木素

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《制浆造纸手册第一分册纤维原料和化工原料》第98页（2307字）

细胞壁中的木素，主要存在于哪个部位，是造纸工作者十分关心的问题。大约50年以来，从Ritter⁽¹⁸⁾的工作开始，认为在针叶木管胞中，75%的木素存在于复合胞间层中，后来不少人都采用这观点。1965年，Berlyn、Mark⁽19⁾进一步研究了这个问题，提出在针叶木管胞中，胞间层木素密度最大，但所占比例不到木素总量的40%，大多数木素存在于次生壁中。十年来，许多人的研究支持这个观点，Goring⁽²⁰⁾等用紫外显微镜研究云杉木素分布，结果如表2－5所示。

表2－5 云杉木素分布

上表说明，木素密度最大的区域是复合胞间层的三角区，也就是几个细胞相交的地区，其次是胞间层的其他部位。由于胞间层所占的体积比例较小，尽管木素密度较大，但所含木素的总量仍然不多，70～80%的木素仍然存在于次生壁中。提出类似这种观点的一些研究工作，其中有许多是通过电子显微镜观察的，如有的用80%的氢氟酸或细菌，在控制的条件下，将纤维素及半纤维素水解，制成木素骨架进行超薄切片，用电子显微镜观察其木素分布，有的用高锰酸钾对木素进行特殊染色，再观察木素分布，所得结果与上述规律相一致。图A117为CÔté⁽²⁾所摄花旗松管胞的木素分布图，由图可见胞间层木素密度最大，并有相当量的木素存在于次生壁中，次生壁S₁层为多孔性组织，结构松弛。cÔté用同样的方法，研究了阔叶木中木素分布，结果与针叶木类似，但是阔叶木S₂层的木素骨架密度较小，呈多孔状结构，也许是木化程度较低所致，但导管细胞及木射线细胞的木化程度确较纤维细胞高。

1980年，我们采用高锰酸钾染色以及溴处理试样的方法，用电子显微镜与X－射线能谱相配合的方法，研究了木素在芦苇细胞组织中的分布⁽²²⁾。高锰酸钾染色使试样产生不同的电子密度像，这是由于二氧化锰在试样各个部位的沉积密度不同。木素对高锰酸钾反应灵敏，当木素存在量较多时，纤维素、半纤维素与高锰酸钾反应极少，因此木素多的部位能透过的电子密度小，图像上显色就深。根据显色的深浅，便可推断木素在不同部位的相对量，图A100是经过高锰酸钾染色的芦苇纤维。从图A100中可以看出，染色最深的是细胞相交的三角区，其次是胞间层和初生壁。显色现象说明，在细胞角区，木素密度最大，其次是复合胞间层(ML+P)及S₁层。S₃层木素密度较S₂层略高。此外，在次生壁的微细薄层间，还显出一圈圈的同心圆状结构，说明木素也存在于这些部位。

如将超薄切片的厚度相对保持一致(800Å)，便可使用带X－射线能谱的透射扫描电子显微镜(TSEM)分析各部位的相对含量，以间接测定各部位木素的相对含量。峰值愈高，表示木素相对密度愈高。

木素是碳氢氧化合物，X－射线能谱不能直接测出，必须在其上接上某种元素。高锰酸钾是公认的对木素有特殊反应的试剂，能很快的和木素上的不饱和键起反应。生成二氧化锰，沉积在发生反应的部位。高锰酸钾曾普遍地被用来作为纸浆中残留木素的定量分析试剂，故上述高锰酸钾染色的试样也可用来进行X射线能谱分析。测定锰元素的相对含量便可间接测出木素在试样中的相对含量。

沿两根相邻的芦苇纤维细胞壁各层剖面测得的锰元素(即木素)的谱线峰值列于表2－6。

表2－6 芦苇细胞壁各部位木素峰值

如以各层的平均峰值为纵座标，以各层组织在细胞中所占比例(即各层细胞壁的百分含量)为横座标作图，则曲线下各区域所包括的面积即为各区木素的相对含量，如图2－2所示。由于芦苇细胞壁层厚度变化较大，所示图形带有局限性，但仍可以说明：虽然初生壁和胞间层木素密度大，但在细胞壁中所占比例少，因而绝大多数木素仍存留在次生壁中。其相对比例约为：ML+P－19%，S₁－29%，S₂－47%，S₃－5%。

图2－2芦苇纤维各层中木素的相对含量

同样也可以用溴处理试样，使试样中的木素与溴结合，于是测定各层细胞壁上溴的分布，便可间接知道其中木素的分布。

Saka⁽²³⁾用这方法研究了木纤维的木素分布，得到与用紫外显微镜研究木素分布类似的结果。

我们用这个方法研究了木素在芦苇各种类型细胞壁中的相对量，其测定峰值如表2－7所示。峰值越高，表示木素的相对含量越高。

表2－7 各种细胞中溴的(即木素的)相对峰值

表中所列数据说明：各种细胞中木化程度最高的是纤维细胞，薄壁细胞和导管次之，而在外表皮膜上木素含量相对较低。近来Goring等曾报导不同形态区的木素，对化学试剂有不同的反应速率。我们研究云南松不同形态区木素对KMnO₄的反应速率，结果发现：次生壁木素对KMnO₄的反应速率是胞间层的1．92倍⁽³⁶⁾。

图A117，花旗松纤维木素分布图CÔté摄