《植物学（第2版）》课件 1-1 植物细胞的结构与功能

《植物学》——高等学校“十四五”生命科学规划新形态教材、国家级一流本科课程配套教材植物细胞的基本结构和功能

TheBasicStructureandFunctionofPlantCells

细胞是植物体生命活动的基本功能单位。植物细胞虽然大小不一、形状多样，但其结构基本相同，由原生质体（protoplast）和细胞壁（cellwall）两部分组成。原生质体是由原生质（protoplasm）分化而成的结构，是一个细胞内全部生活物质的总称。细胞壁是植物细胞特有的结构，包围在原生质体外面，动物细胞不具细胞壁。原生质体的结构细胞壁一二目录CONTENT原生质体的结构一原生质体由质膜（细胞膜）、细胞质和细胞核三部分组成。原生质体细胞膜（质膜)细胞质细胞核细胞器细胞质基质质体液泡线粒体高尔基体内质网核糖体细胞骨架（胞基质）微体1.细胞膜（

Cellmembrane）1.1结构特征细胞膜（cellmembrane）又称质膜（plasmalemma），位于原生质体外围、紧贴细胞壁的膜结构。组成质膜的主要物质是脂类和蛋白质，以及少量的糖类。在电子显微镜下，质膜具有明显的“暗-明-暗”三条平行的带，其内、外两层暗带由蛋白质分子组成，中间一层明带由双层脂类分子组成。图1细胞膜结构与特征（1）1.细胞膜（

Cellmembrane）1.2生理功能维持稳定的细胞内环境（“屏障作用”）；控制细胞内外的物质交换和物质运输，有选择性地使物质通过（选择吸收）；小分子物质的运输:膜透性运输；蛋白运输大分子物质的运输:胞饮作用、吞噬作用或胞吐作用。接受外界的刺激和信号（信号转导）；参与细胞的相互识别的功能（识别功能）。图1细胞膜结构与特征（2）图1细胞膜结构与特征（3）2.细胞质（Cytoplasm）真核细胞质膜以内、细胞核以外的原生质称为细胞质（cytoplasm）。细胞质可进一步分为细胞质基质（cytoplasmicmatrix）和细胞器（organelle）。2.1细胞质基质概念：

细胞质基质又称为胞基质，主要是指真核细胞的细胞质除去细胞器和后含物以外的呈均质、半透明、胶状的动态物质。组成：

细胞质基质的化学组成根据其分子量的大小可划分为小、中和大分子三类。

小分子：水、无机离子和溶解的气体等；中分子：各种代谢的中间产物；

（如脂类、糖类、氨基酸、核苷酸和核苷酸衍生物等）大分子：蛋白质、脂质、多糖和RNA等。功能：

中间代谢反应的进行；蛋白质的修饰与选择性降解；维持细胞内环境的稳定性。图2细胞质结构与特征2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器细胞器是细胞内具有特定的形态、结构和功能的亚细胞结构，包括具有双层膜结构的质体、线粒体，具有单层膜结构的内质网、高尔基体、液泡和微体，以及无膜结构的核糖体和细胞骨架等。2.2.1质体（plastid）

质体是植物细胞特有的细胞器，根据质体的发育程度、功能和色素情况，可将其分为前质体、叶绿体、白色体、有色体、黄化体。图3质体类型2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器2.2.1质体（plastid）前质体（proplastid）植物细胞中一类直径约为1μm，或更小一些的细胞器，它是由双层膜包被着未分化的基质（stroma）所组成。植物中的前质体在发育过程中随着所处的位置及接受光的多少，分化成功能各异的质体（plastid）。黄化体（etioplast）

在黑暗或光照不足时，前质体形成由小管组成的三维网格状前片层体结构。图4质体发育和转换2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器2.2.1质体（plastid）叶绿体（chloroplast）

主要存在于高等植物的叶肉细胞内，在茎的皮层细胞、保卫细胞、花萼和未成熟的果实中也有分布。叶绿体呈透镜形或椭圆形，长径3～10μm，短径2～4μm，常分布在靠近质膜处的细胞质基质中，其功能是进行光合作用。细胞内叶绿体的数目、大小和形状因植物种类和细胞类型不同而有很大差异。叶绿体的结构叶绿体被膜：外膜（通透性强）、内膜（较强的选择透性）和膜间隙类囊体：由单层膜围成的、并且具有很多穿孔的扁平小囊；

膜上分布着与光能转化有关的色素和酶类，囊内含有液状的内含物。基质：含有DNA和核糖体，可以合成某些蛋白质，

在遗传上有一定的自主性。基粒类囊体：在基质间到处延伸，并与基粒类囊体相连，共同组成了复杂的类囊体系统。基质类囊体：直径0.3～2μm的绿色小颗粒，由许多圆盘状的基粒片层或类囊体整齐平行

地垛叠在一起构成。（透射电镜）图5

叶绿体的结构（A.透射电子显微镜下的叶绿体超微结构；B.叶绿体的结构模式图）2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器2.2.1质体（plastid）白色体(leucoplast):不含可见色素的质体，近于球形，大小约

2～5μm，其内部结构简单，在基质中仅有少数不发达的片层。

常见于植物的地下贮藏器官(甘薯、马铃薯等)、胚乳

以及少数植物叶的表皮细胞中。

根据白色体的功能及所储藏的物质不同可将其分为：造粉体（amyloplast）：贮存淀粉；

主要分布于子叶、胚乳、块茎和块根等贮藏组织。造蛋白体（proteinoplast）：贮藏蛋白质；

常见于分生组织、表皮和根冠等细胞。

造油体（elaioplast）：贮存脂类物质；存在于细胞质基质。图6植物细胞中的白色体2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器2.2.1质体（plastid）有色体（chloroplast）：含有类胡萝卜素，由于在不同细胞或同一细胞的不同时期，黄色的叶黄素和红色的胡萝卜素的比例不同，有色体可能呈现红色与黄色之间的各种颜色。常见于部分植物的花瓣、成熟的果实、胡萝卜的

贮藏根以及衰老的叶片中；其形状以及内部结构多

种多样。有色体赋予花、果实鲜艳的色彩，可吸引昆虫，

有利于传粉和果实的传播。图7红辣椒果皮细胞中的有色体2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器2.2.2线粒体（mitochondrion）图8线粒体的结构（A.线粒体结构模式图；B.透射电子显微镜下的线粒体超微结构）结构(透射电镜)：（1）线粒体膜：双层，外膜有可透性孔，允许分子量为10kDa以下的分子通过；内膜向基质折褶形成嵴，其表面有许多圆球形颗粒（线粒体基粒或F1颗粒），是ATP合酶复合物；细胞能量代谢越旺盛，嵴数越多。

（2）膜间隙：内、外膜之间的空隙，宽约6-8nm内含许多可溶性酶类、底物和辅助因子。（3）基质：有与物质氧化分解有关的酶类以及脂类、蛋白质、核蛋白体和含钙颗粒，以及DNA等少量遗传物质，具有遗传上的相对独立性。形态：常呈球状、杆状、分枝状等；大小一般为（0.5～1.0）μm×（1～2）μm。细胞中的线粒体的数目因细胞的种类或细胞的生理活性而异，细胞代谢越旺盛，其中的线粒体数目越多。功能：细胞氧化代谢的部位，是糖、脂肪和氨基酸最终氧化放能的场所，释放的能量通过内膜的氧化磷酸化来合成ATP。2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器2.2.3核糖体（ribosome）图9核糖体的结构（a.透射电子显微镜下的线粒体超微结构；b.单个线粒体的模式图）形态与结构(透射电镜)：细胞质基质中的核糖体由两个近于半球形、大小不等的亚基结合而成，直径约为17～23nm。多个核糖体可结合到一个mRNA链上，形成多聚核糖体（polyribosome）。生长旺盛、代谢活跃的细胞内核糖体多。功能：合成蛋白质。成分：含有约60%的核糖核酸和

40%的蛋白质，因此又称

为核糖核蛋白体。分布：主要存在于细胞质基质中，细胞核、内质网外表面及质体和线粒体的基质中也有分布。2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器2.2.4内质网（endoplasmicreticulum，ER）图10内质网的模式图形态与结构(透射电镜)：单层膜，扁平的囊、槽、池或管状相互连通的网膜系统；

其形状、数量、类型以及在细胞内的分布位置，因细胞类型而异，并且随细胞的发育时期、

生理状况而相应地变化，是动态易变的细胞器。类型：①糙面内质网（roughendoplasmicreticulum，rER）：其膜的外表面附着有核糖体；

主要合成膜蛋白和可溶性蛋白，并包装形成小泡，运到高尔基体，然后分泌到细胞外或转

运到其它细胞器内。

②光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，sER）：其膜上无核糖体；主要合成脂

类、糖原。2.细胞质（Cytoplasm）2.2细胞器2.2.4内质网（endoplasmicreticulum，ER）图11内质网的结构（A.透射电子显微镜下的rER；B.透射电子显微镜下的sER；C.单个rER的模式图）功能：①制造、包装和运输代谢产物：rER主要合成膜蛋白和可溶性蛋白，并包装形成小泡，

运到高尔基体，然后分泌到细胞外或转运到其它细胞器内；sER主要合成脂类、糖原等。②“分室”作用：将许多细胞器相对分隔开，便于各自的代谢顺利进行。2.细胞质（Cytoplasm）图12高尔基体的结构

形态与结构(透射电镜)：

由叠（一般1～8个）扁平、平滑、

近圆形的单位膜围成的膜囊结构（cisterna)，

直径约1一～3μm。

其结构具有极性，且动态变化：①形成面（近核面）：凸出的一面，②成熟面（近质膜面）：凹入的一面。分布：在生长和分泌旺盛的细胞内特别多。2.2细胞器2.2.5高尔基体（Golgibody）功能：合成多糖，参与细胞壁的形成，

有时也参与运输ER合成的物质。图13高尔基体的囊泡运输（高尔基体边缘膨大且具穿孔，或分枝成许多小管；周围有很多由膜囊边缘“出芽”脱落的囊泡，它们可转移到细胞质基质中，和其他来源的某些小泡融合，也可和质膜结合）2.细胞质（Cytoplasm）图14植物液泡的类型（A.光学显微镜下叶肉细胞的液泡；B.透射电镜下的叶肉细胞中的溶酶体液泡（LV）；C.透射电子显微镜下的早期胚乳细胞中的蛋白贮藏液泡（PSV））形态与结构：一个或多个充满液体的囊泡，由选择通透性的液泡和液泡液组成。类型：类型和功能随着细胞的发育可以相互转换。①溶酶体液泡（lyticvacuole，LV）：含有多种水解酶类（酸性水解酶），可将液泡液中的底物降解成小分子供细胞利用，也可分解某些衰退的膜或细胞器。②贮藏液泡（storagevacuole，SV）：贮藏蛋白质、淀粉等物质，可分为蛋白贮藏液泡、

糊粉粒等。2.2细胞器2.2.6液泡（vacuole）功能：①维持细胞稳态；

②积累和贮藏代谢产物；③降解作用；④防御作用。2.细胞质（Cytoplasm）图15植物液泡的形成过程形成过程：动态的细胞器，在不同类型或不同发育时期的植物细胞中，液泡的数目、大小、形状、成分都有差别。①伴随细胞分裂被分到子细胞中（图15A）；②由内质网衍生的管状小泡（tubularvacuole）形成（图15B）；③由高尔基体衍生或细胞内吞形成的多泡体（multivesicularbody，MVB）形成（图15B）。2.2细胞器2.2.6液泡（vacuole）BA2.细胞质（Cytoplasm）图16微体的结构（A.植物叶片细胞中的过氧化物酶体；B.萌发种子中的乙醛酸循环体）形态与结构（透射电镜）：单层膜，球形、卵球形或哑铃形，直径约0.2-1.5μm，内含有无定形的颗粒基质类型：依据功能分为①过氧化物酶体（peroxisome）：动、植物细胞均有，含有过氧化氢酶和氧化酶，可水解细胞内有毒的过氧化物而保护细胞。

功能：植物细胞中的过氧化物酶体常和叶绿体、线粒体结合，共同参与光呼吸。

②乙醛酸循环体（glyoxysome）：只存在于植物细胞，主要存在于种子油脂贮藏组织中。

功能：将脂类物质转化为糖，满足种子萌发的需要。2.2细胞器2.2.7微体（microbody）2.细胞质（Cytoplasm）图17细胞骨架维持细胞三维结构的模式图2.2细胞器2.2.8细胞骨架（cytoskeleton）：真核细胞的细胞质内普遍存在的蛋白质纤维网架系统。由不同蛋白质分子以不同方式装配成不同直径的纤维，包括：

微管（microtubule，MT）微丝（microfilament，MF）中间纤维（intermediatefilament，IF）2.细胞质（Cytoplasm）图18微管结构模式图（1）微管（microtubule，MT）组成：微管蛋白（tubulin）和少量微管结合蛋白。α微管蛋白和β微管蛋白两种单体连接成二聚体（dimer），二聚体组成线性聚合体（原丝，protofilament），13条原丝螺旋盘绕装配成中空的管状结构。形态：长度不定，没有分枝，管的外径为24-26nm，内径为15nm。2.2细胞器2.2.8细胞骨架（cytoskeleton）功能：①支持和维持细胞的形状；②参与构成有丝分裂和减数分裂时出现的纺锤体；

③调节细胞壁的生长和分化；④影响胞内物质的运输和胞质运动；⑤构成低等植物的鞭毛，调节整个细胞的运动。2.细胞质（Cytoplasm）图19微丝结构模式图（2）微丝（microfilament，MF）组成：由肌动蛋白（actin）组成直径6～8nm的细丝。肌动蛋白分子近球形，其聚合和解聚与

细胞生理状态、细胞内阳离子及ATP等条件有关。形态：长度不定，没有分枝，管的外径为24-26nm，内径为15nm。2.2细胞器2.2.8细胞骨架（cytoskeleton）功能：参与细胞质流动、染色体运动、叶绿体运动、胞质分裂、物质运输以及与膜有关的一些重要生命活动（如内吞作用和外排作用等）。（3）中间纤维（intermediatefilament，IF）组成：由长的、杆状的蛋白质装配而成。

形态：直径约为10nm，其平均直径介于微管和微丝之间，故得名。功能：维持细胞形态、调节胞内颗粒运动、控制细胞器和细胞核定位等。图20中间纤维结构模式图3.细胞核（

Cellnucleus）3.1形态特征生活的细胞一般都有一个近于球形的细胞核，其大小、形状以及在胞内所处的位置，与细胞的年龄、功能以及生理状况有关，而且也受某些外界因素的影响。3.2功能：真核细胞遗传与代谢的控制中心①通过遗传物质的复制和细胞分裂保持细

胞世代间的连续性（遗传）；②通过基因的选择性表达，控制细胞的活动（表达）。3.细胞核（

Cellnucleus）3.3结构组成随着细胞周期的改变而相应地变化。间期的细胞核结构为：图20核被膜（nuclearmembrane）：核仁（nucleolus）核质（nucleoplasm）外核膜、内核膜、核周腔、核孔复合体和核纤层图21细胞核的结构图（A.透射电子显微镜下的水稻胚乳细胞核；B.细胞核的结构模型）AB细胞壁（Cellwall）二细胞壁是原生质体生命活动过程中向外分泌的多种物质复合而成的结构，为植物细胞所特有。细胞壁支撑和保护植物细胞，与维持原生质体的膨压和植物组织的吸收、蒸腾、运输和分泌等方面的生理活动有很大的关系。1.细胞壁的结构分层

在细胞生长发育过程中，因其所形成的壁物质在种类、数量、比例以及物理组成上的时空差异，细胞壁结构表现出分层现象。在显微镜下可区分为：

胞间层（中层）初生壁

次生壁图1细胞膜结构与特征（1）胞间层2.细胞壁的化学组成细胞壁的成分因植物种类和细胞类型不同而有别，也随细胞的发育和分化而变化。最重要的化学成分是多糖和蛋白质。（1）多糖②半纤维素：存在于纤维素分子间的一类基质多糖。种类很多，非常复杂，其成分和含量随植物种类和细胞类型不同而异。胼胝质（callose）是β-1,3葡聚糖的俗名，广泛存在于植物界，如棉花纤维次生壁等处。（2）蛋白质：占细胞壁干重的5%-10%，如酶蛋白和结构蛋白等。①纤维素：数条平行排列的纤维素分子形成分子团，多个分子团再形成微纤丝（microfibril）许多微纤丝进一步结合形成大纤丝（macrofibril）。平行排列的纤维素链之间和链内均有大量的氢键，使之具有晶体性质，有高度的稳定性和抗化学降解的能力。③果胶类化合物：是一类重要的基质多糖，包括果胶（果胶酸、果胶脂酸）和原果胶。果胶可维持细胞壁结构、调节水势；果胶降解形成的片段可调控基因表达，使细胞内合成某些抵抗真菌和昆虫侵害的物质。图22纹孔的结构（A.透射电子显微镜下的纹孔超微结构；B.初生纹孔场结构示意图；C.纹孔结构示意图）概念：次生壁形成时，有的初生纹孔场所在的位置不形成次生壁，只有胞间层和初生壁隔开，而无次生壁的较薄区域称为纹孔。初生纹孔场（primarypitfield）：初生壁不均匀加厚，常有一些凹陷区域，并有许多胞间连丝通过，这个区域称为初生纹孔场。结构：纹孔对（pitpair）：相邻两细胞的纹孔通常成对存在。纹孔膜（pitmembrane）：纹孔对中的胞间层和两边的初生壁。纹孔腔（pitcavity）：纹孔的腔。（1）纹孔（pit）3.纹孔和胞间连丝主要类型（按结构特征）：

①单纹孔（simplepit）：次生壁在纹孔腔边缘终止而不延伸，整个纹孔腔的直径大小几乎是一致的（如石细胞和一些纤维细胞）。②具缘纹孔（borderedpit）：次生壁在纹孔腔边缘向胞内延伸，成为穹形的延伸物，拱起在纹孔腔上，其顶部开口的纹孔口显著较小（如导管、管胞、纤维管胞等）。（1）纹孔（pit）3.纹孔和胞间连丝图23纹孔类型示意图图24植物胞间连丝的结构（A