РЕФЕРАТ
Микроскопическоеисследование древесины и целлюлозных волокон
Казань, 2009
Введение
Производство волокнистых полуфабрикатов в ЦБП и разработкановых технологий комплексной химической переработки всей биомассы дереваневозможны без глубокого изучения микроскопического и субмикроскопическогостроения древесины и целлюлозных волокон. Под древесиной понимают главную частьствола дерева, освобожденную от коры. С биологической точки зрения древесина — продуктдеятельности камбия, состоящего из определенных клеточных элементов. Клеткиодинакового строения, выполняющие одну и ту же функцию, образуют ткани.Различают три основных типа тканей: проводящие, механические и запасающие.Большинство клеток древесины направлено вдоль оси ствола и только клеткисердцевинных лучей расположены в радиальном направлении.
Сложное анатомическое строение древесины существенноразличается Как у разных древесных пород, так и в пределах одного дерева.Строение ствола дерева и древесины довольно подробно описано в ряде монографийи руководств. В данном учебном пособии приведены описания препаратов древесины некоторыххвойных и лиственных пород, используемых в отечественной целлюлозно-бумажнойпромышленности, а также основные гистохимические реакции целлюлозных волокон,полученных из древесины различными методами варки и отбелки.
1. Основные методы анатомического анализа древесных тканейи целлюлозных волокон
Основными методами анатомического анализа древесины ицеллюлозных волокон являются: микроскопический, гистохимический и методмацерации тканей. Все исследования проводятся с помощью микроскопа при увеличении70 X или 120ч и в отдельных случаях, особенно при определении вида волокон поморфологическим признакам, при увеличении 200Х или 500ч.
Микроскопический метод заключается в изготовлении оченьтонких, прозрачных срезов и их исследовании в проходящем свете с помощьюоптического микроскопа. Этот метод позволяет изучить строение древесины иопределить породный состав по диагностическим признакам.
Гистохимический метод основан на способности древесноговолокна давать определенную окраску при взаимодействии специфических химическихреагентов с каким-либо компонентом клеточной стенки. Подбирая соответствующиереагенты, можно различать по окраске волокнистые полуфабрикаты, изготовленныеразличными методами варки и отбелки, например сульфатную целлюлозу от сульфитной,беленую от небеленой.
Для выявления различий в породном составе древесинывозможности гистохимического метода ограничены. С его помощью можно толькоотличать древесину хвойных пород от древесины лиственных, для чего чаще всегоиспользуют реакцию Мейле, которую проводят не на волокне, а на древесной щепе.
Метод мацерации тканей заключается в разделении древеснойткани на составляющие ее анатомические элементы и последующем определении ихразмеров: длины, толщины и толщины клеточной стенки.
В научно-исследовательских лабораториях для изучениясубмикроскопической структуры стенки древесного волокна, ее изменений приразличных технологических процессах получения и переработки целлюлозы широкоиспользуют различные физические методы: микроскопию в поляризованном свете,которую применяют, например, для исследования волокон с высокой степеньюмолекулярной ориентации, обладающих двойным лучепреломлением; микроскопию вультрафиолетовом свете, позволяющую изучать распределение лигнина в клеточнойстенке; электронную микроскопию. Последний метод наиболее эффективен всочетании с другими методами исследования структуры, особенно с рентгенографиейи электронографией.
По способу исследования объектов электронные микроскопыможно разделить на следующие типы:
просвечивающие, в которых исследуемый объектпросвечивается пучком электронов, создающим затем на экране или фотопластинкесоответствующее изображение;
растровые, в которых изображение создается электронами,отраженными исследуемой поверхностью, причем пучок электронов сканируетповерхность подобно лучу в телевизионном кинескопе;
отражательные, в которых аналогично отражательномуметалломикроскопу изображение получается за счет потока электронов, отраженныхот поверхности рассматриваемого объекта;
эмиссионные, в которых изображение формируетсяэлектронами, испускаемыми поверхностью самого исследуемого объекта.
Для исследования древесины и целлюлозных волокон припомощи электронного микроскопа применяют прямые и косвенные методы. К прямымметодам относятся метод подготовки объектов необходимой толщиныдиспергированием и метод ультратонких поперечных и продольных срезов, ккосвенным — получение реплик с поверхности образцов древесины, целлюлозныхволокон или их срезов.
В настоящее время наряду с усовершенствованием просвечивающихэлектронных микроскопов находит все более широкое применение растровая электроннаямикроскопия. Растровый микроскоп отличается большой универсальностью иблагодаря высокой глубине фокуса дает возможность с достаточной резкостьюнаблюдать поверхности образцов в трех измерениях. Для исследования в растровоммикроскопе объекты готовят с помощью замораживания, травления илинепосредственно изучают объект без специальной подготовки.
2. Микроскопическое исследование срезов древесины
Для микроскопического изучения строения древесиныпользуются тремя срезами в трех взаимно перпендикулярных плоскостях: поперечными двумя продольными — радиальным и тангенциальным, параллельным касательнойокружности дерева.
Древесина как хвойных, так и лиственных пород на поперечномсечении состоит из концентрических годичных слоев. Эти слои можно различатьблагодаря образованию ранней и поздней древесины. Ранняя древесина менееплотная и более темная. Годичные слои хорошо различимы в древесине хвойных икольцесосудистых лиственных пород и мало заметны у рассеянно-сосудистых. Ширинагодичного слоя составляет от 1 до 10 мм и зависит от породы деревьев и условийроста: чем лучше условия роста, тем шире годичный слой. На радиальном срезетакже можно заметить годичные слои, а на тангенциальном они отсутствуют, таккак разрез может пройти только в какой-то одной части годичного слоя — в раннейили поздней древесине.
Микроскопическое исследование срезов древесины позволяетизучать ее анатомические элементы. Отдельные анатомические элементы и ихдиагностические признаки изучают также используя метод мацерации древеснойткани.
3. Подготовка препаратов и работа с микроскопом
Для приготовления препаратов к исследованию в микроскопенеобходимы предметные и покровные стекла, препаровальные иглы, копьецо,стеклянные капельницы, чашки Петри, кристаллизаторы, ситечки и фильтровальнаябумага. Предметные стекла—стеклянные пластинки прямоугольной формы размером75ч25 мм, толщиной 1,2 мм. Покровные стекла — тонкие стеклянные пластиночкиразмером 18X 18, 20ч20 мм. Предметные и покровные стекла должны быть чистыми,перед употреблением их протирают кусочком мягкой ткани, хранят в специальныхкоробочках.
Подготовка срезов. Изготовление срезов древесины проводятвручную остро отточенной бритвой или на специальных приборах — микротомах иультрамикротомах. Первый метод, хотя и имеет большую давность, не потерялсвоего значения до настоящего времени. Основные его преимущества перед работойна микротомах — это быстрота и простота в приготовлении среза.
Получение срезов древесины на микро- или ультрамикротометребует сложных методов фиксации и резки материала… Подготовка срезов состоитв последовательном проведении следующих операций: обезвоживания; пропитки;полимеризации; заточки блока; изготовления ножа; резки; освобождения отполимеризата; окраски; промывки; фиксации. Этот метод используют главнымобразом для приготовления ультратонких срезов для электронной микроскопии. Дляизготовления срезов древесины вручную применяют опасную бритву, имеющую одну совершенноплоскую сторону, без выемки или лезвия безопасной бритвы. Исследуемый образецдревесины цилиндрической или прямоугольной формы вырезают из кусочка стволаострым ножом или скальпелем. Перед резкой образец древесины кипятят в течение30 мин, а иногда и нескольких часов в воде с последующим переносом его вхолодную воду или остыванием в том же сосуде, в котором проводилось кипячение.Это необходимо для удаления из древесины пузырьков воздуха и получения образцас определенной твердостью. Свежесрубленная древесина в большинстве случаеврежется без всякой подготовки, но при этом ее необходимо держать в воде.Фиксированные образцы тщательно промывают водой в течение некоторого времени,чтобы удалить фиксирующий материал.
Образец мокрой древесины помещают между двумя кусочкамипробки или бузины и для образования ровной поверхности срезают древесину острымножом. Затем поверхность древесины смачивают водой и осторожно с нее снимаютбритвой слои вместе с пробкой. Бритву также все время смачивают водой или спиртом,держат наискось, плоской стороной вниз, острием от себя и протягивают черезобъект скользящим движением, свободно и легко. Нельзя при этом прижимать локтик туловищу или опираться ими на стол, так как это лишит руки свободы движения.Если бритва врезалась в древесину слишком глубоко, лучше вынуть ее во избежаниеполомки. Срезы должны получаться очень маленькими и совсем прозрачными.Полученные срезы снимают с лезвия очень осторожно мягкой кисточкой, переложивбритву в левую руку и не выпуская объект. Для проверки качества срезы переносятв заранее приготовленную каплю воды на предметном стекле и просматривают прималом увеличении микроскопа. Если срезы плохие, то их выбрасывают и делаютновые.
Следует отметить, что приготовление срезов вручную требуетизвестного навыка и умения владения опасной бритвой, чтобы получить с еепомощью удовлетворительные срезы. Необходимо бережно обращаться с бритвой,постоянно точить и править ее, оберегать от ударов и реактивов, держать сухой изакрытой.
Подготовка препаратов. Из полученных срезов готовятвременные или постоянные препараты. Изучать древесину и целлюлозные материалы спомощью микроскопа через воздушную прослойку нецелесообразно, так каквследствие отражения лучей света от боковых частей материала его контуры будутвидны очерченными слишком темными линиями. Поэтому исследуемый материалзаключают в какую-либо жидкость, которая уменьшает отражение лучей и увеличиваетпрозрачность.
Для более контрастного выявления особенностей строенияанатомических элементов на срезах древесины до заключения их в ту или инуюсреду проводят окрашивание. Наиболее часто для окраски применяют 1%-ный водныйраствор сафранина или комбинацию красителей: сафранин и водный синий; хризоидини водный синий либо светлый зеленый. Срезы помещают в ванночку с красителем ивыдерживают в нем в течение 5 мин, затем избыток красителя отмывают водой,глицерином или спиртом.
Приготовление временных препаратов. Каплю воды наносятпипеткой или стеклянной палочкой на середину чистого сухого предметного стекла,препаровальными иглами переносят в нее срез и накрывают покровным стеклом.Покровное стекло прикладывают к предметному под острым углом так, чтобы онокасалось края капли; после этого его осторожно опускают. Капли жидкости,выступающие по краям покровного стекла, удаляют слегка смоченной фильтровальнойбумагой, подводя ее к одному краю покровного стекла. Если жидкости под стекломмало, ее добавляют, приподняв покровное стекло, или наносят каплю воды вплотнуюк краю покровного стекла. При резком опускании покровного стекла в жидкостиостаются пузырьки воздуха, заметные под микроскопом, в виде черных резкоочерченных кружков, которые мешают изучению объекта в микроскопе.
Временные препараты могут быть использованы дляисследований только на одном занятии. Долго сохранять их невозможно, так каквода быстро испаряется.
Приготовление постоянных препаратов. Для сохраненияпрепарата в течение длительного времени окрашенные срезы древесины заключают нев воду, а в глицерин-желатиновую смесь или в пихтовый бальзам. Перед заделкойсрезы обезвоживают.
В случае приготовления глицерин-желатиновых препаратовводу и избыток красителя из срезов удаляют тщательной промывкой глицерином сего отсасыванием. Эту операцию можно проводить на воронке фильтрующей обратной типаВФОТ диаметром 10...20 мм. После этого срезы заключают в глицерин-желатину.
Глицерин-желатину стеклянной палочкой наносят на срез,предварительно помещенный на предметное стекло. Чтобы глицерин-желатина сразуне застыла на холодном предметном стекле, его слегка подогревают на спиртовке.На теплую каплю накладывают покровное стекло, также прогретое на пламениспиртовки, и кончиком иглы осторожно придавливают стекло, равномернораспределяя глицерин-желатину. Когда среда остынет, края покровного стекламожно обвести лаком, чтобы предотвратить высыхание желатины. Этот способприготовления препаратов достаточно простой, но срезы со временемобесцвечиваются.
Для заключения среза в бальзам процесс обезвоживанияосуществляется значительно сложнее, так как ксилол, в котором растворенбальзам, совершенно не смешивается с водой. Вода, оставшаяся в срезе, образуетмуть. Обезвоживание проводят водным этанолом восходящей концентрации: 40%-ным втечение I мин; 70 и 96%-ми — по 2 мин. Для удаления последних следов воды срез обрабатываютдвумя каплями фенол-ксилола в течение 2...3 мин и после просветления дляудаления фенола срез промывают в чистом ксилоле.
Для заключения препарата в бальзам одну-две капли егораствора в ксилоле наносят стеклянной палочкой на срез и накладывают покровноестекло. Слегка надавливая на покровное стекло препаровальной иглой, удаляют изпод него избыток бальзама и пузырьки воздуха. Выступивший вокруг покровногостекла бальзам удаляют нагретым копьецом или перочинным ножом. Через несколькодней бальзам у краев стекла подсохнет и препарат может быть окончательновычищен бензином.
Все операции по заключению в бальзам и глицерин-желатинумогут быть проведены непосредственно на предметном стекле. Обычно на однопредметное стекло помещают рядом три среза: поперечный срез располагают слева,а продольные — справа один под другим. За ходом обработки следят при маломувеличении микроскопа или в штативной лупе, не покрывая срезы покровнымстеклом. Готовые постоянные препараты хранят в коробочках в вертикальном положении.
Методика мацерации древесной ткани. Мацерацию древеснойткани осуществляют разрушением межклеточного вещества в результатеделигнификации сильными окислителями. Наиболее часто в качестве окислителейиспользуют 10 или 20%-ные растворы хромовой кислоты или концентрированнуюазотную кислоту с добавлением небольшого количества хлората калия.
Мацерацию древесины азотной кислотой осуществляютследующим образом: кусочек древесины толщиной в спичку и длиной 10...20 ммвырезают из той или иной части ствола дерева, помещают в пробирку, заливают3...4 см-1 концентрированной азотной кислоты и вносят кристаллик бертолетовойсоли. Пробирку нагревают на небольшом пламени спиртовки при слабом кипении втечение 3...4 мин. Чтобы не произошло выброса смеси, необходимо нагреваниепроводить осторожно по всей поверхности пробирки. Нагревание прекращают припервых признаках мацерации, т.е. при появлении в жидкости отдельных волокон иих пучков. После охлаждения мацерированную древесину промывают дистиллированнойводой путем многократного декантирования. Из полученных мацерированных волоконготовят препараты по указанной выше методике и исследуют с помощью оптическогомикроскопа.
Работа с микроскопом. Перед работой с микроскопомнеобходимо ознакомиться с инструкцией по его эксплуатации. Приступая к работе смикроскопом, необходимо снять с него чехол, аккуратно протереть от пыли мягкойтканью, затем с помощью зеркала и источника света, глядя в окуляр, добитьсяяркого, равноосвещенного поля зрения.
Для получения отчетливого изображения предметное стекло сизучаемым объектом помещают на предметный столик и с помощью макрометрическоговинта перемещают зрительную трубу по высоте, пока объект не будет ясно виден.Далее посредством микрометрического винта микроскоп устанавливают такимобразом, чтобы можно было рассмотреть препарат по всей его толщине.
При исследовании препаратов древесины необходиморассмотреть под микроскопом и зарисовать изображение всех трех срезов, отмечаяпри этом основные анатомические элементы. Наблюдаемые срезы необходимо сравнитьс микрофотографиями аналогичных образцов древесины в литературе; и др. Влаборатории по анатомии древесины должны также иметься соответствующие атласы иплакаты. По окончании работы следует убрать препарат, удалить пыль и следыжидкости с предметного столика и покрыть микроскоп чехлом.
4. Исследование срезов древесины хвойных пород
Древесина хвойных пород имеет сравнительно простоестроение и состоит главным образом из ранних и поздних трахеид, которыезанимают свыше 90% ее объема. Ранние трахеиды, образующиеся весной и летом,имеют тонкие стенки и широкие полости и являются водоироводящими элементами. Нарадиальных стенках трахеид находятся многочисленные окаймленные поры,обеспечивающие движение восходящего тока из клетки в клетку. Поздние трахеиды —толстостенные с узкими полостями. Они длиннее ранних, имеют меньшее число пор ивыполняют механическую и частично запасающую функции. Длина трахеид от 2,6 до5,0 мм. Радиальный размер ранних трахеид составляет в среднем 40 мкм, поздних —20 мкм. Живая паренхимная ткань представлена паренхимой сердцевинных лучей, Вдревесине некоторых хвойных имеются смоляные ходы. Они представляют собоймежклеточные каналы, выстланные по периферии паренхимными клетками.
Анатомическое строение древесины хвойных пород рассмотримна примере древесины сосны обыкновенной. Схема строения древесины сосныпредставлена на рис. 3.
Поперечный срез древесины. Рассматривая поперечный срез,следует найти все слагающие древесину клетки — тонкостенные ранние и толстостенныепоздние трахеиды. Tpaхеиды должны быть расположены правильными рядами и иметьформу, близкую к прямоугольнику. Срединные пластинки будут отчетливо видны кактонкие линии, расширяющиеся в местах сближения трех-четырех клеток. Несоставляет труда обнаружить границу годичного слоя — границу между позднимитрахеидами предыдущего года и ранними трахеидами следующего. Необходиморассмотреть сердцевинные лучи. Они узкие, большей частью однорядные, пересекаютгодичные слои по радиусу. Следует разыскать среди трахеид вертикальные смоляныеходы, которые, как правило, находятся в поздней части годичного слоя. Напоперечном срезе хорошо видны их округлые каналы, окруженные живыми клеткамиэпителия. Диаметр смоляного хода примерно равен поперечнику четырех трахеид. Эпителийсмоляных ходов сосны состоит из тонкостенных клеток. При изготовлениипрепаратов эти клетки сминаются или рвутся, на срезах они часто видны в видеотверстия с неровными краями. Однако в препарате всегда можно найти смоляныеходы и в хорошем состоянии.
Радиальный срез. На радиальном срезе нужно найти хорошозаметные годичные слои, включающие ранние трахеиды с широкими полостями ипоздние толстостенные трахеиды с узкими полостями. При рассмотрении среза можнозаметить, что весенние трахеиды в радиальном направлении по размеру больше, чемв тангенциальном, концы трахеид слегка закруглены. На стенках трахеид виднымногочисленные окаймленные поры. Осенние трахеиды на радиальном разрезе меньше,чем на тангенциальном; концы их заострены. Обратить внимание нанемногочисленность пор. Они малозаметны и у некоторых трахеид вообщеотсутствуют. Поэтому окаймленные поры в поздних трахеидах лучше рассматриватьна тангенциальном срезе. Окаймленные поры на препарате найти очень легко, таккак такая пора на радиальной стенке ранней трахеиды представлена в виде двуххорошо заметных окружностей, вписанных одна в другую. Большая окружность — этодно камеры поры, меньшая — отверстие. Между большой и малой окружностями прибольшом увеличении можно видеть ясно выраженный торус, в виде несколькоразмытого с неровными краями кружка.
На радиальном срезе следует разыскать вертикальныйсмоляной ход, проходящий параллельно трахеидам. Если срез прошел точно по осисмоляного хода, то на препарате виден канал, по периферии которого располагаютсятонкостенные эпителиальные клетки, а за ними находятся клетки сопровождающейпаренхимы. Чаще всего радиальный срез проходит по касательной к смоляному ходу,поэтому на разрезе канала видны только довольно крупные прямоугольныетонкостенные паренхимные клетки, сопровождающие смоляной ход.
Далее следует рассмотреть сердцевинные лучи, проходящиеперпендикулярно трахеидам и вертикальным смоляным ходам и включающие несколькослоев паренхимных клеток. Верхние и нижние слои клеток сердцевинного луча состоятиз горизонтальных лучевых трахеид, имеющих одревесневшие клеточные стенки,снабженные мелкими окаймленными порами. Внешняя поверхность стенок лучевыхтрахеид гладкая, внутренняя — с характерными зубчатыми утолщениями, придающимиэтим клеткам ажурный вид. Горизонтальные трахеиды, как и ранние вертикальные,выполняют водопроводящую функцию. Внутренние ряды состоят из живых паренхимныхдлинных клеток с гладкими стенками и служат для распределения органическихвеществ по радиусу ствола и хранения запасных питательных веществ.
Особое внимание необходимо обратить на пересечениевертикальной трахеиды с клеткой луча, называемое полем перекреста. Характер ичисло пор на поле перекреста имеют основное диагностическое значение. Нарадиальном срезе сосну обыкновенную легко отличить от других хвойных пород поналичию одной крупной оконцевой поры на поле перекреста. На препарате видно,что паренхимные клетки луча довольно' длинные, занимают до десятка полейперекреста, поэтому на одной клетке луча встречается до 10 и более оконцевыхпор.
Среди сердцевинных лучей следует попытаться найтигоризонтальный смоляной ход. Если срез прошел по оси смоляного хода, то вцентре сердцевинного луча хорошо виден канал с крупными тонкостеннымиэпителиальными клетками, а за ними — паренхимные клетки серцевинного луча. Еслисрез прошел по касательной к оси смоляного хода, то на срезе просматриваютсятолько эпителиальные клетки.
Тангенциальный срез. На тангенциальном срезе годичныхслоев не видно, так как срез проходит только в какой-то одной части годичногослоя — в ранней или поздней древесине. Необходимо заметить, что трахеиды натангенциальных стенках — без окаймленных пор; окаймленные поры видны в видеутолщений на рассеченных радиальных стенках. Параллельно длинным стенкамтрахеид почти во всех препаратах можно найти вертикальные смоляные ходы,которые имеют тот же вид, что и на радиальном срезе, Сердцевинные лучи,разрезанные поперек, имеют вид полосок. На этом срезе луча следует подсчитатьчисло клеток по высоте и по ширине. Большинство лучей однорядные многослойные.Встречаются и широкие сердцевинные лучи с горизонтальными смоляными ходами.Канал смоляного хода выстлан эпителиальными клетками и окружен паренхимнымиклетками сердцевинных лучей.
Анатомическое строение древесины ели, лиственницы и пихты.По анатомическому строению древесины ель и лиственница очень сходны междусобой. На полях перекреста сердцевинных лучей с трахеидами как у ели, так и улиственницы имеется по 4...6 мелких пицеоидных пор. Смоляные ходынемногочисленные. Эпителиальные клетки толстостенные и по своей формеотличаются от эпителиальных клеток сосны. Однако древесина лиственницыотличается от древесины ели резким переходом от ранней части к поздней впределах одного годичного» слоя, а также большей шириной ранних трахеид идвурядным расположением в них окаймленных пор.
Древесину пихты легко отличить от древесины других хвойныхпород отсутствием смоляных ходов и наличием в поле перекреста двух — четырехтаксодиоидных пор. Переход ранних трахеид в поздние в пределах годичного слоя,как правило, постепенный. Сердцевинные лучи однорядные, многослойные.
Таким образом, основными диагностическими признаками приопределении породного состава древесины хвойных пород являются: строение, формаи число пор на поле перекреста сердцевинных лучей с трахеидами; присутствие илиотсутствие в древесине смоляных ходов; однорядное или двурядное расположениеокаймленных пор. Диагностические признаки наиболее легко установить нарадиальном срезе, но лучше рассматривать все три среза.
5. Исследование срезов древесины лиственных пород
Древесина лиственных пород по сравнению с древесинойхвойных имеет наиболее сложное строение. Механическую функцию выполняют волокналибриформа и волокнистые трахеиды. Водопроводящие ткани состоят из сосудов исосудистых трахеид. Паренхимные клетки образуют сердцевинные лучи ивертикальную паренхиму. В древесине лист венных пород отсутствуют смоляныеходы.
Волокна либриформа представляют собой мертвые, сильновытянутые по длине прозенхимные клетки с заостренными концами и толстымиодревесневшими стенками. Длина волокон либриформа колеблется от 0,3 до 2,6 мм.Поры на стенках немногочисленные, узкие, щелевидные. Наличие большего илименьшего числа волокон либриформа в древесине определяет ее твердость и плотность.
Сосуды представляют собой трубки длиной около 2 см, а вотдельных породах до 10 см и более. Сосуды состоят из элементарных сосудов, разделенныхмежду собой перфорационными пластинками. Тип перфорационных пластинок являетсяпостоянным и характерным для каждой породы и может служить для их распознавания.
У отдельных видов крупные сосуды расположены в раннейдревесине в один, два, три ряда кольцом вдоль границы годичного слоя. Поэтомуих древесину называют кольцесосудистой или кольцепоровой. У березы, осины,ольхи, ивы крупных сосудов нет, а мелкие располагаются равномерно по всемугодичному слою радиальными группами по два-три и больше. Древесину этих породотносят к типу рассеянно-сосудистой. Диагностическое значение имеют также формаи размеры пор в стенках сосудов.
Волокнистые и сосудистые трахеиды лиственных пород, вотличие от трахеид хвойных пород, имеют меньшую длину, редко превышающую 0,5мм. От волокон либриформа они отличаются более заметной полостью, меньшейтолщиной оболочки, а также наличием мелких окаймленных пор. Сосудистые трахеидыимеют большую полость и большее число пор, чем волокнистые, и выполняютводопроводящую роль.
Паренхимные клетки в древесине лиственных пород образуют,кроме сердцевинных лучей, вертикальную паренхиму, располагающуюся обычно околокрупных сосудов и являющуюся запасающей тканью. Клетки паренхимы имеют формуудлиненных четырехгранных призм. Обычно эти клетки соединяются вместе иобразуют продолговатые паренхимные тяжи, разделенные поперечными перегородками.Верхняя и нижняя клетки имеют по одному заостренному концу.
Анатомическое строение древесины лиственных породрассмотрим на примере древесины березы бородавчатой.
Поперечный срез. Рассматривая поперечный срез, следуетпрежде всего определить границу годичного слоя по двум-трем рядам сплюснутых втангенциальном направлении волокон либриформа. Основную часть годичного слояпредставляют собой волокна либриформа. В поперечном разрезе — это мелкоклетнаяткань с заметно утолщенными стенками и узкими полостями.
Далее необходимо найти сосуды, хорошо заметные средилибриформа своими более крупными отверстиями. Они примерно одинакового диаметрарасполагаются более или менее равномерно по всему годичному слою радиальнымигруппами по два-три. Однако встречаются как одиночные сосуды, так и группы пошесть-восемь сосудов. Очертание одиночных сосудов овальное, а в группах —многоугольное.
Следует обратить внимание на сердцевинные лучи — узкиеполоски, пересекающие поперек годичные слои древесины. Они видны на срезе ввиде одного-двух или реже трех-четырех рядов клеток. Клетки вертикальнойпаренхимы и трахеиды очень небольшие и найти их на поперечном срезе бездополнительного окрашивания почти невозможно.
Радиальный срез. На срезе как при малом, так и при большомувеличении хорошо наблюдается граница годичного слоя в виде двух-трех рядовсплюснутых клеток либриформа. Волокна либриформа на радиальном срезе — длинныеклетки с заостренными концами, равномерно утолщенными стенками и довольноузкими полостями. Наряду с волокнами либриформа встречаются волокнистыетрахеиды с едва заметными окаймленными порами. Обратить внимание, что у сосудовотчетливо видны лестничные перфорации между отдельными члениками. На тонкихстенках некоторых сосудов можно наблюдать очень мелкие окаймленные поры.
На радиальном срезе нужно попытаться обнаружить и клеткивертикальной паренхимы в виде удлиненных тяжей. Затем следует рассмотретьсердцевинные лучи, вытянутые перпендикулярно волокнам либриформа и сосудам.Если срез прошел строго вертикально и рассек весь луч по его высоте, нужнососчитать число слоев. В местах полей перекреста между сосудами и сердцевиннымилучами находятся полуокаймленные поры, форма которых подобна форме окаймленныхпор сосудов.
Тангенциальный срез. На этом срезе граница годичного слояне наблюдается. Волокна либриформа видны, как и на радиальном срезе, в видеузких толстостенных клеток с заостренными концами. В их стенках можно найтищелевидные поры. У сосудов необходимо найти остатки лестничной перфорации ихорошо просматриваемые многочисленные мелкие, сомкнутые, реже сближенныеокаймленные поры. По ширине сосуда насчитывается до 12… 18 рядов пор.
При рассмотрении среза обратить внимание наверетенообразную форму поперечного разреза сердцевинных лучей. Высота ихразлична и может быть очень большой, ширина же невелика. Лучи часто однорядные,но встречаются трехрядные и редко четырехрядные.
Анатомическое строение осины и дуба. По строению древесинаосины близка к древесине березы. Основная масса древесины осины также состоитиз толстостенных волокон либриформа, в стенках которых имеются мелкиещелевидные косо расположенные поры. Граница годичного слоя выражена неясно. Обепороды имеют сосуды диаметром 0,06...0,1 мм. Однако у осины они болеемногочисленные, образуют радиальные группы, состоящие из двух — пяти сосудов.Одиночные сосуды встречаются редко.
Основным диагностическим признаком, позволяющим различатьдревесину осины и березы, является строение сосудов. У осины сосуды имеютпростые перфорационные пластинки с одним округлым отверстием, а у березы, какуже отмечалось, перфорационные пластинки лестничные. На стенках сосудов осинынаблюдаются крупные, округлые супротивные или очередные поры. По ширине сосуданасчитывается до шести — восьми рядов пор. Сердцевинные лучи у осины вбольшинстве случаев однорядные, узкие; по высоте насчитывается до 30 клеток.Волокнистые и сосудистые трахеиды в древесине осины отсутствуют.
Древесина дуба является примером древесины лиственныхпород кольцесосудистого типа. В ранней древесине имеются крупные сосуды,располагаемые кольцом вдоль границы годичного слоя. В некоторых сосудах видныобрывки тилл. Тилла — вырост протопласта паренхимной клетки, проникший черезпару пор в полость смежного сосуда. Мелкие сосуды находятся в позднейдревесине, имеют радиальное расположение, т. е. группы этих сосудов вытянутыпараллельно сердцевинным лучам. Водо-проводящую функцию в древесине дуба, кромесосудов, выполняют сосудистые трахеиды, располагающиеся как в поздней, так иранней древесине. Волокна либриформа с сильно утолщенными оболочками инебольшими полостями. В поперечном разрезе они многогранные и плотно сомкнутые.Большинство сердцевинных лучей древесины однорядные, но имеютсянемногочисленные многорядные. Они могут содержать до 30 рядов клеток. Клеткивертикальной паренхимы нередко окружают сосуды и образуют прослойки средилибриформа. Они отличаются тонкими оболочками и относительно большимиполостями.
6. Микроскопическое и гистохимическое исследованиецеллюлозных волокон
Микроскопическое исследование целлюлозных волокон давноуже вошло в практику не только научно-исследовательских институтов, но изаводских лабораторий целлюлозно-бумажной промышленности. Эти исследованияпозволяют достаточно глубоко изучить вид волокнистых полуфабрикатов,особенности их структуры, изменения размеров волокон и содержания отдельныххимических веществ в клеточных стенках при различных химических воздействиях впроцессах как получения, так и переработки технических целлюлоз и другихполуфабрикатов в бумагу, картон, искусственные волокна, пленки и т. д.
При микроскопическом анализе волокнистых полуфабрикатовиспользуют гистохимический метод, основанный, как уже отмечалось, на полученииспецифических окрасок древесных и целлюлозных волокон. Для окраски применяютнекоторые неорганические и органические красители — малахитовый зеленый CO.,конго красный, сафранин, фуксин и др., а также перманганат калия и специальныереактивы — хлор-цинк-иод, смесь нитрата кальция и иода и др.
Приготовление препаратов окрашенных волокон. Изтехнической целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов готовят тольковременные препараты с заключением в растворы реагентов, дающих специфическую окраску,или в воду.
На предметное стекло из капельницы наносят одну-две каплидистиллированной воды, в которую помещают очень небольшое количествоисследуемого образца. При помощи препаровальных игл целлюлозные волокнатщательно разделяют и равномерно распределяют на предметном стекле. После этогоцеллюлозные волокна осушают фильтровальной бумагой и на слегка влажные волокна наносятдве-три капли красителя или другого реагента. Волокна хорошо перемешивают инакрывают покровным стеклом. Покровное стекло прикладывают к предметному подострым углом так, чтобы оно касалось края капли жидкости и после этого егоосторожно опускают. Капли жидкости, выступающие по краям покровного стекла,удаляют слегка смоченной фильтровальной бумагой, подводя ее к одному краюпокровного стекла. Приготовленный препарат закрепляют на предметном столикемикроскопа и приступают к его изучению.
Идентификация целлюлозных волокон из различныхрастительных тканей. Одним из наиболее распространенных реактивов длякачественной идентификации целлюлозных волокон является хлор-цинк-иод. Онотносится к такому типу реагентов, которые образуют с основным компонентом волоконокрашенные соединения, цвет которых зависит не от цвета реактива, а от свойстваволокна. По окраске можно различить волокна хлопковой и древесной целлюлозыразного выхода, а также волокна древесной массы. К недостаткам растворахлор-цинк-иода можно отнести получение различной окраски в зависимости отрецепта его приготовления и ее неустойчивость на волокнах вследствие быстрогоулетучивания иода из раствора. Поэтому препараты целлюлозных волокон следуетготовить и рассматривать под микроскопом за сравнительно короткое время.
Небольшой образец увлажненной целлюлозы помещают напредметное стекло, тщательно раздергивают препаровальными иглами и осушаютфильтровальной бумагой. На слегка влажные волокна наносят две-три каплихлор-цинк-иода, хорошо перемешивают и покрывают покровным стеклом. Дляполучения насыщенной окраски волокон хлор-цинк-иод дают в избытке, которыйзатем удаляют слегка увлажненной фильтровальной бумагой, подводя ее к одному краюпокровного стекла.
Препараты непосредственно после их изготовлениярассматривают в хорошо освещенном поле зрения микроскопа, получип Достаточнорезкое изображение волокон. При окраске хлор-цинк-иодом волокна принимаютследующие цвета: хлопковые — вннно-красный; волокна технической древеснойцеллюлозы — сине-фиолетовый; волокна древесной массы — золотисто-зеленый. Поистечении некоторого времени волокна изменяют окраску, причем древеснаяцеллюлоза принимает темно-синюю окраску, хлопковые волокна синеют, а древеснаямасса становится бледной, почти бесцветной.
Идентификация целлюлозных волокон, полученных разнымиметодами варки. Гистохимические реакции позволяют также идентифицироватьволокнистые полуфабрикаты, изготовленные из древесины хвойных и лиственныхпород разными методами варки. Это обусловлено тем, что в различных процессахварки химический состав волокон в результате частичной их делигнификации, атакже некоторого удаления гемицеллюлоз и экстрактивных веществ, изменяетсянеодинаково. Подбирая соответствующие реактивы, окрашивающие тот или другойкомпонент волокна, становится возможным различать волокнистые полуфабрикаты подмикроскопом по внешнему виду, окраске и диагностическим признакам. Для этихцелей в настоящее время разработан ряд методик. На предметное стекло помещаютнебольшой образец целлюлозы и обрабатывают двумя-тремя каплями смеси растворовмалахитового зеленого, основного фуксина и соляной кислоты. Волокна тщательнораздергивают и перемешивают. Обработку производят в течение I мин. Окрашенныеволокна переносят на ситечко и промывают водой до бесцветных промывных вод.Готовят препарат по методике, указанной на с. 26, и исследуют его подмикроскопом. Волокна небеленой сульфитной целлюлозы окрашиваются втемно-малиновый или фиолетовый цвет, хорошо выделяются ярко окрашенные«глазки»— замыкающие мембраны окаймленных пор. Волокна небеленой сульфатнойцеллюлозы окрашиваются в сине-зеленый цвет, «глазки» отсутствуют.
Методика анализа небеленых целлюлоз из древесинылиственных пород. На предметное стекло помещают небольшой образец целлюлозы,смачивают водой, раздергивают препаровальными иглами на отдельные волокна,затем осушают их фильтровальной бумагой. На волокна последовательно наносятравные объемы растворов основного фуксина и малахитового зеленого и волокна итщательно перемешивают. Окрашивание производят в течение 2 мин. Волокнапереносят на ситечко и промывают водой от избытка красителя до бесцветныхпромывных вод. На чистом предметном стекле готовят препарат из окрашенныхволокон по методике, указанной на с. 26, и просматривают его под микроскопом. Волокнанебеленой сульфитной целлюлозы окрашиваются в красновато-фиолетовый цвет,волокна небеленой сульфатной — в голубой.
Приготовление растворов. Для получения раствора фуксина0,25 г основного фуксина и 15 см концентрированной уксусной кислоты растворяют в100 см' дистиллированной воды; для приготовления раствора малахитового зеленого0,25 г Cu2CO и 15 см3 концентрированной уксусной кислоты растворяют в 100 смдистиллированной воды.
Определение равномерности провара технических целлюлоз.
Одной из разновидностей гистохимического анализацеллюлозных волокон является определение равномерности провара целлюлозы. Методоснован на микроскопическом исследовании препаратов волокон целлюлозы,окрашенных специфическими химическими реагентами, взаимодействующими с лигнином:2%-ным водным раствором малахитового зеленого, подкисленным несколькими каплямиконцентрированной уксусной кислоты, и 2%-ным водным раствором конго красного,Эта методика наиболее пригодна для целлюлозы средней жесткости. Равномерностьпровара мягкой целлюлозы определяют по интенсивности красного цвета,образующегося при окраске волокон азо-диметиланилином, Данный метод менее точени редко применяется.
Небольшой образец целлюлозы помещают на предметное стекло,смачивают водой, расщепляют препаровальными иглами на волокна и осушаютфильтровальной бумагой. Затем волокна в течение 2 мин окрашивают несколькимикаплями раствора малахитового зеленого. Окрашенные волокна переносят наситечко, промывают водой от избытка красителя до бесцветных промывных вод, отжимаютпрепаровальными иглами и вновь переносят на предметное стекло, где сноваосушают фильтровальной бумагой. После этого на целлюлозу наносят несколькокапель раствора конго красного. Окраску производят в течение 2 мин, сноваволокна переносят на ситечко, промывают и отжимают. Из окрашенных волоконготовят препараты и исследуют их под микроскопом.
О равномерности провара судят по окраске волокон. Внеравномерно проваренной целлюлозе волокна имеют розовую и зеленую окраску. Вравномерно проваренной целлюлозе окраска волокон промежуточная: розовые волокнаместами окрашены в зеленоватый цвет, зеленые волокна — в розоватый. Чемоднороднее и мягче проварена целлюлоза, тем бледнее окраска розовых и зеленыхволокон.
Подсчитывают в пяти препаратах волокна, имеющие розовую,зеленую и промежуточную окраску. Однородность провара выражают в процентах отобщего числа волокон.
Определение равномерности отбелки целлюлозы. Метод основанна микроскопическом исследовании препаратов волокон беленой целлюлозы,окрашенных 2%-ным водным раствором малахитового зеленого, подкисленногонесколькими каплями концентрированной уксусной кислоты, и 1%-ным воднымраствором основного фуксина. Небольшой образец используемой целлюлозы помещаютна предметное стекло, с помощью препаровальных игл расщепляют на отдельныеволокна в нескольких каплях дистиллированной воды. Волокна осушаютфильтровальной бумагой и наносят на них несколько капель раствора малахитовогозеленого. Для закрепления красителя препарат осторожно подсушивают над электрическойплиткой. Затем волокна переносят на ситечко, промывают водой до бесцветныхпромывных вод, отжимают препаровальными иглами и помещают на предметное стекло,где осушают фильтровальной бумагой. На промытый и высушенный образец целлюлозынаносят несколько капель раствора основного фуксина. Окраску проводят в течение1 мин. Окрашенные волокна переносят на ситечко и промывают слабым растворомсоляной кислоты до бесцветных промывных вод. Затем целлюлозу тщательнопромывают водой и отжимают. Из волокон приготавливают препараты по методике,указанной на с. 26, и исследуют их под микроскопом. Волокна хорошо отбеленнойцеллюлозы — бесцветны; волокна полубеленой целлюлозы — бледно-розового цвета;волокна небеленой целлюлозы — красного цвета. Неравномерно отбеленная целлюлозасостоит из волокон, окрашенных в различные указанные выше цвета.