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1、 第一章 细胞与组织 细胞的结构与功能、繁殖方式、生长和分化 组织的类型及功能、演化及组织系统 1 植物细胞-植物体的基本结构单位和功能单位 n真核细胞的基本特征与结构 n原生质 n细胞壁与质膜 n胞间联络结构 n细胞质 n细胞核 n后含物 n细胞的繁殖 n生长、分化及细胞的全能性 细胞的发现 n英国学者胡克（Robert Hooke）1665年首次发现 了植物细胞；-仅仅是死细胞。 n1831年英国植物学家布朗（Robert Brown）从兰 科植物的叶表皮细胞中发现了细胞核和细胞质；- -至此发现了细胞的基本结构。 n1838-1839年，德国植物学学家Schleiden M.J. 和动物
2、学家Schwann T.提出了细胞学说；（a、 一切生命有机体都是由细胞构成；b、所有细胞都 是由细胞分裂和融合而产生） n被恩格斯高度评价，称为19世纪自然科学的三大 发现之一。 罗伯特胡克，英国物理学家、天文学家。 1635年7月18日生于威特岛的弗雷施瓦特。 其父是教区牧师。1653年入牛津基督教会学 院后胡克结识了玻意耳。1655年胡克成为玻 意耳的助手。1662年起直到逝世一直担任皇 家学会实验管理员。1663年胡克获得了牛津 大学文学学士学位，并且被选为皇家学会会 员。1665年胡克任格雷山姆学院几何学、地 质学教授，并从事天文观测工作。1666年伦 敦大火后，他担任测量员以及伦敦
3、市政检查 官，参加了伦敦重建工作。1676年他公布了 著名的弹性定律。1677年到1682年任皇家学 会干事。1703年3月3日逝世于伦敦，终年68 岁。尽管胡克并不贫穷，但是他的日子过得 实在不怎么样，晚年生活更是灾难性的。其 中主要的原因是在发现“平方反比关系”优先 权的争夺中得罪了牛顿。 19世纪自然科学的三大发现 1.细胞学说 19世纪30年代 ，由德国的植物学家施莱登和动物学家施 旺提出 2.能量守恒和转化定律 可以说是多人研究的结果。1842年，德国的 青年医生迈尔(J.R.Mayer,1814-1878),写成了他的第一篇关于能量守 恒和转化定律论文:论无机自然界的力； 1847
4、年，英国酿酒商焦 耳、德国物理学家赫尔姆霍茨分别发表各自有关能量守恒和转化定律 的讲演或论文；不过，焦耳被认为是最先用科学实验确立能量守恒和 转化定律的人，但 焦耳和赫尔姆霍茨也承认迈尔发现能量守恒和转 化定律的优先权。 1953年，威廉汤姆生帮助焦耳终于完成了关于 能量守恒和转化定律的精确表述。至此，自然科学中的三大发现之一 的能量转化和能量守恒定律宣告得到公认。 3.生物进化论 1859年，英国生物学家达尔文出版了物种起源， 阐述了以自然选择学说为主要内容的生物进化理论，给神创论和物种 不变论以沉重的打击。这也是19世纪自然科学的三大发现之一。 植物学家-施莱登 动物学家-施旺 显微镜的类
5、别 n光学显微镜 n电子显微镜 主要是根据其显微原理而分类。 目前使用的显微镜有普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、 荧光显微镜和电子显微镜等。 不管是何种显微镜，镜像的形成都需要三个基本要素: 照明系统 被观察的样品 聚焦和成像的透镜系统 n显微结构： 在光学显微镜下看到的细胞结构。 n普通光学显微镜的最大放大倍数为10001500倍 ，能够分辨两个点之间的最小距是0.2微米，小于 这个距离就不能分辨。所以，一般认为普通光学 显微镜的分辨力极限约为0.2微米。细胞中的结构 如染色体、叶绿体、线粒体、核仁等结构的大小 均超过0.2微米，用普通光学显微镜都能看到，因 而这些结构属于细胞的显
6、微结构。 n亚显微结构： 亚显微结构（submicroscopic structure）又称 为超微结构，是指在普通光学显微镜下观察不能 分辨清楚的，需在电子显微镜中观察的细胞分子 水平以上的结构，直径小于0.2微米。 亚显微结构包括：细胞膜、内质网膜、核膜、核 糖体、微体、微管和微丝、高尔基体、中心体等 直径小于0.2微米的细胞超微结构。 目前用于亚显微结构研究的工具主要有电子显微 镜、偏光显微镜和X线衍射仪等 n电子显微镜由镜筒、真空系统和电源柜三部分组 成。镜筒主要有电子枪、电子透镜、样品架、荧 光屏和照相机构等部件，这些部件通常是自上而 下地装配成一个柱体；真空系统由机械真空泵、 扩散
7、泵和真空阀门等构成，并通过抽气管道与镜 筒相联接,电源柜由高压发生器、励磁电流稳流器 和各种调节控制单元组成。 n电子显微镜与光学显微镜在总体结构的设计上有 很大的差别。在种类上，电镜可分为两大类: 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 电子显微镜的基本构造 电子束照明系统 样品室 成像系统 真空系统 记录系统 电子枪 聚光镜 物镜 中间镜 投影镜 为什么电子显微镜需要真空系统(vacuum system)? 答：由于电子在空气中行进的速度很慢，所以必须由真空系统保持电 镜的真空度，否则，空气中的分子会阻挠电子束的发射而不能成像。 细胞-除病毒以外的一切生物体的结构和功能的基本单位。 n细胞-生命物
8、质，原生质存在的形式。 真核细胞-细胞核具有明显的核被膜所包围的细胞。细胞质中存在膜相细胞器 。 原核细胞-细胞内遗传物质没有膜包围的一大类细胞。不含膜相细胞器。 原核生物：支原体、细菌、放线菌与蓝藻 真核生物：所有由真核细胞组成。 有细胞壁、大液泡。(与动物细胞的区别) 植物细胞组织结构示意图 结 构 示 意 图 植物细胞结构全图 植物细胞的形状和大小 n形状：理论上典型的未经分化的薄壁细胞 是十四面体，由于适应不同的功能，出现 了多种多样的形状-（16面体？） n大小：一般很小，但也有较大差异 最小：球菌直径0.5um。 最大：苎麻纤维细胞长550mm。 种子植物中一般直径10100um较
9、大的如 番茄果肉，西瓜瓤细胞达1mm，肉眼可见 。 思考：细胞大小与生物体大小有无关系？ 细胞小的原因 n受细胞核所能控制的范围的制约 n有利物质的交换（相对表面积大）和转运 。 n细胞大小变化的一般规律： n生理活跃的常常小，而代谢活动弱的细胞 则往往较大； n受外界条件的影响，水、肥、光、温、化 学药剂等。 n原生质与原生质体 原生质-构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础。 原生质体-由原生质组成的各种结构的统称。如细胞膜、胞基质 、细胞核及各种细胞器、骨架系统等。 n化学组成与物理性质 原生质有着极其复杂而不断变化的化学组成，不仅因种类而异，而且 在细胞的不同发育时期也不相同。主
10、要是：无机盐、无机化合物的水 核酸、脂类、糖类、有机化合物蛋白质等；生理活性物质（维生素、 激素、抗生素等）。 物理性质呈：无色、具有一定弹性与黏度、半透明的亲水胶体。 n生理特性 活细胞通过原生质的各种结构(细胞器等)进行着同化(合成)、异化(分 解)作用，进行各种新陈代谢活动。如吸收、分泌、生长发育、繁殖 。 水: 85% 无机盐: 1.5% 蛋白质 : 10% 脂质 : 2% 糖类: 0.4% DNA : 0.4% RNA : 0.7% 细胞壁与质膜-表面结构 n细胞壁(cell wall)-具有一定的弹性与硬度，包围于原生质 体之外。细胞壁之厚薄常因组织、功能不同而异 。细菌和蓝藻等细
11、胞 也有细胞壁。 n功能：维持细胞形状，保护原生质体；参与吸收、分泌、蒸 腾、胞间运输等过程；在细胞生长调控、细胞识别等生理活动中发 挥一定作用。 n细胞壁的发生与分层： 它是在细胞分裂、生长和分化过程中形成的。由于功能不同，细胞壁 在结构和成分上变化很大，在光学显微镜和电子显微镜下呈现出分层 现象。细胞壁自外向内依次为： 胞间层、初生壁、次生壁。次生壁只存在于某些细胞中(可参考课本 图1-3)。 院士-赵进东 n学术成果 n长期从事藻类生物学研究，对蓝藻细胞分化和格式形成有系统研究，尤 其对蓝藻异型胞分化中的信号转导和基因表达调控有深入研究。揭示了 钙结合蛋白和钙离子信号在蓝藻细胞分化中起到
12、的重要调控作用。对蓝 藻藻胆体吸收光能在两个光系统间的分配与调节开展了系统研究，对揭 示藻胆体吸收光能向光系统1传递的途径和调控方式有重要贡献。利用 蓝藻为合成生物学模型，进行第二代生物新能源和高等次级代谢物的生 产，做出了重大突破。 n1998年在蓝藻分化和发育与分子机理研究方面取得重大进展，其成果 发表在著名的美国科学院院报（PNAS）上和ARCHMICROBIO1上 ，受到国际同行的关注并应邀在国际会议上作学术报告。 n专长是对植物生理特别是光合作用的研究。早在美国期间，在光合作用 研究领域就取得突破性进展，应邀在国际学术会议上作报告10余次， SCI刊物先后收录其发表的论文20余篇，并
13、获美国技术专利一项。 光系统(photosystem ,PS)：吸收长波红光(700nm)的光系统。 光系统(photosystem ,PS)：吸收短波红光(680nm)的光系统。 这两个光系统是以串联的方式协同作用的。 PS的光化学反应是长光波 反应，其主要特征是NADP+的还原。 PS的光化学反应是短光波反应， 其主要特征是水的光解和放氧，夺取水中的电子供给PS。 n胞间层：又称中胶层，是细胞分裂产生新细胞时形成的，是相 邻细胞间共有的一层薄膜。它的主要成分是果胶质，果胶是一类多糖 物质。 n初生壁：在细胞生长过程中，原生质体分泌的造壁物质在胞间 层上沉积，构成细胞的初生壁。初生壁主要成分
14、是纤维素、半纤维素 和果胶质。 一般较为薄，有韧性，厚1-3um。 n次生壁：是细胞体积停止增大后加在初生壁内表面的壁层。 主要成分：纤维素、半纤维素， 且常有木质素等物质填充其内而发生质变。 n细胞壁的化学组成与超微结构： 化学组成：纤维素、衬质、半纤维素和细胞壁蛋白等。 纤维素是细胞壁的主要成分，它构成细胞壁的框架，其他物质可以填 充在其内。纤维素分子是由链状系列葡萄糖基构成的，它聚集成微纤 丝，微纤丝又聚集成大纤丝。 初生壁与次生壁的区别： 初生壁纤维素成分较少，微 纤丝常作网状排列，厚度较 薄，衬质比例高；次生壁纤 维素含量高，微纤丝定向排 列，厚度大，衬质少。因此 ，初生壁较为柔韧，
15、初期伸 展性大，次生壁伸展性低但 硬度和支持力强。 n细胞壁的生长： 1、内填生长，当初生壁刚形成时，微纤丝少，分布稀疏，随着细胞的 伸展生长，原生质体分泌的纤维素微纤丝等物质填充于初生壁的无数 网孔之间，使初生壁延展，表面积增加; 2、敷加生长，即原生质体分泌的纤维素微纤丝等物质自外向内-层层 添加，使细胞壁增厚,这种生长方式主要发生在次生壁上. n细胞壁的特化： （1）木化 细胞在代谢过程中。产生一种木质，它是由三种醇类化合 物脱氢形成的高分子聚合物，填充于纤维素的框架内而木化，以调强 细胞壁的硬度，增强细胞的支持力量。 （2）角化 叶和幼茎的表皮细胞外壁常为胶质（脂类化合物）所浸透 ，且
16、常在细胞壁外堆积起来，形成角质层或膜。角化后细胞壁透水性 降低,但透光。 （3）栓化 栓化是水栓质消类化合物渗入细胞壁引起的变化，使细胞 壁既不透气，也不透水，增加了保护作用。栓化的细胞常呈褐色，富 于弹性。 （4）矿化 细胞壁渗入二氧化硅或碳酸钙等就会发生矿化。稻、麦等 禾谷类作物的叶片和茎秆的表皮细胞常含有大量的二氧化硅。细胞壁 的矿化能增强作物茎、叶的机械强度，提高抗倒伏和抗病虫害的能力 。 （5）粘液化（胶化） 粘液化是细胞壁中果胶质和纤维素变成粘液或 树胶的一种变化，多见于果实或种子的表面。 细胞壁与可再生生物质能 细胞壁与可再生生物质能 细胞壁与可再生生物质能 质膜(plasmalemma)-细胞膜(cell membrane) n定义：与细胞壁相邻，包围于细胞质外的一层膜。但是广义而言， 细胞膜则包括细胞内的内膜系统(由内质网、高尔基体、微体、质体 和液泡等的膜组
