budowa i skład chemiczny drewna

Budowa i skład chemiczny drewna — Budowa i skład chemiczny drewna – drewno stanowi największą część pnia drzewa. Znajduje się ono pomiędzy rdzeniem czyli centralną częścią pnia zbudowaną z żywych komórek pełniących funkcję zapasową (lub komórek martwych zastępowanych przez powietrze bądź żywicę czy inne substancje) a częścią zewnętrzną czyli korą. Kora składa się z dwóch warstw pełniących różne funkcje.

Warstwa zewnętrzna zbudowana jest z martwych komórek przekształconych z łyka i służy ochronie drewna przed utratą wody, przed zmianami temperatury oraz przed mikroorganizmami. Warstwa wewnętrzna natomiast składa się z żywych komórek łyka (floemu) i miękiszu korowego pełniących funkcje transportowe związków organicznych. Pomiędzy korą a drewnem leży jeszcze jedna bardzo istotna tkanka niewidoczna gołym okiem. Jest to kambium czyli tkanka twórcza wytwarzająca zarówno komórki łyka (na zewnątrz) jak i drewna (do wewnątrz). Drewno wytwarzane jest przez całe życie drzewa i dzięki temu drzewa stale powiększają swoje rozmiary. W naszej strefie klimatycznej przyrost następuje w odpowiednich warunkach atmosferycznych i w czasie zimy następuje okres spoczynku. W związku z takim sezonowym przyrastaniem słoje przyrostu rocznego są bardziej widoczne.

Na budowę drewna składają się trzy podstawowe układy tkanek:

• układ przewodzący,
• układ spichrzowy,
• układ wzmacniający.

Układ przewodzący tworzony jest przez tracheidy czyli cewki oraz tracheje czyli naczynia i służy do przewodzenia wody i substancji mineralnych oraz pełni funkcję wzmacniającą. Cewki zbudowane są z martwych komórek tworzących regularnie ułożone szeregi a do przewodzenia służą im jamki. Dzielimy je na cewki naczyniowe i na cewki włókniste. Te pierwsze służą do przewodzenia wody i z występują przy naczyniach a jednocześnie stanowią formę przejściową od cewek do naczyń. Występują u nielicznych drzew liściastych na przykład w brzozie, dębie czy buku. Te drugie czyli cewki włókniste są formą przejściową od cewek do włókien i pełnią funkcję głównie wzmacniającą ale również magazynującą i przewodzącą. Naczynia składają się również z martwych komórek, które są ułożone w szeregi nazywane członami naczyń. Tak samo jak cewki posiadają jamki ale różnią się od nich obecnością perforowanych ścian końcowych oraz sprawniejszym przewodzeniem.

Układ spichrzowy składa się z miękiszu drzewnego oraz miękiszu promieni drzewnych. Komórki miękiszowe są żywe (jako jedyne ze wszystkich komórek występujących w drewnie), mają cienkie ściany a rozmieszczone są pośród innych tkanek. Mogą być zlokalizowane wokół naczyń bądź nie przylegać do nich. Są albo rozproszone albo skupiają się w warstwy przy granicy słojów bądź występują wewnątrz słojów. Oprócz funkcji magazynującej pełnią też funkcję wydzielniczą oraz przeprowadzają fotosyntezę. Gromadzić mogą różne materiały zapasowe takie jak skrobia czy tłuszcze. Są one magazynowane przez zimę a na wiosnę uaktywniają się pod wpływem enzymów i są transportowane do rozwijających się pąków. Promienie drzewne występują w postaci cienkich linii ciągnących się od rdzenia do łyka. W promieniach poza komórkami miękiszu mogą występować również cewki. Pełnią one funkcję przewodzącą asymilaty i wodę w kierunku promieniowym czyli w poprzek drzewa.

Układ wzmacniający tworzą wspomniane wcześniej cewki oraz włókna drzewne nazywane libriform. Włókna zapewniają wytrzymałość roślinie. Zbudowane są z martwych komórek o grubej wtórnej ścianie komórkowej. Mają nieliczne jamki i wypełnione są powietrzem albo wodą. Włókna są bardzo długie i zazębiają się ze sobą dzięki czemu pełnią funkcję wzmacniającą. Ich ilość i rozmieszczenie decydują o twardości, ciężarze a także o właściwościach drewna.

Skład chemiczny drewna dzieli się na dwie podstawowe grupy – związki organiczne oraz związki nieorganiczne. W skład związków organicznych wchodzą cztery podstawowe pierwiastki. Większość czyli ok. 49% stanowi węgiel. Na drugim miejscu znajduje się tlen stanowiący ok. 44% a dalej wodór ok. 6% i azot ok. 0,2% a także inne pierwiastki. Związki nieorganiczne czyli substancje mineralne składają się z wapnia, potasu, fosforu, magnezu, chloru, żelaza, sodu oraz innych pierwiastków. Związki organiczne budują błony komórkowe oraz ich zawartość. Dodatkowo w drewnie występują też cukry, białka, skrobia, garbniki, oleje eteryczne, gumy, żywice, woski oraz substancje mineralne. Do składników drewna bardziej złożonych należy celuloza (nazywana też błonnikiem), hamicelulazy oraz lignina. Celuloza stanowi około 45% (od 40 do 60%), hemicelulozy ok. 30% a lignina ok. 20%. Zawartość ligniny jest różna u drzew liściastych i iglastych. Lignina czyli drzewnik u liściastych występuje w ilości od 19 do 26 % natomiast u iglastych od 26 do 29%.

Celuloza jest polisacharydem czyli wielocukrem, składającym się z liniowo ułożonych cząsteczek glukozy (C6H12O6) połączonych wiązaniami beta-1,4-glikozydowymi. Łańcuch może się składać z 3000 do 14 000 cząsteczek. Dzięki wiązaniom celuloza tworzy sztywne nitki których trawienie wymaga obecności enzymów nazywanych celulazami. Celuloza jest składnikiem budującym ściany komórkowe u roślin wyższych a największa jej ilość występuje we włóknach lnu i juty oraz we włoskach pokrywających nasiona bawełny.

Celuloza jest polimerem nierozgałęzionym. Hemicelulazy to grupa różnych polisacharydów i ich pochodnych które są połączone wiązaniami beta-glikozydowymi. W odróżnieniu od celulozy tworzą rozgałęzione łańcuchy. Hemicelulazy również stanowią składnik budulcowy ścian komórkowych. Mogą być jednorodne jeśli składają się z reszt tych samych cukrów prostych lub niejednorodne jeśli budowane są z reszt różnych sacharydów. Lignina (inaczej drzewnik) obok celulozy i hemicelulaz jest również składnikiem podstawowym drewna. Jest to polimer zbudowany z pochodnych alkoholi fenolowych. Monomery są połączone wiązaniami estrowymi oraz kowalencyjnymi C-C. Lignina jest substancją lepiszczową a jej główną funkcją jest utrzymanie zwartości w strukturze komórek drewna. Nadaje ona również drewnu sztywność oraz zwiększa wytrzymałość na ściskanie. Wszystkie właściwości techniczne drewna w dużej mierze zależą od budowy oraz składu chemicznego drewna. Ma to znaczenie np. przy wyborze materiałów budulcowych.