棉纤维的形成结构和性能 棉纤维的形成

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。
棉纤维与棉铃的发育同时进行。棉纤维的发育特点是先伸长,然后充实加厚细胞壁。整个棉纤维的形成过程,可以分为三个时期。
1.伸长期
棉纤维发育的前半期是伸长阶段,表现为纤维细胞壁的伸长和初生壁的形成。在开花之前,胚珠的表皮细胞表面相当平滑,在花冠开放、胚珠未受精前,胚珠的表皮细胞有多处隆起,这表示有些表皮细胞已经伸长,这些细胞就是纤维初生细胞。经过一昼夜,初生细胞就可以伸长为其宽度的2倍。胚珠受精后,纤维初生细胞就迅速伸长。在伸长的同时,也加大细胞的宽度,细胞核也随细胞向前移动。这一时期称为棉纤维的伸长期,需25～30天。棉纤维一般在25天左右就可以伸长到应有的长度,见表1-1。

棉纤维在伸长期,几乎不横向发育,只在纵向延伸。由于生长条件不同,伸长速度不完全一致,所以,不同种子上的纤维长度并不一样。当纤维达到各自的长限度时,停止延伸,结束伸长期。但在构造上仍只有一层初生细胞壁,内部很少加厚,成为薄壁细管状,壁厚约0.3μm,中腔很大,充满原生质。这种纤维,纤维素极少,毫无纺纱价值。
正常情况下,胚珠表皮细胞层中的细胞逐渐成为初生细胞,在开花受精后l0天内陆续发生,早发生的初生细胞发育良好,长度较长,成为具有纺纱价值的棉纤维。开花第三天以后,从胚珠表皮细胞层所发生的初生细胞,往往不久即停止发育,因此短而密集,附在种子表面,成为短纤维,或称棉短绒。如果这个胚珠内的卵细胞没有受精,纤维初生细胞就逐渐停止生长,胚珠死亡,成为不孕子。原来在这个胚珠上开始伸长的表皮细胞,则成为附在不孕子上的短纤维。
2.加厚期
棉纤维发育的后半期是加厚阶段。当纤维伸长达到长限度时,就快速地增加胞壁厚度,日快夜慢地累积纤维素,使细胞壁加厚,中腔变小。这时纤维长度很少再增加,外周长也没有多大变化,只是细胞壁由外向内逐日积淀一层纤维素而逐渐增厚,形成次生细胞壁。后成为一根两端较细、中间较粗的棉纤维。棉纤维加厚期为25～30天。
纤维的加厚生长与环境温度关系密切。纤维素的沉积在温度较高的时候进行,在20～30℃内,温度愈高,加厚愈快。如果温度低于20℃,纤维素沉积就会受到影响,温度低于15℃,纤维加厚就会停止。由于白天和黑夜的温差很大,纤维素沉积时快时慢,因此在胞壁内形成明显的层次,层次的数目与纤维细胞壁的加厚天数相同,从而形成棉纤维的生长日轮。可见,棉纤维次生胞壁形成时,纤维素沉积具有昼夜周期性。如果在棉纤维加厚时期保持不变的适宜温度,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复圆形后相应于双层壁厚与外径之比。随着胞壁厚度的增加,纤维的中腔、阔度(外直径)差逐渐缩小,纤维的强力、断裂长度、单位长度重量逐渐增加。因此,纤维的成熟系数和强度说明了棉花品质的好坏。纤维的成熟系数高,标志着胞壁厚、中腔小、强力高、颜色亮而发光,其品级就高;成熟系数低,则胞壁薄、中腔大、强力弱、颜色光亮不佳,品级就低。一般早期、中期棉花2级、3级棉较多,尾期棉花5级、6级、7级棉较多,产生这种差异的主要原因就是纤维的成熟度差异较大。
棉纤维平均成熟系数在2.2以上,单纤维平均强力可达5.0cN或更高一些。纤维成熟系数的高低,或者说胞壁加厚的程度,依赖于植株各部分的营养供给。这就要求在前期生长中,创造良好的条件,使植株长得粗壮。
3.转曲期(成熟期)
棉纤维加厚期结束后,棉铃壳开始逐渐脱水,由于棉纤维的成熟而膨胀,棉铃裂开而吐絮。开始棉纤维是管状细胞,吐絮后暴露在空气中,纤维内水分蒸发引起表面收缩。由于棉纤维细胞壁沉积纤维素时是以螺旋状原纤形态层层分布的,螺旋方向时左时右,所以在纤维干涸收缩时,胞壁发生时左时右的螺旋形扭转,形成不规则的天然转曲。这一时期为15～20天。形成天然转曲的时期一般在棉铃开始呈现裂缝后的3～4天。未成熟纤维的细胞壁薄,几乎没有转曲;过成熟纤维虽然单纤维强力高,但天然转曲少,棉花品质不好。棉铃吐絮前后纤维的横截面如图1-1所示。

棉铃充分开裂后,纤维发育成熟,种子同时也发育成熟。种子发育成熟的过程,就是质量改变的过程。种子发育初期,重量增加速度较快,以后变慢。种子核仁所含油质,初期增加很少,开花后25天含油量为1.5%～2%,以后迅速增加,到完全成熟时,含油量可达20%左右。一般完全成熟陆地棉的种子,不易刮掉棉短绒,子壳呈黑色或棕色,浸入水中很快下沉,可以作种子用;不成熟的种子,容易刮掉棉短绒,子壳呈黄褐色或嫩黄色,浸水下沉较慢或不沉入水底,不能作种子用。
这是选种方法之一。可根据种子的这种特征,鉴别子棉成熟度的高低,以确定品级高低。
100粒子棉的棉纤维克重(g)叫做衣指。100粒棉子的克重(g)称为子指。子指和衣指都是考核棉纤维品种优良与否的指标。衣指高,衣分高,单产高,品种优良;子指高,生命力强,种性好。