植物细胞的形态与结构VIP

第一章 植物的细胞与组织第一章 植物的细胞与组织 Cell and Tissue 在自然界，存在各种各样的美丽植物， 有大树、小草，千姿百态，这成千上万种植 物在显微镜下，都可以看到是细胞构成的。 细胞不仅是植物结构单位，也是功能单位。 在自然界，存在各种各样的美丽植物， 有大树、小草，千姿百态，这成千上万种植 物在显微镜下，都可以看到是细胞构成的。 细胞不仅是植物结构单位，也是功能单位。 细胞的发现细胞的发现 一般细胞都很小一般细胞都很小,要用显微镜才能看到。要用显微镜才能看到。1665年年, 英国人英国人Hooke用他改进的显微镜观察软木的结构用他改进的显微镜观察软木的结构,发 现并命名了细胞。 发 现并命名了细胞。 细胞学说细胞学说 德国植物学家德国植物学家Schleiden和动物学家 和动物学家 Schwan于于1838年提出细胞学说。年提出细胞学说。 细胞学说内容： 细胞学说内容： A 植物和动物的组织由细胞构成植物和动物的组织由细胞构成; B 所有的细胞由细胞分裂或融合而成所有的细胞由细胞分裂或融合而成; C 卵和精子都是细胞卵和精子都是细胞; D 一个细胞可分裂形成组织。一个细胞可分裂形成组织。 本世纪三十、 四十年代 本世纪三十、 四十年代,电子显 微镜研制成功 电子显 微镜研制成功,放 大倍数从光镜的 放 大倍数从光镜的 1200倍扩大到几 十万倍。 倍扩大到几 十万倍。 电 子 扫 描 显 微 镜 电 子 扫 描 显 微 镜 人们借助电子显微镜，在自然界中发现了比 细胞更简单的生命有机体 人们借助电子显微镜，在自然界中发现了比 细胞更简单的生命有机体病毒。病毒是目前已 知的最小的生命单位 病毒。病毒是目前已 知的最小的生命单位,它们只是由蛋白质外壳包围 核酸芯子所组成。 它们只是由蛋白质外壳包围 核酸芯子所组成。 第一节 植物细胞的形态与结构 一、植物细胞的形状和大小一、植物细胞的形状和大小 植物细胞的形状多种多样，有长管状、 球状等，植物细胞的形状取决于其生理 功能。 不同植物其细胞的大小不同，最小的细 胞是支原体，直径仅有0.1微米左右；西 瓜瓤细胞直径约1毫米；苎麻茎纤维细胞 长可达550毫米。 二、植物细胞的基本结构 原生质体(protoplast) 细胞壁(cell wall) 显微结构：光学显微镜下呈现的细胞结构。 亚显微结构（或超微结构）：电子显微镜下看 到更精细结构。 显微结构：光学显微镜下呈现的细胞结构。 亚显微结构（或超微结构）：电子显微镜下看 到更精细结构。 胞间层 初生壁 次生壁 质膜 细胞核 胞基质 质体 线粒体 内质网 高尔基体 核糖体 液泡 微管 微体 后含物 胞间层 初生壁 次生壁 质膜 细胞核 胞基质 质体 线粒体 内质网 高尔基体 核糖体 液泡 微管 微体 后含物 细胞壁 原生质体 细胞壁 原生质体 细胞质细胞质 细胞器细胞器 植物细胞的结构植物细胞的结构 三、原生质体三、原生质体 （一）质膜（一）质膜（ plasma membrane ） （二）细胞质（二）细胞质（cytoplasm） （三）细胞核（三）细胞核（nucleus） 原生质体是细胞内所有有生命活动部 分的总称 原生质体是细胞内所有有生命活动部 分的总称 （一）质膜（一）质膜（ plasma membrane ） 1. 质膜的结构质膜的结构 2. 质膜的功能质膜的功能 是细胞质最外面紧靠细胞壁的一层界膜， 它是原生质体的最外部分。细胞质膜和其 他细胞器表面包被的膜的基本结构和功能 都基本一致，统称为生物膜。 是细胞质最外面紧靠细胞壁的一层界膜， 它是原生质体的最外部分。细胞质膜和其 他细胞器表面包被的膜的基本结构和功能 都基本一致，统称为生物膜。 1. 质膜的结构质膜的结构 磷脂双分子层是组成生物 膜的基本结构成分 磷脂双分子层是组成生物 膜的基本结构成分 蛋白分子以不同方式镶嵌 在脂双层分子中或结合在 其表面, 膜蛋白是赋予生 物膜功能的主要决定者 蛋白分子以不同方式镶嵌 在脂双层分子中或结合在 其表面, 膜蛋白是赋予生 物膜功能的主要决定者 糖类分子糖类分子 质膜的流动性质膜的流动性 三层结构(7.5nm)：两侧是高电子密度的 暗带(2nm)，主要成分为蛋白质; 中间夹 一个低电子密度的明带(3.5nm),主要成分 是类脂。 单位膜单位膜(unit membrane)结构结构 2. 质膜的功能质膜的功能 调节物质进出原生质体调节物质进出原生质体 协调细胞壁物质的合成和组装协调细胞壁物质的合成和组装 进行植物激素和与细胞生长、分化有关 的环境信号的传导 进行植物激素和与细胞生长、分化有关 的环境信号的传导 (二二) 细胞质细胞质 1. 细胞器细胞器(organelle) 2. 细胞基质细胞基质(cytoplasmic matrix) 1. 细胞器细胞器 概念概念:植物细胞质内存在的具有一定的形态、 特定生理功能以及特殊化学组成的微结构， 称为细胞器。 (1) 质体（质体（plastid） (2) 线粒体（线粒体（mitochondrium） (3) 内质网（内质网（endoplasmic reticulum or ER) (4) 高尔基体（高尔基体（golgi apparatus） (5) 溶酶体溶酶体(lysosome) (6) 微体微体(microbody) (7) 液泡液泡(vacuole) (8) 细胞骨架（细胞骨架（cytokeleton） (9) 核糖体（核糖体（ribosome） (1) 质体质体plastid 叶绿体（叶绿体（chloroplast） 有色体（有色体（chromoplast） 白色体（白色体（leucoplast） 植物细胞特有结构，与碳水化合物 的合成和贮藏有关 植物细胞特有结构，与碳水化合物 的合成和贮藏有关。 叶绿体叶绿体chloroplast 含有叶绿素含有叶绿素, 由叶绿体膜，类囊体由叶绿体膜，类囊体(thylakoid)和基 质 和基 质(stroma)构成。吸收和利用光能，进行光合作用 的场所。 构成。吸收和利用光能，进行光合作用 的场所。 西红柿细胞中的有色体 含有黄色或橙色的 类胡萝卜素等色 素，使许多植物的 花、老叶、果实和 根呈黄色、橙色或 红色。 含有黄色或橙色的 类胡萝卜素等色 素，使许多植物的 花、老叶、果实和 根呈黄色、橙色或 红色。 有助于吸引昆虫和 其它动物。 有助于吸引昆虫和 其它动物。 有色体有色体 白色体白色体 不含色素的质体 合成淀粉（造粉体） 合成脂肪（造油体） 合成蛋白质（造蛋白质体） 质体类型 颜色 功能质体类型 颜色 功能 叶绿体 绿色 光合作用 有色体 黄 叶绿体 绿色 光合作用 有色体 黄-红色 积累脂类和淀粉 白色体 无色 合成淀粉，脂肪，蛋白质 红色 积累脂类和淀粉 白色体 无色 合成淀粉，脂肪，蛋白质 造粉体造粉体造粉体造粉体 有色体有色体有色体有色体 叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体 前质体前质体前质体前质体 白色体白色体白色体白色体 在植物发育过程中，质体可以相互转化。在植物发育过程中，质体可以相互转化。 质体的发育质体的发育 2.线粒体线粒体 mitochondrium 线粒体由双层膜包被，内膜向中心腔内折叠成嵴 线粒体由双层膜包被，内膜向中心腔内折叠成嵴 (cristae)，是细胞进行呼吸的场所。其膜上和基质中 都存在有多种用于呼吸作用的酶。 ，是细胞进行呼吸的场所。其膜上和基质中 都存在有多种用于呼吸作用的酶。 线粒体和叶绿体的内共生起源学说线粒体和叶绿体的内共生起源学说 (3) 内质网内质网 三维膜系统，横切面为平行双层膜结构，两层膜之间有空腔。三维膜系统，横切面为平行双层膜结构，两层膜之间有空腔。 光面内质网（光面内质网（sER)：无核糖体，为细胞内外糖类和脂类的合成和 转运场所 无核糖体，为细胞内外糖类和脂类的合成和 转运场所 糙面内质网糙面内质网 (rER)：附着有大量核糖体，合成膜蛋白和分泌蛋白附着有大量核糖体，合成膜蛋白和分泌蛋白 功能：细胞内的通讯系统；细胞内物质运输的通道；细胞中合成 膜的重要场所；相邻细胞的内质网通过胞间连丝而贯通。 功能：细胞内的通讯系统；细胞内物质运输的通道；细胞中合成 膜的重要场所；相邻细胞的内质网通过胞间连丝而贯通。 (4) 高尔基体高尔基体 由数个单层膜围 成的扁平圆盘状的 囊相迭而成。参与 细胞的分泌作用， 参与多糖的合成和 运输及质膜、细胞 壁的形成 。 由数个单层膜围 成的扁平圆盘状的 囊相迭而成。参与 细胞的分泌作用， 参与多糖的合成和 运输及质膜、细胞 壁的形成 。 （5）溶酶体）溶酶体lysosome 单层膜，含多种酸性水解酶。单层膜，含多种酸性水解酶。 主要功能：进行细胞内的消化作用，催 化蛋白质、多糖、核酸等大分子的降解。 主要功能：进行细胞内的消化作用，催 化蛋白质、多糖、核酸等大分子的降解。 (6) 微体微体 (microbody) 单层膜包被的细胞器，直径05-1.5m, 具有颗粒状的结构，有时含有蛋白质晶 体。 过氧化物酶体(peroxisome)：与叶绿体、 线粒体相配合，参与乙醇酸循环，把光 合作用产生的乙醇酸转化成己糖。 乙醛酸体(glegoxysome): 存在种子中， 可将脂肪水解成甘油和脂肪酸。 (7) 液泡液泡 由单层膜包被，膜内充满着 细胞液，是植物细胞所特有 的结构 由单层膜包被，膜内充满着 细胞液，是植物细胞所特有 的结构 细胞液的成分：主要成分是 水，此外还溶有各种无机盐 和有机物。 细胞液的成分：主要成分是 水，此外还溶有各种无机盐 和有机物。 功能：贮藏营养物质 如糖、 有机酸、无机盐；与细胞的 吸水有关，并形成膨压，使 细胞保持紧张状态，有利于 各种生理活动的进行；代谢 废物的积累与转化；参与细 胞的分化、结构更新等过程 功能：贮藏营养物质 如糖、 有机酸、无机盐；与细胞的 吸水有关，并形成膨压，使 细胞保持紧张状态，有利于 各种生理活动的进行；代谢 废物的积累与转化；参与细 胞的分化、结构更新等过程。 。 (8) 细胞骨架细胞骨架(cytoskeleton) 真核细胞中的蛋白质纤维网架体系； 包括微管和微丝。 微管(mictotuble): 由微管蛋白组装成的长管 状细胞器，平均外径24nm, 内径15nm。 生理功能： 细胞形状的维持有关。细胞形状的维持有关。 细胞壁的形成和生长有关细胞壁的形成和生长有关 细胞的运动及细胞内细胞器的运动有密切关系。细胞的运动及细胞内细胞器的运动有密切关系。 微微微 微 管管管管 微丝微丝(microfilament) 主要成分为肌动蛋 白，直径为7nm。 (microfilament) 主要成分为肌动蛋 白，直径为7nm。 生理功能生理功能：与微管共同构成细胞内的支 架，支持和网络各种细胞器；参与细胞 壁物质的沉积、花粉管的顶端生长、细 胞分裂后核的移动及细胞质环流等。 ：与微管共同构成细胞内的支 架，支持和网络各种细胞器；参与细胞 壁物质的沉积、花粉管的顶端生长、细 胞分裂后核的移动及细胞质环流等。 微微微 微 丝丝丝丝 主要成分是主要成分是RNA和蛋白质，由大小两个亚 基组成。可以以游离状态存在于细胞内，或 附着于糙面内质网上，在细胞核、线粒体和 叶绿体中也存在。是合成蛋白质的中心。 和蛋白质，由大小两个亚 基组成。可以以游离状态存在于细胞内，或 附着于糙面内质网上，在细胞核、线粒体和 叶绿体中也存在。是合成蛋白质的中心。 ( ( 9 9 ) ) 核糖体核糖体 2. 细胞基质细胞基质 无特殊结构，细胞器和细胞核都存在于 其中。 无特殊结构，细胞器和细胞核都存在于 其中。 化学成分：水、无机盐、溶解的气体、 糖类、氨基酸、核苷酸、蛋白质、核糖 核酸等。 化学成分：水、无机盐、溶解的气体、 糖类、氨基酸、核苷酸、蛋白质、核糖 核酸等。 功能：为细胞代谢和细胞器之间物质运 输提供场所和介质，同时为各类细胞器 提供必需的营养和原料。 功能：为细胞代谢和细胞器之间物质运 输提供场所和介质，同时为各类细胞器 提供必需的营养和原料。 (三三) 细胞核细胞核nucleus 1. 核被膜核被膜(nuclear envelope) 2. 染色质染色质(chromatin) 3. 核仁核仁(nucleolus) 4. 核基质核基质(nuclear matrix) 1. 核被膜核被膜(nuclear envolope) 双层核膜双层核膜 核孔复合体核孔复合体 核纤层核纤层(nuclear lamina):位于内膜与 染色体之间的一层蛋白 质网络结构。 位于内膜与 染色体之间的一层蛋白 质网络结构。 2. 染色质染色质(chromatin) 指间期细胞核内由指间期细胞核内由DNA、组蛋白、非组 蛋白及少量 、组蛋白、非组 蛋白及少量RNA组成的线性复合结构组成的线性复合结构, 是 间期细胞遗传物质存在的形式。 是 间期细胞遗传物质存在的形式。 染色体染色体(chromosome):指细胞在有丝分裂 或减数分裂过程中 指细胞在有丝分裂 或减数分裂过程中, 由染色质聚缩而成的棒 状结构。 由染色质聚缩而成的棒 状结构。 Chromosomal Structure in nucleus 染色质与染色体是在细胞周期不同 的功能阶段可以相互转变的的形态结构 染色质与染色体具有基本相同的化 学组成，但包装程度不同，构象不同。 染色质与染色体是在细胞周期不同 的功能阶段可以相互转变的的形态结构 染色质与染色体具有基本相同的化 学组成，但包装程度不同，构象不同。 (3) 核仁核仁(nucleolus) 核内合成和 贮藏 核内合成和 贮藏RNA的 场所 的 场所 4. 核基质核基质(nuclear matrix) 蛋白质网，网孔中充满液体，是核内各 结构的支架。 蛋白质网，网孔中充满液体，是核内各 结构的支架。 细胞核的功能细胞核的功能 功能：储存和传递遗传信息，控制蛋白 质的合成调节细胞的生理活动，在细胞 的遗传和代谢方面起主导作用 。 功能：储存和传递遗传信息，控制蛋白 质的合成调节细胞的生理活动，在细胞 的遗传和代谢方面起主导作用 。 四、植物细胞壁四、植物细胞壁 （一）细胞壁的化学成分（一）细胞壁的化学成分 （二）细胞壁的层次（二）细胞壁的层次 （三）细胞壁的功能（三）细胞壁的功能 （四）初生纹孔场、胞间连丝与纹孔 植物细胞区别于动物细胞的特征之一 （四）初生纹孔场、胞间连丝与纹孔 植物细胞区别于动物细胞的特征之一, 是植物细胞特有的结构，它是由原生质体分 泌的物质构成的。 是植物细胞特有的结构，它是由原生质体分 泌的物质构成的。 （一）植物细胞壁的化学组成 纤维素分子(cellulose) 为细胞壁提供了抗张强度为细胞壁提供了抗张强度 木质素(lignin)： 增加细胞壁的强度与抗降解，参 与次生壁形成 增加细胞壁的强度与抗降解，参 与次生壁形成 果胶质（pectin）：果胶质与半纤维素横向连接果胶质与半纤维素横向连接, 参与细胞壁复杂网架的形成。参与细胞壁复杂网架的形成。 半纤维素（hemicellulose）:介导微纤丝彼此连 接或介导微纤丝与其它基质成分（果胶质）连接 介导微纤丝彼此连 接或介导微纤丝与其它基质成分（果胶质）连接 伸展蛋白(extensin)：糖蛋白，在初生壁中含量 可多达 糖蛋白，在初生壁中含量 可多达15，糖的总量约占，糖的总量约占65。 细胞壁的亚显微结构细胞壁的亚显微结构 大纤丝大纤丝(macrofibril) 微纤丝微纤丝(microfibril) 基本单位 微团 基本单位 微团(micelle)： 纤维素分子（： 纤维素分子（cellulose） （二）细胞壁的层次（二）细胞壁的层次 胞间层middle lamella:位于细胞壁的最外 面，主要成分是果胶 位于细胞壁的最外 面，主要成分是果胶 初生壁primary wall：原生质体分泌形 成，主要成分是纤维素、半纤维素和果 胶、伸展蛋白 ：原生质体分泌形 成，主要成分是纤维素、半纤维素和果 胶、伸展蛋白 次生壁secondary wall：在初生壁内侧积 累的壁层，主要成分纤维素、半纤维素 和木质素，可分为外、中、内三层。 ：在初生壁内侧积 累的壁层，主要成分纤维素、半纤维素 和木质素，可分为外、中、内三层。 初生壁次生壁 （三）细胞壁的功能（三）细胞壁的功能 控制原生质体大小。控制原生质体大小。 含有多种酶，与细胞物质吸收、传输和分泌。含有多种酶，与细胞物质吸收、传输和分泌。 接受和处理病原菌侵袭释放的化学信号，并将 信号传递到质膜。 接受和处理病原菌侵袭释放的化学信号，并将 信号传递到质膜。 支持和保护原生质体，同时还能防止细胞吸胀 而破裂。 支持和保护原生质体，同时还能防止细胞吸胀 而破裂。 （四）初生纹孔场、胞间连丝与 纹孔 （四）初生纹孔场、胞间连丝与 纹孔 1.初生纹孔场 (primary pit field): 初生壁生长的不 均匀增厚，初生 壁上非常薄的区 域。 2.胞间连丝 (plasmodesma): 由质膜包围的直径狭 窄的通道，内质网贯穿 其中。原生质体间物质 运