植物的細(xì)胞基礎(chǔ)

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

2、細(xì)胞直徑只有0.5μm在種子植物中一般的細(xì)胞直徑為10—100μm，但也有少數(shù)的細(xì)胞肉眼可以直接看到。例如番茄和西瓜果肉細(xì)胞，直徑可達(dá)1mm，棉花種子的表皮毛可長(zhǎng)達(dá)75 mm，麻莖中垢纖維細(xì)胞可達(dá)550 mm。絕大多數(shù)的細(xì)胞體積都很小。體積小，則表面積大，有利于和外界進(jìn)行物質(zhì)交換，對(duì)細(xì)胞生活具有特殊意義。,三、植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu),植物細(xì)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(xì)胞壁組成。

3、 一個(gè)細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)分化而來(lái)的結(jié)構(gòu)總稱為原生質(zhì)體。,（一）原生質(zhì)體,1．細(xì)胞核 可分為核膜、核仁、核質(zhì)三部分。 2、細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞質(zhì)充滿在細(xì)胞核與細(xì)胞壁之間，它包括質(zhì)膜、細(xì)胞器和胞基質(zhì)三部分。,（1）質(zhì)膜,質(zhì)膜是包圍在細(xì)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(gè)暗帶，中

4、間夾有一個(gè)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(gè)單位的膜，稱為單位膜。 質(zhì)膜的主要功能是控制細(xì)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(xì)胞識(shí)別的功能。,（2）細(xì)胞器,a、質(zhì)體：質(zhì)體是植物細(xì)胞所特有的細(xì)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(jī)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(xì)胞里，葉綠體大多數(shù)呈扁橢圓形，一個(gè)細(xì)胞內(nèi)有十幾個(gè)至幾百個(gè)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(gè)個(gè)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(xué)反應(yīng)。 葉綠體的主要功能是吸收太陽(yáng)光能進(jìn)行光合作用。光合作用的實(shí)質(zhì)是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過(guò)程。葉綠體是由前質(zhì)體分化發(fā)育而來(lái)，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(luò)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(shí)的細(xì)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(shí)中具有吸引昆蟲(chóng)和其他動(dòng)物傳粉及傳播種子的作用。,白色體,不含色素，呈無(wú)色顆粒狀。存在于植物體各部分的貯藏細(xì)胞中，白色體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，雖然也有雙層膜包被，但基質(zhì)沒(méi)有膜的結(jié)構(gòu)，不形成基粒，僅有少數(shù)不發(fā)達(dá)的片層。白色體的功能是積累貯藏

8、營(yíng)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(dòng)、植物細(xì)胞中普遍存在的一種細(xì)胞器，除了細(xì)菌、藍(lán)藻和厭氧真菌外，生活細(xì)胞中都有線粒體。線粒、很小，在光學(xué)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(xì)胞進(jìn)行呼吸作用的場(chǎng)所。呼吸作用是將光合作用所合成的復(fù)雜有機(jī)物分解成二氧化碳和水，同時(shí)放出能量的過(guò)程。細(xì)胞內(nèi)的糖、脂肪和氨基酸的最終氧化是在線粒體內(nèi)進(jìn)行的，釋放的能量供細(xì)胞生命活動(dòng)的需要。因此，線粒體被稱為細(xì)胞能量的“動(dòng)力站”。,C、內(nèi)質(zhì)網(wǎng),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)存在于細(xì)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(kuò)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(gè)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(méi)有核糖體附著，稱為光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。細(xì)胞中二種類型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的比例及它們的總量，隨著細(xì)胞的種類、發(fā)育時(shí)期、細(xì)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(rèn)為它是一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、類脂和多糖的合成、貯藏及運(yùn)輸系統(tǒng)。粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)，光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)能合成和轉(zhuǎn)運(yùn)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(dāng)穿孔擴(kuò)大時(shí)，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(duì)粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)

12、平的蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、濃縮、貯存和運(yùn)輸，排出細(xì)胞。高爾基體參與細(xì)胞壁的形成，即高爾基體能合成纖維、半纖維素等構(gòu)成細(xì)胞壁的物質(zhì)，在有絲分裂時(shí)，參與新壁的構(gòu)成。高爾基爾體還具有分泌作用，如根冠細(xì)胞中的高爾基體能分泌黏液。,e、核糖核蛋白體,生活細(xì)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(xì)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(xué)萬(wàn)分是核酸和蛋白質(zhì)，其中核酸約占60%，蛋白質(zhì)占40%。在細(xì)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(chǎng)所。是細(xì)胞的一個(gè)極重要的成分。所以，蛋白質(zhì)合成旺盛的細(xì)胞，尤其中快速增殖的細(xì)胞中，往往含有更多的核糖體顆粒。 在蛋白質(zhì)合成活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中，?？稍陔婄R下見(jiàn)到核糖體串在一起形成一個(gè)聚合體，稱為多核蛋白體或多核糖體。,f、液泡,液泡是植物細(xì)胞中的顯著特征之一。在幼小的植物細(xì)胞中，有多個(gè)的分散小液泡，細(xì)胞成長(zhǎng)過(guò)程中，這些小液泡，占據(jù)細(xì)胞中央很大空間，將細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核擠成一薄

14、層而緊貼著細(xì)胞壁使細(xì)胞質(zhì)與環(huán)境有較大的接觸面，有利于物質(zhì)交換和細(xì)胞的代謝活動(dòng)。 液泡被一層液泡膜包著，膜內(nèi)充滿著細(xì)胞液，并含有多種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，有的是代謝貯藏物，如糖、有機(jī)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(shí)含有大量的有機(jī)酸，煙草的液泡中含有花青素，花青素的顏色隨著細(xì)胞液的酸堿性不同而有變化，酸性時(shí)呈現(xiàn)紅色，堿性呈藍(lán)色，中性呈紫色。有些細(xì)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(chǔ)細(xì)胞代謝廢物的場(chǎng)所，能減輕草酸對(duì)細(xì)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(dòng)。,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(guò)膜的內(nèi)陷，把進(jìn)入細(xì)胞的病毒、細(xì)菌及細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)的其他組分吞噬掉，在溶酶體內(nèi)進(jìn)行消化；也可以通過(guò)本身膜的分解，把酶釋放到細(xì)胞質(zhì)中而起作用。這樣，溶酶體對(duì)于細(xì)胞內(nèi)貯藏物質(zhì)的利用，以及消除細(xì)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(rèn)為植物細(xì)胞中的溶酶體不是一特殊的形態(tài)學(xué)實(shí)體，而應(yīng)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(xì)胞器，是積累脂肪的場(chǎng)所。當(dāng)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(guò)氧化物酶體，存在于高等植物葉的光合細(xì)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(xì)胞骨

18、架,在細(xì)胞基質(zhì)中還分布著一個(gè)復(fù)雜、由蛋白質(zhì)纖維組成的支架，稱為細(xì)胞骨架。 微管：普遍存在于植物細(xì)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(zhǎng)管狀結(jié)構(gòu)。細(xì)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(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，這種聚合和解聚可在管的兩端同時(shí)或不同時(shí)進(jìn)行。 微管具有多方面的功能，主要是：微管在細(xì)胞起支架作用，使細(xì)胞維持在一定的形狀；微管是

19、細(xì)胞分裂時(shí)形成的紡錘絲的組成部分，對(duì)染色體的位移起作用；微管與染色體、鞭毛、纖毛的運(yùn)動(dòng)有關(guān)；植物細(xì)胞中的微管參與細(xì)胞壁的邢成和發(fā)育。 微絲：比微管更細(xì)的纖維，直徑只有5.0-8.0nm。在細(xì)胞呈縱橫交織的網(wǎng)狀，常連接在微管和細(xì)胞器之間，致使細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞核與細(xì)胞器有序的排列和運(yùn)動(dòng)。 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(xì)胞中都有中間纖維

20、蛋白。微管、微絲和中間纖維，三者在細(xì)胞內(nèi)形錯(cuò)綜復(fù)雜的立體網(wǎng)絡(luò)，將細(xì)胞內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)連接和支架起來(lái)，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(xì)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(xué)萬(wàn)分很復(fù)雜，含有水無(wú)機(jī)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(xì)胞器，在細(xì)胞內(nèi)作有規(guī)律的持續(xù)的流動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱胞質(zhì)運(yùn)動(dòng)。胞基質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行各種生化活動(dòng)的場(chǎng)所，同時(shí)還不斷

21、為細(xì)胞器行使動(dòng)能提供必需的營(yíng)養(yǎng)原料。,（二）細(xì)胞壁,細(xì)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(xì)胞壁保護(hù)原生質(zhì)體，并與植物的吸收、蒸騰、運(yùn)輸和分泌等方面和生理活動(dòng)有很大的關(guān)系。,1．細(xì)胞壁的化學(xué)成分,高等植物和綠藻等細(xì)胞壁的主要萬(wàn)分是多糖，包括纖維素、果膠質(zhì)和半纖維素。植物體不同細(xì)胞的細(xì)胞壁成分可以不同，這是由于細(xì)胞壁中還滲入了其他各種物質(zhì)的結(jié)果。常見(jiàn)的物質(zhì)有角質(zhì)、木栓質(zhì)、木質(zhì)素等。,2．細(xì)胞壁層次,

22、細(xì)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(gè)細(xì)胞間所共有部分。主要成分是果膠質(zhì)，能使相鄰的細(xì)胞粘結(jié)在一起。 （2）初生壁。初生壁是在細(xì)胞停止生長(zhǎng)前原生質(zhì)分泌形成的細(xì)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(xì)胞停止生長(zhǎng)后，在初生壁內(nèi)側(cè)繼續(xù)積累的細(xì)胞壁。它的主要成分是纖維素，并含有少量的半纖維素。,細(xì)胞在生長(zhǎng)分

23、化過(guò)程中，由原生質(zhì)體合成一些不同性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)結(jié)合到細(xì)胞壁內(nèi)，使次生壁發(fā)生變化。常見(jiàn)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(gè)細(xì)胞上的紋孔常相對(duì)存在稱為紋孔對(duì)。紋孔之間的胞間層和初生壁合稱紋孔膜。紋孔是細(xì)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(shí)，于紋孔形成處終止而不延伸。具緣紋孔是次生壁在沉積時(shí)，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(guò)細(xì)胞壁的細(xì)胞質(zhì)細(xì)絲稱為胞間連絲。胞間連絲多分布在初生紋孔上，細(xì)胞壁的其他部分也有少量胞間連絲。,（三）細(xì)胞后含物,細(xì)胞后含物是指植物細(xì)胞中的貯藏物質(zhì)和代謝物質(zhì)。它們存在于細(xì)胞質(zhì)中，細(xì)胞器內(nèi)或細(xì)胞壁上。細(xì)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(yùn)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(shí)，

25、先從一個(gè)起點(diǎn)——臍開(kāi)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(rèn)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(wú)定形的固體，不表現(xiàn)出明顯的生理活性。細(xì)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(xì)胞中含有大量的湖粉粒，稱為糊粉層。蓖麻細(xì)胞內(nèi)的糊粉粒，在無(wú)定形蛋