M i c r o f i b r i l A n g l e i n W o o d a n d i t s B i o l o g i c a l S i g n i f i c a n c e C e d a r s , f i r s , l a r c h e s , p i n e s a n d s p r u c e s b e l o n g t o t h e o r d e r C o n i f e r a l e s o r s o f t w o o d s , w h i c h a r e i m p o r t a n t a s l u m b e r a n d a s r a w m a t e r i a l . S u g i , C r y p r o m e r i a j a p o n i c a i s a u n i q u e g e n u s , a n d i s a d a p t e d s o w e l l t o o u r c l i m a t e t h a t i t h a s b e c o m e o n e o f t h e m o s t p l a n t e d s p e c i e s i n J a p a n e s e f o r e s t s . W o o d i s a c e l l u l a r c o m p o s i t e t h a t c o n s i s t s o f m a n y h o l l o w f i b r o u s c e l l s p r i m a r i l y a l i g n e d p a r a l l e l t o t h e t r u n k o r b r a n c h ( F i g . 1 ) . C e l l s a r e p r o d u c e d b y c e l l d i v i s i o n i n t h e v a s c u l a r c a m b i u m , a t h i n l a y e r o f c e l l s l o c a t e d c o n c e n t r i c a l l y u n d e r n e a t h t h e b a r k . T h e c a m b i u m p r o d u c e s b a r k t o w a r d s t h e o u t s i d e a n d w o o d t o w a r d s t h e i n s i d e o f t h e t r e e . I n t h e t e m p e r a t e z o n e , t h e e a r l y w o o d i s f o r m e d i n s p r i n g a n d t h e l a t e w o o d f o r m e d a t t h e e n d o f t h e g r o w i n g s e a s o n . T h u s t h e g r o w t h r i n g , a n a n n u a l r i n g i n t h i s c a s e , a p p e a r s a s a r e s u l t o f s u c h c a m b i a l a c t i v i t y . M o s t o f t h e c e l l s r e m a i n a s c e l l w a l l s , w h i c h w e r e o n c e l i v i n g t i s s u e . E a c h c e l l w a l l i s m u l t i - l a y e r e d , i n w h i c h t h e c e l l u l o s e m i c r o f i b r i l s a r e e n c r u s t e d b y h e m i c e l l u l o s e a n d l i g n i n t o a c h i e v e a s o c a l l e d f i b e r - r e i n f o r c e d s t r u c t u r e . T r a c h e i d s c o m p r i s e 9 5 % o f c e l l s i n s o f t w o o d s . T h e c e l l w a l l s c o n t a i n s e v e r a l s u b - l a y e r s o f c e l l u l o s e m i c r o f i b r i l s , v a r i o u s l y o r i e n t e d , a n d a r e d i v i d e d i n t o p r i m a r y a n d s e c o n d a r y w a l l s . P r i m a r y w a l l s a r e f o r m e d d u r i n g c e l l e l o n g a t i o n , w h i l e s e c o n d a r y w a l l s a r e f o r m e d s u b s e q u e n t l y . T h e m i c r o f i b r i l s a r e h i g h l y o r d e r e d b u n d l e s o f c e l l u l o s e c h a i n s ( t h e c r y s t a l m o d u l u s a l o n g f i b e r a x i s i s g r e a t e r t h a n 1 0 0 G P a ) t h a t g i v e s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s t o t h e c e l l w a l l . T h e m i c r o f i b r i l s i n t h e m i d d l e l a y e r o f t h e s e c o n d a r y w a l l S 2 ( a p p r o x . 8 0 % o f t h e t h i c k n e s s ) f o r m a r i g h t - h a n d e d s p i r a l w h i c h m a k e s a n a n g l e w i t h t h e c e l l a x i s c a l l e d t h e m i c r o f i b r i l a n g l e , M F A . O b v i o u s l y , t h e M F A h a s a s t r o n g c o r r e l a t i o n w i t h w o o d q u a l i t y a s w e l l a s w i t h t h e p h y s i c o m e c h a n i c a l f u n c t i o n o f a t r e e . W h e n a t r e e i s y o u n g , i t n e e d s t o b e e l a s t i c i n o r d e r t o m o v e i n t h e w i n d . A f t e r s o m e d e c a d e s , h o w e v e r , t h e c e l l s p r o d u c e d b y m a t u r e t r u n k c a m b i u m h a v e a s m a l l e r M F A f o r s t i f f n e s s a n d f o r k e e p i n g t h e t r u n k u p r i g h t . B y c o n t r a s t , b r a n c h e s h a v e t o b e r a t h e r e l a s t i c , a l l o w i n g t h e m t o b e n t w i t h t h e w e i g h t o f s n o w a n d s h e d i t . T h e r e f o r e , M F A n e e d s t o b e l a r g e r . T h e M F A i s t h u s c r i t i c a l t o t h e t o t a l m e c h a n i c a l b a l a n c e o f t h e t r e e , a n d c o r r e c t M F A s a r e e s s e n t i a l f o r i t s s u r v i v a l . c e l l u l o s e m i c r o f i b r i l l i g n i n h e m i c e l l u l o s e m i c r o f i b r i l a n g l e ( M F A ) S 2 l a t e w o o d e a r l y w o o d a n n u a l r i n g t r a c h e i d β ( 1 - 4 ) - D - g l u c o p y r a n o s e F i g . 1 . H i e r a r c h i c a l s t r u c u t u r e o f s o f t w o o d s . F r o m t i s s u e s t o m o l e c u l e s . ( S E M : c o u r t e s y o f D r . F u j i i , F F P R I ) . 23 R i t s u k o H o r i a , J u n j i S u g i y a m a a a n d K a t s u a k i I n o u e b ( a ) K y o t o U n i v e r s i t y ( b ) S P r i n g - 8 / J A S R I E - m a i l : j u n j i s @ k u w r i . k y o t o - u . a c . j p T r a d i t i o n a l m e t h o d s o f M F A m e a s u r e m e n t b a s e d o n o p t i c a l m i c r o s c o p y , s u c h a s o f t h e o r i e n t a t i o n o f t h e c r o s s - f i e l d p i t a p e r t u r e s , o r o f t h e m a x i m u m e x t i n c t i o n p o s i t i o n u s i n g a p o l a r i z i n g m i c r o s c o p e , d e m a n d e d h i g h l y - s k i l l e d s a m p l e p r e p a r a t i o n a n d m e a s u r e m e n t s o n m a n y s a m p l e s t o o b t a i n r e l i a b l e M F A s , a n d a r e t h u s t i m e - c o n s u m i n g . I n c o n t r a s t , t h e r e a r e a d v a n t a g e s i n u s i n g X - r a y d i f f r a c t i o n t e c h n i q u e s , w h i c h a r e s e n s i t i v e t o t h e d i s p e r s i o n o f m i c r o f i b r i l o r i e n t a t i o n . W A X S a n d S A X S a r e f r e q u e n t l y u s e d t e c h n i q u e s , a n d i n t h i s s t u d y w e p e r f o r m e d S A X S e x p e r i m e n t s . T h e h i g h f l u x o f s y n c h r o t r o n r a d i a t i o n a t b e a m l i n e B L 4 0 B 2 e n a b l e s u s t o o b t a i n h i g h - q u a l i t y S A X S d a t a i n a s h o r t e x p o s u r e , t h u s m a k i n g l a r g e s c a l e s u r v e y s o f M F A p r a c t i c a l . T h e a v e r a g e d M F A s a n d l a t e r a l d i a m e t e r s o b t a i n e d f o r m C . j a p o n i c a a r e e x e m p l i f i e d i n F i g . 2 t o g e t h e r w i t h t h e c o r r e s p o n d i n g S A X S p a t t e r n s . T h e M F A s w e r e g e n e r a l l y f o u n d t o b e l a r g e r i n t h e l o w e r a n d b a s a l p a r t s o f a b r a n c h , w h e r e a s t h e u p p e r p a r t s g e n e r a l l y e x h i b i t e d l a r g e r M F A s w h e n t h e b r a n c h a n g l e w a s a l t e r e d . T h e r a d i u s o f g y r a t i o n , h o w e v e r , r e m a i n e d c o n s t a n t . O u r g o a l i s t o v i s u a l i z e t h e o p t i m i z a t i o n o f M F A s i n r e s p o n s e t o t h e a c t u a l m e c h a n i c a l d e m a n d s o n v a r i o u s p a r t s o f a t r e e , a n d t h e m a p p i n g o f w h o l e t r u n k s , i n c l u d i n g t h o s e o f s o m e h a r d w o o d s , i s a l s o i n p r o g r e s s . F i g . 2 . M i c r o f i b r i l a n g l e s o b t a i n e d f r o m v a r i o u s p o r t i o n s o f a b r a n c h i n S u g i ( C . j a p o n i c a ) . 24
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