木质素在自然界中的分布—来源种子植物、江河湖海等

一、木质素存在于种子植物中

在自然界中，木质素，存在于各种种子植物中，一般认为藻类植物中，不存在木质素。苔藓植物是否具有木质素目前尚有疑问。

土壤和江河湖海的沉积物中，也普遍存在木质素，甚至有些天然水体中，也有木质素。

木质素的特殊结构，使之具有较高的化学稳定性，抗微生物降解的能力，死亡的植物、掉落到土壤中的树叶或果实腐烂后，木质素残留于土壤中，经雨水或流水冲刷，成为江河湖海中沉积物的有机组分。

沉积物中的木质素，是海洋环境中陆源有机物的一种良好的生物标志物，在海洋生物、地球化学中的应用，具有很高的科学价值。

 

图：木质素存在于种子植物中

 

二、植物种属不同，木质素含量有区别

在成熟植物的根、茎、叶、皮、果实壳及种子里，存在着结构和分子量不同的木质素。

植物越成熟，其木质素的含量越高。植物的种属不同，其化学组成有很大的差别，木质素含量在树种间存在着差异，例如：

 

①、裸子植物

裸子植物比被子植物的木质素含量高，热带产木材比温带产木材的木质素含量略高。

②、针叶木

针叶木比阔叶木的木质素含量略高。

③、阔叶木

阔叶木平均木质素含量为21%（颤杨16%、美国榆24%、大叶水青22%、白桦19%、黄桦21%、糖槭24%）,而针叶木平均木质素含量为29%（香脂冷杉29%、侧柏31%、加拿大铁杉33%、短叶松29%、白云杉27%、美洲落叶松29%）。

④、禾本科植物

禾本科植物的竹子，其木质素含量有的与阔叶木接近（安徽芦竹19%、四川西风竹23%、四川黄竹24%）有的与针叶木接近（福建毛竹31%、四川慈竹31%、江苏淡竹33%）。

其他禾本科植物的木质素，含量则接近阔叶木（小麦草茎秆22%、芦苇20%、芒草20%、荻19%、甘蔗20%、龙须草14%、芨芨草17%、玉米秆18%、高粱秆23%）。

 

三、同一植物、不同部位有区别

同一植物的不同部位的化学组成，同样具有较大差别。

例如，云杉树干、树枝、韧皮、外皮的木质素含量分别为28%、34%、16%、27%；稻草茎秆的木质素含量仅为12%,其穗部、节部、叶及叶鞘的木质素含量却高达33%、27%、30%及30%。

植物的不同生长发育阶段，其化学组成有很大的差别，木质素填充于细胞壁内的纤维框架内的过程，有可能导致个体内的非均匀分布，树干越高，木质素含量越低，即垂直分布上的不均一性。

个体内木质素含量除了在垂直分布上的变化外，还在径向分布上存在差异，大多数针叶木心材木质素比边材少，在阔叶木中则无明显差异。树干的下部，春材的木质素较多，中间部分大致相同，而在树干的上部，秋材的木质素含量多。

木质素含量在群体间的差异很小，木质素含量差异与种源所处的纬度、经度、无霜期、年均温度及年降雨量相关不密切，同时与胸径及年轮宽度无关^［1］。

 

四、木质素在细胞壁中的情况

在植物细胞壁中，木质素主要分布在木质部的管状分子和纤维、厚壁细胞、厚角细胞、特定类型表皮细胞的次生壁（secondary wall）中。

典型的细胞壁是由胞间层（intercellular layer）、初生壁（primary wall）及次生壁组成的，次生壁又分外层（S₁）、中层（S₂）和内层（S₃）^［2］。

一般，木质素在植物结构中的分布是有一定规律的，胞间层的木质素浓度最高，细胞内部浓度则减小，次生壁内层又增大。

 

在裸子植物尤其在典型的针叶木的管胞中，细胞壁复合胞间层中木质素含量超过50%，而次生壁的S2层中木质素含量不到20%^［3］。由于次生壁在细胞壁中占有大量的体积，而胞间层较薄，所以木材中大部分木质素存在于次生壁中。细胞角隅区木质素化程度常比复合胞间层高，木质素浓度一般超过70%。年轮内细胞壁形态的变化可能会引起早材和晚材中木质素含量的不同，晚材管胞的次生壁较厚，复合胞间层木质素浓度减少了，结果导致晚材木质素含量的降低。

S₁层（次生壁外层）的木质素化程度也是变化的，木质素浓度通常比S₂层低，在S₁/S₂交界处，木质素的分布很不均匀。S₃层比相邻的S₂层木质素化程度高^［4］。在被子植物尤其是典型的阔叶木导管的次生壁和胞间层中含有愈创木基结构单元的木质素，而纤维次生壁及薄壁细胞的细胞壁主要含有紫丁香基结构单元的木质素，同时也存在愈创木基结构单元的木质素。

阔叶木次生壁和细胞间层中木质素的分布与针叶木中相似，但阔叶木次生壁木质素化程度比针叶木管胞低。

 

 

[1]、徐有明，涂可高，叶新山，等.林产化学与工业，1997, 17： 73.

[2]、许凤，陈嘉川，孙润仓.林产化学与工业，2003, 23： 66.

[3]、Humphreys J M, Chapple C. Curr Opin Plant Biol, 2002, 5: 224.

[4]、Rosier J, Krekel F, Amrhein N, et al. Plant Physiol, 1997, 113： 175.