植物形态和显微构造

上篇植物形态和显微构造绪论第一章植物细胞第二章植物组织第三章植物的器官,药用植物学,第一章植物细胞,植物细胞是构成植物体形态结构和生命活动的基本单位。形态大小多样，随生理功能的不同各异。用显微镜观察到的植物构造称植物的显微构造。在电子显微镜下观察到的结构称为超微结构（亚显微结构）第一节植物细胞的基本构造第二节植物细胞得分裂,第一节植物细胞的基本构造,各种植物的形态结构不同，同一细胞的不同发育期其形态结构也不同。故，一个细胞不可能包括细胞的所有构造。将各种植物细胞所有主要构造集中在一个细胞中加以说明，这个细胞叫做典型的植物细胞或模式细胞。,一个典型的植物细胞是由细胞壁、原生质体和后含物组成的。其中原生质体以包括细胞膜、细胞质、细胞核、质体、线粒体、高尔基体、核糖体、溶酶体等有生命物质组成。这些都是细胞学的最重要的内容。,一、原生质体protoplast：原生质体是细胞内有生命物质的总称，它是形态学上的概念。包括细胞质、细胞核、质体、线粒体、高尔基复合体、核糖体、溶酶体等，是细胞的主要成分，细胞的一切代谢活动都在这里进行。构成原生质体的物质基础是原生质，它是细胞生命物质的基础。按照原生质体内物质的作用、形态及组分上的差异，又分为细胞质、细胞核和质体三部分。,（一）细胞质cytoplasm,细胞质是原生质体的基本组成成分为半透明、半流动的基质。在幼嫩的植物细胞里，细胞质充满整个细胞，随着细胞的逐渐长大和液泡的形成、扩大，细胞质被挤压到细胞的周围并紧贴细胞壁。细胞质可相对划分为三层，即细胞质与细胞壁相接触的膜称作细胞质膜，与液泡膜相接触的称作液泡膜vacuolarmembrane，两层膜之间的部分称为中质。细胞质膜：在植物的生活细胞中，原生质体紧贴着细胞壁。通过细胞壁分离（即质壁分离），可见到原生质体的外表面具有一层透明的薄膜，称为细胞质膜（原生质膜）。中质：在光学显微镜下可以看见在细胞质膜内是半透明而无色的粘滞液体，称为中质（细胞质膜与液泡膜之间的细胞质）。在幼小的细胞中细胞质占据着细胞腔的大部分。它既易失水而成凝胶状态，亦易被水稀释，例如种子内硬固的细胞质在萌发时即被水稀释。液泡膜：细胞质与液泡相隔处还有一层薄膜,称为液泡漠。它的组成和特性与细胞质膜相同。中质在细胞里总按一定的方式进行着运动，它的运动往往受环境条件的影响。中质运动能够促进细胞内营养物质的流转，对细胞的通气、生长以及创伤的恢复，都有一定的促进作用。,（二）细胞核nucleus,除细菌和蓝藻外，所有细胞都有细胞核。细胞核是细胞生命活动的控制中心。遗传信息的载体DNA在核中贮藏、复制和转录。从而控制细胞和植物有机体的生长、发育和繁殖。细胞核可分为核膜、核仁、核液和染色质四部分。核膜nuclearmembrane：是细胞核表面的一层薄膜。在电子显微镜下能见到核膜上的孔，即核孔。核液nuclearsap：核膜内充满着粘滞住较大的液胶体，称为核液。它的主要成分是聚合度较低的蛋白质、DNA和多种酶。核仁和染色质就是分布在核液中。核仁nucleolus：是细胞核中折光率更强的小球体，有一个或几个。核仁主要是由蛋白质和核糖核酸（RNA）所组成。它的作用主要是产生核糖核蛋白体，然后转移到中质中去。染色质chromatin：核中易被碱性染料染色的物质称为染色质。在不分裂的细胞核中染色质是不明显的，或者可以成为着色深的网伏物；当细胞核进行分裂繁殖的时候，染色质聚合成为一些螺旋状的染色质丝，进而形成棒状的染色体。细胞核在控制机体特性遗传及控制和调节细胞内物质代谢途径方面起主导作用。失去细胞核的细胞就停止生长和代谢，不能进行繁殖，经光合作用形成的同化淀粉也不会溶解，且细胞生活的时间也很短，很快就会死亡。同样细胞核也不能脱离细胞质而孤立的生存。,（三）细胞器organelle细胞器是细胞中具有一定形态结构、组成和具有特定功能的微器官，也称拟器官。包括质体、液泡、线粒体、内质网、核糖核蛋白体、微管、高尔基复合体、圆球体、溶酶体、微体等。在光学显微镜下只有前三者才能观察到。质体：为植物细胞所特有的细胞器，它与自养的营养方式密切有关，它是细胞质中分散的一些蛋白质和拟脂类的颗粒，含有色素。其基本结构是蛋白质的基质，里面分布着色素，因为质体所含的色素不同，并执行不同的生理机能。可分为白色体、叶绿体和有色体。白色体leucoplast：存在植物的分生组织、种子的幼胚以及所有器官的无色部分，常呈圆形、椭圆形或纺锤形。包括造粉体，蛋白质体和造油体。叶绿体chloroplast：高等植物的叶绿体多是呈球形、卵形或透镜形的绿色颗粒。存在与植物体内能透光的部分，而以叶肉细胞中最多。主要由蛋白质、类脂、去氧核糖核酸和色素组成，此外还含有与光合作用有关的酶和多种维生素等，是进行光合作用和合成同化淀粉的场所。所含的色素主要有四种：叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素。有色体chromoplast：常存在于花、果实和根中。是含胡萝卜素及叶黄素（常显黄色、桔红或红色）的质体，常呈杆状、圆形或不规则形状。常使植物呈黄色、橙色或橙红色。三种质体在起源上均是由前质体proplastid衍生而来，三者在一定条件下可以相互转化。如发育中的番茄，最初含有白色体，见光后白色体转化成叶绿体，使幼果转变成绿色，最后在果实成熟时，叶绿体逐渐转变为有色体，番茄由绿变红。又如胡萝卜暴露在地面部分经光照而变成绿色，绿色的葱茎埋入土壤中，能转化成白色。,2.液泡(vacuole):也是植物细胞特有的细胞器。液泡膜是有生命的，将膜内的细胞液与细胞质隔开。液泡内含有新陈代谢过程中产生的各种物质的混合液，也称细胞液，是无生命的，除水分外，主要有糖类、盐类、生物碱、苷类、单宁、有机酸、挥发油、色素、树脂、结晶等。液泡在植物细胞生理活动中有重要地位。幼小的细胞中无液泡或液泡不明显，小而分散，随着细胞分化成熟，液泡逐渐增大，并彼此合并成几个大液泡或一个中央大液泡，而将细胞质、细胞核和质体等挤向细胞的周边。3.线粒体(mitochondria)：线粒体是存在于细胞质中的小颗粒，呈线状或粒状，一般直径为051m，长为12m。它是细胞中多种酶的集中点，也是细胞中物质氧化（呼吸作用）的中心，与能量转换有关，即分解碳水化合物、脂肪和蛋白质等并释放能量。线粒体借分裂的方式繁殖，而且能转变成质体。,图1-3质体plastid相互转化图,4.内质网(Endoplasmicreticulum):内质网是充满在细胞中的一个膜系统，膜的厚度约50埃，它通常成细管和小囊的形状。这些膜又分枝互相连成网状结构，一些分枝和核膜相连，另一些分枝和细胞质膜相连。根据是否附着核糖体可分为粗糙内质网和光滑内质网。5.核糖核蛋白体（Ribosomes）核糖核蛋白体是细胞中的超微颗粒，近圆球形，直径约100200埃。在分生组织细胞中它们大多游离在中质中，在分化和成熟的细胞中，则多附着在内质网膜的外表面。核糖核蛋白体含有大约40的蛋白质和60的核糖核酸（Rlbonlicleicacid（RNA）。核糖核蛋自体是蛋臼质合成的场所。6.微管（Microtubules）在细胞质中靠近膜的位置，有细小伸长的结构入称为微管。其直径约为250埃，但也可延长到几个微米。微管的机能尚不够清楚，但从微管与细胞壁上的微纤丝都有整齐排列的相似性和微管集中的地方壁就发生特别加厚的现象，因而有人认为微管参与细胞壁纤维素微纤丝的沉积。7.高尔基体（Go1gibodies，Dictyosomes）高尔基体是细胞质中除了质体和线粒体外的其他细胞器之一。它是由很多小盘所组成，每一小盘为单层膜所包，它们的末端往往膨大，在盘的边缘四周有一排排的小泡，它们可能是小盘收缩而形成的。在高等植物中，木质素、果胶质及半纤维素这些细胞壁的基质物质是通过高尔基体小泡而沉积的。,二、细胞后含物和生理活性物质（一）细胞后含物植物细胞在生活过程中，由于新陈代谢的活动而产生各种非生命的物质，统称为后含物ergastic。后含物的种类很多。有些具有丰富的营养价值，有些对人体具有重要的生理作用。淀粉粒starchgrain（1）淀粉粒的形成：淀粉是由多分子葡萄糖脱水缩合而成的。淀粉累积时，先形成淀粉的核心脐点hilum，然后环绕核心继续向内向外层沉积，形成层纹。淀粉粒的形状、大小，脐点的形状，层纹的有无及疏密，均是鉴别药材的一种依据。单粒淀粉：一个淀粉粒只具有一个脐点。复粒淀粉：具有2个或多个脐点，每个脐点有各自层纹。半复粒淀粉：具有2个或多个脐点，每个脐点除有它各自的层纹外，在外面另被有共同层纹。,鉴别：含有直链淀粉的淀粉粒遇稀碘液显蓝紫色，支链淀粉则显紫红色。,图淀粉粒1，2，3为山药的淀粉粒，三角状卵圆形或矩圆形，脐点短缝状和人字形。4，5为绞股蓝的淀粉粒，单粒不规则椭圆形，5为复粒。,2.草酸钙结晶calciumoxalatecrystal：被认为有解毒作用，即对植物有毒害作用的多量草酸被钙中和。常为无色透明的结晶，并以不同的形态分布于细胞液中。一种植物一般只能见到一种形态，少数植物能见到几种形态的结晶；不同的植物体所含的草酸钙晶体大小和形状不同。类型：主要形状有单晶、针晶、簇晶、砂晶、柱晶。鉴别：不溶于醋酸，但遇20%硫酸溶解并形成硫酸钙针状结晶析出。,图甘草的草酸钙方晶方晶纤维束,图草酸钙针晶(天麻块茎,草酸钙簇晶(大黄根茎),草酸钙砂晶(牛膝根),草酸钙柱晶(射干根茎),3.碳酸钙结晶calciumcarbonatecrystal：多存在于植物叶的表层细胞中，其中一端与细胞壁相连，形如一串悬垂的葡萄，形成钟乳体。存在于爵床科、桑科、荨麻科等植物体中，如穿心莲叶、无花果叶、大麻叶等的表层细胞中。鉴别：碳酸钙结晶加醋酸则溶解并放出二氧化碳气泡，区别于草酸钙结晶。4.某些植物体内还存在其他类型的结晶，如柽柳叶中含有硫酸钙结晶；菘蓝叶中含有靛蓝结晶；槐花叶含芸香苷结晶。,4.菊糖5.蛋白质6.脂肪（二）生理活性物质是一类对能植物细胞内的生化反应和生理活动起调节作用的物质的总称。包括酶、维生素、植物激素和抗生素。,三、细胞壁细胞壁是由原生质体分泌的非生命物质组成，内也有少量的具有生理活性的蛋白质。（一）细胞壁的分层细胞壁根据形成的先后和化学成分的不同可分为三层：胞间层、初生壁和次生壁。1.胞间层：细胞分裂时形成的两个细胞间最初的隔离层，又称中层。由果胶质组成。2.初生壁：细胞形成后，在胞间层的内侧形成的一层壁。为纤维素、半纤维素和少量果胶质组成。初生壁富弹性，能随细胞体积的变大而延伸，大多很薄。由两个相邻细胞的一层胞间层和两层初生壁组成复合中层。由于它们都十分薄，三层间没有明显的界线，也为一层生物膜。具良好的通透性。3.次生壁：在初生壁的内侧一层层沉积下来的壁。此时细胞停止增大，细胞壁也停止延伸，沉积物以纤维素为主，还有一定量的半纤维素，有的还沉积有木质素等其它物质。次生壁通常明显加厚，坚硬而少弹性，通透性差。一旦次生壁形成，细胞的大小和形状也将逐渐稳定，也逐渐成熟。,（二）纹孔和胞间连丝1.纹孔：因植物细胞的次生壁某些地方不均匀加厚而形成空隙。纹孔有利于细胞间物质的交换。相邻的细胞其壁上的纹孔常成对的相互衔接，称为纹孔对，纹孔之间的复合中层称为纹孔膜。纹孔在细胞壁上的开口，称纹孔口。纹孔可分为单纹孔、具缘纹孔和半缘纹孔。（1）单纹孔：在细胞壁上的未加厚部分呈单纯的孔状，只是一个圆柱形的通道。,单纹孔,（2）具缘纹孔：又称重纹孔，纹孔边缘的次生壁向细胞腔内呈架拱状隆起，形成一个扁圆形的纹孔腔，隆起的顶端有一圆形或长形的纹孔口，在一些植物中其纹孔腔内的复合中层上也形成加厚的纹孔塞。因此这种纹孔在显微镜下从正面看有三个同心圆。外圈是纹孔腔的边缘，中圈是纹孔塞的边缘，内圈是纹孔口的边缘。纹孔塞有调节水流的作用。（3）半缘纹孔：纹孔对中一边为单纹孔，一边为具缘纹孔。,具缘纹孔,2.胞间连丝plasmodesmata细胞间有许多纤细的原生质丝穿过初生壁上微细孔眼彼此联系着，这种原生质丝称为胞间连丝。胞间连丝中有内质网连接相邻细胞的内质网系统，有利于保持细胞间在生理上的联系。例如：柿核、马钱子胚乳的细胞。,柿核细胞的胞间连丝,（三）细胞壁的特化1.木质化lignification（1）形成：细胞壁在附加生长时增加了较多的木质素。（2）作用：增加了植物细胞群和组织尖的支撑能力。（3）鉴别：间苯三酚+浓盐酸红色。例子：导管、木纤维、石细胞。,甘草的导管和纤维,肉桂的纤维和石细胞,2.木栓化suberzation（1）形成：细胞壁内增加了脂肪性的木栓质。（2）作用：保护植物内部组织。（3）特点：细胞壁不透气、不透水，使细胞内原生质体与周围环境隔绝而坏死。（4）鉴别：苏丹试液红色。例子：树干外面的褐色外层树皮。,3.角质化cutinization形成：脂肪性角质除了填充细胞壁外，常在茎的表皮外侧形成一层角质层。作用：防止水分过度蒸发，防止虫类和微生物的侵害。鉴别：苏丹试液桔红色。例子：蓖麻的种子、甘蔗的茎皮。,女贞叶表皮角质化,4.粘液质化mucilagization（1）形成：细胞壁中的纤维素和果胶质等成分发生变化而形成粘液。（2）特点：粘液质化形成的粘液在细胞的表面常成固体状态，吸水膨胀后成粘滞状态。（3）鉴别：钌红试剂红色；玫红酸钠醇试剂玫瑰红色。例子