишь паренхимные клетки как и в хвойных породах, образуют сердцевинные лучи, как запа­сающие и проводящие питательные вещества в радиальном на­правлении при объемной доли их около 10%, т. е. в 2—3 раза бо­льше, чем в хвойных породах.


Рис. 7.7. Микроструктура древесины сосны: 1 — сердцевинный луч в радиальном разрезе; 2 — многорядный луч; 3 — годичный слой; 4 -поздние трахеиды; 5 — вертикальный смоляной ход; 6 —ранние слои древесины; 7 — сердцевинный луч в тангенциальном разрезе; 8 — окаймленная пор

 

 

Рис. 7.8. Трахеиды ран­ней (а) и поздней (б) древесины сосны


 


Выше были отмечены шесть функций кле­ток, но при кратком описании анатомического строения древесины были описаны лишь три из них, хотя три других являются не менее значи­мыми. Образовательная функция — живые клет­ки камбия образованы тонкими оболочками и наполнены протоплазмой и ядром. В процессе роста древесины клетка камбия делится на две неравные части с возникновением одной новой активной камбиальной клетки; вторая становит­ся либо клеткой древесины, либо — луба. В обо­их случаях после отделения клетки от камбиаль­ного слоя в ней начинается лигнификация с отложением лигнина, повышением ее гидрофобности и одревеснения, затем она отмирает. Про­цесс роста древесины неравномерный, что легко устанавливается по плотности и ширине годич­ных слоев (годичных колец): поздняя древесина (осенняя) — плотнее и темнее весенней, а шири­на слоев зависит от породы древесины. При не­обходимости по этим признакам можно определить процент содержания поздней древесины; чем он выше, тем прочнее древесина как строительный материал.

Рис. 7.9. Микроструктура древесины лиственных пород:

а — дуба; б — березы; 1 — сердцевинный луч; 2 — либриформ; 3 — мелкие сосуды; 4 — широкий сердцевинный луч в торцовом (поперечном) разрезе; 5 — крупный сосуд; 6 — годичный слой; 7 — широкий сердцевинный луч в тангенциальном разрезе; 8 — узкий сердцевинный луч; 9 — сосуды; 10 — сердцевинные лучи в различных разрезах

 

 

Рис. 7.10. Сосуды лиственных пород:1 — липы; 2 — бука; 3 дуба

 

Ассимиляционная функция клеток заключается в усвоении клетками зеленых листьев и хвои внешних веществ (воды, углекислоты) с образованием углеводов в результате фото­синтеза, т. е. при помощи лучистой (солнечной) световой энергии, поглощаемой хлоро­филлом. Последний находится в виде хлорофилловых зерен в клетках листа, являясь в нем красящим веществом, или пиг­ментом, придающим листьям зеленую окраску. Сущность процесса ассимиляции раскры­та великим русским ученым К.А. Тимирязевым (1843—1920). Ее схематически можно предста­вить в следующем виде (рис. 7.11): листья поглощают из атмосферы углекислый газ СО2; хлорофилловые зерна в листьях на солнечном свету поглощают продиффундировавший углекислый газ СO2 и вы­деляют кислород в воздух; оставшийся в листьях углерод вступает во взаимосвязь с молекулами воды, проникшей к кроне дерева из почвы по сосудам заболонного слоя древесины; в результате такого взаимодействия образуется промежуточное вещество — формальде­гид СH2O; шесть молекул газообразного формальдегида (с резким неприятным запахом и вкусом) в результате фотосинтеза и полиме­ризации (т. е. соединения друг с другом) образуют новую молекулу вещества, именуемого глюкозой: СH2O = С6Н12О6; глюкоза из ли­стьев по сосудам переходит в различные части древесины и отлага­ется там в запас; под влиянием молекул воды и ферментов n моле­кул глюкозы переходят в одну молекулу крахмала, а именно: n С6Н12О6 = n H2О + (C6H10O5)n Величина индекса n — степени поли­меризации крахмала — высокая, но не до конца пока выясненная по своему числовому значению. Однако она может оказаться еще боль­ше с возникновением макромолекулы целлюлозы (клетчатки) со сте­пенью полимеризации до 6000 и выше. Из таких макромолекул цел­люлозы в процессе роста дерева слагаются стенки клеток древесины.

Немаловажную роль в росте и сохранности дерева имеют функ­циональные клетки — покровные. Они возникают при делении клеток камбия с отложением их в сторону луба, а затем полностью от­мирают и переходят, как структурообразующий элемент, во внешний слой коры дерева, т. е. в корку. Корка предохраняет дере­во — древесину, камбиальный слой и луб (проводящий питательные вещества от кроны в ствол и корневую систему) — от механических повреждений, вредного воздействия внешней среды, низких темпе­ратур или резких температурных колебаний.

Рис. 7.11. Схема ассимиляции с фотосинте­зом в зеленых листьях дерева (по К.А. Тимирязеву)








Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 916. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Классификация потерь населения в очагах поражения в военное время Ядерное, химическое и бактериологическое (биологическое) оружие является оружием массового поражения...

Факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, концентрации раствора, температуры, присутствия одноименного иона и других факторов...

Йодометрия. Характеристика метода Метод йодометрии основан на ОВ-реакциях, связанных с превращением I2 в ионы I- и обратно...

Особенности массовой коммуникации Развитие средств связи и информации привело к возникновению явления массовой коммуникации...

Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель:выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора...

Тема: Изучение фенотипов местных сортов растений Цель: расширить знания о задачах современной селекции. Оборудование:пакетики семян различных сортов томатов...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.01 сек.) русская версия | украинская версия