Атлас

Строение дерева

Прежде чем говорить о химии, нужно увидеть, где эта химия живёт. Древесина это в основном мёртвые клетки, от которых остались только стенки. Всё, что мы дальше будем изучать, целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин, сидит именно в этих стенках.

Древесина (ксилема) образуется камбием и состоит в основном из одревесневших клеток с вторичной стенкой. Анатомическое строение хвойных и лиственных пород различается принципиально, и это определяет различия в их химическом составе, плотности и поведении при переработке.

Поперечный срез под микроскопом. Переключайте породы.

Ствол в разрезе

Снаружи кора, под ней тонкий живой слой камбия. Камбий каждый год откладывает внутрь новую древесину, а наружу новый луб. Светлая наружная часть древесины, заболонь, ещё проводит воду. Тёмная середина у многих пород, ядро, уже не проводит и служит опорой.

Камбий это латеральная меристема: его деления дают ксилему внутрь и флоэму (луб) наружу. В заболони есть живые клетки паренхимы; при образовании ядра они отмирают, сосуды и поры закупориваются, накапливаются экстрактивные вещества, поэтому ядро часто темнее и устойчивее к гниению. Строение древесины изучают на трёх срезах: поперечном (торцовом), радиальном и тангенциальном.

Хвойные: почти одни трахеиды

У сосны, ели, лиственницы почти вся древесина собрана из одного типа клеток, трахеид. Это длинные полые трубочки с заострёнными концами. Они и проводят воду, и держат дерево. Между собой трахеиды сообщаются через маленькие клапаны, окаймлённые поры.

Трахеиды составляют более 90% объёма древесины хвойных. Ранние трахеиды тонкостенные с широкой полостью, поздние толстостенные и сплюснутые в радиальном направлении. Сосудов у хвойных нет. Лучи узкие, обычно однорядные, из паренхимных клеток; у сосны, ели и лиственницы в них есть также лучевые трахеиды. У сосны, ели, лиственницы есть смоляные ходы, выстланные эпителиальными клетками, которые выделяют живицу.

Лиственные: сосуды и волокна

У берёзы, дуба, клёна работа поделена. Воду гонят широкие трубы, сосуды. Прочность дают узкие толстостенные волокна. На торце сосуды видны как поры, поэтому лиственную древесину называют пористой, а хвойную непористой.

Сосуды состоят из коротких члеников с перфорированными торцевыми стенками. Механическую ткань образуют волокна либриформа и волокнистые трахеиды, запасающую паренхима. По расположению сосудов различают кольцесосудистые породы (дуб, ясень), где крупные сосуды сосредоточены в ранней древесине, и рассеяннососудистые (берёза, клён, тополь), где сосуды распределены по кольцу равномерно.

Клеточная стенка

Стенка каждой клетки собрана из слоёв, как фанера. Клетки склеены срединной пластинкой, в которой много лигнина. Внутри лежит тонкая первичная стенка, а за ней толстая вторичная из трёх слоёв: S1, S2 и S3. Самый толстый слой S2 и определяет свойства древесины.

Срединная пластинка (ML) и первичная стенка (P) часто рассматриваются вместе как сложная срединная пластинка. Во вторичной стенке микрофибриллы целлюлозы ориентированы по-разному: S1 примерно под 50-70° к оси клетки, S2 под 10-30°, S3 под 60-90°. Концентрация лигнина максимальна в срединной пластинке и углах клеток, но основная масса лигнина находится во вторичной стенке, потому что она намного толще.

Реактивная древесина

Когда ствол наклонён, дерево выпрямляется и строит особую древесину. Хвойные подпирают ствол снизу, лиственные подтягивают сверху. У такой древесины другая химия, и при переработке она ведёт себя иначе.

У хвойных на нижней стороне наклонённого ствола образуется креневая (сжатая) древесина: трахеиды округлые, с межклетниками, слой S3 обычно отсутствует, лигнина заметно больше нормы. У лиственных на верхней стороне образуется тяговая (тянущая) древесина с желатинозным G-слоем, почти целиком из целлюлозы и бедным лигнином.

Главное в цифрах

доля трахеид у хвойных
>90% объёма
длина трахеид
обычно 2-4 мм
слои стенки
ML, P, S1, S2, S3
угол микрофибрилл в S2
10-30°

Источники главы

  1. Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.
  2. Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
  3. Fengel D., Wegener G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin; New York: De Gruyter, 1984.
  4. Ross R.J. (ed.) Wood Handbook: Wood as an Engineering Material. General Technical Report FPL-GTR-282. Madison, WI: USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, 2021.