第一章 植物细胞与组织1-细胞.ppt

1、植物生物学 Plant Biology,盛红梅,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 Robert Hooke 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

2、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”（Cell theory）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

3、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0.1 m。 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1

4、mm；苎麻(zhu ma)茎中的纤维细胞，最长可达550 mm,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 (cell wall),细胞,原生质

5、体 (protoplast),细胞质 (cytoplasm),细胞核 (nuclear),细胞器 (organelle),质膜(plasma membrane),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 (pro

6、tein)：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 (nucleic acid)：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 (

7、nuclear),细胞器 (organelle),细胞膜或质膜,（一）质膜(plasma membrane),细胞质紧贴细胞壁的膜状结构称为质膜 (plasmic membrance)， 又称细胞膜 (cell membrance)。 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(Unit membrane) 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(fluid m

8、osaic model),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

9、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 (nuclear envelope),染色质 (chromatin),核仁 (nucleolus),核

10、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 (nuclear pore),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（nuclear lamina),核被膜（nuclear envelope） 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

11、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)

12、,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(cytoplasmic movement)。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

13、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

14、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

15、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

16、,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。

17、 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 (chlorophyll a)、叶绿素b (chlorophyll b)、叶黄素(xanthophyll)和胡萝卜素(caroti

18、n) 。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 (

19、mitochondrium) 普遍存在于生活的真核细胞中，直径一般为0.21 m，长度为12 m 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(endoplasmic reticulum):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

20、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

21、被，膜内充满细胞液(cell sap)，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。

22、,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(

23、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0.11 m. 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

24、。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(intermediate filament, 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(cell wall),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）

25、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：510 m，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

26、,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

27、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

28、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(starch grain) 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，形成许多