植物的細胞基礎

1、第一章 植物的細胞基礎,§1、植物的細胞,一、植物細胞的概念 細胞是構(gòu)成生物有機體形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的基本單位。 二、植物細胞的形狀和大小 （一）植物細胞的形狀 植物細胞的形狀是多種多樣的。有球形、橢圓形、 多面體、纖維形、長柱形等。細胞的形狀主要決定于擔負的生理功能及其所處的環(huán)境條件。,（二）植物細胞的大小 植物細胞一般是很小的，最小的球菌

2、細胞直徑只有0.5μm在種子植物中一般的細胞直徑為10—100μm，但也有少數(shù)的細胞肉眼可以直接看到。例如番茄和西瓜果肉細胞，直徑可達1mm，棉花種子的表皮毛可長達75 mm，麻莖中垢纖維細胞可達550 mm。絕大多數(shù)的細胞體積都很小。體積小，則表面積大，有利于和外界進行物質(zhì)交換，對細胞生活具有特殊意義。,三、植物細胞的基本結(jié)構(gòu),植物細胞雖然大小不一，形狀多樣，但一般都具有相同的基本結(jié)構(gòu)，即都由原生質(zhì)體和細胞壁組成。

3、 一個細胞內(nèi)原生質(zhì)分化而來的結(jié)構(gòu)總稱為原生質(zhì)體。,（一）原生質(zhì)體,1．細胞核 可分為核膜、核仁、核質(zhì)三部分。 2、細胞質(zhì) 細胞質(zhì)充滿在細胞核與細胞壁之間，它包括質(zhì)膜、細胞器和胞基質(zhì)三部分。,（1）質(zhì)膜,質(zhì)膜是包圍在細胞質(zhì)表面的一層薄膜。質(zhì)膜主要是由脂類物質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，此外還有少量的糖類等。 在電子顯微鏡下觀察，質(zhì)膜呈現(xiàn)明顯的三層結(jié)構(gòu)，兩側(cè)呈兩個暗帶，中

4、間夾有一個明帶。三層總厚度約7.5nm，其中兩側(cè)暗帶各為2.0nm，中間明帶約3.5nm。明帶的主要成分是類脂，而暗帶的主要成分是蛋白質(zhì)。這種由三層結(jié)構(gòu)組成為一個單位的膜，稱為單位膜。 質(zhì)膜的主要功能是控制細胞與外界環(huán)境物質(zhì)交換。此外，質(zhì)膜還具有接受胞外信息和細胞識別的功能。,（2）細胞器,a、質(zhì)體：質(zhì)體是植物細胞所特有的細胞器，它與碳水化合物的合成與貯藏有密切關(guān)系。根據(jù)所含色素及生理機能的不同，質(zhì)體可分葉綠體、有

5、色體和白色體三種類型。,葉綠體,葉綠體存在于植物的所有綠色部分的細胞里，葉綠體大多數(shù)呈扁橢圓形，一個細胞內(nèi)有十幾個至幾百個不等，葉綠體含葉綠素和類胡蘿卜素兩類色素。由于葉綠素的含量較高，葉綠體呈綠色。在電鏡下可以看到葉綠體外面是由兩層單位膜組成的被膜，其內(nèi)部也有膜形成的一系列結(jié)構(gòu)，許多圓盤狀的類囊體相互重疊，形成一個個柱狀體單位，稱為基粒。在基粒之間有基粒間膜（基質(zhì)片層）相連接。葉綠體色素及許多光合作用有關(guān)的酶，定位于基粒體層上，基質(zhì)不

6、含色素，但也具有另一些酶類?；：突|(zhì)分別完成光合作用中不同的化學反應。 葉綠體的主要功能是吸收太陽光能進行光合作用。光合作用的實質(zhì)是將光能轉(zhuǎn)化為化學能的過程。葉綠體是由前質(zhì)體分化發(fā)育而來，在光照條件下，前質(zhì)體的內(nèi)膜內(nèi)折，逐漸形成基粒，發(fā)育為成熟的葉綠體。但在黑暗的條件下，內(nèi)膜形成由小管組成的立體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，稱為前片層體，即黃化質(zhì)體。在獲得光照后，這種結(jié)構(gòu)成又可發(fā)育成正常的葉綠體。,有色體,含有胡蘿卜素和葉黃素。由

7、于兩者的比例不同而呈現(xiàn)紅黃之間的各種顏色。有色體存在于植物的花瓣、果實的細胞中或植物的其他部分。有色體的形狀多種多樣，例如紅辣椒果皮中有的有色體呈顆粒狀，旱金蓮花瓣中的有色體呈針狀。有色體能積聚淀粉和脂類，在花和果實中具有吸引昆蟲和其他動物傳粉及傳播種子的作用。,白色體,不含色素，呈無色顆粒狀。存在于植物體各部分的貯藏細胞中，白色體結(jié)構(gòu)簡單，雖然也有雙層膜包被，但基質(zhì)沒有膜的結(jié)構(gòu)，不形成基粒，僅有少數(shù)不發(fā)達的片層。白色體的功能是積累貯藏

8、營養(yǎng)物質(zhì)。其中積累淀粉的白色體叫造粉體，積累蛋白質(zhì)的白色體叫造蛋白體，積累脂類的白色體叫造油體。,b、線粒體,線粒體是動、植物細胞中普遍存在的一種細胞器，除了細菌、藍藻和厭氧真菌外，生活細胞中都有線粒體。線粒、很小，在光學顯微鏡下，呈線狀或顆粒狀。在電隔板突起，稱為嵴。在內(nèi)膜與嵴的內(nèi)表面上均勻分布著許多圓形小顆粒，叫做電子傳遞粒（ETP），這些電子傳遞粒含有三磷酸腺苷（ATP酶），能催化ATP的合成。內(nèi)外膜之間的空隙及嵴之間的腔內(nèi)，充滿

9、著液態(tài)基質(zhì)，基質(zhì)著液態(tài)基質(zhì)，基質(zhì)中含有許多與呼吸作用有關(guān)的酶、脂類、蛋白質(zhì)、核糖體等。 線粒體的主要功能是細胞進行呼吸作用的場所。呼吸作用是將光合作用所合成的復雜有機物分解成二氧化碳和水，同時放出能量的過程。細胞內(nèi)的糖、脂肪和氨基酸的最終氧化是在線粒體內(nèi)進行的，釋放的能量供細胞生命活動的需要。因此，線粒體被稱為細胞能量的“動力站”。,C、內(nèi)質(zhì)網(wǎng),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)存在于細胞中，由膜構(gòu)成的網(wǎng)狀管道系統(tǒng)。管道的各種形狀延伸和擴展，

10、成為各類管、泡、囊或池，形成相互溝通的網(wǎng)狀系統(tǒng)。在電鏡下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)為二層平行的膜，中間夾有一個窄的空間。每層膜的厚度約為5.0nm，二層膜之間距離只有40.0~70.0nm。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有二種類型：一種是在膜的外表附著有許多核糖體，稱為粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。另一種在膜的外表面則沒有核糖體附著，稱為光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。細胞中二種類型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的比例及它們的總量，隨著細胞的種類、發(fā)育時期、細胞功能及外界條件的不同而異。 內(nèi)

11、質(zhì)網(wǎng)的功能，一般認為它是一個細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、類脂和多糖的合成、貯藏及運輸系統(tǒng)。粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成和轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)，光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)能合成和轉(zhuǎn)運類和多糖。,d、高爾基體,高爾基體本是一由系列扁平的囊和小泡組成。扁平囊由間層膜圍成，直徑約0.5~1μm，中央似盤底，邊緣或多或少出現(xiàn)穿孔。當穿孔擴大時，囊的邊緣便顯得像網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)狀部分的外側(cè)，局部區(qū)域膨大，形成小泡，小泡從高爾基體上囊上分離出去。 高爾基體主要是對粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運

12、平的蛋白質(zhì)進行加工、濃縮、貯存和運輸，排出細胞。高爾基體參與細胞壁的形成，即高爾基體能合成纖維、半纖維素等構(gòu)成細胞壁的物質(zhì)，在有絲分裂時，參與新壁的構(gòu)成。高爾基爾體還具有分泌作用，如根冠細胞中的高爾基體能分泌黏液。,e、核糖核蛋白體,生活細胞中都含有核糖體。分布在粗糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上或分散在細胞質(zhì)中。葉綠體基質(zhì)中或線粒體中也有核糖體。核糖體的化學萬分是核酸和蛋白質(zhì)，其中核酸約占60%，蛋白質(zhì)占40%。在細胞質(zhì)中，它們可能游離狀態(tài)存在，也可以附

13、著于粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜上。核糖體是合成蛋白質(zhì)的主要場所。是細胞的一個極重要的成分。所以，蛋白質(zhì)合成旺盛的細胞，尤其中快速增殖的細胞中，往往含有更多的核糖體顆粒。 在蛋白質(zhì)合成活動旺盛的細胞中，常可在電鏡下見到核糖體串在一起形成一個聚合體，稱為多核蛋白體或多核糖體。,f、液泡,液泡是植物細胞中的顯著特征之一。在幼小的植物細胞中，有多個的分散小液泡，細胞成長過程中，這些小液泡，占據(jù)細胞中央很大空間，將細胞質(zhì)和細胞核擠成一薄

14、層而緊貼著細胞壁使細胞質(zhì)與環(huán)境有較大的接觸面，有利于物質(zhì)交換和細胞的代謝活動。 液泡被一層液泡膜包著，膜內(nèi)充滿著細胞液，并含有多種有機物和無機物，有的是代謝貯藏物，如糖、有機酸、蛋白質(zhì)、生物堿、丹寧、色素等。如甜菜根和甘蔗的莖液泡含有大量的蔗糖，許多果實含有大量的有機酸，煙草的液泡中含有花青素，花青素的顏色隨著細胞液的酸堿性不同而有變化，酸性時呈現(xiàn)紅色，堿性呈藍色，中性呈紫色。有些細胞液泡中含水量有一些晶體，如草酸

15、鈣結(jié)晶，這種液泡成為存儲細胞代謝廢物的場所，能減輕草酸對細胞的毒害。 液泡的生理功能，主要是貯藏作用。但因含有許多水解酶，也具有消化作用，在一定條件下，能分解液泡中的貯藏物質(zhì)，重新參與各種代謝活動。,g、溶酶體,溶酶體是由單層膜圍成的泡狀結(jié)構(gòu)，直徑為0.25~0.3μm。泡內(nèi)主要含有各種不同的水解酶，如酸性磷酸酶、核糖核酸酶、蛋白酶等等。它們可以分解所有的生物大分子。 溶酶體的功能是消化作用。

16、它可以通過膜的內(nèi)陷，把進入細胞的病毒、細菌及細胞內(nèi)原生質(zhì)的其他組分吞噬掉，在溶酶體內(nèi)進行消化；也可以通過本身膜的分解，把酶釋放到細胞質(zhì)中而起作用。這樣，溶酶體對于細胞內(nèi)貯藏物質(zhì)的利用，以及消除細胞代謝中不必要的結(jié)構(gòu)和展示物都有很重要的作用。因此，有人認為植物細胞中的溶酶體不是一特殊的形態(tài)學實體，而應指能發(fā)生水解作用的所有結(jié)構(gòu)。,h、圓球體,圓球體是一層膜圍成的球形小體，直徑約0.1-1.0μm。它是一種貯藏細胞器，是積累脂肪的場所。當大

17、量脂肪積累后，圓球體變成透明的油滴。在油料植物種子中含有很多圓球體。在一定條件下，圓球體中的脂肪酶也能將脂肪水解，因此，圓球體具有溶酶體的性質(zhì)。,i、微體,微體是由一層膜包圍的小體，直徑約0.2-1.5μm。主要有兩種：一是過氧化物酶體，存在于高等植物葉的光合細胞中，常與葉綠體、線粒體相伴存在，執(zhí)行光呼吸的功能；另一種為乙醛酸循環(huán)體，存在于油料植物種子和大麥、小麥種子的糊粉層及玉米的盾片中，與脂肪代謝有關(guān)，能將脂肪分解成糖。,j、細胞骨

18、架,在細胞基質(zhì)中還分布著一個復雜、由蛋白質(zhì)纖維組成的支架，稱為細胞骨架。 微管：普遍存在于植物細胞中。它是非膜性結(jié)構(gòu)，由直徑約5nm的兩種不同的α和β球狀蛋白——微管蛋白圍成的中空的長管狀結(jié)構(gòu)。細胞中的微管不是一成不變的，它們經(jīng)常處于不斷聚合和解聚的動態(tài)平衡狀態(tài)，這種聚合和解聚可在管的兩端同時或不同時進行。 微管具有多方面的功能，主要是：微管在細胞起支架作用，使細胞維持在一定的形狀；微管是

19、細胞分裂時形成的紡錘絲的組成部分，對染色體的位移起作用；微管與染色體、鞭毛、纖毛的運動有關(guān)；植物細胞中的微管參與細胞壁的邢成和發(fā)育。 微絲：比微管更細的纖維，直徑只有5.0-8.0nm。在細胞呈縱橫交織的網(wǎng)狀，常連接在微管和細胞器之間，致使細胞內(nèi)細胞核與細胞器有序的排列和運動。 中間纖維：為一類直徑介于微管與微絲之間（8-11nm）的中空管狀纖維稱為中間纖維，為多數(shù)真核生物細胞中都有中間纖維

20、蛋白。微管、微絲和中間纖維，三者在細胞內(nèi)形錯綜復雜的立體網(wǎng)絡，將細胞內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)連接和支架起來，以維持在一定的部位上，使各種結(jié)構(gòu)能執(zhí)行各自的功能。,（3）胞基質(zhì),胞基質(zhì)存在于細胞器外圍，是一具有彈性和黏滯性能的透明膠體溶液。胞基質(zhì)的化學萬分很復雜，含有水無機鹽和溶于水中的氣體等小分子，以及脂類、葡萄糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、酶、核酸等中的細胞器，在細胞內(nèi)作有規(guī)律的持續(xù)的流動，這種運動稱胞質(zhì)運動。胞基質(zhì)是細胞內(nèi)進行各種生化活動的場所，同時還不斷

21、為細胞器行使動能提供必需的營養(yǎng)原料。,（二）細胞壁,細胞壁是植物特有的結(jié)構(gòu)。它是由原生質(zhì)體分泌的物質(zhì)形成的，具有一定的硬度和彈性。細胞壁保護原生質(zhì)體，并與植物的吸收、蒸騰、運輸和分泌等方面和生理活動有很大的關(guān)系。,1．細胞壁的化學成分,高等植物和綠藻等細胞壁的主要萬分是多糖，包括纖維素、果膠質(zhì)和半纖維素。植物體不同細胞的細胞壁成分可以不同，這是由于細胞壁中還滲入了其他各種物質(zhì)的結(jié)果。常見的物質(zhì)有角質(zhì)、木栓質(zhì)、木質(zhì)素等。,2．細胞壁層次,

22、細胞壁的結(jié)構(gòu)可分三層： 胞間層、初生壁、次生壁。,（1）胞間層。又稱中層，是相鄰兩個細胞間所共有部分。主要成分是果膠質(zhì)，能使相鄰的細胞粘結(jié)在一起。 （2）初生壁。初生壁是在細胞停止生長前原生質(zhì)分泌形成的細胞層，存在于胞間層內(nèi)側(cè)。主要成分是纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)。 （3）次生壁。次生壁是細胞停止生長后，在初生壁內(nèi)側(cè)繼續(xù)積累的細胞壁。它的主要成分是纖維素，并含有少量的半纖維素。,細胞在生長分

23、化過程中，由原生質(zhì)體合成一些不同性質(zhì)的化學物質(zhì)結(jié)合到細胞壁內(nèi)，使次生壁發(fā)生變化。常見的變化有木質(zhì)化、礦質(zhì)化、角質(zhì)化、栓質(zhì)化。,紋孔,次生壁的增厚是不均勻的，有的地方不增厚，形成了許多凹陷的區(qū)域，稱為紋孔。相鄰兩個細胞上的紋孔常相對存在稱為紋孔對。紋孔之間的胞間層和初生壁合稱紋孔膜。紋孔是細胞之間水分和物質(zhì)交換的通道。分為單紋孔和具緣紋孔二種類型。單紋孔是次生壁在沉積時，于紋孔形成處終止而不延伸。具緣紋孔是次生壁在沉積時，于紋孔形成處向內(nèi)

24、延伸，形成弓形拱起物。,（4）胞間連絲,穿過細胞壁的細胞質(zhì)細絲稱為胞間連絲。胞間連絲多分布在初生紋孔上，細胞壁的其他部分也有少量胞間連絲。,（三）細胞后含物,細胞后含物是指植物細胞中的貯藏物質(zhì)和代謝物質(zhì)。它們存在于細胞質(zhì)中，細胞器內(nèi)或細胞壁上。細胞后含物種類很多，如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、丹寧、晶體、生物堿等。,在植物的貯藏組織中往往含有大量淀粉。植物光合作用的產(chǎn)物以蔗糖等形式運入貯藏組織后在造粉體中合成淀粉，形成淀粉粒。造粉體積累淀粉時，

25、先從一個起點——臍開始，圍繞臍從內(nèi)向外層積累，形成許多同心層次——輪紋。臍可位于中央或偏于一側(cè)，輪紋被認為是由于兩種不同結(jié)構(gòu)的淀粉（直鏈淀粉和支鏈淀粉）交替積累而成。淀粉粒的形態(tài)，大小和結(jié)構(gòu)可以作為鑒別植物種類的依據(jù)之一。,1、淀粉,2、蛋白質(zhì),植物的貯藏蛋白質(zhì)是結(jié)晶或無定形的固體，不表現(xiàn)出明顯的生理活性。細胞中貯藏蛋白，呈顆粒狀，稱糊粉粒。禾本科植物的胚乳最外一層或幾層細胞中含有大量的湖粉粒，稱為糊粉層。蓖麻細胞內(nèi)的糊粉粒，在無定形蛋