植物细胞的结构和功能专家讲座

第一章

植物细胞结构和功效

植物细胞的结构和功能第1页第一节

植物细胞结构与组成

植物细胞的结构和功能第2页第一节

植物细胞结构与组成一、细胞概述几乎全部生物都是由细胞所组成，细胞是生物体结构和功效基本单位。(一)原核细胞和真核细胞区分

依据细胞进化程度，可将其分为两大类型：

原核细胞(prokaryoticcell),

真核细胞(eukaryoticcell)。植物细胞的结构和功能第3页第一节

植物细胞结构与组成植物细胞的结构和功能第4页原核细胞和真核细胞比较

原核细胞真核细胞经典代表细菌和蓝藻绝大多数单细胞生物与全部多细胞生物形态普通很小，直径由0.2～10μm不等较大，直径约10～100μm细胞核没有只有一个裸露环状DNA分子组成拟核体有显著膜包裹，形成界限分明细胞核细胞质分化程度分化简单，仅有核糖体高度分化，形成各种细胞器繁殖方式无丝分裂有丝分裂植物细胞的结构和功能第5页第一节

植物细胞结构与组成(二)高等植物细胞特点1．植物细胞和动物细胞区分

植物细胞的结构和功能第6页植物细胞和动物细胞比较

植物细胞动物细胞细胞壁有没有液泡含有显著中央大液泡无显著中央大液泡叶绿体有没有植物细胞的结构和功能第7页第一节

植物细胞结构与组成2．植物细胞结构植物细胞的结构和功能第8页第一节

植物细胞结构与组成二、原生质性质(一)原生质及其组成

原生质(protoplasm)为组成细胞生活物质，是细胞生命活动物质基础。水(85%)蛋白质(10%)核糖(1.1%)有机物(13.5%)碳水化合物(0.4%)脂类(2%)无机物（1.5%）原生质植物细胞的结构和功能第9页第一节

植物细胞结构与组成(二)原生质物理特征

1.有很大表面张力(surfacetension)，致使裸露原生质体和原生质特化部分普通呈球形。

2.含有粘性和弹性。原生质粘性高、弹性大植物，抗逆性强（对干旱、低温抗性强）。

3.含有流动性。原生质流动在一定温度范围内随温度升高而加速，且与呼吸作用有亲密联络。普通不超出0.1mm·s-1。植物细胞的结构和功能第10页第一节

植物细胞结构与组成(二)原生质胶体特征

胶体(colloid)是物质一个分散状态。凡能以1～100nm大小颗粒分散于另一个物质之中时，就可形成胶体。组成原生质生物大分子直径符合胶体范围，其水溶液必定含有胶体性质。原生质胶体主要特征有：

1.带电性

2．亲水性

3.扩大界面

4.凝胶作用

植物细胞的结构和功能第11页第一节

植物细胞结构与组成1.带电性

原生质胶体主要由蛋白质组成，蛋白质分子表面可形成一层带电荷吸附层。在吸附层外又有一层带电荷数量相等而符号相反较松驰扩散层。这么就在胶粒外面形成一个双电层。

植物细胞的结构和功能第12页第一节

植物细胞结构与组成2．亲水性

蛋白质是亲水化合物，在其表面能够吸附一层很厚水合膜，因为水合膜存在，使原生质胶体系统愈加稳定。蛋白质是两性电解质，在两性离子状态下，原生质含有缓冲能力，这对细胞内代谢有主要作用。

植物细胞的结构和功能第13页第一节

植物细胞结构与组成3.扩大界面

原生质胶体颗粒体积即使大于分子或离子，但它们分散度很高，比表面积很大。有利于代谢过程中，对各种分子和离子吸附和富集，同时扩大了各种生化反应活动场所。植物细胞的结构和功能第14页第一节

植物细胞结构与组成4.凝胶作用溶胶(sol)是液化半流动状态，近似流体性质。凝胶(gel)有一定结构和弹性半固体状态胶体。溶胶和凝胶是胶体存在两种状态。植物细胞的结构和功能第15页第一节

植物细胞结构与组成溶胶和凝胶在一定条件下可经过凝胶作用或溶胶作用以相互转化。

溶胶凝胶凝胶作用溶胶作用植物细胞的结构和功能第16页第一节

植物细胞结构与组成(三)原生质液晶性质

液晶态(liquidcrystallinestate)是物质介于固态与液态之间一个状态，它现有固体结构规则性，又有液体流动性；在光学性质上象晶体，在力学性质上象液体。从微观来看，液晶态是一些特定分子在溶剂中有序排列而成聚集态。

液晶态与生命活动息息相关。比如膜流动性是生物膜具液晶态主要特征。

植物细胞的结构和功能第17页第二节细胞壁结构与功效

植物细胞的结构和功能第18页第二节细胞壁结构与功效

细胞壁(cellwall)是植物细胞所特有，具一定弹性和硬度，

在细胞质膜之外并界定细胞形状复杂结构。

植物细胞的结构和功能第19页第二节细胞壁结构与功效一、细胞壁结构和化学组成(一)细胞壁结构特点

经典细胞壁是由胞间层(intercellularlayer)，初生壁(primarywall)、有细胞还含有次生壁(secondarywall)所组成。

植物细胞的结构和功能第20页第二节细胞壁结构与功效初生壁次生壁胞间层植物细胞的结构和功能第21页第二节细胞壁结构与功效(二)细胞壁化学组成

组成细胞壁成份中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等。细胞壁中多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，它们是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。次生细胞壁中还有大量木质素。①胞间层(中胶层）：果胶质②初生壁：纤维素，半纤维素，果胶质，蛋白质③次生壁：纤维素，半纤维素，木质素，果胶质植物细胞的结构和功能第22页第二节细胞壁结构与功效1.纤维素(cellulose)

是细胞壁主要成份，它是由1000～10000个β-D-葡萄糖分子以β-1,4-糖苷键相连无分支长链。这些纤维素分子链都含有相同极性，排列成立体晶格状，可称为分子团，又叫微团(micella)。微团组合成微纤丝(microfibril)，微纤丝又组成大纤丝(macrofibril)，因而纤维素这种结构非常牢靠，使细胞壁具高强度和抗化学降解能力。

植物细胞的结构和功能第23页第二节细胞壁结构与功效植物细胞的结构和功能第24页第二节细胞壁结构与功效2.半纤维素(hemicellulose)是指除纤维素和果胶物质以外，溶于碱细胞壁多糖类总称。它在化学结构上与纤维素没相关系。半纤维素结构比较复杂。不一样起源半纤维素，它们成份也各不相同。有由一个单糖缩合而成，如聚甘露糖和聚半乳糖。有由几个单糖缩合而成，如木聚糖、阿拉伯糖、半乳聚糖等。半纤维素在纤维素微纤丝表面及它们之间，彼此紧密而非共价健连接在一起。所以，它们覆盖在微纤丝之外并经过氢键将微纤丝交联成复杂网格，形成细胞壁内高层次上结构。

植物细胞的结构和功能第25页第二节细胞壁结构与功效3.果胶物质(pecticsubstances)也是细胞壁组成成份。胞间层基本上是由果胶物质组成，使相邻细胞粘合在一起。果胶物质是半乳糖醛酸组成多聚体。植物细胞的结构和功能第26页第二节细胞壁结构与功效

果胶物质依据其结合情况及理化性质，可分为三类：

果胶酸(pecticacid)是由约100个半乳糖醛酸经过α-1，4键连接而成直链。果胶酸是水溶性，易与钙起作用生结果胶酸钙凝胶。

果胶(pectin)是半乳糖醛酸酯及少许半乳糖醛酸经过α-1，4-糖苷键连接而成长链高分化合物

原果胶果胶分子量在25000～50000之间，每条链含200个以上半乳糖醛酸残基。果胶能溶于水，存在于中胶层和初生壁中，甚至存在于细胞质或液泡中植物细胞的结构和功能第27页第二节细胞壁结构与功效4.木质素(lignin)不是多糖，是由苯基丙烷衍生物单体所组成聚合物，在木本植物成熟木质部中，其含量达18%～38%，主要分布于纤维、导管和管胞中。

植物细胞的结构和功能第28页5.蛋白质与酶

细胞壁中最早被发觉蛋白质是伸展蛋白(extensin)，它是一类富含羟脯氨酸糖蛋白(hydroxyprolinerichglycoprotein,HRGP)，大约由300个氨基酸残基组成，这类蛋白质中羟脯氨酸(Hyp)含量尤其高，普通为蛋白质30%～40%。其它含量较高氨基酸是丝氨酸(Ser)、缬氨酸、苏氨酸、组氨酸和酪氨酸等。伸展蛋白中氨基酸次序有特征性结构单位为：

Ser-Hyp-Hyp-(x)-Hyp-Hyp植物细胞的结构和功能第29页

迄今已在细胞壁中发觉数十种酶，大部分是水解酶类，其余则多属于氧化还原酶类。比假如胶甲酯酶、酸性磷酸酯酶、过氧化物酶、多聚半乳糖醛酸酶等。

6.矿质

细胞壁矿质元素中最主要是钙.据研究,壁中Ca2+浓度远远大于胞内,预计为10-5～10-4mol·L-1，所以细胞壁为植物细胞最大钙库。钙调素(calmodulin,CaM)在细胞壁中也被发觉，如在小麦细胞壁中已检测出水溶性及盐溶性两种钙调素。

植物细胞的结构和功能第30页第二节细胞壁结构与功效

(四)细胞壁形成植物细胞的结构和功能第31页第二节细胞壁结构与功效

(四)细胞壁形成与细胞壁形成相关细胞器是:

内质网

高尔基体

微管植物细胞的结构和功能第32页（三）细胞壁形成

细胞壁形成是各种细胞器配合作用结果。新细胞壁形成开始于细胞分裂晚后期或早期。细胞分裂时，在两组染色体之间，也就是在母细胞赤道板面上，有许多大小不一分泌囊泡(secretoryvesicles)不规则地汇聚在一块，这些小囊泡是由高尔基体和内质网分泌而形成，其中富含组成细胞壁各种糖类，它们借助与细胞赤道板垂直方向上存在微管运动，逐步整齐地排列成片，组成成膜体(phragmoplast)。成膜体中囊泡膜相互融合与连接形成细胞质膜，其中内含物连成一体组成细胞板，这是雏形中层结构。

植物细胞的结构和功能第33页植物细胞的结构和功能第34页第二节细胞壁结构与功效二、细胞壁功效1.支持作用：2．运输通道：3．保护作用：4．参加各种代谢活动：

植物细胞的结构和功能第35页第二节细胞壁结构与功效二、细胞壁功效

1.支持作用：细胞壁可增加植物机械强度，充当植物骨架。

植物细胞的结构和功能第36页第二节细胞壁结构与功效二、细胞壁功效

2．运输通道：细胞壁允许离子、低分子量蛋白质和多糖等小分子通行无阻，而大分子或微生物等被屏蔽于其外。故细胞壁对细胞间物质运输含有调整作用。

植物细胞的结构和功能第37页第二节细胞壁结构与功效二、细胞壁功效

3．保护作用：初生细胞壁中寡糖素能诱导植物抗毒素(phytolaxin)形成，还对其它生理过程有调整作用。在植物抵抗病虫害中起作用。可使植物产生过敏性死亡，使得病原物不能深入扩散。还有防御和抗病抗逆功效。

植物细胞的结构和功能第38页第二节细胞壁结构与功效二、细胞壁功效

4．参加各种代谢活动：细胞壁中酶类参加细胞壁高分子合成，转移及水解，细胞外物质输送到细胞内以及防御作用等。

植物细胞的结构和功能第39页第二节细胞壁结构与功效二、细胞壁功效另外:细胞壁参加了植物与根瘤菌共生固氮相互识别以及共同完成侵染作用；细胞壁中多聚半乳糖醛酸酶可能参加了砧木和接穗之间嫁接过程中识别反应。总之，高等植物细胞壁主动参加各种代谢活动包含细胞生长、分化、细胞识别及抗病抗逆机制等方面。植物细胞的结构和功能第40页第二节细胞壁结构与功效三、胞间连丝当细胞板还未完全形成时，有局部原生质丝(约400nm)存留在未完全合并小囊泡之间，随即便成为两个子细胞管状联络孔道称胞间连丝(plasmodesma)，胞间连丝能够看作是两个细胞原生质膜突出而连成一个管状结构。

胞间连丝可使相邻细胞原生质及其内溶物相互交换，也可进行信息传递。

植物细胞的结构和功能第41页第二节细胞壁结构与功效三、胞间连丝

植物细胞的结构和功能第42页第三节

生物膜结构与功效

植物细胞的结构和功能第43页第三节

生物膜结构与功效

一、生物膜概念：

生物膜(biomembrane)是指组成细胞全部膜总称。按所处位置分为：

质膜（原生质膜）：指细胞质外面一层膜。

内膜（内膜系统)是指真核细胞内由膜分隔而形成含有连续功效系统，主要指核膜、内质网、高尔基体及细胞质中各种囊泡，而质膜、液泡膜以及溶酶体膜等则是内膜系统活动产物。

植物细胞的结构和功能第44页第三节

生物膜结构与功效

二、生物膜化学组成与特点

膜脂(约占25%-40%,组成脂双分子层)膜蛋白(约占60%-75%,与脂类镶嵌成膜)

膜糖(约占5%,与蛋白质和脂类结合)

无机离子植物细胞的结构和功能第45页第三节

生物膜结构与功效

二、生物膜化学组成与特点

不一样膜成份比列不一样，尤其是蛋白质和脂类比列不一样:肝细胞细胞膜:蛋白质/脂类=1.0-1.4红血细胞细胞膜:1.5-4.0内质网膜:0.7-1.5线粒体内膜:3.6线粒体外膜:1.2叶绿体片层膜:0.8功效越复杂膜，其蛋白质含量越高，需说明是，因为脂类分子体积比蛋白质分子小得多，所以生物膜中脂类分子数目总是远多于蛋白质分子数目。如在一个含50%蛋白质膜中,大约脂类分子与蛋白质分子比为50∶1。这一百分比关系反应到生物膜结构上，就是脂类以双分子层组成生物膜基本结构，而蛋白质分子则“镶嵌”于其中。植物细胞的结构和功能第46页第三节

生物膜结构与功效

(一)膜蛋白生物膜中蛋白质约占细胞蛋白总量20%～30%，它们或是单纯蛋白质,或是与糖、脂结合形成结合蛋白。依据它们与膜脂相互作用方式及其在膜中排列部位，能够大致地将膜蛋白分为两类：外在蛋白与内在蛋白。

外周蛋白内部蛋白嵌入蛋白埋藏蛋白植物细胞的结构和功能第47页第三节

生物膜结构与功效

(二)膜脂组成生物膜脂类主要是复合脂类(complexlipids)，都含有极性“头部”和非极性“尾部”，是两性分子。磷脂(phospholipid)糖脂(glycolipid)硫脂(sulpholipid)植物细胞的结构和功能第48页第三节

生物膜结构与功效

(三)膜糖

生物膜中糖类主要分布于原生质膜外单分子层。这些糖是不超出15个单糖残基所连接成具分支低聚糖链(寡糖链)，它们大多数与膜蛋白共价结合，少部分与膜脂结合，分别形成糖蛋白和糖脂。

植物细胞的结构和功能第49页第三节

生物膜结构与功效

三、生物膜结构模型关于生物膜分子结构有许多假说与模型，下面介绍三种最有代表性模型。单位膜模型

流动镶嵌模型板块镶嵌模型植物细胞的结构和功能第50页第三节

生物膜结构与功效

(一)单位膜模型(unitmembranemodel)认为膜含有由蛋白质——脂质——蛋白质组成三层结构。即两排脂层分子层尾尾相对组成一个膜单位层。

电子光密度大电子光密度小脂类蛋白质植物细胞的结构和功能第51页第三节

生物膜结构与功效

(二)流动镶嵌模型（1972年由Singer和Nicolson提出），其关键点:1.生物膜母体是类脂双分子层.2.膜蛋白是球蛋白,是嵌合在膜中.3.膜含有不对称性.4.膜具液晶态结构,有流动性.5.膜是经常处于不停更新之中.植物细胞的结构和功能第52页(二)流动镶嵌模型

植物细胞的结构和功能第53页图1-7细胞膜结构植物细胞的结构和功能第54页第三节

生物膜结构与功效

(三)板块镶嵌模型：板块镶嵌模型(platemosaicmodel)由贾因(M.K.Gain)和怀特(White)在1977年提出。

植物细胞的结构和功能第55页第三节

生物膜结构与功效

三、生物膜主要功效1.按室分工2.反应场所3.吸收功效4.识别功效植物细胞的结构和功能第56页第三节

生物膜结构与功效

1．按室分工，细胞膜系统不但把细胞与外界环境隔开，而且把细胞内空间分隔成许多微小区域，即形成各种细胞器，从而使细胞生命活动有了适当分工，并有条不紊地进行。植物细胞的结构和功能第57页第三节

生物膜结构与功效

2．反应场所，细胞内生化反应含有特异性、高效性和连续性。一些生理生化过程在膜上进行，确保了整个代谢路径高效而有序。如光合作用光能吸收和电子传递、呼吸作用电子传递及氧化磷酸化过程。

植物细胞的结构和功能第58页第三节

生物膜结构与功效

3．吸收功效，生物膜含有选择透性，即有选择地进行物质交换。它控制着细胞及各种细胞器物质吸收与转移。

植物细胞的结构和功能第59页第三节

生物膜结构与功效

4．识别功效，质膜上多糖链分布于其外表面，如似“触角”一样能够识别外界物质，并可接收外界某种剌激或信号，使细胞作出对应反应。

植物细胞的结构和功能第60页第四节

植物细胞亚微结构与功效

一、细胞核1.结构:核普通呈圆球状（分生组织细胞）或呈扁平状（有大液泡细胞）。

核膜染色质基质核仁外膜内膜植物细胞的结构和功能第61页第四节

植物细胞亚微结构与功效

一、细胞核

植物细胞的结构和功能第62页第四节

植物细胞亚微结构与功效

一、细胞核2.功效：1）是细胞遗传信息合成和复制场所。2）是代谢调控中心。植物细胞的结构和功能第63页第四节

植物细胞亚微结构与功效

二、叶绿体1.结构：呈椭圆形被膜（双层：内膜、外膜）类囊体（间质类囊体、基粒类囊体）基质植物细胞的结构和功能第64页第四节

植物细胞亚微结构与功效

二、叶绿体1.结构：植物细胞的结构和功能第65页第四节

植物细胞亚微结构与功效

二、叶绿体2.功效：光合作用场所。植物细胞的结构和功能第66页第四节

植物细胞亚微结构与功效

三、线粒体1.结构：呈圆形棒状结构。外膜（选择性小）被膜内膜（选择性大，有ATP酶）基质植物细胞的结构和功能第67页第四节

植物细胞亚微结构与功效

三、线粒体1.结构：植物细胞的结构和功能第68页第四节

植物细胞亚微结构与功效

三、线粒体2.功效：呼吸作用场所。植物细胞的结构和功能第69页第四节

植物细胞亚微结构与功效

四、内质网

1.结构：是膜网状系统，由双层单位膜平行排列组成层状膜体。粗糙内质网光滑内质网

内质网(endoplasmicreticulum,ER)是交织分布于细胞质中膜层系统，通常可占细胞膜系统二分之一左右。内质网大部分呈膜片状，由两层平行排列单位膜组成，膜厚约5nm，也有内质网呈管状，另外，在两层膜空间较宽地方内质网则呈囊泡状。植物细胞的结构和功能第70页第四节

植物细胞亚微结构与功效

四、内质网1.结构：植物细胞的结构和功能第71页第四节

植物细胞亚微结构与功效

四、内质网2.功效：1）合成场所。粗糙内质网上核糖体是蛋白质合成场所，而光滑内质网参加糖蛋白寡糖链和脂类合成。

2）是细胞间通讯与传递系统。3）是物质运输通道。内质网形成了一个细胞内运输和贮藏系统。它还可经过胞间连丝，成为细胞之间物质与信息传递系统。另外，由内质网合成造壁物质参加了细胞壁形成。

4）分隔作用。内质网充满了整个细胞质，将细胞质分隔成许多室，使各种细胞器均处于相对稳定环境中，有序地进行各自代谢活动。植物细胞的结构和功能第72页第四节

植物细胞亚微结构与功效

五、高尔基体1.结构：是碟形体，由几层扁平泡囊或束隔组成。植物细胞的结构和功能第73页第四节

植物细胞亚微结构与功效

五、高尔基体2.功效：

1）物质集运2）生物大分子组装3）参加细胞壁形成4）分泌物质植物细胞的结构和功能第74页2.高尔基体功效(1)物质集运

蛋白质合成后输送到高尔基体暂时贮存、浓缩，然后再送到相关部位。运输过程可能是：内质网→高尔基体→高尔基体小泡→液泡(分泌液泡)。

植物细胞的结构和功能第75页图1-15经由高尔基体物质集运

A.木糖葡萄糖集运B.果胶多糖集运植物细胞的结构和功能第76页(2)生物大分子装配

高尔基体也参加一些物质合成或生物大分子装配。它利用单糖和含硫单糖合成多糖和含硫多糖，是许多多糖生物合成地点。在合成糖蛋白或糖脂类碳水化合物侧链时，高尔基体也起一定作用，很可能糖蛋白中蛋白质先在核糖体上合成，然后再在高尔基体中把多糖侧链加上去。植物细胞的结构和功能第77页(3)参加细胞壁形成

在植物细胞中，高尔基体一个主要作用是参加细胞板和细胞壁形成。比如，组成细胞壁糖蛋白就是经高尔基体加工，由高尔基体小泡运输到细胞质膜，然后小泡与质膜融合，把内含物释放出来，沉积于细胞壁后形成。

(4)分泌物质

高尔基体除分泌细胞壁物质外，还分泌各种其它物质。

植物细胞的结构和功能第78页第四节

植物细胞亚微结构与功效

六、溶酶体1.结构：单层包被球形体，由被膜和基质组成。内含各种酸性水解酶类囊泡状细胞器。溶酶体内含有酸性磷酸酶、核糖核酸酶、糖苷酶、蛋白酶和酯酶等几十种酶。

2.功效：1）消化作用；溶酶体中水解酶能分解蛋白质、核酸、多糖、脂类以及有机磷酸化合物等，进行细胞内消化作用。2）吞噬作用；溶酶体经过吞噬等方式消化、溶解部分因为损裂而丧失功效细胞器和其它细胞质颗粒或侵入其体内细菌、病毒等，所得产物可被再利用。3）自溶作用。在细胞分化和衰老过程中，溶酶体可自发破裂,释放出水解酶,把不需要结构和酶消化掉,这种自溶作用在植物体中是很主要。

植物细胞的结构和功能第79页第四节