2植物细胞与组织

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1、王兆玉生命科学与生物制药学院wangzhaoyu77yahoo 植物生物学PlantBiology 质体线粒体高尔基体内质网核糖体液泡溶酶体微体细胞骨架 叶绿体有色体白色体 糙面内质网光面内质网 过氧化物酶体乙醛酸循环体 细胞质基质细胞器 质膜细胞质细胞核 核膜核质核仁 染色质核基质 原生质 生活物质 后含物 代谢产物 贮藏的营养物质生理活性物质其它物质 淀粉脂肪蛋白质 维生素 生长素 酶 无机盐 生物碱 单宁 有机酸 晶体等 原生质体 细胞壁 胞间层初生壁次生壁 植物细胞 一 细胞分裂的作用 是细胞繁殖的一种形式 单细胞生物 一次细胞分裂可形成两个新生个体 多细胞生物 也是由一个细胞 受精卵

2、或合子经过多次分裂和分化发育形成 第三节植物细胞的细胞周期与增殖 一个多细胞生物完全长大以后 仍然需要细胞分裂的过程 替代不断衰老或死亡的细胞生物组织损伤的修复 有分裂能力的细胞 从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的一个完整过程称为一个细胞周期 二 细胞周期 典型的细胞周期可包括间期和细胞分裂期两部分 间期包括一个DNA合成期 S期 及S期前后两个间隙期 G1期 G2期 细胞分裂期 M期 则包括有丝分裂和胞质分裂两个主要过程 G0期细胞 周期细胞与终端分化细胞 有些细胞在形成之后不再进行DNA的复制 即细胞周期停止于G1期 脱离了细胞周期 不再进行分裂 可视为G0期细胞 但在一定条件下 可恢

3、复分裂能力 重新进入细胞周期 有些细胞能连续分裂 从不进入G0期 属周期细胞还由一些细胞不可逆地脱离了细胞周期 失去分裂能力 为终端化细胞 三 有丝分裂 分裂过程中出现了染色体 纺锤丝 因此得名 是真核生物最主要的分裂方式 细胞核分裂 细胞质分裂特点 在间期每个染色体复制成两条相同的染色单体 在分裂时有规律地分配到两个子细胞核中 根据染色体形态的变化特征可分为前期 中期 后期和末期 胞质分裂 在两个新的子核之间形成新细胞壁 把一个母细胞分隔成二个子细胞的过程 称为胞质分裂核分裂后期 纺锤丝在赤道面中央密集并向四周扩展 微管以平行方式排列成圆柱状结构 称为成膜体在成膜体围起来的中间部分 来自高尔

4、基体或内质网的小泡 携带细胞壁前体物质 在赤道面上彼此融合形成细胞板 将细胞质从中间隔开细胞板逐渐向四周扩展 直到与母细胞的细胞壁相连接 完全把母细胞分隔成二个子细胞 有丝分裂的生物学意义 细胞每次分裂前必须进行一次染色体的复制染色体分裂为两条子染色体 平均分配到两个子细胞中保证每一代的子细胞与母细胞具有相同的遗传物质 保证了细胞遗传的稳定性 四 无丝分裂 直接分裂 分裂时核内不出现染色体 纺锤丝分裂形式 横缢 纵缢 碎裂 出芽等分裂过程 核仁一分为二 细胞核延长 核仁向两端移动 核中间缢缩断裂成两个子核 随后在两子核之间形成新壁 成为2个子细胞优点 消耗能量少 分裂速度快缺点 不能保证母细胞

5、的遗传物质平均地分配到两个子细胞中 五 减数分裂与有性生殖相关的性母细胞分裂方式 特点 DNA只复制一次连续两次的分裂 减数分裂I II 产生四个子细胞 四分体 减数分裂的生物学意义 减数分裂导致了性细胞 配子 的染色体数目减半在以后的有性生殖过程中 两个配子结合形成合子 合子的染色体数目和类型又恢复到亲本的水平实现遗传重组 第四节植物细胞的生长 分化 一 植物细胞的生长 细胞体积和重量不可逆增加的过程 是植物个体生长的基础 二 植物细胞的分化 细胞在形态 结构和功能上的特化过程 分化常是可逆的 分化细胞逆转为不分化细胞 称为脱分化植物的个体发育是植物细胞不断分裂 生长和分化的结果在系统发育上

6、 植物越进化 细胞分化越剧烈 分工越细致 植物体结构也越复杂细胞分化的基因表达与调控 是当今发育生物学研究的热点和中心问题之一 第五节植物组织 一 概念在植物体中 具有相同来源的细胞 由一个细胞或同一群有分裂能力的细胞 分裂 生长与分化形成的细胞群称为组织仅由一种细胞类型的组织叫简单组织由多种类型细胞的组织叫复合组织由不同的组织按一定的规律构成了器官 1 分生组织 植物体内具有持续或周期性分裂能力的细胞群 按在植物体上的位置分 二 植物组织的类型 顶端分生组织 位置 根 茎的顶端作用功能 使根 茎不断伸长细胞特征 小而等径 薄壁 核位于中央并占较大体积 液泡不明显 原生质浓厚 无后含物 侧生分

7、生组织 位置 靠近根茎表面 与器官长轴平行 呈筒形分布 包括形维管成层和木栓形成层 作用功能 使根茎不断增粗 木栓形成层的活动使长粗的根茎表面或受伤的器官表面形成新的保护组织 细胞特征 细胞大部分呈长纺锤形 原生质体高度液泡化 细胞质不浓厚 分裂活动具明显周期性 注意 在没有加粗生长的单子叶植物中 没有侧生分生组织 草本双子叶植物中活动微弱或根本不存在 居间分生组织 位置 顶端分生组织在茎 叶柄 子房柄 花柄 花序轴等器官中局部区域的保留 位于成熟组织之间 作用功能 能使上述器官快速伸长活动特点 细胞持续分裂活动的时间短 分裂一定时间后 所有细胞都转变为成熟组织 按发生来源分 原分生组织 位置

8、 位于根 茎最前端 从胚胎中保留下来 具有持久分裂能力 细胞特征 体积小 核相对较大 细胞质浓厚 多为等径的多面体 初生分生组织 位置 位于根 茎的顶端 由原分生组织刚刚衍生的细胞所组成 在原分生组织的下方特点 细胞在形态上出现了最初的分化 细胞仍然具有很强的分裂能力 但没有原分生组织那样旺盛 因此是一种边分裂 边分化的组织 是由分生组织向成熟组织过渡的组织 次生分生组织 是由已经成熟的组织细胞 经过脱分化恢复分裂能力形成的分生组织 因此叫次生分生组织位置 存在于根 茎的形成层和木栓形成层中 特别是木栓形成层是典型的次生分生组织 注意 原分生组织和初生分生组织分裂的结果使器官伸长 次生分生组织

9、的分裂结果使器官增粗凡是由初生分生组织细胞分裂 分化形成的成熟组织 都称初生组织 凡是由次生分生组织的细胞所产生的成熟组织都叫次生组织 2 成熟组织 概念 也称为永久组织 由分生组织衍生的细胞 失去分裂能力 经生长 分化 形成的其它各种组织 称为成熟组织注意 成熟程度是相对的 并非一成不变 如薄壁组织有时能进一步特化为另一种组织 有时成熟组织也可脱分化成分生组织类型 按功能分为保护组织 薄壁组织 机械组织 输导组织和分泌组织 1 保护组织 概念 覆盖于植物体表起保护作用的组织功能 减少体内水分蒸腾控制植物与环境的气体交换防止病虫害侵袭和机械损伤等类型 根据来源及形态结构的不同分为以下两类 表皮

10、 来源 由初生分生组织细胞分化而成位置 覆盖在幼嫩器官的表面结构特征 一般只有一层细胞 彼此紧密嵌合 除分布其间的气孔外无胞间隙 外壁加厚并覆盖一层角质膜 有些在角质膜外还覆盖有蜡质 有些植物有2 3层表皮细胞称为复表皮 气孔器 表皮上的通气结构 由气孔和保卫细胞构成 表皮附属物 有些植物的表皮是光滑的无任何突出部分 如菠菜许多植物的部分表皮细胞向外突出延长 形成各种毛状附属物 又叫表皮毛加强表皮的保护作用 减少水分蒸腾 免遭动物采食 还有分泌 散布种子等作用 棉花是重要纺织原料 表皮存在时间 仅有初生生长 无加粗生长 的草本植物的表皮终生起作用 没有次生生长的器官 叶 花和果实的表皮到器官死

11、亡为止具加粗生长的根茎表皮会因器官的增粗而破坏 其保护功能由次生保护组织周皮所取代 周皮 来源 木栓形成层位置 有加粗生长的根茎表面组成 木栓形成层平周分裂 向外细胞分化形成木栓层 向内分化成栓内层 木栓层 木栓形成层和栓内层合称周皮 2 薄壁组织 是构成各器官最基本的组织 也是进行各种代谢活动的重要组织 在植物体内占有最大体积 故也叫基本组织结构特点 壁薄 仅有初生壁 胞间隙发达 常为等径的多面体细胞 具生活的原生质体 液泡较大分化程度较低 在创伤愈合 形成不定根 不定芽及嫁接愈合时 薄壁组织可脱分化转变为分生组织 也参与侧生分生组织 形成层和木栓形成层的发生 同化组织 营光合作用的薄壁组织

12、 称为同化组织特点 细胞含有大量叶绿体 进行光合作用合成有机物质部位 存在于植物体的一切绿色部分 叶肉 嫩茎等 贮藏组织 贮藏大量营养物质的薄壁组织称为贮藏组织特点 细胞内充满贮藏的营养物质部位 存在于各类贮藏器官中 块根 块茎 球茎 鳞茎 果实 种子等 贮水组织贮藏水分的组织特点 细胞较大 具较大的中央大液泡 可贮存大量水分备用多存在于旱生植物的肉质植物体内 通气组织具有大量细胞间隙的薄壁组织称为通气组织水生植物的根茎薄壁组织有较大的胞间隙 形成气腔或气道 它们在体内形成一个相互贯通的通气系统 使生于水下的器官得到氧气 60年代末 在电镜下发现了一类特殊的薄壁细胞 传递细胞细胞特点 细胞壁具

13、内突生长 胞质浓厚 富含线粒体 有发达的胞间连丝 可快速运输与传递代谢物质在植物体内广泛存在 如小叶脉输导组织附近 茎节部的维管束中 分泌结构中 种子的子叶 胚乳 胚柄等部位 3 机械组织 对植物体具有支持和加固作用的组织 相当于水泥建筑中的钢筋骨架 细胞特点 细胞壁局部或全部加厚 起机械支持的作用 细胞多成束存在 且排列紧密 起加固的作用 厚角组织 细胞为长柱形 壁不均匀加厚 通常在几个细胞邻接处的角隅发生加厚 故称厚角组织细胞壁不含木质素 虽有一定的坚韧性 可塑性和伸展性 但支持力较弱厚角组织的细胞是活细胞存在于幼茎 叶柄 叶片 花柄等器官的外围在器官形成过程中 厚角组织出现较早 是正在生

14、长的茎叶的支持组织 厚壁组织 细胞具均匀加厚的次生壁 常木质化 细胞成熟时 原生质体死亡分解 成为只留有细胞壁的死细胞 a 石细胞 细胞等直径 形状不规则 壁极度增厚和强烈木质化 成熟时成为仅具坚硬厚壁的死细胞 单个散生或聚集成簇 也可连续成片分布于茎 叶 果实和种子中 有增加器官硬度和支持的作用 b 纤维 梭形的细长细胞 壁强烈增厚 广泛存在于植物体各部分 排列紧密 并聚集成束 成为植物体内的坚强支柱 根据所处位置 可分为 木纤维 存在于木质部中 较短 细胞壁木质化 坚硬 脆 宜作造纸或人造纤维原料 韧皮纤维 存在于韧皮部中 较长 细胞壁轻度或不木质化 富含纤维素 有韧性 是良好的纺织原料

15、4 输导组织 植物体内长距离输导水分和有机物的组织 a 管胞 上下两个死细胞的端部紧密重叠成长管状 运输水分和无机盐 次生壁不均匀加厚 因此还有一定支持作用 裸子植物主要靠管胞运输水分和无机盐 b 导管分子 长管状的死细胞 细胞壁也有5种加厚方式两端初生壁溶解 形成穿孔多个导管分子以端壁纵向连接而成导管导管管径较管胞粗大 又以穿孔直接沟通 因此 导管比管胞具较高运水效率存在于被子植物木质部中 为管状活细胞 纵向连接形成筛管 只具初生壁 上下端壁上有许多小孔称筛孔 具筛孔的端壁特称筛板 运输有机物 c 筛管分子 上下两细胞的细胞质通过筛孔彼此相连 与胞间连丝相似 但较粗大 特称联络索 在联络索周

16、围由胼胝质鞘包围 在衰老或休眠的筛管中 筛板上积累大量胼胝质 形成垫状的胼胝体封闭筛孔 休眠解除时消失 筛管分子的侧壁上有许多特化的初生纹孔场 称为筛域 与相邻细胞进行物质交换 筛管分子具生活的原生质体 但成熟后核消失 具有结构P 蛋白体 通常分散在细胞质中 受干扰时聚集到筛孔处形成粘液塞 d 伴胞 位于筛管分子旁高度特化的细长薄壁细胞 伴胞 与筛管由同一个母细胞分裂而来 大子细胞形成筛管分子 小的发育为伴胞 有细胞核和浓厚的细胞质 筛管寿命仅1或2 3年 筛管死亡后 伴胞也随之死亡 即所谓 同生共死 伴胞功能 为筛管提供能量 运输物质 e 筛胞 裸子植物没有筛管 输导有机物质的结构是筛胞 与筛管分子相比 原生质体中无P 蛋白体 细胞壁上只有筛域而无筛板 筛胞之间以侧壁上的筛域相通 进行物质运输 维管组织 木质部和韧皮部的组成中分别以具有输导功能的管状分子 导管分子 管胞 和筛管分子或筛胞为主 所以形态学上 将木质部和韧皮部称为维管组织 5 分泌结构 植物体内有些细胞可产生一些特殊的物质 如蜜汁 黏液 挥发油 树脂 乳汁等 并把它们排出体外或积存在体内 这种现象称为分泌 凡是能产生分泌