第一章 植物细胞与组织1-细胞ppt课件VIP

植物生物学PlantBiology,盛红梅,shenghongm,.,第一章植物细胞与组织,主要内容：植物细胞的化学组成、植物细胞的基本结构、植物细胞的新陈代谢、植物细胞繁殖、植物的组织概念和分类和组织系统重点和难点：植物细胞的基本结构、植物细胞的分裂、植物组织的分类。,.,显微镜的发明,300多年前荷兰Leeuwenhoek世界上最早的显微镜1665年，英国RobertHooke软木蜂窝状的小格子“细胞”(cell),植物的种类多种多样，但就植物体的构造来说，除了少数低级的类型(如病毒)以外，都是由细胞构成的。,.,显微镜的发明打开了微观世界的大门,光学显微镜,透射电子显微镜,扫描电子显微镜,.,细胞学说的创立：植物学家施莱登（Schleiden）（德国）：于1838年提出，所有植物体都由细胞构成。动物学家施旺（Schwann）（德国）：于1839年在动物研究中证实了上述结论。并首次提出“细胞学说”（Celltheory）这一概念。他提出：“动物和植物乃是细胞的集合体，它们依照一定的规律排列在动物和植物体内”。并明确提出：“一切动物和植物皆由细胞组成”。,.,细胞学说的基本观点：1.植物和动物的组织由细胞构成;2.所有的细胞由细胞分裂或融合而成;3.卵和精子都是细胞;4.一个细胞可分裂形成组织.细胞是生命活动的基本单位细胞学说的创立是生物学发展史上的里程碑，恩格斯高度评价了细胞学说的创立，将其列为19世纪自然科学的三大发现之一。,.,细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的；细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动均以细胞为基础；特化的细胞分工合作，共同完成复杂的生命活动是遗传的基本单位，具有发育的全能性。,.,第一节细胞的化学组成,组成细胞的化合物,无机化合物,水无机盐,有机化合物,核酸蛋白质脂类多糖,.,植物细胞的形状与大小,植物体由细胞构成(单细胞或多细胞)细胞的大小通常在20-50m之间,第二节植物细胞的形态与结构,最小的自由生活的支原体，直径只有0.1m。种子植物，10100m少数肉眼可以分辨出来，如番茄果肉的细胞，直径可达1mm；苎麻(zhuma)茎中的纤维细胞，最长可达550mm,.,植物细胞的大小是由遗传因素所控制，其中主要是由于细胞核的作用。但在一定程度上也为环境因素所影响。一般说来，具有同样功能的细胞，其大小可由下述因素所控制：细胞核控制能力的限制。细胞表面积的限制。,.,细胞的形态多样，球形、多面体、立方体、长形等细胞的形状由它所处的位置，执行的功能有关，是由遗传因素也就是细胞核控制的。,.,纤维,管胞,管胞,.,多细胞植物体由于细胞间的相互挤压，一个典型的、未经特殊分化的薄壁细胞往往形成不规则的多面体-十四面体。,十四面体薄壁细胞的形状,.,二、植物细胞的基本结构,细胞壁(cellwall),细胞,原生质体(protoplast),细胞质(cytoplasm),细胞核(nuclear),细胞器(organelle),质膜(plasmamembrane),.,.,细胞的显微及超微结构,显微结构(microstructure)指在光学显微镜下观察到的结构.超微结构(ultrastructure)指在电子显微镜下观察到的结构，也称亚显微结构.,电镜,光镜,电镜,.,电镜下的细胞,.,三、原生质体,原生质体：构成生活细胞的除细胞壁以外所包含的各部分。原生质：构成原生质体的主要物质称为原生质，是生命活动的物质基础，细胞内的一切代谢活动都在原生质内进行。,.,原生质的化学组成,水：80-90%蛋白质(protein)：蛋白质是原生质的主要组成物质，占细胞干重的50%以上核酸(nucleicacid)：生命的物质基础之一，由几百到几千个核苷酸相互连接而成。一般DNA主要存在于细胞核里，RNA主要分布于细胞质中。核酸对植物的形态和生理、遗传和变异等起着主要的决定作用。脂类(lipid)：脂类包括油、脂肪、磷脂等，是构成各种膜的主要成分。糖类(saccharide)：Cn(H2O)n。糖类分为单糖(如葡萄糖)、双糖(如蔗糖)和多糖(如淀粉、纤维素)。糖类是构成细胞壁的主要成分，也是细胞中的重要贮藏物质。,.,原生质体(protoplast),细胞质(cytoplasm),细胞核(nuclear),细胞器(organelle),细胞膜或质膜,.,（一）质膜(plasmamembrane),细胞质紧贴细胞壁的膜状结构称为质膜(plasmicmembrance)，又称细胞膜(cellmembrance)。但广义的细胞膜包括质膜和细胞内的内膜系统(由内质网、高尔基体、微体和液泡等的膜组成)。与内膜系统相对，质膜又称外周膜或外膜，与内膜系统合称为细胞的膜系统。,.,单位膜,质膜的超微结构,单位膜(Unitmembrane)电镜下膜的剖面,表现为两条暗带夹一明带的结构，厚为70-100.,.,生物膜分子结构的流体镶嵌模型,质膜的结构流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel),由辛格尔(S.J.Singer)和尼柯尔森(G.Nicolson)在1972年提出,.,生物膜的“流动镶嵌模型”主要特点,有序性流动性不对称性,生物膜的结构是与其功能相一致的.,.,质膜的功能,分室作用,代谢反应的场所,物质交换,识别功能,膜系统不仅把细胞与外界隔开,而且把细胞内的空间分隔,使细胞内部区域化，形成各种细胞器,从而使细胞的代谢活动“按室进行”，各细胞器均有特定的PH、电位、离子强度和酶系。,细胞的许多生理生化过程都是在膜上进行的。如光合作用的光能吸收、电子传递、光合磷酸化；呼吸作用的电子传递与氧化磷酸化等。,生物膜具有选择透性，能控制内外物质的交换。如膜上的离子通道。,质膜上的多糖链分布于外表面，似“触角”一样识别外界某种刺激或信号，使细胞作出相应的反应。膜上还存在着各种各样的受体能够感受刺激、传递信号、控制代谢。,信号转导、抗逆性、纤维素合成和微纤丝的组装,.,（二）细胞核(nuclear),除最低等的类群细菌和蓝藻外，所有生活细胞都具有细胞核通常一个细胞只有一个细胞核，偶有双核或多核一般圆球形，直径约10-20m,细胞核的功能：控制细胞的遗传和调节细胞内物质的代谢途径，对细胞的生长、发育、有机物的合成等都具有重要作用。,.,细胞核,核被膜(nuclearenvelope),染色质(chromatin),核仁(nucleolus),核基质,.,细胞核,核被膜,染色质：是细胞核中遗传物质存在的主要形式，其主要成分是DNA和蛋白质,核仁：含大量RNA和蛋白质，是核糖体RNA的合成、加工的场所。其大小随细胞生理状态而变化。,外核膜,核孔(nuclearpore),内核膜,核基质：核膜以内除核仁以外的部分。染色质和核仁都被液态的核基质所包围.,核纤层（nuclearlamina),.,核被膜（nuclearenvelope）核被膜由内核膜、外核膜和核周隙三部分构成。外核膜胞质面附有核糖体，并与内质网相连，核周隙与内质网腔相通。外核膜上附着10nm的中间纤维，可见核是被内质网和中间纤维相对固定的。内核膜的内表面有一层网络状纤维蛋白质，叫核纤层，可支持核膜。核纤层由核纤肽构成，其作用表现在两个方面：保持核的形态和参与染色质和核的组装。,.,.,染色质（chromatin）染色质由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成，比例为1：1：（1-1.5）：0.05。染色质：细胞中遗传物质存在的主要形式，在电子显微镜下显出一些交织成网状的细丝。其中细丝状的部分为常染色质，较大颜色较深的团块为异染色质。染色体(chromosome)：当细胞分裂的时候，染色质丝高度多次螺旋化而形成粗短的染色体。,.,.,细胞核以外，细胞质膜以内的部分细胞质基质(cytomatrix)细胞器(organelle),（三）细胞质(cytoplasm),.,1、细胞基质,细胞质中除细胞器以外的胶状物质称为细胞基质，细胞骨架和各种细胞器分布其中。化学成份：小分子化合物包括水、无机盐、溶解的气体、糖类、氨基酸及核苷酸；大分子化合物包括蛋白质、RNA和酶类。功能：是细胞之间物质运输和信息传递的介质；细胞代谢的重要场所；为各类细胞器行使功能提供必需原料。,.,理化性质：活细胞的胞基质处于不断运动状态，能带动其中的细胞器，在细胞内做有规则的持续流动，这种运动称胞质运动(cytoplasmicmovement)。两种情况：在具有单个大液泡的细胞中，细胞质常围绕液泡朝一个方向作循环式运动；如黑藻在具有多个液泡的细胞中，细胞质分成许多小流，各小流可以有不同的流动方向，例如紫露草和许多植物花丝上表皮毛细胞中的细胞质流走式运动。,.,2、细胞器：细胞质中具有一定形态和功能的结构,细胞器,质体线粒体内质网高尔基器微体圆球体,核糖体、溶酶体、液泡、微管、微丝等,.,质体(Plastid)：与糖类合成和储藏有关；植物细胞特有,质体,有色体(chromoplast),叶绿体(chloroplast),白色体(leucoplast),.,a.叶绿体的发育、形态及分布,1.发育2.形态3.分布4.运动,高等植物的叶绿体由前质体发育而来。当茎端分生组织形成叶原基时，前质体的双层膜中的内膜在若干处内折并伸入基质扩展增大，在光照下逐渐排列成片，并脱离内膜形成类囊体，同时合成叶绿素，使前质体发育成叶绿体。,.,1.发育2.形态3.分布4.运动,高等植物的叶绿体大多呈扁平椭圆形，其大小与数目依植物种类、组织类型以及发育阶段而异。,水稻叶绿体,玉米叶绿体,.,1.发育2.形态3.分布4.运动,叶肉细胞中的叶绿体较多分布在与空气接触的质膜旁，这样的分布有利于叶绿体同外界进行气体交换。,棉叶栅栏细胞,叶绿体,.,1.发育2.形态3.分布4.运动,随原生质环流运动随光照的方向和强度而运动。在弱光下，叶绿体以扁平的一面向光；在强光下，叶绿体的扁平面与光照方向平行。,叶绿体随光照的方向和强度而运动,侧视图,俯视图,.,叶绿体的结构和成分,被膜:双层，选择通透性，使叶绿体成为独立的亚细胞单位基质（间质）:不定型凝胶状，含丰富的酶、核酸、嗜饿体、核糖体、淀粉粒等类囊体:由膜构成的囊状结构1基粒类囊体(基粒片层)2基质类囊体(基质片层)*所有的光合色素均位于类囊体膜上。*每个类囊体的膜围成一个腔，腔内充满水和盐类。,.,叶绿体被膜,由两层单位膜组成，两膜间距510nm。被膜上无叶绿素主要功能:控制物质的进出，维持光合作用的微环境。外膜非选择性膜。分子量小于10000的物质如蔗糖、核酸、无机盐等能自由通过。,内膜选择透性膜。CO2、O2、H2O可自由通过；Pi、双羧酸、甘氨酸等需经膜上的运转器才能通过,.,基质及内含物,基质中能进行多种多样复杂的生化反应含有还原CO2与合成淀粉的全部酶系碳同化场所含有氨基酸、蛋白质、DNA、RNA、还原亚硝酸盐和硫酸盐的酶类以及参与这些反应的底物与产物N代谢场所脂类(糖脂、磷脂、硫脂)、四吡咯(叶绿素类、细胞色素类)和萜类(类胡萝卜素、叶醇)等物质及其合成和降解的酶类脂、色素等代谢场所基质是淀粉和脂类等物的贮藏库淀粉粒与质体小球,基质：被膜以内的基础物质。以水为主体，内含多种离子、低分子有机物，以及多种可溶性蛋白质等。,.,类囊体,类囊体分为二类：基质类囊体又称基质片层，伸展在基质中彼此不重叠；基粒类囊体或称基粒片层，可自身或与基质类囊体重叠，组成基粒。堆叠区片层与片层互相接触的部分，非堆叠区片层与片层非互相接触的部分。,由单层膜围起的扁平小囊。膜厚度57nm，片层伸展的方向为叶绿体的长轴方向,玉米,.,1.膜的堆叠意味着捕获光能机构高度密集,更有效地收集光能。2.膜系统常是酶排列的支架，膜的堆叠易构成代谢的连接带，使代谢高效地进行。3.类囊体片层堆叠成基粒是高等植物细胞所特有的膜结构,它有利于光合作用的进行。,类囊体片层堆叠的生理意义,.,电镜下叶绿体的纵剖面及三维模式图,高等植物叶绿体所含色素有叶绿素a(chlorophylla)、叶绿素b(chlorophyllb)、叶黄素(xanthophyll)和胡萝卜素(carotin)。植物叶片的颜色，与细胞叶绿体中这三种色素的比例有关,.,叶绿体的显微及超微结构,基质,基质类囊体,基粒,叶绿体膜,细胞质中的核糖体,叶绿体中核糖体,.,b.有色体(chromoplast)：形状多样，只含有叶黄素和胡萝卜素，存在于花瓣和果实中，胡萝卜根中也有.能积聚淀粉和脂类c.白色体(leucoplast)：不含色素，呈无色颗粒状，存在于植物体各部分的储藏细胞中.储藏淀粉的称为淀粉体(amyloplast)，储藏蛋白质的称为蛋白体，储藏脂类的称为造油体(elaioplast)在电子显微镜下，可以看到有色体和白色体也有双层膜包被，但内部没有发达的膜结构，不形成基粒。,.,.,2.2线粒体(mitochondrium)普遍存在于生活的真核细胞中，直径一般为0.21m，长度为12m双层膜、嵴、基质、基粒,呼吸作用的场所细胞的动力工厂半自主细胞器，具拟核（具环状DNA).,.,2.3内质网(endoplasmicreticulum):由单层膜围成的管状或片状结构，在细胞基质中成立体网状结构,糙面内质网(rough)：膜蛋白和分泌蛋白的主要合成场所。其发达程度可作为判断细胞分化程度和功能状况的一种形态学标志。光面内质网(smooth)：脂类物质的合成,分隔作用内质网布满了整个细胞质，将细胞质分隔成许多室，使各种细胞器均处于相对稳定的环境中，有序地进行各自的代谢活动运输、贮藏和通讯作用细胞内的运输和贮藏系统。,.,2.4核糖体(ribosome),直径微小的颗粒，主要成分为蛋白质（60）和RNA(40%)。游离存在、附在内质网上，也可形成多聚核糖体。细胞内蛋白质合成的场所。在执行蛋白质合成功能时，单个核糖体常常58个或更多个串联在一起，形成一个聚合体，称为多核糖体(polyribosome),核糖体和多聚核糖体图解,.,2.5高尔基体是一些聚集的扁的小囊和小泡.是细胞分泌物的加工和包装场所，最后形成分泌泡将分泌物排出体外.高尔基体还与植物分裂时的新细胞壁和细胞膜的形成有关.,.,2.6液泡(vacuole)被一层液泡膜(tonoplast)所包被，膜内充满细胞液(cellsap)，主要有水分、糖、单宁、有机酸、植物碱、花色素、无机盐等.植物细胞的显著特征之一液泡中含有花色素(主要是花青素anthocyanidin),致使花瓣具有鲜艳的颜色.花青素随pH不同其色泽可变，碱性时呈兰色，中性时呈紫色，酸性时呈红色细胞学家把细胞质中凡是由单层膜所包围的小泡，称为液泡系(vacuome)，包括液泡、溶酶体、圆球体、微体等,.,液泡(vacuole)及其发育,功能：产生膨压，维持组织硬度；贮存代谢产物(盐、糖、单宁、吗啡、花青素)；参与物质循环；具溶酶体性质，更新细胞器高浓度的细胞液对植物抗旱、抗寒、抗盐碱能力的提高具有一定的作用。,中央液泡的形成，标志着细胞已发育到成熟阶段,.,2.7溶酶体(Lysosome)：是单层膜小泡，外形大小都很象线粒体，但仅具有1层单位膜，内部无“嵴”,内含多种水解酶,可催化蛋白质、核酸、脂类、多糖等生物大分子，消化细胞碎渣和从外界吞入的颗粒.,溶酶体概念图解,.,2.8微体(micribady)：单层膜,分为两种：过氧化物酶体(peroxisome)：存在于高等植物叶肉细胞内，它与叶绿体、线粒体相配合，参与乙醇酸循环，将光合作用过程中产生的乙醇酸转化成己糖。乙醛酸循环体(glyoxysome)：主要出现在油料种子萌发时，与圆球体和线粒体相配合，把储藏的脂肪转化成糖类。,.,2.9圆球体(spherosome)：单层膜.生活的植物细胞中可看到一些随细胞质运动的小圆颗粒，直径为0.11m.脂肪的储藏和水解脂肪积累的场所；当积累大量脂肪后，圆球体便变成透明的油滴。,.,2.10细胞骨架(cytoskeleton)：保持细胞一定的形状,微丝(microfilament，MF)：细丝状结构，直径68nm，由肌动蛋白、肌球蛋白和肌动蛋白结合蛋白组成。有像肌肉一样的收缩功能，因此，对细胞的移动和细胞质运动有密切的关系。,微丝,微管,中间纤维,.,微管(microtubule,MT)：细长、中空的管状结构，外径25nm，主要由微管蛋白组成13条原丝，纵行螺旋排列而成。参与细胞壁的形成和发育。在植物细胞有丝分裂和减数分裂过程中，微管是纺缍丝的组成部分，指导着染色体移动和纤维素微纤丝的沉积方位。中间纤维(intermediatefilament,IF)：细长管状结构，直径10nm。骨架和信息功能。,微管,中间纤维,.,细胞骨架模式图,.,四、细胞壁(cellwall),区别于动物细胞的最显著特征包围在原生质体外的坚韧外壳支持和保护原生质体，防止细胞吸胀而破裂含有多种酶，参与细胞物质吸收、转移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参与细胞生长调控,.,细胞壁,组成：胞间层:由相邻的两个细胞向外分泌的果胶构成.果胶质初生壁：13m，是细胞生长（增长体积）时所形成的壁层.壁薄、有弹性、可随细胞的生长而扩大面积.纤维素，半纤维素，果胶质，蛋白质次生壁：510m，在细胞停止增大体积后，在初生璧内表面增加厚的壁层.纤维素,木质素。次生壁厚，质地坚硬，机械强度大.主要存在于输导组织、机械组织和保护组织中,.,初生壁次生壁,胞间层,.,电镜下，次生壁可分为外、中、内三层纤维和石细胞等典型具次生壁的细胞，细胞壁有5层结构：胞间层、初生壁和三层次生壁大部分具次生壁的细胞，在成熟时原生质体死亡，残留的细胞壁有支持保护的功能,.,细胞壁的亚显微结构图解S1次生壁外层；S2次生壁中层；S3次生壁内层；CW1初生壁；ML胞间层,.,纹孔和胞间连丝,纹孔：细胞壁增厚时，次生壁不是均匀地附加于初生壁上，有些部分还保持很薄，这部分没有次生壁，只有胞间层和初生壁，这种比较薄的区域称为纹孔(pit)。有利于细胞间的沟通和水分的运输。种类：单纹孔和具缘纹孔。初生纹孔场：在初生壁上具有一些明显的凹陷区域，称为初生纹孔场或原纹孔。胞间连丝(plasmodesma)：初生纹孔场集中许多小孔，细胞的原生质丝通过这些小孔，与相邻细胞的原生质体相连。这种穿过细胞壁，沟通相邻细胞的原生质细丝称为胞间连丝。,细胞壁的附属结构,.,胞间连丝:有利于细胞之间物质运输和信息传递，使植物体中生活的原生质体联合成一整体;通道；但当感染病毒时，也成为病毒迁移的途径。通过胞间连丝的物质运输称为共质体运输；通过细胞壁和胞间隙的物质运输称为质外体运输。,.,纹孔膜：两个纹孔间的胞间层和两层初生壁形成纹孔膜相邻两细胞之间的纹孔多成对存在，称纹孔对,.,.,细胞壁的亚结构电镜下，构成细胞壁的结构单位是微纤丝(microfibril)，由纤维素分子束(微团)聚合而成微纤丝相互交织成网状，构成细胞壁的基本框架，果胶、木质、栓质等填充于微纤丝“网”的空隙中微纤丝再聚集成较粗的纤丝，叫大纤丝(macrofibril)微纤丝是在质膜表面合成的，其在细胞壁上的沉积方向由分布在质膜内的微管决定；微纤丝排列方向的不同就形成了不同的细胞壁层次,.,.,细胞壁的组成与超微结构,.,概念：后含物是细胞原生质体代谢作用的产物，可以在细胞生活的不同时期产生和消失，其中有的是贮藏物，有的是废物。种类：一般有糖类、蛋白质、脂肪及其有关的物质（角质、栓质、蜡质、磷质等），还有结晶状态的无机盐和其他有机物，如丹宁、树脂、树胶、橡胶和植物碱、有机酸等。存在部位：存在于原生质体中（主要在液泡中）或细胞壁上。,五、后含物,.,(一)贮藏的营养物质1、淀粉(starch):形式：以颗粒状态存在，称为淀粉粒(starchgrain)鉴定：用碘碘化钾溶液染色时，通常呈蓝黑色,光镜下的淀粉粒（染兰色）,光镜下的淀粉粒（未染色）,.,单粒淀粉粒：只有一个脐点复粒淀粉粒：有2个以上脐点，每个脐点有各自的轮纹半复粒淀粉粒：2个以上脐点，各脐点除有本身的轮纹外，还有共同的轮纹包围,形成淀粉粒时，先从一个点(脐点)开始，向外层层沉积