Zur Morphologie und Chemie der pflanzlichen

M I T T E I L U N G E N ZUR CHEMIE,
PHYSIK UND TECHNOLOGIE
DES H Ü L Z E S U N D D E R
Unter Mitwirkung namhafter Fachkollegen
herausgegeben von Dr. Hermann Wenzl
4. BAND 1950
PHANZLICHEN FASERROHSTOFFE
HEFT 3/4
TECHNISCHER VERLAG H E R B E R T CRAM, BERLIN W 55
Zur Morphologie
und Chemie der pflanzlichen Faserzellwand·
Von M. LÜDTKE.
(Eingegangen: 3. Januar 1950.)
Inhalt.
l Vorbemerkung.
2. Das ßausystem,
"5. Die morphologischen Bauelemente und ihre Beziehungen zueinander,
4 Einzelne Erschei mm gen.
5. Zur Frage der Fremdsubstanz,
6 lieber die Bedeutung der Zelhvandorgaiüsation für
technische Probleme.
1. Vorbemerkung.
Die pflanzliche Faserzellwand stellt eine organisierte Wachstumsgemeinschaft dar, in der Stoff,
Form und Funktion sich gegenseitig bedingen, woraus sich große Möglichkeiten der Abwandlung ergeben1)2). Sie laut sich auch in isoliertem Zustande
nicht ausschließlich vom chemischen oder ausschließlich vom physikalischen Standpunkt aus
erfassen. Morphologie, biologische Funktion, chemische Substanz und physikalisches Verhalten
stehen in Beziehung zueinander und müssen als
Ganzes gesehen werden11).
Die biologische Struktur hat nicht nur für -die
Naturfaser Bedeutung, sie macht sich bis weit in
die Behandlung der künstlichen Fasern und sonstiger aus Zellstoff geformter Gebilde hinein bemerkbar; ihr Studium führt zu tieferem Verständnis und
zu neuen Erkenntnissen. Zu vollem Erfassen muß
die einseitige horizontale Forschungsweise zugunsten einer vertikalen aufgegeben werden.
Diese Einsicht besteht heute wohl allgemein. Eine
wie große Rolle das morphologische Moment, dus
zunächst von vielen nur als unbedeutende, wenn
nicht gar zu vernachlässigende Grö§e betrachtet
wurde, hierbei spielt, ist erst in den letzten 20 Jahren ganz deutlich geworden.
Nicht so steht es mit den Einzelheiten. Hier sind
weitgehende Unterschiede in der Beurteilung der
aufgefundenen Tatsachen zu beobachten. Aber es
scheint, daß wir der Zeit näher kommen, in der viele
dieser verschiedenen Anschauungen, die oft mit
eigenen Begriffen und neuen Worten vorgetragen
wurden, bei genauerem Zusehen mindestens im
Prinzip dasselbe besagen und sich schließlich auf
»jTlTTüDTKE. Cellulosechemie J3, 169, 19J, 1932;
14, l, !933.
*) Derselbe. Biochera, Zeitschr. 268, 372, 1034.
') Derselbe, Liebig's Annalen 466, 2?, J928.
der gleichen Ebene finden werden. Indem wir nachfolgend dos Trennende und das Gemeinsame der
verschiedenen Ansichten aufzeigen, wird klar werden, inwieweit sich heute schon die einzelnen Befunde und Beobachtungen in Einklang bringen
lassen.
Zu besserem Verständnis seien die nachfolgend
benutzten Bezeichnungen der einzelnen Schichten
und Lamellen von Holzzellen, Tracheiden oder Bastfaserzellen in einer schematisierten Zeichnung des
Längsschnittes wiedergegeben, wobei zu bemerken
ist, daß die Benennungen bei den einzelnen Autoren
schwanken.
y/,
'//
///
—_.
"
t
l· v1
'
r
_____
s
:
ll
'//,
///
///
i
\_>_
M c 79
—S v
S
— Lumen.
= Tertiärlamelle ; bei unseren Objekten im allgemeinen in Form einer dünnen Lamelle vorhanden, kann aber bei gewissen Zellen auch in
dickerer Schicht abgelagert sein,
s — Sekundärniembran, vielfach geschichtet und/
oder lameliiert, in den einzelnen Lamellen ist
die Cellulose in Form feiner Fibrillen abgelagert, die ihrerseits wieder in Fibnllenabschnitte
und Grundfibrillen aufgeteilt werden.
== Primärlamelle, als_ dünne Haut ausgebildet
wird häufig zur Kutikula bnv. zur Caiubialscliiclit gerechnet, was aber nicht angängig ist.
da sici auch nach Entfernung der letzteren beobachtet wird.
Als Sekunda r wand werden häufig TertiärInmelle, Sekuiujärschichten und Primärlamelle
/nsummengefaflt.
Com!)ialschicht. zuweilen als Primärschichi bec — zcichnot.
nicht zu verwechseln in i t der Primärlainelli*. (Die Cambinlschicht wird zuweilen
[KßRR und BMLEY'J] /.ur Sekundärwancl gerechnet. Bei Pflanzen haaren wird sie von der
Kutikuki vertreten.)
Ä
M
Eigentliche M i i teil an eile.
MW ~ MiUelwand. häufig als MiiUrlluinclIe bezeiclinet, aus CamhiaLschichi und
bestehend.
") T, R K R R und J, W. BAIIJiV. Jnurn. Arnold Arboretum (Boston) 15. 327, 1954.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
M. Lttcltkc
Heft 3/4
d) LÜDTKE, Hauttheorie. Querelemente,
Ftbrillenabschnitte,
Nnch Vorstellungen, die LÜDTKE1)3) vom Bau
der pflanzlichen Zellwond, insbesondere der Sekundörwand, entwickelte (nls schematisierte Zeichnung
in den Mitteilungen1)3*)7«) wiedergegeben), wird die
Sekundürwand außen von der Primärlamelle und
innen von der Tertiärlamelle abgeschlossen. Die
Sekundärmembran ist im nilgemeinen geschichtet
und bei vielen Objekten in radiale Streifen zerlegt.
Schichtung und Streifung sind auf das Vorhandensein dünner Haute zurückzuführen. Die gesamte
Wand wird in der Querrichtung durch Querelemente
in Faserabschnitte in der Größe zwischen 15 und
90, hauptsächlich 30—60 unterteilt. Sie sind mit
den längs laufenden Lamellen und Häuten verwachsen, d. h. durch Hauptvalenzen verbunden. Das
Material, aus dem diese Elemente bestehen, ist nicht
b) NAGELIS Mizellartheorie.
Cellulose, aber auch nicht das bekannte Lignin der
v. NÄGELld)s) schrieb der Zellwand inhomogene Mittellamelle. In den Schichten sind die Fibrillen
Struktur zu und vertrat den Gedanken eines Auf- abgelagert, die ihrerseits durch feinste Lamellen,
baus aus länglichen, polyedrischen, optisch aniso- wahrscheinlich aus der Substanz der Querelemente,
tropen Kristalliten, sogenannten Mizellen, zwischen abgegrenzt sind.
denen sich Wasser oder andere Substanzen befänDiese Fibrillen weisen in bestimmten Entfernunden. Die Größe eines solchen Mizells wird nach gen Verwachsungen in der Querrichtung auf, indem
9 10
späteren Forschern ) ) etwa mit 600—700 AE mal vermittelnde Gruppen Querverbindungen mit den
60—80 AE beziffert. Bekanntlich ist zwischen dem Celluloseketten herstellen. Die so gebildete quer
Mizell im festen Zustande und in Lösung zu unter- . gerichtete lamellare Substanz hat ihrerseits wieder
scheiden. Nach STAUDINGER11) ist Cellulose z.B. mit den längs gerichteten Fibrillenhäuten Verbinin Kupferoxydammoniak nicht mizellar, sondern dung. Auf. diese Weise kann eine Querunterteilung
makromolekular gelöst.
zu Fibrillenabschnitten erfolgen, ohne daß eine völlige Unterbrechung der Fibrillen vorhanden ist. Die
c) WIESNER, Dermatosomenbau. '
Verwachsungsstellen der Celluloseketten und FibrilWIESNER vertrat die Meinung12), die Zellwand len sind gewissen Agenzien gegenüber, etwa Säuren,
sei weder aus Fibrillen noch Schichten oder Lamel- „schwache" Stellen, anderen gegenüber, etwa Basen,
len, noch Streifen aufgebaut, sondern aus kleinen behalten sie im wesentlichen ihre Festigkeit. Die
Körpern, die er Dermatosomen nannte. Sie ent- einzelnen Agenzien, > Säuren, Basen, Salze, Enzyme
starjden bei der Behandlung z. B. von Fasern mit greifen differenziert an, sei es, daß gewisse Binoxydierenden sauren und alkalischen Mitteln und dungen gelöst, sei es, daß bestimmte Bauelemente
wurden als Kunstprodukte . betrachtet. LÜDTKE1) zerstört oder beschädigt werden. So erfolgt der Ansetzte sie seinen Fibrillenabschnitten gleich und griff bald mehr in der Quer-, bald mehr in der Längssprach ihnen in Anbetracht, ihres Umhülltseins mit oder Schrägrichtung1).
einer sehr dünnen Membran wirkliche Existenz zu.
Die Häute müssen doppelt angelegt sein, da
Die Größenordnung solcher Teilchen beträgt nach Längs-, Quer- und Schrägschnitte unbehandelten
WIESNER etwa 0.5 X 0.4 .
Holzes keine Blaufärbung mit Chlorzinkjod zeigen,
diese vielmehr erst nach längerem Lagern darin
) C. v. NÄGELL Pflaiizen-pTiysioldff. Unters., H. 2. oder nach mechanischer Verletzung auftritt.
1858: Sitz.Ber. d. bayr. Akad. d. Wissensch. München
Eine solche Anordnung ergibt, daß di.e Cellulosel, 282, 1864: 2. 114, 1864.
kette nicht beliebig lang sein, sondern nur die Länge
") C. v. NAGELT und S. SCHWENDENER. Das eines Fibrillenabschnitts haben kann. Ferner erklärt
Mikroskop, Leipzig· 1877.
sie auf einfache Weise die Verkürzung der Faser
7
) C. CORRENS, Jahrbücher f. wiss. Botanik 23, 254, bei der Quellung und. die Kugelquellung. (Hierauf
1891; Ber. d. Deutsch Botaii. Ges. 11. 410, 1895.
wird später noch eingegangen.)
8
) C. v. NÄGELL Die ' Mizellartheorie, Ostwalds
Die Theorie des umhüllenden Prinzips und der
Klassiker Nr. 227. · ·
Querverwachsung
hat verschiedentlich Kritik erfah') R. O. HERZOG. D. KRÜGER, J. of physic. Chem.
ren. Wenn auch hinsichtlich der Fibrillenhäute, so34, 466, 1926.
") K. H. MEYER, H. MARK, Der Aufbau hpchpoly- wohl der Längs- wie auch der Querunterteilungen
zu Fibrillenabschnitten das Eis gebrochen scheint,
jnerer organ. Naturstoffe, Leipzig 1930, S. 121.
») H. STAUDINGER, B. RITZENTHALER, ßcr.,68, so sind gerade die am deutlichsten sichtbaren Querelemente noch vor einigen Jahren abgelehnt wor1226, 1935.
18
12
) J. WTESNER, Sitz.Ber. d. Akad. d. AVissensch. den, besonders von FREY-WYSSL1NG ), d^nn von
Wien. Mathem.-naturwiss. Klasse B 93, 17, 1886; die
l3
Elementarstrüktur, Wien 1892,
) A. FREY-WYSSLING, Protoplasma, 25, 261, 1936.
2. Das Bausystem.
n) Schichtung, Streifung, Lamellierung,
Fibrillenbou.
Schichten, Streifen und Lamellen wurden schon
frühzeitig von botanischer Seite erknnnt und als
reale Größen in Ansatz gebracht. Ihr Erscheinen
deutete C v. NAGRU als Aenderung des Wassergehaltes6)0). C CORRENS schloß sich dem im
wesentlichen im1), während E. STRASBURGER
direkten Kontakt selbständiger Schichten annuhm,
„Kontäktilachentheorie". Dasselbe sollte für die
Streifen gelten, Kritik bei' LODTKE") S. 42. Die
Fibrillen waren bei den Botanikern lunge Zeit umstritten. Einen geschichtlichen Ueberblick hierüber
gab LÜDTKE3) S. 45. Das Vorhandensein solcher
Fibrillen muß heute als sicher angesehen -werden.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
Heft 3/4
2ur Morphologie und Chemie der pflanzlichen Fascr/.cllwand
G. van ITERSON"), STAUDINGER und JURISCH"), . In einer anderen Arbeit21) spricht sich SCHRASCHRAMEK10). Ich werde weiter unten darauf zu- MEK auf Grund von Untersuchungen u n Kunst- und
rückkommen.
Ramiefosern dahin aus, daß in den natürlichen
Fasern besondere Elemente der Festigkeit in dem
e) Spiralbau der Sekundärwand nach
spiralbandartigen Aufbau der Sekundärwand vorSCHRAMEK und Mitarbeitern.
handen seien. „Mindestens in den äufieren FaserBei Untersuchung xanthogenierter Fichtenholz- hüllen sind die Fibrillen in gewissen regelmäßigen
tracheiden, die scheinbar unvollkommen aufgeschlos- Abständen offenbar durch fast senkrecht zu ihnen
sen waren, stieß SCHRAMEK10) auf sich ablösende gelagerte Bündel von Cellulosemoiekülen untereinSpiralbänder aus der Cambialschicht der Mittelwand. ander fest verbunden." Es sind dies die von
Auf solche Spiralbänder bzw. Spiralstreihingen wie- LODTKE nachgewiesenen Verwachsungsstellen der
sen früher schon .C. CORRENS17), SONNTAG18) Fibrillenabschnitte, die nach diesem allerdings aus
und H. MÜLLER111) hin. CARPENTER und LEWIS2') cellulosefremder Substanz bestehen.
hielten sie im Lichtbilde fest. Sie entstanden bei der
Weiter wird von SCHRAMEK die Angabe von
Quellung unvollständig aufgeschlossenen bzw. nicht LÜDTKE hinsichtlich der Existenz der Tertiärlamelle
gebleichten Zellstoffs. Normal aufgeschlossenes und ihrer substantiellen Beschaffenheit aus in der
Material zeigte bei der Quellung Kugelbildung, wäh- Hauptsache cellulosefremden Stoffen ohne entsprerend überkochtes weder das eine noch das andere chenden Hinweis bestätigt.
erkennen ließ, sondern mit Quellungsmitteln .FibrilIm Prinzip dasselbe Bild findet SCHRAMEK22)
lenstruktur aufwies. Diese Bänder waren gegen bei Baumwollhaaren. Hier ließen sich keine Hingewisse chemische Reagenzien widerstandsfähiger weise auf Gegenläufigkeit der Spiralen erkennen.
als die Sekundärwand und vermochten deren Quellung und Lösung einzuschränken. SCHRAMEK erklärte sie, offenbar weil sie der Kutikula des Baum- f) Spiralbau der Sekundärwand nach DOLMETSCH,
FRANZ, E. CORRENS.
wollhaares entsprechen, als Ursache der Kugel- und
Das
Wesentliche
in der Ansicht von DOLSpiralbauchquellung, was irrtümlich ist, da · unter
METSCH,
FRANZ
und
CORRENS23)24)25) ist der
beiden die Primärlamelle liegt und diese wesentlich
Aufbau
der
Sekundärwand
aus einer flachen Spirale
für die Kugelquellung (siehe unten) ist. Er verneint
(2—5°),
in
der
die
Fibrillen
sämtlicher Schichten in
eine Verbindung der Spiralbänder mit dem Quer24
element LODTKES. Diese Beziehung konnte nur in- nur e i n e m Drehungssinn angeordnet sind ). Diese
folge einer Verwechslung der Cambialschicht, aus Spirale ist aus einer dünnen Haut gebildet, die die
der das Spiralband stammt und die zuweilen (RIT- Fibrillen in Abschnitte zerlegt. Die spiralige AnordTER und CHIDESTER) als Primär S c h i c h t oder nung der Sekundärwand wurde bereits von SCHRAprimäre Wand bezeichnet wird, mit der Primär- MEK angegeben, allerdings mit 15° Neigung, und
1 a m e 11 e entstehen. Die sekundäre Zellwand ließ die Unterteilung der Fibrillen in Fibrillenabschnitte
sich nach SCHRAMEK ebenfalls in Spiralen ab- ist in der Theorie LODTKES enthalten. Die Anwickeln, und zwar in solche mit 40° Neigung (also nahme e i n e s Drehungssinns (im Uhrzeigersinn
50° Steigung gegen die Faserachse) und flache Spi- nach oben) für die gesamte Sekundärwand würde
ralen mit 15° Neigung (75° Steigung gegen die den Bauprinzipien, besonders des Druck- und ZugFaserachse). Trotz dieser Querdurchteilung hat die holzes, widersprechen, die in den verschieden dreFaser längsfibrilläre Struktur. Die Fibrillen sind henden Spiralwindungen der einzelnen Schichten
die
durch Querverwachsungen unterteilt und unterein- bzw. Lamellen ein wesentliches Moment für
20
Druckund
Zugfestigkeit
der
Holzzelle
sehen
).
ander verbunden. Diese Querunterteilung durchläuft
Die Autoren kommen zu ihrer Ansicht auf Grund
sämtliche Fibrillenabschnitte der Sekundärwand.
Hiermit ist im Prinzip dasselbe, was LODTKE 1932 von Quellungs- und Lösungsversuchen an verschieerkannte und in einer schmematisierten Zeichnung den aufgeschlossenen Fasern mit 75%iger und dafestgehalten hat1), gesagt. Da die Fibrillenabschnitte nach mit 83%iger Phosphorsäure. Sie meinen, daß
durch ein gemeinsames Band während des Ablösens z.B. bei der Viskoseherstellung einzelne solcher
und Aufteilens zusammengehalten werden, ist bei Spiralwindungen (einschließlich der darin enthalSCHRAMEK ersichtlich, daß auch hier, wie bei tenen Fibrillenabschnitte) nicht gelöst werden und
27
LODTKE, ein hautartiges System die Verbindung als „durchlochte Quallenscheibchen" (JURISCH *)
die bekannten Filtrierschwierigkeiten verursachen.
herstellt.
Das könnte allenfalls vor sich gehen, wenn das Band
gerade in der Länge einer Windung abreißt und*sich
") C. van ITERSON, CVm. Wcekblod >0. 16, 1933.
wieder zu einer Scheibe zusammenlegt, was wenig
'*) H.STAUDJNCER. J. JUR1SCH. Melliand 20, 693,
J959.
'«) W. SCHRAMEK, A. STEN7.EL, CclIulosi-cLeiuit-,
19, 93, 1941.
*7) C. CORRENS. Bor. Dt. Bot. Ges. 11. 410. 1893.
») P. SONNTAG. Flora. 99. 20*. 1909, Juhre«ber. d.
Ver. f. nn&eur. Boi, 9, 140, 1911.
'*) Herb. MÜLLER. Faserforsch, T, 205. 1929.
*>) Ch. H. CARPENTER. I I . F. LEWIS. Pop. Trade*
Jour«. 99. Nr. 3, v. 19. Juli 1934 S. 3l.
«) W. SCI IRANER. A. STENXKL. Mi-Ilium! Textilb.
28,2l 424. 1947.
) W. SCHRAMEK. CelluluserlifimV. 20, 38. W42.
w) H. DOLMETSCH, K.KRAN/. K. CORRENS, Joorn.
miikroinol. Clii-in. I. Jfi7- 1*4. 1«U4.
«) Dh'sHIwn, Kuli. Xlschr. 106. 174, 1044.
») H. DOLMETSCH. Koll. Xisclir. IO.S, l«\ l<>44.
*) SMw InVizu E.
. Mi.ru "»2. W - 424. /W.
*7) J, JURISCH. KunstM-Jck· u. ZHIwollc-22. ^46. |04ü.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
Heft 3/4
M. Lud ike
Aufhören der Streckung bei Beginn der Sekundärwandbildung in Tätigkeit und veranlaßt die Cellulosemoleküle zum Zusammentritt von Bereichen
gitterrmißiger Ordnung30)11)* WERGIN») bestätigt
dos Vorhandensein der Fibrillenabschnitte von
LÜDTKE mit einer Breite von 0.2 und einer Länge
von 0,25 ;/. Auch er wendet sich gegen die Cellug) Querspirnlbmi noch HAAS.
lose-Molekulargewichte STAUDINGERS, die bei geEine den beiden letztgenannten Ansichten ähn- streckten Kettenmolekülen 4mal so hohe Werte darliche äuliert 11. HAAS*11·). Die Sckundärmembran ist stellen, wie sie nach dem Quellungsbild sein dürften.
mis Fibrillen, Lamellen und einer Querspirnle auf- Das Aufbauschema FREY-WYSSLINGS mit langen
gebnut. Letztere knnn bedingt sein durch eingela- Cellulosemolekülen, die sich streckenweise zusamgerte, leicht hydrolysierbnre Substanzen (die aber menlagern, wird abgelehnt.
nicht Holzpol yosen sind) zwischen den Gängen der
In einer weiteren Arbeit wird der Aufbau der
Querspirale, sie kann über auch in schneller spal- Primärwand aus Cellulose-Pektinbalken erörtert, die
tenden Bindungen, die in den senkrecht und parallel quer zur Längsachse der Wand liegen33). Die Balken
angeordneten Holz-Cellulose-Molekülert' in einer sind von einer Fett-Wachschicht umgeben, für
Ebene liegen, ihre Ursache haben.
deren Verbindung mit dem Kohlenhydrat in den
Die Primärlamelle besteht aus Holzpolyosen, die Balken Lecithin angenommen wird. Die Wanddurch verdünntes Kupferoxydammoniak entfernbar streckung erfolgt durch Intussuszeption. Das ist ein
sind. Die Tertiärlamelle setzt sich aus Stoffen zu- grundsätzlicher Gegensatz zu FREY-WYSSLING,
sammen, die bei der Hydrolyse in schwer lösliche der ein Celluloseskeiett mit besonderen FestigkeitsVerbindungen von der Art der Zuckerhumine über- eigenschaften und den Turgordruck als wesentliche
gehen. — Die in der Faserlängsrichtung verlaufen- Komponenten für das Streckungswachstum beden Fibrillen sind bei Nadelhölzern auf der Außen- , zeichnet.
seite von Lignin umgeben, das dort wahrscheinlich
Die Lamellen grenzen Zonen rhythmischen Tagesmit der Cellulose chemisch verbunden ist.
zuwachses ab. Bei konstanter Beleuchtung und Temperatur wurde an wachsenden Haaren-kein Lameüenh) HESS, WERGIN und Mitarbeiter: Zellwandbau beobachtet34)33)36). Die Ausbildung der Fibrillen..
bilclung des Baumwollhaares.
bündel und die Ordnung des Cellulosekristallgitters
Die Angaben von HESS, WERGIN und Mitarbei- dagegen blieben unverändert. Dauerbelichtung .und
tern beziehen sich nicht auf ausgereifte Holzfasern, konstante Temperatur ändern offensichtlich nicht
sondern auf wachsende Baumwollhaare; dennoch den Chemismus der Wand, sondern nur die räumseien sie kurz mitgeteilt, da sich in ihnen unter Um- liche Anordnung der .Komponenten. Die die Celluständen Hinweise auf gewisse Erscheinungen in der losezonen trennende Schicht ist nicht, wie ANDERausgewachsenen Faserzelle" finden. Nach Unter- SON und KERR35), ANDERSON und MOORE36),
suchungen von GUNDERMANN, WERGIN und ( BAILEY 37 ) und FREY-WYSSLING38) annehmen,
HESS2") ist in der Primärwand junger Baumwoll- eine weniger dicht gepackte Cellulose, sondern
haare, aus 15 Tage alten Kapseln ein Wachs vor- leicht quellbare cellulosefremde Substanz.
wahrscheinlich ist, um so mehr nls man Bänder daneben nicht beobachtet, sondern praktisch nur
Scheiben, wie sie von LÜDTKE für die Querelemente ungegeben wurden (siehe hierzu mich die
Abbildungen bei KLAUDITZ und BURLING*»). A|ji
I:inze]heiten wird weiter unten zurückgekommen»
handen, das nicht als Epidermiswachs, also als Produkt alternder Zellen, anzusehen ist, sondern am
Anfang der Zellwandbildung steht und eng mit den
ersten und entscheidenden Vorgängen zur Formung
der Zellwand zusammenhängt. Aus dieser Primärwand bzw. ihren Substanzen geht die Kutikula des
reifen Haars hervor. Neben der Wachskomponente
liegen dünne Cellulosefäden vor, die aber erst nach
Extraktion mit organischen Lösungsmitteln und
Wasser in den gittermäßig geordneten Zustand übergehen. Mit zunehmendem Alter des Haars werden
die Celluloseinterferenzen des Röntgenbildes. immer
deutlicher, während die Wachsinterferenzen an
Schärfe abnehmen, und schließlich' verschwinden.
Durch die Wasserextraktion wird eine Substanz x,
die phosphor- und stickstoffhaltig isf.und .von der
Wachssubstanz eingehüllt war, entfernt. Während
das Wachs die Substanz beim Streckungswachstüm nicht zur Wirkung kommen läßt, tritt sie nach
2
«) W. KLAUDIT7, K, BERUNG. Cellulosechemic
22, 121, 1944.
2ya
) H. HAAS. Die makromolekulare Chemie 3, 117,
1949.
.«») J. GUNDERMANN, W. WERGIN, K. HESS, Berichte 70, 517, 1937.
3. Die morphologischen Bauelemente und
ihre Beziehung zueinander.
a) Mizell, Grundfibrille, Dermatosom,
Fibrillenabschnitt.
Die Grundsubstanz der Sekundärwand verholzter
Pflanzenfasern ist die Cellulose. Sie liegt in Form
von Kettenmolekülen vor, die sich durch Nebeneinanderlagern zu Kristalliten zusammenschließen.
Solche Kristallife, hintereinander gelagert, bauen
.") K. HESS. W. WERGiR H. KlESSIC, W. ENGEL,
W .PHIL1PPOFP. Naturwissenschaften 2 , 622. 1939.
:
») K. HESS, H. K l ESSIG, W. WERCIN, W. ENGEL
Berichte ?2? 642, 1939.
32
) W. WER GIN, Protoplasma 32. 116, 1939.
33
) K. HESS. W. WERGIN, H. KIESSIG. Plante 53.
15l, 1943.
") W. WERGTN. Planta 33, 600, 1943.
3S
) ANDERSON und KERR, Ind. Eng. Chem. 50, 48.
1938.
») ANDERSON und MOORE, Am. Journ. of Botany
24, 505, 1937.
/
») J. W. BAILEY. Ind. Eng·. Chem. 30. 40. 1938.
3S
) A. FREY-WYSSLING, Naturwissenschaften
28,
385, 1940.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
Holt 3/4
Zur Morphologie und Chemie der pflanzlichen Faserzolhvand
die Grundfibrille (HESS und Mitarbeiter"1») auf. Die
Hinsichtlich der die Pibrillen umhüllenden Haut
Dicke der Grundfibrilie wird von WERGIN 44 ) mit sagt WERGIN auf Grund seiner elektronenoptischen
SO — 100 — 150 AB angegeben. Infolge Segmentie- Untersuchungen: „Es h«t durchaus den Anschein,
rung besteht eine perlschnurartige Unterteilung; die als ob die Grundfibrillen in-einem Medium eingeGrundfibrillenabschnitte besitzen ulso die Größen- bettet oder auf einer geplatzten Haut ausgebreitet
ordnung des Mizells. Sie wurden bei der Schwing- liegen. Es muß sogar angenommen werden, da/3 es
mahlung, z. B. von Fichtenholzzellstoff, beobachtet sich um die Häute der Fibrillenbündel (hierunter
und auf elektronenoptischem \Vege photographisch werden die Fibrillen LODTKES verstanden) handelt/'
festgehalten. MÜHLETHALER gibt an, nach BeDie Fibrillenhäute sind scheinbar recht widerschallung von Hanf- und Ramiefasern Grundfibrillen standsfähig gegenüber Mahlung, sie verhindern den
bei gleicher Behandlung nicht festgestellt zu Zerfall der Fibrillen in Grundfibrillen. Nach WERhaben*«). Dagegen spricht er von Mikrofibrillen mit GIN geht das Hautsystem bis zu den Fribrillen hin250 — 400 AE Durchmesser. Diese bilden bei Ramie ab. Er bestätigt damit die Angabe von LODTKE
in der Primärlamelle ein Netzwerk, das mit Begleit- über die umhüllenden Häute selbst und die Größensubstanzen, wie Pektin, Wachs, Hemicellulosen im- ordnung der umhüllten Objekte (siehe hierzu die
prägniert ist. In der übrigen Wand sind Cellulose- 'Abbildungen bei WERGIN).
und Nichtcellulosesubstanz in unabhängigen SysteHiernach kann man sich die Grundfibrillen als von
men abgelagert31*).
durchlaufenden Celluloseketten gebildet vorstellen,
WIESNER40) erhielt beim Zerquetschen hydroli- die abwechselnd kristalline und nichtkristalline Betisch vorbehandelter Fasern kleine rundliche Gebilde reiche bilden, wodurch die Abgrenzung der Mizelle
von 0.5 — l Ausdehnung, die als Bruchstücke der zustande kommt. In der Querrichtung sind sie von
Zellwand angesehen wurden. LÜDTKE1) erkannte den Fibrillenhäuten zusammengehalten. Demgegensie als Teile der Fibrillen und sprach sie in\Anbe- über ist die Vereinigung der Fibrillenabschnitte zur
trach't des Vorhandenseins einer umhüllenden Haut Fibrille verschieden diskutiert worden. Nach STAUals selbständige Bauelemente an. Er- nannte sie DINGER40) wird der Verband durch einzelne CelluFibriUenabschnitte, Ihre Breite schwankte bei den iose-Molekül faden, die in den Bereich des längs
einzelnen Objekten zwischen 0.2 und 0.5 , die benachbarten Mizells hineinragen, hergestellt,FREULänge bewegte sich in denselben Grenzen und war DENBERG und Mitarbeiter 47 ) äußerten eine ähnim allgemeinen etwas größer als die Breite. W1E- liche Ansicht. Diese Möglichkeit kann nach den
LER41) bestätigt sie als kleine behäutete Hohl- Versuchen von LÜDTKE1) an .quer geschnittenen
räume, in denen die Cellulose enthalten ist. Ein Membranen nur in oben genannten Bereichen einer
Anspruch von RITTER und SEBORG42) in den als Grundfibrille bestehen, nicht aber für die gesamte
,„spherical units" beschriebenen Körpern neue Faser. LÜDTKE stellte sich die Unterteilung als
Struktureinheiten entdeckt zu haben, besteht nicht Verwachsung vor, als eine chemische Hauptvalenzzu Recht. Die „cellulose particles" von FARR4a), Bindung der Cellulose mit quer gerichteten anderen
deren Ausdehnung mit 0.5—1.5 beziffert wird, sind Gruppen oder Molekülen; auch ein mechanischer
nach WERGIN4Sa) hinsichtlich ihrer Cellulosenatur Zusammenhalt kann zusätzlich vorhanden sein.
nicht gesichert; sie werden auch von MÜHLE- Auf solche Weise können die Celluloseketten, die in
THALER abgelehnt3*3). Neuerdings geben DOL- den Entfernungen der einzelnen Fibrillenabschnitte,
METSCH, FRANZ und CORRENS*) den Durch- z. B. endständig oder an offenen Glucoseringen
messer der Fibrillen in Buchen- und Fichtenholz- quer gestellte fremde Molekülreste tragen, durch die
fasern zu 0.35// an, gequollen mit 0.8 , gequollen ganze Fibrille laufen, ohne völlig unterteilt zu sein.
sich KLEINERT, HINGST und
und koaguliert mit l X 0.6 //. Außerdem liegt noch Aehnlich scheinen
48
die Angabe von WERGIN44) vor, die 0.2X0.25^ MÖSSMER ) den Zusammenhalt vorzustellen, wenn
lautet Sie liegt also durchaus innerhalb der vom sie sagen: „Zur Erklärung der UntersuchungsergebVerfasser1) genannten Werte und eine Behauptung nisse wird der Begriff der Kettenbündelmoleküle entWERGINS, dieses Bauelement neu aufgefunden zu wickelt, deren Bauprinzip durch Glukoseanhydridlängsketten und Fremdgruppen-Querverbindungen
haben, mußte zurückgewiesen werden45).
gekennzeichnet ist. Der übermolekulare Aufbau der
») K. HESS. H. KIESSIG. J. GUNDERMANN, Z. f. natürlichen Fasercellulosen kann so gedeutet werden, daß heterogene Cellulosemakrornoleküle mittels
physikal. Chemie 49, 64/1941.
«·) K. MÜHLETHALER. D5<» rnukroinolckulurc Che- zwischenmolekularer Fremdgruppen valenzmäßig
mie 2, 14x 1948.
miteinander verknüpft sind. Der Zerfall natürlicher
"*) K. MCHLETHALER. Bioc-himicu ei Biciphysicu Fasern ist dementsprechend nicht nur eine FunkActa
3. 5, 1949.
tion der Kürzung -der Glukoseanhydridketten, son4ft
) J. W1ESNER. SitxuiipsbiT. d. Akad. d. Wissen- dern hauptsächlich auch eine Aufhebung von
schaften.
Wien. Alalhinn.-iiaturw. Klasse B 93, 1 , 1H86.
4I
Fremdgruppenbindungen/'
) A. WIELER. CelluloM'chejiiirs 20, 50, 1942.
Während die Pibrillenhüuto in der Querrichtung
«) G. J. RITTER. K. M. SEBORC, IncL EHR. Cliem.
nur
durch Nebenvalenzen an die Fibrillen gebunden
22,4 29. 19*0.
») W. K. KARR. J. nf physic·. Clu-m. 42, U13. WH;
«) II. S T A I M ) I N C K R . X. f. « «·\ . (
. 4\ "> . 1«>2«
KARR und ECKKKSON, Conlrib. Boyce
<')
K.
KJUWOKNBKIU;.
K.
SOHNS.
W.
\>Vl\R.
.
In*!, 6. f«9, l*m.
NIEMANN. OlluloMTlieimV 12, 2 . 1931.
«»«) W. WERGIN, Pliinta 25. 419. l«/*6.
«") . II. K L D I N K I I T . \V. UlNUs'J. V. MOSSMKK.
")5 W. WKRGJN. KolJ. Ztsrhr. 98, 1 . 1942.
K u l t . Z. ION. 144. J944.
* ) M. LCDTKE. Natur* iw». 2 , 693, 1939.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
TO
M. Lfidtke
sind und die Umhüllung dus hauptsächlichste zusommenhiiltende Prinzip ist, ist «in den Stellen der
Unterteilung bzw. Verwachsung die Hauptviilenzbindung mit eingeschaltet. Auf solche Weise ist
erklärlich, dnß Schräg- und Querschnitte bei Anwendung entsprechender Reagenzien keine Cellulosercaktion, sondern nur die Reaktion des Hautsystems zeigen und wie der feste Zusammenhalt in
der Längsrichtung zustande kommt.
DOLMETSCH, FRANZ und CORRENS24), die für
die Breite der Fibrille 0.35/( angeben, und für die
Fibrillen-Abschnitte in gequollenem und koagulieriem Zustande 0.6U // als Breite und l (// als Länge,
glauben trotz dieser Zahlen dem nativen FibriUenAbschnitt eine Länge von 1.6//. zusprechen z u .
müssen, welcher der von STAUDINGER und Mitarbeitern angegebenen Größenordnung von 3000
Glukoseresten je Cellulosekette entsprechen würde.
Die Differenz zwischen der Angabe von 1.6 und
der an gequollenem und kooguliertem Material gemessenen Länge von l
(wobei die Koagulierung
die Quellung nicht 100%ig zurückfandet), suchen die
Autoren durch Annahme einer Fortlösung leicht
löslicher Celluloseanteile aus der Welt zu schaffen.
Ich vermag ihnen darin nicht zu folgen. (Siehe auch
die elektronenpptischen Aufnahmen WERGINS).
Schon von LODTKE1) 'war darauf hingewiesen
worden, daß die Kette der Cellulose bei Zugrundelegung dieser Anschauungen mit der Länge des
Fibrillen-Abschnitts übereinstimmen müsse, eine
Aussage, die zunächst auf heftigen Widerspruch
stieß, aber inzwischen auf dem Wege der reaktionskinetischen Analyse eine Bestätigung gefunden hat.
So berichten SCHULZ, HUSEMANN und Mitarbeiter4*), daß bei fraktionierender Hydrolyse bzw. oxydativem Abbau Cellulösefasern schnell in Bruchstücke von etwa 500 Glukoseeinheiten (ca. 0.26 )
zerfallen, während d'er weitere Abbau sehr viel langsamer vonstatten geht.
Es wird hieraus geschlossen ,daß neben der /9-glukpsidischen Bindung nach je rund 500 Glukoseeinheiten noch eine andere schneller spaltbare Bindung vorhanden ist. Zu einem ähnlichen Ergebnis
kamen bei hydrolytischer Spaltung KLEINER!' und
MÖSSMER«··). PACSU und HILLER50)«) fanden
einen Cellulose-Polymerisationsgrad' von 320. Die
endständige Glukosegruppe soll offen und mit einem
weiteren Celluloserest verbunden sein. Hiernach
hätte die Naturcellulose ein Undefiniert hohes Molekulargewicht. Polymerisationsgrade von 3000, wie
sie von S.TAUDINGER und Mitarbeitern für native
«) G. V. SCHULZ, E. HUSEMANN, Ztschr. pbysik.
Chemie B 52, 25, 1942; Z. f. Naturfqrschung l, 268, 1946;
G. V. SCHULZ, Chem. Berichte 80, 335, 1947; E. HUSEMANN, Makromol. Chem. l, J403 1947; E. HUSEMANN,
M. GOECKE, Makromokul. Chemie-2, 298, 1948.
"*)' Th. KLEINERT, V. MÖSSMER, Monatsh. f. Chemie ?9, 442, 1948.
50
) E.. PA CSU, L. A. HILLER, U.S.Textile Res.J. 16,
243, 1946.
.
«) E. PACSU. U.S.Textile Res. J. 1^ 33, 405, 1947;
siehe auch PACSU, Polym. Science 2, 565, -1947.
Heft 5/4
Cellulose angegeben werden, gehören bereits einer
abgebauten Cellulose an. Nach SCHULZ49) bestehen
neben der y?-glukosidischen Bindung noch 2 Sorten
schnell spaltbarer Bindungen, und zwar 2—3 auf
3000 Glukoseeinheiten. Siehe auch MONSTER und
HAAS5").
Bei dieser Sachlage entsteht nun die Frage, was
denn eigentlich Cellulose sei. Da man allgemein ein
polymerisiertes l.5-GIukosido-/M.4-Glukoseanhydrid,
also fortgesetzte, einheitliche Cellobiosebindung
annimmt505), eine solche Konstitution aber nur innerhalb der Fibrillenabschnitte besteht, kann die Kettenlänge auch nur der Länge eines Fibrillenabschnittes entsprechen. Man begreift jetzt die großen Schwierigkeiten, denen die Bestimmung des
Molekulargewichts ausgesetzt sein muß, denn es ist
gar nicht zu erwarten, da& die Freilegung unter
solchen Umständen eine reinliche Scheidung in
Celluloseketten und quergerichtete Fremdmoleküle
zustandebringt. Wir werden es je nach dem Eingriff
mehr oder weniger mit Cellulose und anhaftenden
Teilenjremder Substanz oder Gruppen zu tun haben.
Dem entspricht auch der Befund von KLEINERT
und Mitarbeitern5111), wonach lange Celluloseketten
einen höheren Methoxylgehalt aufweisen als kurze
(siehe auch Abschn. 5).
So mögen auch die Unterschiede zu erklären sein,
die "SVEDBERG und Mitarbeiter52) hei der Bestimmung des Molekulargewichts nach der Methode der
Ultrazentrifugierung und der Strömungsdoppelbrechung einerseits sowie der Viskositätsmessung
andererseits fanden. Es war, nach den ersten beiden
Methoden gemessen, 5—6mal so groß wie nach der
letzteren.
Die die Fibrillenabschnitte. bildenden Querbindungen laufen auf gleicher Ebene senkrecht zur
Faserrichtung durch die gesamte Sekundärwand oder
doch durch größere Bereiche (LÜDTKE^.Neuerdings
gaben auch HUSEMANN und CARNAP52*) an, daß
die „Lockerbindungen" in einer Ebene quer zur
Faserrichtung lägen.
b) Fibrillen.
Die Realität der Fibrillen war lange Zeit bei den
Botanikern umstritten, bis man ihr Vorhandensein
in neuerer Zeit in Anbetracht der Möglichkeit, Fasern durch Säuren, Fermente und auf mechanische
Weise aufteilen zu können* endgültig bejahte (die
ältere Literatur hat LÜDTKE3) zusammengestellt).
Dennoch wird das Bestehen von Fibrillen als biologischem Bauelement von einigen Forschern bis auf
5
°a) A. MÜNSTER und H, HAAS, Ztschr. f. Naturforschg. 3b, 376,' 1948.
*>b) z. B. K, FREUDENBERG, Tannin, Cellulose, Li&nin, Berlin 1933.
«») Th. KLEINERT, G. HINGST, J. SIMMLER, Kolloid. Ztschr. 108, 137, 1944.
.
2
) The Sveclberg, z. B. Cell.Chemie 21, 57, 1943.
ß2
*) E. HUSEMANN, A. CARNAP, Naturw. 32, 79,
1944; CeHulosechemie 2£, 132. 1944.'
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
Heft 3/4
Zur Morphologie und Chemie der pflanzlichen Fasorzcllwtind
unsere Zeit abgelehnt**)*1)'3). Nach FREY-WYSSLING stellen sie makroskopische Spaltstücke von
submikroskopischen Strukturen maximaler Parallelrichtung der Celluloseteilchen dan Ihre Begrenzung
ist nicht durch irgendwelche Hüllen definiert, die
Längsrichtung ist unbegrenzt und findet durch Auskeilung ihr Ende.
LÜDTKE1)50) vertiefte den Begriff der Fibrüle durch
das Auffinden und Sichtbarmachen einer sie umhüllenden Haut, wodurch sie endgültig von anderen
Bausteinen abgegrenzt wurde. Zum Beweise dienten
neben der Zerlegung durch saure Medien die Anfärbung von Längs-, Quer- und Schrägschnitten mit
Chlorzinkjod, wässriger .und alkoholischer Phloroglucinsalzsäure und Anilinsulfat, sowie mikrochirurgische Operationen. Die Angaben über den Durchmesser der Fibrillen hat LODTKE zusammengestellt,
die Liste ist, was die neueren Autoren anbelangt,
von DOLMETSCH und Mitarbeitern24) erweitert
worden. Er ist mit 0.2 bis 0.5' je nach Objekt zu
beziffern.
WERGIN57) bestätigte mit Hilfe des Elektronenmikroskops, daß es sich bei den Fibrillen um vorgebildete Strukturen handle. Das Grundfibrillenbündel ( Ä Fibrille) ist von einer flächenförmig ausgebildeten Substanz umhüllt, die es zu einer abgegrenzten individuellen Baueinheit werden läßt. Er
weist die Angaben FREY-WYSSLINGS5«), daß es
sich um künstliche Zerfallsprodukte handelt, zurück.
Das Schema FREY-WYSSL1NGS, wonach aus kristallinen Cellulosebausteinen einzelne Celluloseketten anastomosenartig in benachbarte Kristallite
übergreifen und die zwischen den Kristalliten gelegenen Bereiche als Locker- oder Fehlstellen gelten
können, wird abgelehnt, ebenso die hieraus entwickelte Ansicht SCHRAMEKS5*). Die Enden der
Fibrillen sind scharf begrenzt. Es besteht kein
Fransencharakter.
c) Primär- und Tertiärlamelle, Schichtung,
Streifung, Lamellierung.
Bei normal aufgeschlossenen * und gebleichten
Fasern (sowohl Pflanzenhaaren als auch Gewebefasern) bildet die Primärlamelle nach außen hin den
Abschluß. Diese Tatsache scheint fast allgemein
unbekannt gewesen zu sein, woraus sich manche
Irrtümer herleiten (siehe besonders unter Kugelquellung). Die Primärlamelle besteht nicht ous Cellulose,
sondern aus einer noch unbekannten Substanz
(LÜDTKE«)· RITTER nimmt gegen die Längsachse
um 90" geneigte Fibrillen als Baumaterial der
Primärlamelle an""K Nach MÜHLETHALER»·) be") H. STAUDJNGER. K. KLUKRSTEIN, A n n u l e u
526,
73, 1936.
64
) E. HUSEMANN. Journal für makromolekulare
Chemie I. J58, 1944. In riiu?r neuen·« Arbeit werden
die- Fihrilleu und KibrillenabsrhniHe der nulivcii Käsern aber «Is pcunrhsfiw .Slrukiiirelenirnte befruchtet: Di«· makromolekulare· Chemie i, 15«, 1047.
») A. FRKY-WYSSIJNO, ProiopJowim 25, 26J. 1936;
Kolloid zej (sehr. 100, 304, 1942.
*) M. LODTKK, Bioehejji. Zfsrhr. 233. J. « |.
") W. WERGIN. Kolloidwilschr. 9«. 1, 1942.
**) W. SCJIRAMKK, Pepicrfabrikuui 56. 226,
steht sie aus einem Netzwerk von Ccllulosemikrofibrillen, die in Begleitsubstanzen, wie Pektin,
Wachs, Hemicellulosen, eingelagert sind; HAAS283)
nimmt Holzpolyosen an.
Da sich jede Schicht in Quellungsmitteln besonders zur Kugelform auftreiben läßt [(siehe Abbildungen in 3)r'0)'i0)], analog der Gesamtfaser, . erblickte
LÜDTKE hierin den Beweis für das Vorhandensein
einer jede Schicht umhüllenden Lamelle. Auf diese
Weise kommt die Erscheinung der Schichtung zustande, die von NAGELP)«) durch die Annahme
abwechselnd wasserreicherer und wasserärmerer
Schichten gedeutet wurde. Auch die Tatsache, daß
sich die Schichten gegeneinander verschieben lassen8)«"1), zeigt ihre weitgehende Unabhängigkeit
voneinander an. Aehnliches gilt für die viel weniger
ausgebildete Längsstreif ung.
KERR und BAILEY4) geben an, duß die Lamellen
nicht homogen gebaut seien, sondern daß ihre
äußere Seite aus dichterer, ihre innere dagegen aus
lockerer Cellulose 'bestehe13). Das Vorhandensein
einer solchen physikalisch unterscheidbaren Cellulose ist wohl möglich, aber daneben muß an der
Umhüllung der Schichten mit einer dünnen Haut
aus Nichtcellulose festgehalten werden. Das Bestehen von Primärlamelle und Schichthäuten ist inzwischen auch von FREY-WYSSLiNG13) angenommen worden, nicht dagegen die weitere Umhüllung
bis zu den Fibrillenabschnitten hinab.
Nach dem Lumen zu wird die Faserzelle ebenfalls
von einer dünnen Haut, der Tertiärlamelle, die zuweilen auch dickere -Beschaffenheit haben kann,
abgeschlossen. Ihr Vorhandensein wurde vielfach
verneint oder angezweifelt'*1), LODTKE konnte aber
an Längs- und Schrägschnitten, bei denen das
Faserinnere mehr oder weniger offen lag, mit Hilfe
der Chlorzinkjod-Reaktion und der Reaktion mit
alkoholischer Phloroglucin-Salzsäure ihre Anwesenheit immer nachweisen1), desgleichen WIELER bei
verschiedensten Zellformen 013 ). Aus diesen Reaktionen ging auch hervor, daß sie sich substantiell
wie die Primärlamelle und die Schichthäute zusammensetzen muß. Die Reaktion mit alkoholischer
Phloroglucin-Salzsäure wurde von RUNKEL und
LANGE'12) sowie von HALLER6:j) bestätigt. Nach
RITTERN) besitzt die Tertiärlamelle eine Fibrillenanordnung, die 90° gegen die Längsachse der Faser
geneigt ist. HAAS 2Ha ) weist darauf hin, daß sie bei
der Xonthogenierung nicht in Erscheinung tritt,
wohl aber bei saurer Behandlung.
«·"«) CPU. J. RITTER, Journal of Forestry 28, 533.
J'ttO; Paper Trade J o u r n a l 16, 8, 1934; Tappi 32, I I .
1949.
ftH
) LODTKIu. Technologic· u. C'hrimV der Papier- u.
/rllsiorr-KulirikaJioii »? 0*3. 1933.
°°) LÜDTKE, PJiytopiilholoirisclii* Zeitschrift l, 34t.
1931.
'·') .Sieh« /.. B- ( . J A V M K und KUO-FU-CUEN.
ZHIwollr. KiuiMKriflr, Sriclc. 48, 4 , W4\
"»a) K. WJKLKU, l'rntnphisniu. "54. 202, 1940.
»*) R. jtuNKia.
.
w
.
. L.\N(;K, cvjJui«wchriuie 12,
) H. J I A L L E K , J J r l v . c h i j i i . u H i i . l<>, 3«3. 1933.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
M. Liidlkc
d) Querelemente.
Durch Beobachtxmgcn um Quellungs- und Lösungsbild der aufgeschlossenen pflanzlichen Zellwand kam Verfasser1) zu der Ansicht, daß sowohl
Pflanzenhanre als wich Gcwcbefasern ein quer zur
Längsrichtung in die Ftiser eingelagertes Biiuelement mifwcisen müssen. Es sollte mit den übrigen
Elementen der Faser, den Fibrillen, der Primör- und
Tcrtiärlomclle, den Schicht- und Fibrillenhöutcn verwachsen sein und gleich den letzteren aus einer
Substanz bestehen, die nicht mit der Cellulose, aber
auch nicht mit dem Lignin der Mittelhimellc identisch wäre.
Folgende Befunde dienten zum Beweis:
I. Die Kugelquellung in Kupferoxydammoniak oder
anderen Lösungen komplexer Kupfersalze, in Alkalien, besonders während der Xtmthogenierung, in
starker Schwefel- und Phosphorsäure, in Salzlösungen ur\cl anderen Mitteln.
II. Daß das Querelement nicht nur eine Oberflächen-Erscheinung der Faser, ist, sondern in die
Tiefe geht, wurde aus Beobachtungen an Bambusfasern geschlossen9), bei denen jede Schicht der
Zellwand unter Kugelbildung aufzuquellen vermag.
Auch an Sisalbastfasern war die Erscheinung gut
zu sehen64).
III. Bei der Auflösung der Fasern in genannten
Mitteln beobachtet man häufig Bruchstücke, die bis
zu einem Querelement aufgelöst sind und benachbart hierzu eine Kugelbildung zeigen. Wäre das
Querelement nur ein äußerer auf der Faser liegender Reifen, so würde der Quellungsdruck die kolloid
gelöste Cellulose der Quellungskugel am Ende der
Faser herausdrücken. Das ist aber nicht der Fall.
Auch das Anstechen einer Kugel an einer intakten
zur Kugelform aufgequollenen Faser bedingt nicht
ein Auslaufen der Gesamtfasef, sondern nur der
angestochenen Kugel, was nicht verständlich wäre,
wenn die Einengungsstellen durch zusammengerollte Kutikülarreste oder entsprechende Reste
von Gewebefasern bedingt wäre. Das Querelement
muß also die Sekundärwand völlig durchdringen und
kann nicht aus Cellulose gebildet sein, da diese von
dem außen und in der Quellungskugel befindlichen
Lösungsmittel ebenso wie die Fibrillen der Kugel
aufgelöst worden wäre. Es muß daher zusammen
mit der Primär- und der Tertiärlamelle eia abgeschlossenes. System bilden, durch das die Kupferoxydammoniaklösung* wohl hineindiffundieren, die
Kupfercellulose aber nicht herausgelangen kann
und so den Quellungsdruck bewirkt.
IV. Die Querelemente widerstehen der Auflösung
in alkalischen Mitteln langer als der übrige Teil der
Faser und können daher isoliert werden. Fallen sie
bei mikroskopischer. Behandlung auf die Seite, so
sieht man sie als durchlochte Scheiben60)28)81)V. Längere Behandlung mit schwachen Säuren
führt zur Zerstörung der Querelemente. Die Faser
zerbricht an diesen Stellen oder zeigt Segmentierung
(chemische Schnitte), z. B. bei der Destillation mit
13%'iger Salzsäure zwecks Furfurolbestimmung3) oder
bei der Carbonisierung1). Ein Zerfall in Querschnitte
M
) M. LÜDTKE, Pap.Fabr. 28, 129, 1930.
Heft 3/4
beim Behandeln mit 75%iger H*SO< wurde bei Jute
von WfESNER12) beobachtet, bei Flachs und Hanf
von WIELER«"), SAKOSTSCHIKOPF erzielte sie
durch Chromsäurelösung und nachfolgende Natronlaugenbehandlung"48). FREY-WYSSLING1*) deutet
die Querspoltung bei der Carbonisierung durch
Rückgängigmachen der Faserquellung durch die
Trocknung, wobei die Querspaltung gegenüber der
Längsspaltung begünstigt werde.
VI. Dos gleiche gilt für acetylierte Fasern*5)«*)"7)
*)T)· Acetütseide ist nach BRAUKMEYER«'3) nicht
ohne weiteres carbonisierbar. Das Eindringen des
Acetylisierungsgemisches (Benzol 4- Essigsäureimhydrid) in den Abständen der Querelemente und
entlang an diesen in die Faser beruht nach FREYWYSSLING1*) auf dem Fehlen eines Quellungsmittels in dem Gemisch: „Wenn man also die Faser
ohne Quellung verestert, dringt die chemische Reaktion mit größerer Leichtigkeit quer zur Faserrichtung vor!" Warum aber nur an bestimmten Stellen
im Abstand der Entfernung der Querelemente?
VII. Querschnitte an Hölzern lassen auf der
Sekundärwand der Faserzelleh beim Aufbringen von
Chlorzinkjod keine Blaufärbung erkennen, sondern
geben Gelbfärbung. Es muß also eine Nichtzellulosesubstanz (auch Mannan B69> und Xylan B3' geben
Blaufärbung mit Chlorzinkjod) in der Zellwand eingelagert sein. Das Querelement muß als Doppellamelle ausgebildet sein, zwischen deren Lagen sich
das Messer bewegt, da sonst die Cellulose angefärbt
worden, wäre.
VIII. Beim Quetschen dieser Schnitte, beim Anstechen oder bei sonstiger mechanischer Zerstörung
des Systems tritt unverzüglich Blaufärbung auf. Die
Cellulose muß also durch eine andere Substanz abgedeckt sein.
IX. Wässrige Phloroglucin-Salzsäure gibt auf natiyen Schnitten Rosa- bis Rotfärbung wie bei dem
Lignin der Mittelwand. Durch den Aufschluß wird
die Substanz der Querelemente aber nicht wie das
Lignin der Mittellamelle entfernt, sondern kann
noch, mit alkoholischer Phloroglucin-Salzsäure behandelt, an einer schwach rötlichen Farbreaktion
erkannt werden.
X. Schließlich sind auch Quellungs- und Lösungsbild in 93^-94 %oger Schwefelsäure ein Beweis für das
Vorliegen der Quere!emente70)71)72)28*)·
Die Unterschiedlichkeit der Schichten wird von
einzelnen Autoren auf verschiedene Dichte der in
ihnen abgelagerten Cellulose, zurückgeführt, obwohl
w
«) A. P. SAKOSTSCHIKOFF, Mell. Text.-ßer. 11,
111, 1950.
6S
) A. MÖHR1NG, \Viss."Ind. 2, 70, J920 (Hamburg).
6e
) W. L SCHMIDT, Archiv f. experimentelle Zellforsch. 2, 215, 1925.
ö7
) K.HESS, W.SCHULZE, Liebigs Ann.456, 55, 1927.
' <*) . KAN AMARU, Helv. chirn. Acta 17, 1436, 1934.
<*a)
BRAUKMETER, Angcw. Chem. 49, 98, 1956.
6Ö
) M. LÜDTKE, Liebigs Ann. 456, 204, 1927.
7
°) A. SAKOSTSCHpCOFF, D. TUMARKIN, Mell.
Text. 16, 441, 1935.
«)-A. SAKOSTSCHIKOFF, Helv. chim. acta, 19, 933,
1936.
72
) M. LÜDTKE, Plaiita, 25, 774, 1936.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
Heft 3/4
Zur Morphologic und Chemie der pflanzlichen Fngerzellwand
sie sich in alkalischen Lösungsmitteln nicKt unterschiedlich benehmen und sich nur mit Hilfe feinster
optischer Methoden differenzieren lassen. Den diesen Reagenzien gegenüber viel widerstandsfähigeren
Querelementen, die man isolieren kann, wird dagegen überhaupt keine Existenz zugestanden1»).
Wäre es nicht logisch, ihnen, wenn nicht eine
Fremdsubstanz, so doch wenigstens Cellulose in
Bindung mit Fremdgruppen und deshalb anderer
physikalischer Beschaffenheit, als Baustoff zuzubilligen?
Während K. HESS früher der Ansicht des Verfassers, daß sowohl Pflanzenhaare, als auch Gewebefasern Querelemente aufweisen, zustimmte, verneinte er später (zusammen mit AKIM7S>) ihre Anwesenheit in Baumwollhaaren. FREUDENBERG und
Mitarbeiter geben an, Querelemente in ihren Objekten (Fichtenholztracheiden) nicht angetroffen zu
haben47). Man hat geltend gemacht18), daß bei der
Aufquellung mehrschichtiger Sekundärwände die
inneren Kugeln nicht bis zu den Querelementen
aufgetrieben seien, sondern kleiner bleiben und hat
hieraus geschlossen, daß das Querelement, nicht
durchgehen könne, den „chemischen Schnitten" also
eine andere Ursache zugrunde liegen müsse. Die
Erklärung ist, daß die inneren Schichthäute sich
infolge, des Druckes der äußeren nicht bis zum
Querelement von ihrer Unterlage abheben konnten.
Das Querelement hat durchaus Realität. Wenn
sich bisher keine physiologischen Notwendigkeiten
für seine Existenz anführen ließen, es sei denn
Verfestigung der Membran, so braucht damit nicht
gesagt zu sein, daß es solche überhaupt nicht gäbe
(siehe z. B. die Zusammenstellung allerer botanischer Litertur über Zellfusionen bei LÜDTKE3) und
TAMMEST3ai). Man kann bei der Quellungsanalyse
in alkalischem wie auch saurem Medium sowohl
\'öllig ebene als auch schräge und spiralige Anordnung der Querelemente feststellen. Vielleicht verhalten sich die einzelnen Faserzellen verschieden;
wie dies für die Gefäße zutrifft. Auf jeden Fall ist
das Prinzip der Querunterteilung, sei es als ebenes,
schräges oder spiraliges Bauelement, heule nicht
mehr zu leugnen, und man wird es bei allen Untersuchungen, in denen der Feinbau der Zellwand eine
Rolle spielt, ebenso wie die Schichten und das
übrige Hautsystem berücksichtigen müssen.
verschiedene andere Benenungen erhalten1)74) (siehe
auch weiter vorn).
Bereits ältere Botaniker17)18)11') zeigten, daß sich
die Mittelwand in Spiralstreifen auflösen läßt, in neuerer Zeit haben RITTER und CHIDESTER75),
SCARTH und Mita/beiter7'5), FREUDENBERG und
Mitarbeiter47), LÜDTKE77), diese Schichten der Mittelwand experimentell bearbeitet und diskutiert.
CARPENTER und LEWIS20) brachten Aufnahmen
solcher von schwach aufgeschlossenem Sulfit- und
Kraft-Zellstoff in Quellungsmitteln erhaltener Spiralbänder. Von normaler Kochung, in der also die
Mittelwand praktisch völlig beseitigt war, erhielten
sie Bilder der Kugelquellung, und überkochtes Material ergab im Quellungsmittel schnelle Aufspaltung
zu Fibrillen. Uebrigens ließ sich diese Lamelle nicht
nur spiralig abwickeln, sondern riß zuweilen längs
der Faserachse auf. Vor einigen Jahren hat auch
SCHRAMEK16) an Sulfitzellstoff diese Spiralbänder
der Mittel wand, von ihm als Oberhaut, bezeichnet,
beschrieben.' Da sie Teile der Mittelwand sind, lassen sie sich nicht in einen Zusammenhang mit der
Primärlamelle der Sekundärmembran bringen. Es ist
schon darauf hingewiesen worden, daß in diesem
Zusammenhang quer umlaufende Cellulosefibrillen
die Cambialschicht aufbauen sollen. Auch die Kutikula des Baumwollhaares läßt sich in solchen Spiralbändern abwickeln.
Während· RITTER und Mitarbeiter78)«)42) in der
Mittellamelle ein von dem der Primärschicht und
Sekundärwand verschiedenes Lignin annehmen, läßt
HARLOW79) nur ein Lignin gelten, ebenso FREUDENBERG47) bei Koniferen.
e^ Mittelhand.
Der äußere Teil der natürlichen Faserzellwund, der
ün die Wand der benachbarten Zelle angrenzt und
bei Aufschluß und Bleiche entiernt wird, ist früher
allgemein Mittellamelle genannt worden. Die Benennung ist nicht korrekt, seitdem die gröberen
Lagen als Schichten und die feineren, an der Grenze
mikroskopischer Auflösung liegenden, als Lamellen
Bezeichnet werden und seitdem erkannt ist, daß mich
der iils Mittelwand bezeichnete Teil geschichtet
bzw. himelliert ist. Er hat denn auch in letzterer Zeit
•7 TRENDELENBURC. Holz als Roh- n. Werkstoff,
München 1940.
7
*) G. J. RITTER und R. M. CHIDESTER. Puper
Trad« Jourii. 87. Nr. l? v. 25. 10. 1028, S. l\
)
W. SCARTH u. Milarl).. Trausüci. of Roy. SOP.
Qiitadn. Set·«. V. "5 Sei. U 203 (1929).
") Lüm'KE. Zrllsfoff u. Pupirr i5- 27>, 1935.
"») O. J. RITTER. Ind. . . Cliei». 17, 1194. 1925; 20.
941. I92K.
™) \V. IIARLOW, Bull, of (he NW York Slale ( lop- of Fori'siry Nr. 3. J u l i 1928.
hu
) J. WIKSNKR. Dir RohsiofTr il. Pflmi/riirrVhrs.
2. Aufl.. Hd. II. 245. LtMp/ 190V Dir K l r i i u ' i H u r K l r u k lur. Wien JH92. Dir
«
«·
: mit CIJOXUIH wunlr
-iN IS37 \ o n C R A M K R | · | «·| ! ·| «ViVrirljiiliivSt
ücliiifi d. NuUirforsHiiTgrrf. /üric-h |K">7. S. 2' ).
™) K.HESS. L. k im. IW. 64. 412, 1931.
™*) T. TAMMl'X D<T Klarlissirntfrl. HutiHciu 1907.
Naturk.Verh* v, d. HuJIaiid^che Mu'sehappij drr \Wfec· happen.
4. Einzelne Erscheinungen.
a) Das Auftreten der Kugelquellung
ist an Pflanzenhaaren, Tracheiden, Holz- und Bastfasern gleichermaßen bei Einwirkung von Quellungsmitteln zu beobachten. Das Quellungsbild ist
allgemein bekannt und braucht hier nicht beschrieben zu werden. Es stehen sich drei Deutungen
gegenüber:
J. Die Ansicht WIESNERS, der die Erscheinung
an. Baumwollhaaren studierte und das Queraufreißen
und Zusammenrollen bzw. Zusammenschieben der
Kutikula für die Kugelform verantwortlich machte810).
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
. Lud Ike
T4
Diese Deutung ist dann auf Gewebe/eilen iitertrngen worden; hier vortritt die Cmnbialschicht die
Kutikuln.
H. Die Ansicht des Verfassers·11), noch der Verwachsung zwischen einem quergelügerten Klement,
nls Querelement bezeichnet, und einer die aufgeschlossene Faser außen als Primärlamelle und
innen als Tertinrlamelle umkleidenden Haut «us
cellulosefremder Substanz besteht. Durch dieses
System dringt das Qucllungs- und Lösungsmittel
und löst die Cellulose kolloid auf. Da sie nicht durch
das Hautsystem permeieren kann, erzeugt sie einen
Quellungsdruck, der die Kugeliorm bei gleichzeitiger
A'erkürzung der Faser zustande bringt. Diese Kugelquellung konnte auch an vielen Schichten beob«
achtet werden, wobei mehrere Kugeln ineinanderlagen. Hieraus, im Verein mit der Gelbfärbung, nicht
Blaufärbung, die Chlorzinkjod an Quer- und Schrägschnitten von nativem Gewebe hervorruft, hat Verfasser dos yautsystem abgeleitet und die sonderbare
Quellungsform gedeutet. Diese Ansicht hat sich
trotz mancher Einwendungen bis jetzt bestens bewährt und ist neuerdings wiederholt bestätig!
worden.
III. Die Meinungen, daß die Erscheinung auch ohne
Zuhilfenahme besonderer als lamellarer Systemfe
vorliegender Fremdsubstanzen möglich sei (FREY- ·
WYSSLIN'G) oder nur einer Außenhaut bedürfe
(HALLER) oder durch die Annahme besonderer
Lagerung von Celluloseelementen bzw. ihrem physikalischen Zustand erklärt werden könne (RITTER,
SCARTH, FREUDENBERG). Insbesondere wird in
diesem Zusammenhang das Querelement als überflüssig bzw. nicht anwesend erklärt.
. .
Man ersieht bereits aus dieser kurzen Gliederung,
daß es nicht möglich ist, das Form- von dem Stofiund dem physikalischen Problem zu trennen, son-,
dem daß die drei ineinander übergehen und nach
gemeinsamer Behandlung verlangen.
Zu L Verfasser zeigte72), daß sich die Kutikula des
Baumwollhaares durch milde Bleiche entfernen läßt,
ohne daß die Erscheinung der Kugelquellung hierdurch aufgehoben wird.. Das Aufreißen und Zusammenrollen oder -Zusammenschieben der Kutikula,
das an sich richtig beobachtet ist, kann also nicht
für den Vorgang entscheidend "sein. Der Grund ist
vielmehr, "daß unter der wenig dehnbaren Kutikuia
des Baumwollhaures eine als Primärlamelle zu bezeichnende. Lage vorhanden ist, die 'sich bei*der
Quellung ebenso wie die Primärlamelle, isolierter
Gewebefasern benimmt. Das war den Vertretern- der
WIESNER'schen Anschauung offenbar nicht bekannt (FREY-WYSSLING">, S. 293 und seine Schüler SCHLOTMANN81) und GRIFFIGEN8*') und wird
auch heute noch übersehen, z. B. von SCHRAMEK22). Verfasser und seine Mitarbeiter haben sich
sowohl bei gebleichten kutikulalosen Baumwollhaaren als auch bei einwandfrei isolierten Gewebefasern vergeblich bemüht, die Erscheinung des
Zusammenschiebens zu beobachten. Allenfalls waren
Reste einer Lamelle zu sehen, die aber als solche
81
82) A. SCHLOTMANN, Planta 19, 313, 1933.
) K. GRIFFIGEN: pianu 24,534,1955.
-Heft 3/4
an der Zellwond hängen blieben, ohne die besagte
Form anzunehmen.
Nach SCHLOTMANN") (siehe auch HALLERft*'wJ) sind bei ungebleichten Baumwollfasern
die Einschnürungsbereiche nichts anderes als die
Stellen, an denen durch die Kutikularringe und -gürlel die Cellulose an der Quellung gehindert wird. Ist
es nicht eigenartig, daß dieselbe Kutikula, die eben
an der erhabenen Stelle leicht durch den Quellungsdruck zerrissen wurde/ an anderen Stellen diesem
Druck standhält? Und ist die RegelmäSigkeit, mit
der solche Kugelbildung auftritt, nicht überraschend
und einem regellosen Zerreißen an beliebigen Stellen widersprechend? Bei genauer Betrachtung ergibt sich dann auch eine Erklärung, welch.e die
Umkehrung der oben genannten ist. Nicht die Kutikula ist das· aktwe Element in dieser Erscheinung,
sondern Primärlamelle und Querelemente sind es.
Die Kutikula zerreißt bei der Quellung an den erhabenen Stellen, an den abfallenden wird sie z. T.
zerrissen, z. T. rutscht sie zu den Stellen der Ruhe,
also · zu den Stellen, an denen die Querelemente
liegen, ab und kann hier unbeschädigt liegenbleiben.
Ihre Teilnahme an der Einengung der Faser ist nur
eine scheinbare. Werden die Querelemente durch
mechanische oder chemische Mittel zerstört, so kann
die Kugelguellung natürlich nicht stattfinden; das
Haar wird in ganzer Länge oder doch in größeren
Bereichen aufgetrieben72).
Hiermit sollte endgültig deutlich geworden sein,
daß die WIESNER'sche Anschauung nicht mehr für
das Pflanzenhaar gilt und niemals für Gewebefasern
gültig war. FREY-WYSSLING13), der die Quellungskugeln als von der primären Wand entblößt betrachtet; so daß die Cellulose direkt mit dem Reagenz in Berünrung ist, sucht dadurch aus dem
Dilemma herauszukommen, daß er die äußerste Lage
der Wand „wahrscheinlich" als aus dichterer Cellulose bestehend betrachtetes. 293).
.HESS und Mitarbeiter80) zeigten, daß bereits
10 Tage alte Baumwollhaare, bei denen noch keine
Kutikula ausgebildet war, vor Kaltwasserextraktion
keine Kugelquellung gaben, diese aber danach einschließlich der Querelemente so deutlich wie bei
alten Haaren aufwiesen. Dennoch betrachten sie das
Zustandekommen der Kugelquellung im Sinne
WIESNERS. Verfasser beobachtete Kugelquellung
und Querelemente schon an 14 Tage alten Faserzellen von Buchentrieben und Bambusschößlingen81).
Zu II. Ueber die Entstehung der Kugelbildung
nach Punkt 2 geben dieser selbst und das Voranstehende Auskunft. Neu sind die Einführung des
Querelements und der Umhüllungen der Schichten,
Streifen und Fibrillen sowie genaue Angaben über
Primär- und Tertiärlamelle, von denen die letztere
vielfach als nicht vorhanden angesehen wurde. Falls
Kutikularreifen die Kugelquellung bedingen sollten,
müßte ein Anstechen einer einzelnen Kugel den
ganzen Faserschlaiich zum Auslaufen- bringen,
nicht aber die einzelne-angestochene Kugel. Dasselbe müßte der Fall bei Aufquellung ein'es Faser8S
) R. HALLER, Hei v. chim, acta. 18, 8DO, 1935.
) M. LÜDTKE, Melliand Text. 10, 446, 1929.
81
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
'Heft 3/4
Zur Morphologie und Chemie der pflanzlichen Fascrzcllwand
75
teilstücks sein; hier dürfte eine Kugelquellung bei systems in ein neues Stadium getreten ist, um so
Nichtvorhandensein von Querelementen gar nicht mehr als dieses System saure Gruppen aufweist, die
eintreten, da die Cellulöselösung am Ende aus- positive Ionen ein- und austauschen und damit
fiiefien sollte. Beides ist aber nicht der Fall. Siehe Aenderungen der Permeabilität bzw. Semipermeabiauch die Bemerkungen in Abschnitt 3 d).
lität bedingen. Die sich jeweils neu einstellenden
Zu III. Einige Autoren weisen darauf hin, daß Potentialdifferenzen lassen für die Wirkungsweise
Kunstfasern sich in gewissen Medien aufbeulen von Membranen und die von ihnen abgeschlossenen
lassen und folgern daraus, daß eine besondere Sub- Stoffe, Säfte oder Lösungen neue Gesichtspunkte
stanz in bestimmter Formung nicht nötig sei um zur entstehen01). Es ist klar, daß ein solches System für
Kugelquellung zu kommen. Aber man muß sich alle hiermit zusammenhängenden Vorgänge .wie
einmal diesen Vorgang an Kunstfasern reproduziert Quellung und Lösung, Filtrieren, Bleichen und Färhaben, um sofort zu erkennen, daß von diesen oft ben besondere Bedeutung haben muß und eingehennur einseitig aufgeblähten Gebilden bis zur regel- der studiert werden sollte, als es bisher im allmäßigen Kugelquellung der Naturfaser ein weiter gemeinen geschehen ist.
Weg ist. HALLER88) veresterte Kunstseidefäden
oberflächlich mit p-Toluolsulfochlorid oder Benzoylc) Festigkeit.
chlorid u. a. und erhielt nach Einbringen in SchweEin solches System muß auch beträchtlichen
felsäure einseitig aufgetriebene Faserstellen (siehe Anteil an dem Zusammenhalt der Faser, also an
Abb. I bei HALLER), die weit entfernt von dem ihrer Reißfestigkeit in Längsrichtung, an der KnickBild der Naturfaser waren. Hiermit ist unserer Mei- festigkeit, der Trocken- und Naßfestigkeit haben66).
nung nach nicht ein Gegenargument erbracht, son- Die Angaben von FREY-WYSSLING13) und GRIFdern vielmehr eine Bestätigung dafür, daß eine FIOEN82), daß nach des Verfassers Schema die
cellulosefremde Außenhaut für die Erscheinung not- . hohe Reißfestigkeit „nicht der Cellulose zukomme,
wendig ist. Ueber das Vorliegen oder Nichtvorliegen sondern den Querscheiben .aus einer unbekannten
von Querelementen in Naturfasern vermag die Be- Fremdsubstanz und der ausgezeichnete Bau der
obachtung HALLERS nichts auszusagen.
Cellulosehauptvalenz-Ketten gar nichts mit der ZugAuch die von OHARA*3) beobachtete Auftreibung festigkeit der Zellwand zu tun habe", trifft nicht zu
der Naturseide in Calciumnitratlösung, die von und ist irreführend. Der Verfasser schrieb vielFREY,WYSSLING*C) als Argument gegen die An- mehr56) „aber es wäre falsch, die hohe Reißfestigsicht des Verfassers herangezogen wird, gibt die keit der Faser allein auf ihr (der Hautsubstanz)
Kugelquellung nur unvollkommen wieder. Insbeson- Vorhandensein zurückführen zu wollen. Richtig ist
dere tritt das, was bei Pflanzenfasern als Querele- vielmehr, daß es das System von Baustoffen und
ment zu sehen ist, hier nicht hervor, weil die Ent- Bauweise als ganzes ist, das die außerordentliche
stehung eine ganz andere ist.
Festigkeit bedingt." Die Hauptvalenzbindungen
Ueber die Meinung FREY-WYSSLINGS, nach der zwischen der Cellulose-und dieser Substanz sind ja
weder Querelemeht noch Primärlamellen für die nicht aufgehoben und auch die mizellaren Kräfte
Kugelquellung erforderlich sein sollen, ist unter I. sind in ihrer Wirksamkeit nicht behindert 77 ). HALschon das Nötigste gesagt worden.
LER03) sieht in dem System von Längslamellen und
Nachdem C. NAGELI schon 1864 eine vorwiegend Querelementen die idealste Lösung des Festigkeitstangentiale Anordnung der Spiralstreifen in der problems in Gewebefasern. Vgl. ferner MÖNCH20).
Primärschicht (Cambialschicht der Mittelwand) dar- Auch die erhöhte Festigkeit nach der Merzerisation
getan und hiermit die Kugelquellung erklärt hatte, und Trocknung unter Spannung dürfte mit dem
gaben in neuerer Zeit RITTER und CHIDESTER7') Bausystem zusammenhängen.
an, daß die Primärlamelle aus mehr tangential gelagerten Cellulosefibrillen aufgebaut sei. SCARTH,
5. Zur Frage der Fremdsubsianzen.
GIBBS und SPEAR76) sehen in dieser Anordnung die
Schon frühzeitig erkannte man, daß die Zellwand
Ursache der Kugelquellung bei Gewebefasern, eine nicht nur aus Cellulose und Lignin als den HauptAnsicht, der sich FREUDENBERG und Mitarbei- komponenten aufgebaut ist, sondern noch aus andeter47) anschließen. LODTKE wies darauf hin1), daß ren Stoffen, Begleit- oder Kittsubstanzen wie Xylan,
solche Cellulosefibrillen sich einmal in Cellulose Mannan, Galaktan, Uronsäuren u. a. Den Lagerort
lösenden Mitteln auflösen müßten, ohne Kugelquel- dieser Stoffe kann man aber bis heute noch nicht
lung zu geben, andererseits unter Einwirkung ge- genau angeben. Die Zellwand verdankt ihre besonwisser Reagenzien sichtbar werden dürften, was deren Eigenschaften in Bau und Funktion organinicht der Fall ist.
siert gelagerten Substanzen, die sich durch die einzelnen Pflanzenfüinilien hindurch differenzieren, mit
b) Permeabilität.
zunehmendem Alter Veränderungen unterworfen
Mit der Erscheinung der Kugelquellung hängt und auch gegenüber Ernährung und Außenfaktoren
5 77
auch das Problem der Permeabilität *) ) zusammen, nicht unbeeinflußbar sind. Durch d.'esen Umstand
dessen Betrachtung mit dem Auffinden des Haut- besteht die Möglichkeit, den Pflanzen Zellstoff und
Cellulose in größerer Menge oder besserer Qualität
*5) K. OHARA, Sri. Pap. of Ihr· Just, j liysk·. Oifiri. anzuzüchtcn*·). Die Frage bekam ein neues Gesicht,
Kes. Tokio. 22. 216, 1953.
»«) A. FREY-WVbSLINC, Submikroskopische- .Mor- öls Verfasser das Hautsyslem der Sekundarwand
phologie des Protoplasmas und seiner Derivate. Beilin entdeckte und diesem eine Substanz zuerkannte, die
nicht Cellulose, Xylan und Munnan, aber auch nicht
1938, 246.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
M. Ludtfce
das bekannte Mittcllomollen-Lignln sein konnte und
deshalb «1s FremdsttbsUmz bezeichnet wurde, die
vielleicht den sogennnnten Furfuroiden nahesteht,
Furfurol liefernden Substanzen, die nicht Pcntosane
sind, ober möglicherweise Mischsubstnnzcn ähnlichen Chnrukters mit Süurefunktion 3 ). Do sich
immer deutlicher zeigt, daß die makroskopische
Form polymerer Nutursloffe schon im Molekül angelegt ist, wird man für die Substanz ein flächenhoft
ausgebildetes Molekül fordern müssen. Cellulose
mit eindimensionalem B/iu kann Leistungen, wie sie
für das Hautsystem geschildert wurden, nicht hervorbringen.
Es ist klar, daß die Frage nach der substantiellen
Beschaffenheit des Hautsystems durch dus Mikroskop allein nicht zu beantworten ist. Den Verfasser
interessierten deshalb schon frühzeitig Färbemethoden und Mikroreaktionen, die zunächst Hinweise auf bestimmte Substanzen bzw. Gruppen
geben sollten. Danach war geplant, die Isolierung
der Bauelemente bzw. ihrer Substanz vorzunehmen
und der chemischen Analyse zuzuführen. Da dies
infolge der zu erwartenden geringen Mengen im
Laboratorium nur schwer durchführbar ist, war an
die Zusammenarbeit mit den Industrien der KupferKunstseide und der Viskosefaser gedacht. In Zusammenhang hiermit stand auch die Schaffung einer
Bestimmungsmethode für kleinere Mengen von
-COOH-Gruppensea).
Die bisher vorliegenden Untersuchungen zeigen,
daß saure Mittel das System verhältnismäßig leicht
zerstören; ohne indessen die Substanz restlos fortzuschaffen. So wurden bei der Destillation mit
12%iger Salzsäure ein Zerfall der Faser an den
Stellen der Querelemente beobachtet, dgl. bei der
Carbonisierung und bei der Acetylierung1). Auch
die Behandlung mit starker Schwefelsäure, die.charakteristische Bilder zeitigt, hängt hiermit zusammen70)72)71). Alkalischen Mitteln dagegen widersteht
die Substanz offenbar besser, doch scheint sie auch,
ihnen gegenüber nicht völlig intakt, zu bleiben. Das
zeigt sich z. B. bei der Behandlung mit Kupferoxydammoniak, bei der Viskoseherstellung u. a., wobei
besonders die Querelemente leicht zu isolieren sind.
Bei milder Behandlung nativer Gewebefasern mit
Chlorwasser oder anderen Oxydantien ist eine Abnahme der Phloroglucinreaktion festzustellen, der
eine Zunahme von COOH-Resten parallel geht.
Man könnte vermuten, daß die Substanz Lignin sei
oder wenigstens ligninartigen Charakter habe, aber
sie läßt sich nach der Oxydation nicht mit basischen
Mitteln analog dem Lignin in Losung bringen, sondern bleibt, wie das Quellungsbild zeigt, wenn auch
verändert, in und auf der Faser bestehen. HESS und
AKIM7J) fanden nach den Bleichen noch 0.38 bis
0.64 % Methoxylgruppen, die ebenso wie 2.1. bis
2.4 % Stickstoff den Substanzen des Lumens zugerechnet wurden. Es konnte aber darauf hingewiesen werden3), daß die OCHs-Gruppen wahrscheinlich der Hautsubstanz entstammen. Das wurde
'*··) M. LÜDTKE, H. FELSER. Biocbem. Z., 2,94, 390,
1937.
Heft 3/4
von SAKOSTSCHIKOFF und TUMARKIN*) bestätigt, die in den isolierten Querelementen der
Baumwolle 0.57 %f des Kendyrs 1.53 % und des ungebleichten Sulfitzeilstoffs 7.67 % OCH» feststellten.
Der letztere Wert dürfte wettgehend Ligninresten
zugehören. Bleiche beseitigte diese Gruppen zum
größten Teil. Weitere Beweise lieferten KLEINERT
und Mitarb.1*)4"). Nach ihnen stehen die methoxylhaltigen Substanzen mit dem Faserbau in direkter
Beziehung. Sie maßen als Methoxylgehalt des Ausgangszellstoffs 0.16—0.31 %, des Filterrückstandes
bei der Viskoseherstellung 0.23—1.21 %. Diese
Methoxylreste können nicht an Pentosane oder
Pentosen gebunden sein, denn .der Alphazellstoff
ergab bei der Barbitursäurefällung nur Gelbfärbung,
keinen Niederschlag. Der Rückstand muß in alkalischer Lösung oxydationsempfindlich sein, da die
Methoxylwerte in Natronlauge und Luftsauerstoff
zurückgehen. Fraktioniert man Zellstoff hinsichtlich
der Kettenlänge, so enthalten die kurzkettigen Anteile weniger Methoxyl als die langen. Langketten:
0.323—0.223 »·, Mittelketten: 0.159—0.085 %, Kurzketten: 0.112—0.058%'. Da die Baumwolle dasselbe
Ergebnis liefert, kann Lignin nicht in Frage kommen. Die Autoren denken an polymere Kohlenhydrate, die als Primärstoffe für Lignin im Sinne von
HILPERT und SCHÜTZ in Betracht zu ziehen wären.
Weitere Hinweise finden sich bei KLEINERT,
HINGST und MÖSSMER48), es heißt dort: Mit steigenden Molekülgrößen nehmen die durch abspaltbares Alkoxyl gekennzeichneten Fremdgruppen zu.
Durch .Umlösen aus Cuoxam wurden die Methoxylwerte .nicht verändert. Auch, bei der Nitrierung
bleibt der Zusammenhang zwischen Cellulose und
Fremdgruppen gewahrt. Es sind in pflanzlichen
Zellwänden mindestens zwei verschiedene Typen
von Alkoxyl abspaltenden Stoffen zugegen, von
welchen die eine mit einem schichtenförmigen übermolekularen Bauprinzip, die andere mit dem Molekülaufbau der Cellulose in Zusammenhang gebracht
werden kann. Mit fallendem Polymerisationsgrad
nimmt die Zahl der Glucosereste pro Methoxylgruppe zu. Es deutet dies darauf hin, daß die Hauptmenge der Fremdgruppen nicht den Glucoseanhydridketten selbst angehören kann; vermutlich
verbinden diese Gruppen benachbarte Ketten miteinander. Es erscheint auffällig, daß bei Polymerisationsgraden unter etwa 400, bei welchen in natürlichen Fasercellulosen eine starke Abnahme der
Faserfestigkeiten und schließlich Zerstörung der biologischen Faserstrulctur erfolgen, gleichzeitig ein
jähes Abfallen der die Fremdgruppen anzeigenden
Methoxylwerte einhergeht. „Möglicherweise spielen
dabei auch gewisse Fremdhautsysteme, die von verschiedenen Forschern als Bestandteile der Zellwände angenommen werden, eine Rolle. Das Vorhandensein widerstandsfähiger, wenn auch äußerst
dünner Fremdhäute würde eine weitere Erklärung
für die guten mechanischen Eigenschaften natür87
) . SAKOSTSCHIKOFF, D. TUMARKTN./Mell.
Text. Ber. 18, 522, 1937.
'
»j Th. KLEINERT, G. HINGST, I. SIMMLER, Koll.
Ztschr. 108, 157, 1944.
>
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
.Heft 3/4
Zur Morphologie und Chemie der pflanzlichen Faserzelhvand
lieber Fasern und das unterschiedliche Verhalte^
der Zellwandbestandteile bei den Lösungs- und Umsetzungsvorgängen bilden/'
SAKOSTSCHIKOFF und TUMARKIN™) isolier
ten die Querelemervte, indem sie 93—94%ige Schwefelsäure auf die Fasern einwirken ließen. Die Ausbeute nach Reinigung und Dialyse betrug liei Rohbaumwolle bis 0.5 %', Baumwolle, gereinigt, 0.07 bis
0.18%; Kendyr, ungebleicht,. 0.71%); Holzzellstoff,
ungebleicht, 1.3 Ä; Holzzellstoff, gebleicht, 0.07 bis
0.09 %. Blaufärbung mit Chlorzinkjod wurde nicht
beobachtet; die Substanz sah hellbraun aus. Die Verbrennung ergab bei der Substanz aus Baumwolle
48.99; 48.14; 47.41 % C und-7.20; 7.00; 0,92%! H.
Weitere Analysen derselben Autoren87) betrafen
den Wachsgehalt, die Asche,, den Stickstoffgehalt
nach KJELDAHL und den Ammoniakstickstoff, den
Gehalt an Pentosanen, reduzierenden Substanzen,
Methoxylgruppen und den mit heißem Wasser extrahierbaren Anteil. Auch die hierfür benutzten Präparate waren mit 94%iger Schwefelsäure und
nachfolgender Dialyse gewonnen worden. Danach
erfolgten Extraktionen mit Aether und Chloroform,
Die von solchen Substanzen erhaltenen Daten zeigt
Tabelle 1.
·
·
T a b e l l e l.
Quereionienle
des
d. ungcbl.
Kcndyrs . SulfitBaumzoll stol'f s
wolle
enthalten \%\
der
20*0
Wa chsa rt . Subst a n zci i .
72S
A c che
· · ··
7G.5
SiOs in der Asche
9.33
Stickstoff n. Kjclda|il.
1.85
Ammoniak-Stickstoff . .
Sückstofi, orgian. geJ3.
(aus der Differenz zw.
7.58
4. und 5)
7. Substanzen, die in liei25.50
ßom Wasser lösl* sind
8. Peniosane u. and. furfurolbildende Substanzen nach Teilens" .·. . . . 0.00
0.57
(j OCHa-Gruppen
1.
2
3.
•L
5.
6.
1 .^«J1
-2.1—31'
7,08
71,2
• 4.40 .
.40
3.3
3.00
2.15
12.36
21.53
0.00
1.53
1.82
5.28
3.13
o.oo
füll an Pentos'cinen und die praktisch zu vernachlässigende Menge an reduzierender Substanz nach
der Hydrolyse. Auch das könnte mit der Wirkung
der Schwefelsäure auf diese Körper zusammenhängen.
T a b e l l e 2,
der
Baumwolle
w) / SAKOSTSCHIKOFF. D, TILMARKJN, Mt-11.
TextBer. 18, 57, 1937.
e
des
des FichKcndyrs ! tenhol^i zellstoffs
liJ ithaKcn %
1
1. Rückst, n. d. \Vassercxtraküou in % v. Ge. wicht d. AiivSg.Prä]).. .
2. Asche
"0. Gesamlsticksfui'f nach
K je Ida 111
4. Ammonia ksticksloff . .
5. Organisch gebundener
. Stickstoff
6. Methoxylgruppcn ....
7. Reduzieren de Subs'au, zen (gcr. auf Glykose)
nach der Hydrolyse hu
Autoklaven (1.5 % H:·
S04, 2 Std. bei 125° C)
8. Wie · bei 7, nach der
Fällung mit Bleiacctat
i). Reduzierende Substanzen
(gerech n. auf
• Glykose) nach «der
Hydrolyse im* Autoklaven (0.5 % FIsSO*,
40 Min bei 175° C) . .
10. Wie bei 8. nach der
Fällung mit BJei&cetat
74.5
i),21
87.74 .
G.18
78.47
1.26
8.57
O.GO
8.20
0.84
1.33
0.28
7.97
1 1
2.S6
1.05
10.75
0.5G
1.32
0.54
0>6Ü
1.10
0.44
,
Spuren
0.28
0.50
—
0.55
0.52
Schon LÜDTKE hatte darauf hingewiesen, daß die
Säuregruppen in nativem Gewebe und in mild aufgeschlossenem Zellstoff weniger der Cellulose als
der Hautsubstanz zukamen56)04)90). Hiermit in Uebereinstimmung ist. auch eine Zusammenstellung der
Aschengehalte der Fasern und Querelemente87).
Letztere weisen ungleich viel mehr Asche auf als
die Faser.
T a b e l l e 3.
7.G7
Hierauf fand eine Wasserextraktion statt, nach der
die Substanz wiederum analysiert wurde. Die hiernach ermittelten Zahlen finden sich in Tabelle 2 in
Prozent vom Gewichte des Rückstandes.
Wie man sieht, liegt der Wachsgehalt, besonders
bei Rohbaumwolle, sehr hoch, was in Anbetracht der
noch vorhandenen Kutikula und der Verwendung
von 94%'iger Schwefelsäure, die keine vollständige
Auflösung dieses Bauelementes herbeigeführt hoben
dürfte, verständlich ist. Der Stickstoff ist zu einem
guten Teil durch den Wasserauszug beseitigt worden, aber immer noch beträchtlich, und es entsteht
die Fnige, ob er nicht den Plasmastoffen des Lumens
zuzurechnen ist Andernfalls wäre seine Anwesenheit beachtlich. Ueberraschend ist der völlige Aus-
Q uerelemen
AschengdiaJt %
Fa ser ( Q uerclcinent
Amerik. Rohbaumwolle . .
Roilibiiumwollc
Aincrik. Linlcrs gebaucht
L/inlors gebaucht
L inters ^obäufhl
Tttiinenrfuirif zcllstoff
ungebleicht
Kundvr unircblciclii.
1.50
1.38
0.14
O.UO
0.61
7.77
7.23
'7.90
27.40
21.40
1,10
1.37
1.82
7.08
Besonders auffallend ist der hohe Kieselsäuregchalt von rund 70 %'· in der Asche der Querelemente
von Baumwolle und Kendyr gegenüber 12 % in der
Faserasche.
Es ist leider zu befürchten, daii durch die Präpiirationstechnik mit 94%iger Schwefelsäure neben der
Abspaltung und Veränderung gewisser Gruppen auch
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM
78
M. Ltidtke
ein Wns«eren<7Ug stattfindet, wodurch huminiirtige
Körper entstanden sind, die des Resultat verfälschen.
Dns scheint mich «us den Doten für die Elementuranalyse hervorzugehen, die wie folgt angegeben
werden:
Sulistnnx, (Irr QuorHenicnta
nni nst'lieiifivle SubKiniu bnxogeri
in %
r
Baumwolle
Koiidyi
llolzzelkfoff .. .
\
H I
4 ). ' !
•155.10 '
03 »0
5.73 j
6.45
15.08
N |
9.55,
3.41
1.35
o
25.(U
2D.27
6. Ucber die Bedeutung der Zellwandorganisation
für technische Probleme.
Wie man nus Vorstehendem ersieht, ist die Bedeutung des Lamellenbaus der Faserzellwand, insonderheit des auf der isolierten Faser anwesenden,
sie umhüllenden und durchwachsenden Prinzips trotz
anfänglicher zurückhaltender Meinung oder gar Ablehnung immer mehr anerkannt worden, und man
darf sich der Erwartung hingeben, daß die Beachtung mit zunehmender Kenntnis der morphologischen Struktur und der Mikrochemie der Zellwand
noch steigen wird. Schon vor längerer Zeit" wurde
darauf hingewiesen77), daß es gar nicht so sehr die
chemische Konstitution der Cellulose und ihr mizellarer Charakter sind, die den Praktiker besonders
interessieren, als vielmehr der gestaltliche Bau und
die Verteilung gewisser Gruppen, wie der OH-,
COOH-, CHO-, CH3O- und CO-Gruppen, in den
Bauelementen der Zellwand. Z. B. nennt SCHRA1
) die Primärlamelle einen wichtigen Bestandteil der sekundären Zellwand, der widerstandsfähiger als der übrige Teil der Wand gegen chemische Reaktionen ist. Wenn das aber der Fall ist,
wird dann die Viskosität eines Zellstoffs nur das
Spiegelbild der Cellulose, besonders ihrer Kettenlänge sein und sind Vorbehalte gegen eine solche
Einstellung nicht gerechtfertigt?
So hat dann auch die Beschäftigung mit morphologischen Dingen in der letzten Zeit zugenommen
und in manchem eine Klärung oder.Vertiefung der
Anschauungen gebracht. Kann man sich schon in
der Industrie des Zellstoffs, beim Kochen20), Bleichen, Schleifen77), Mahlen93)94)95) u. a. an Hand morphologischer Betrachtungen einen besseren Einblick
in den Prozeß verschaffen, so sind es insbesondere
°°) M. LÜDTKE, Biochem. Z. 285, 78, 1936 :
") M. LÜDTKE, Ber. 61, .469, 1928.
M
) H. STAUDINGER, W. HEUER, Ber. 67, 1159, .1934.
«) K. HESS, H. KIESSIG, J. GUNDERMANN, Zeitsehr. f. physik. Chemie B 49, 64, 1941; K. HESS,
E. STEURER, H. FROMM, Kolloidztschr. 98, 148, 290,
1942; E. STEÜRER, Mell. Text. Ber. 29, 127, 169, 1948,
und andere.
Heft 3/4
die. mit Celluloselösungen arbeitenden Zweige der
Kunstfasern, Filmgebilde, Lacke usw., die nicht darauf verzichten dürfen, dem gestaltlichen Moment
größte Beachtung zu schenken. Nach SAKOSTSCHIKOFF und TUMARKIN") ist die Substanz der
Querclcmente nicht befähigt, eine der Viskose analoge, «n Natronlauge lösliche Verbindung zu geben,
Diese morphologischen Elemente durchlaufen unverändert alle Stadien der Viskosefabrikation und
sind in der fertigen Seide anwesend. Ferner schrieben JA YME und CHENei): „Bei der Xanthogenierung
kommt der Struktur der Faser eine die chemischen
Daten weit übertreffende Bedeutung zu" und JUNG
sagte92): „Der gesamte Reaktionsverlauf bei der
Xanthogenierung wird in erster Linie von Faktoren
bestimmt, die mit dem morphologischen Bau zusammenhängen."
Auch im Nitrierprozeß verhält sich die Substanz
des Hautsystems anders als Cellulose. Wie SAKOSTSCHIKOFF01) berichtet, unterliegt sie entweder
keiner Nitrierung oder ergibt ein Produkt, das in
Aether-Alkohol unlöslich ist. Im Acetylierungsprozefc nimmt sie keine Essigsäurereste auf, sie
wird dabei nicht acetonlöslich. In Celluloselösungen
verursacht sie Trübungen"0). Und wieviele Probleme
der Merzerisierung, Bleicherei, Färberei, Veredlung,
Wäscherei97); Trocknung, Cafbonisierung1)77) u. a.
hängen mit dem Hautsystem bzw. den Fremdgruppen
der Naturfasern zusammen! Bei den Prozessen, die
eine Abnutzung der Faser mit sich bringen, wie der
Gebrauchsabnutzung, der Wäsche und Bleiche, bildet
sie gegenüber den mechanischen und chemischen
Angriffen einen natürlichen Schutz. Es entsteht
daher auch von diesem Gesichtspunkt aus das Bedürfnis, sie konstitutionell kennenzulernen, um
gegebenenfalls mit gleichen oder' ähnlichen Substanzen das Gewebe zu festigen und zu schützen.
Vielleicht kann man daran denken, die eigentliche
Faser nur als Träger-für Substanzen solcher Art zu
benutzen und die Abnutzung durch wiederholte
Imprägnierung auf ein Minimum herabzusetzen. Das
könnte auch volkswirtschaftlich von hohem Nutzen
•sein56).
. Wir zweifeln nicht daran, daß, nachdem nun die
Bedeutung dieser Faserelemente, die sich als Ganzes
oder durch einzelne chemische Gruppierungen
bemerkbar machen, erkannt ist, eine intensivere
Bearbeitung sowohl des morphologischen als auch
des chemischen Gebietes uns jene Kenntnis verschaffen wird, die zur Bewältigung der angedeuteten
und anderer Fragestellungen notwendig ist.
«)
Ber.
M)
86
)
ö7
)
1948;
1948.
A. SAKOSTSCHIKOFF, D. TUMARKIN, Mell.Text
16, 499, 1935.
K. Th. JUNG, Koll. Ztschr. 98, 192, 1942.
A. SAKOSTSCHIKOFF, Ref. C 1937, I, 3089.
H. STAUDINGER, Melliand Textil'Ber. 29, 302,
A. SCHAEFFER, Textil-Praxis, 3, 115, 147, 392.
Unauthenticated
Download Date | 3/29/16 11:44 AM

Download Report