纺织原料系列《棉纤维的形成、结构和性能》

棉纤维是由胚珠(即将来的棉子)表皮壁上的细胞经过伸长和加厚而形成的。一个细胞长成一根纤维,即每根棉纤维是一个植物单细胞。纤维的一端着生于棉子表面,另一端成封闭状。

仿佛原料课系列《棉纤维的形成、结构和性能》

  棉纤维是由胚珠(即将到来的棉)表皮壁上的细胞经过伸长和加厚而形成的。细胞成长为纤维,棉纤维是植物单细胞。纤维的一端出生在棉表面,另一端封闭。

  棉纤维和棉铃的发育同时进行。棉纤维的发育特点是先伸长,然后充实细胞壁。棉纤维整体的形成过程可分为三个时期。

  1.延长期

  棉纤维发育的前半部分是伸长阶段,表现为纤维细胞壁的伸长和初生壁的形成。开花前,胚泡表皮细胞表面相当光滑,花冠开放,胚泡未受精前,胚泡表皮细胞隆起多处,表皮细胞伸长,这些细胞是纤维初生细胞。一天晚上,初生细胞可以延长到宽度的两倍。胚泡受精后,纤维初生细胞迅速伸长。在伸长的同时,细胞的宽度也增加,细胞核也随细胞向前移动。这个时期被称为棉纤维的伸长期,需要25~30天。棉纤维一般在25天左右伸长到所需长度。

  棉纤维在伸长期,几乎没有横向发育,只有纵向伸长。由于生长条件不同,伸长速度不完全一致,种子纤维长度不同。纤维达到各自的最长限度时,停止伸长,结束伸长期。但是,结构上只有初生细胞壁,内部不太厚,成为薄壁细管状,壁厚约0.3μm,中腔大,充满原生质。这种纤维,纤维素极少,无纺纱价值。

  正常情况下,胚细胞层中的细胞逐渐成为初生细胞,开花受精后l0天内陆续发生,早期发生的初生细胞发育良好,长度长,成为具有纺纱价值的棉纤维。开花第三天后,胚珠表皮细胞层发生的初生细胞,由于不久就停止发育,短而密集,附着在种子表面,成为短纤维或棉短绒。如果该胚泡内的卵细胞不受精,纤维初生细胞逐渐停止生长,胚泡死亡,成为不孕症。原本在这个胚泡上开始伸长的表皮细胞,成为附着在不育子上的短纤维。

  2.加厚期

  棉纤发育的下半场是加厚阶段。纤维伸长到最长时间,迅速增加细胞壁的厚度,每天晚上慢慢积累纤维素,使细胞壁变厚,中腔变小。此时,纤维长度几乎没有增加,外周长度也没有太大变化,但细胞壁从外向内堆积纤维素逐渐增厚,形成二次细胞壁。最后成为两端细、中间粗的棉纤维。棉纤维的厚度期为25~30天。

  纤维的厚生长与环境温度密切相关。纤维素的沉积在温度高的时候进行,在20~30℃以内,温度越高,厚度越快。温度低于20℃会影响纤维素的沉积,温度低于15℃会停止纤维的厚度。白天和夜晚温差大,纤维素沉积时速度慢,在细胞壁内形成明显的水平,水平数与纤维细胞壁的厚度天数相同,形成棉纤维的生长日轮。棉纤维次生细胞壁形成时,纤维素沉积具有昼夜周期性。棉纤维厚度时保持不变的适当温度,就不会形成生长日轮。

  棉纤维的成熟系数是指棉纤维中段截面回圆后,与双层壁厚与外径之比。随着细胞壁厚度的增加,纤维的中腔、宽度(外径)差逐渐缩小,纤维的强度、断裂长度、单位长度的重量逐渐增加。因此,纤维的成熟系数和强度说明了棉花质量的好坏。纤维成熟系数高,细胞壁厚,中腔小,强力高,颜色明亮发光,其品级高的成熟系数低,细胞壁薄,中腔大,强力弱,颜色明亮差,品级低。一般来说,早期、中期棉3级棉多,尾期棉5级、6级、7级棉多,这种差异的主要原因是纤维成熟度差异大。

  棉纤维的平均成熟系数在2.2以上,单纤维的平均强度达到5.0cN以上。纤维成熟系数的高低或细胞壁厚度取决于植物各部分的营养供应。这要求在早期生长中创造良好的条件,使植物生长粗壮。

  3.转曲期(成熟期)

  棉纤维加厚期结束后,棉铃开始脱水,棉纤维成熟膨胀,棉铃破裂吐棉。棉纤维开始是管状细胞,吐棉后暴露在空气中,纤维内的水分蒸发引起表面收缩。棉纤维细胞壁堆积纤维素时以螺旋状原纤维形态层分布,螺旋方向左右,纤维干涸收缩时,细胞壁发生时左右螺旋形扭转,形成不规则的自然旋转。这个时期是15~20天。形成自然转弯的时期一般在棉铃开始裂缝后的3~4天。未成熟纤维的细胞壁薄,几乎没有弯曲的过成熟纤维单纤维强度高,但天然弯曲少,棉质量差。棉铃吐棉前后纤维截面如图1-1所示。

  棉铃充分裂开后,纤维成熟,种子成熟。种子发育成熟的过程是质量变化的过程。种子发育初期,重量增加速度快,今后慢。种子核仁含油质,初期增加少,开花后25天含油量为1.5%~2%,之后迅速增加,完全成熟时含油量达到20%左右。一般来说,完全成熟的陆地棉种子不容易刮掉棉短绒,壳是黑色或棕色的,浸在水中很快就会下沉,可以作为种子使用的不成熟的种子容易刮掉棉短绒,壳是黄褐色或嫩黄色的,浸在水中慢或不沉在水底,不能作为种子使用。

  这是选择方法之一。根据种子的特征,可以识别棉的成熟度高低,确定品级高低。

  100颗粒棉的棉纤克重(g)称为衣指。100粒棉的克重(g)称为子指。子指和衣服是评价棉纤维品种是否优良的指标。衣指高,衣分高,单产高,品种优良的子指高,生命力强,种性好。

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