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1、第 一 章 植物细胞的 结构与功能 一 概述 细胞发现与显微镜 一 细胞的发现 1665年英国人胡克 Robert Hooke 用自制的 显微镜 放大40倍 140 倍 观察软木薄片 发 现了软木是由许多蜂窝 状的小格子 小室 组 成 并将其定名为 细胞 Cell l与此同时 荷兰的一位生物业余爱好者 列文虎克 A V Leeuwenhook 也先 后用自制的显微镜 观察了池塘中的原 生动物和单细胞藻类 牙垢上的细菌 鱼的红细胞 精子等 这是人类第一次 观察到完整的活细胞 二 细胞学说的建立 1838年德国 植物学家施莱登提出所有植物体都 是由细胞组合而成 这一结果被德国动物学家 施旺 183
2、9年 在动物中证实 由此提出 细胞学说 细胞学说可以概括为 1 任何一个细胞都是从其他细胞中产生出 来的 2 细胞是构成有机体的基本单位 3 植物和动物的细胞大致是相似的 一切生命有机体都由细胞构成 单细胞生物如 细菌 衣藻 酵母菌 群体生物如 团藻 多细胞生物如 竹 熊猫 证明细胞全能性的实验 三 各类显微镜 1 光学显微镜 复式显微镜 暗视野显微镜 相差显 微镜 倒置显微镜 荧光显微镜等 2 电子显微镜 透射电子显微镜 扫描电子显微镜 生物显微镜与体视显微镜 倒置显微镜和倒置荧光显微镜 光学显微镜下的成熟花药结构 生殖细胞 花粉粒 花粉壁 营养细胞 纤维层 表皮 透射电子显微镜 透射电子显
3、微镜下看到的花粉粒 扫描电子显微镜 扫描电镜下柱头表面形态 各种 视野 下的细菌 光镜 暗视野 荧光透射电镜 超薄切片 冷冻切片扫描电镜 DNA蛋白质 复合物 二 细胞的基本结构与功能 1 细胞膜和细胞壁 2 细胞核 3 细胞质和细胞器 细胞器有 线粒体 质体 叶绿体 有色体 白色体 内质网 核糖体 高尔基体 溶酶体 微体 液泡 细胞骨架 植物细胞显微结构图 植物 细胞 的立 体结 构模 型 l真核细胞 植物细胞和动物细胞 叶绿体 线粒体 细胞壁 细胞膜 液泡 细胞质 光面内质网 细胞核 粗面内质网 高尔基体 高尔基体 线粒体 细胞质 细胞膜 细胞核 粗面内质网 光面内质网 中心体 纤毛 动物
4、细胞与植物细胞的区别 细胞器动物细胞植物细胞 细胞壁无有 叶绿体 质体 无有 液泡无有 圆球体无有 乙醛酸循环体无有 通讯连接方式间隙连接胞间连丝 中心体有无 高等植物 胞质分裂方式收缩环细胞板 植物细胞的全能性 细胞膜 细胞膜又称质膜 具有半透性 可选择地让 物质通过 它还有一些细胞识别位点如激素 的受体 抗原结合点等 具有接受外界信息 与外界通讯等功能 细胞膜 质膜 l膜的化学组成 几乎全由磷脂和蛋白质组成 此外 尚有少量的糖类 l在电子显微镜下看到的质膜是由两层染色深 的暗层 一层蛋白质的分子层和脂类双分子 层的亲水头 中间夹着一层染色浅的亮层 脂类双分子层的疏水尾 组成 这样的结 构称
5、为单位膜 细胞膜的结构图 膜结构的液态镶嵌 模型 在脂质双分子 层中镶嵌着球蛋白分 子 膜中的蛋白质有 的是特异酶类 在一 定条件下具有 识别 捕捉 和 释放 某些物质的能力 从 而对物质的透过起主 动的控制作用 l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 生物膜的结构是与其功能相一致的 质膜具有多种生理功能 l维持稳定的细胞内环境 分室作用 l控制细胞内外的物质交换 有选择性地使物质 通过或排出废物 物质交换 l吞食外围的液体或固体小颗粒 l参与胞内物质向胞外分泌 l接受外界的刺激和信号 l代谢场所 l还参与细胞的相互识别的功能 2 细胞壁
6、l细胞壁的结构大体可分为三层 胞间层 初生壁和次生壁 l一般认为 细胞分化完成后仍保持有生 活原生质体的细胞不具次生壁 细胞壁的结构图 l 1 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 l 2 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 初生壁主要成分是纤维素 半纤维素 和果胶质 l 3 次生壁是细胞体积停止增大后加在初生 壁内表面的壁层 l 次生壁的主要成分有纤维素 半纤维素 且常 有木质素等物质填充其内而发生质变 l纤维素是细胞壁的主要成分 它构成细胞壁的 框架 其他
7、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 壁层名称主要成分形成时间 胞间层 又称中 胶层 果胶物质新细胞形成时 初生壁纤维素 半纤 维素和果胶质 细胞生长过程 中 次生壁纤维素 半纤 维素和木质素 细胞停止生长 后 细胞壁的功能 l维持细胞形状 控制细胞生长 l物质运输与信息传递 l防御与抗性 寡糖素 植保素 伸展蛋白 extensin 植物细胞壁中富含 羟脯氨酸的糖蛋白 通过肽链间的交联 形成网络系统 与纤维素网系相辅 增 强细胞壁的韧性和刚性 由于可以控制 植物细胞的伸展 故称为伸展蛋白 植物细胞间的连 接 胞间连丝 功能 1 物质
8、交换 2 信息传递 某些分子的半径和分子量 4nm和6nm 代表了胞间连丝 的孔径 胞间连丝 plasmodesmata 的三种 状态 1 正常态 结构固定 能允许小分子物质通 过 2 开放态 内部结构 解体 扩大为开放的通 道 能允许较大分子通 过 3 封闭态 通道被堵 塞 阻止物质外运 造 成细胞间的生理隔离 胞间连丝的 超微结构 管胞结构图 示具缘纹孔 核被膜 包在核外的双层膜 外膜可延 伸与细胞质中的内质网相连 一些蛋 白质和RNA分子可通过核被膜或核被膜 上的核孔进入或输出细胞核 核仁 是核中颗粒状结构 富含蛋白质 和RNA 核糖体的装配场所 大多数细 胞的核内有1个或几个核仁 染色
9、质是核中由DNA和蛋白质组成并可 被苏木精等染料染色的物质 染色质 DNA含有大量基因片段 是生命的遗传 物质 间期核染色质常伸展成网状细 丝 染色质 分裂时 染色质高度 螺旋化变粗 染色体 染色质和核仁都被液态的核基质所包 围 二 二 细胞核细胞核 间期核圆球形 幼小细胞核居中 细胞核的主要功能 l是控制蛋白质的合成 控制细胞的 生长 发育和遗传 因此 细胞核 被强调为 细胞的控制中心 在细 胞遗传和代谢方面起着主导作用 三 细胞质与细胞器 l细胞质是质膜以内 细胞核以外的原生质 l细胞质可分胞基质和细胞器 l细胞器是细胞内具有特定结构和功能的亚细胞 结构 l胞基质是无色透明的胶体物质 l胞
10、基质能维持细胞器的实体完整性提供所需要 的离子环境 供给细胞器行使功能所必须的物 质 同时 胞基质本身还进行某些生化反应 l 细胞器 细胞膜内是透明粘稠并可流动的细胞质 基质 细胞器分布在细胞质基质中 细胞器主要包括 内质网 核糖体 高 尔基体 溶酶体 线粒体 质体 微体 液 泡 微管 微丝等 有的细胞表面还有鞭毛 或纤毛 1 线粒体 1 形状和大小 除细菌 蓝藻和 厌氧真菌外 生活的细胞一般都有 线粒体 线粒体呈粒状 棒状 丝 状或分枝状 线粒体较小 直径一 般为 0 5 1 0微米 2 结构 显微镜下用詹纳斯绿B 染色才能看到 用电子显微镜观 察 线粒体有一层外膜和一层内 膜 内膜在许多部
11、位向内褶叠成 管状或搁板状突起称为嵴 嵴间 的空间为基质 其中含有DNA 蛋白质 核糖体 类脂球等 在 基质和内膜中 有ATP酶和三羧 酸循环酶等 与呼吸作用有关 线粒体的功能 是细胞进行有氧呼吸的场所 提供能量 2 质 体 l质体根据色素和 功能的不同 分 为三种主要类型 l叶绿体 l有色体 l白色体 质体 前基粒质体 1 叶 绿 体 高等植物的叶绿体 主要存在于叶肉细 胞中 其功能是进 行光合作用 把光 能转变为化学能 将二氧化碳和水合 成有机物 释放氧 气 叶绿体的形状 为椭球形 叶绿体的超微结构图 l叶绿体外被两层膜 称 叶绿体被膜 被膜以内 有蛋白质基质和密布其 中的基粒 每个基粒由
12、 10 100个类囊体叠成 类囊体是由单层膜围成 的 并且具有很多穿孔 的扁平小囊 囊内含有 液状内含物 l类囊体平行地相叠 在 基质间到处延伸 组成 了复杂的类囊体系统 2 有色体 含有类胡萝卜素的质体 故呈橘红 黄之 间的色彩 花瓣 果实等的颜色就是有色 体的颜色 有色体多从叶绿体转化而来 积累脂类和淀粉 3 白色体 是无色的质体 近球形 存在于甘薯 番 薯 马铃薯地下贮藏器官中 种子的胚 及少数植物叶的表皮细胞中也有存在 包 括合成淀粉的造粉体 合成脂肪和油的造 油体 贮存蛋白质的糊粉体等 3 3 内质网内质网 脂类双分子层为基础形成的囊腔和管道系 统 分为糙面内质网和光面内质网 光面内
13、质网与脂类合 成和代谢有关 糙面内质网膜上附有颗粒状的核糖体 核糖体是细胞合成蛋白质的场所 糙面内质网合成 并运输蛋白质 内质网是许多细胞器的来源 4 核糖体 l核糖体是合成蛋白质的场所 核蛋白体 含有大约40 蛋白质和60 的RNA 核 糖体大小约15 30纳米的小颗粒 由大小 两个亚单位组成 l核糖体常几个到几十个与信使RNA分子 结合成念珠状的复合体 称为多聚核糖 体 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 6 溶 酶 体 l溶酶体常为圆球形 只有一层膜包围 含 有活
14、性范围非常广泛 的各种水解酶类 以 酸性磷酸酶为特有的 酶 l溶酶体在细胞内起消 化作用 能降解生物 大分子 进行异体吞 噬 自体吞噬甚至发 生自溶作用 l 溶酶体是内质网分离 出来的小泡形成的 7 圆球体 l圆球体是一层膜包围的球状小体 圆球体含 有脂肪酶 是积累脂肪的场所 因而是一种 贮藏细胞器 贮藏油滴 脂肪等 l圆球体也具有溶酶体的性质 近年来 认为圆球体与周围细胞质构界面上存在 半单位膜 能被锇酸强烈还原 故圆球 体又被称为类脂球 8 微 体 l膜内有一单位膜 含有酶 都含有过氧 化氢酶 乙醇酸氧化酶与尿酸酶 l分为两种类型 一是过氧化物酶体 与 光呼吸有密切关系 另一种为乙醛酸循
15、环体 与脂肪代谢有关 能将脂肪分解 成糖 9 液泡 l液泡是植物细胞的显 著特征之一 l液胞内的液汁称细胞 液 其主要成分是水 并含有糖 有机酸 脂类 蛋白质 酶 氨基酸 树胶 粘 液 植物碱 花青素 和无机盐等物质 液泡的生理功能 贮藏作用 吸收和积累物质 吞噬和消化作用 调节细胞水势 pH值与离子稳态 可以缓 冲外界条件的突然变化 因而液泡与植物抗性 酚类 生物碱等 有关 使细胞呈色 花青素的颜色随着细胞液的酸 碱性不同而有变化 酸性时呈红色 碱性时呈 蓝色 如牵牛花 由早上的蓝色 中午的红色 10 细胞骨架 l细胞质中存在着骨架结构 称为细胞骨架 构成细胞 骨架的三种结构是微管 微丝和居
16、间纤丝 中间纤维 它们和细胞质基质中更细微的纤维状蛋白系统 称为微梁系统 l微管呈中空管状或纤丝状结构 微管的管壁由13条原纤 丝集合而成 每条原纤丝由 和 球状蛋白 即微管蛋 白的亚基组成二聚体 沿着管径的长轴呈斜向交替排 列 微管在细胞中起支架作用 使细胞保持一定的形 状 微管还参与构成纺锤丝 参与细胞壁的形成和生 长 微管也与胞质运动和鞭毛运动有关 l微丝是比微管更细的纤丝 l维持着细胞的形态结构和内部结构的有序性 真核细胞与原核细胞的区别 原核细胞无成形的细胞核 无 细胞器的分化 真核细胞有成形的细胞核 有细胞器的分化 l 原核细胞 遗传的信息量小 遗传信息载体仅由 一个环状DNA构成 细胞内没有核膜和 具有专门结构与功 能的细胞器的分化 细胞的全能性 概念 植物体的每个具核细胞都含有母 体的全部基因 在一定条件下有发育成 完整植株的潜在能力 植物组培技术的理论基础 复习思考题 典型的植物细胞与动物细胞在结构上差 异是什么 这些差异对植物生理活动有 什么影响 谢谢
