大学生植物学必看PPT

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1、第一章 植物细胞,基本要求,1.了解细胞学说的提出在自然科学发展史上的重大意义。 2.掌握细胞壁、细胞膜、细胞器和细胞核的结构及其主要功能。 3.掌握细胞分裂对于生物体维持一切生命活动和延续物种的重要意义，细胞分裂的三种方式（无丝分裂、有丝分裂、减数分裂），特别是有丝分裂的过程和各个分裂时期的特点。,第一节 细胞是植物体结构和功能的基本单位,显微镜的发明与细胞的发现: 1. 1590 荷兰眼镜制造商J.Janssen和Z.Janssen父子制作了第一台复式显微镜，尽管其放大倍数不超过10倍，但具有划时代的意义。 2. 1665 英国人Robert Hooke用自己设计与制造的显微镜（放大倍数为

2、40-140倍，观察了软木（栎树皮)的薄片，第一次描述了植物细胞的构造，并首次用cells（小室)这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室（实际上只是观察到到纤维质的细胞壁)。 3. 1672，1682英国人Nehemiah Grew出版了两卷植物显微图谱，注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。,Robert Hooke 和他的显微镜,4.荷兰科学家列文虎克A. van Leeuwenhoek 1674年发明了世界上第一个可用光学显微镜，1680 成为皇家学会会员，一生中制作了200多台显微镜和500多个镜头。Magnification ranges were in the neig

3、hborhood of 50-275x。他是第一个看到活细胞的人，观察过原生动物、人类精子、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等等。,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,细胞的基本概念,18381839德国 Schleiden和Schwann创立细胞学说 1） 一切动植物有机体都是有细胞组成的； 2） 细胞是生命活动的基本单位，是多细胞有机体的结构、功能和遗传单位。 1855 德国人R. Virchow 提出“一切细胞来源于细胞”（omnis cellulae cellula）的著名论断，进一步完善了细胞学说。恩格斯将细胞学说誉为19世纪的三大发现之一。,病毒

4、、类病毒虽具有生命现象，但不具细胞结构。,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。细胞是生物体生长发育的基础。单细胞植物，一个细胞代表了一个个体，一切生命活动，包括新陈代谢、生长发育、繁殖，均由一个细胞完成。复杂的高等植物，一个个体由无数细胞组成，细胞之间有了机能和形态结构的分工，相互依存、彼此协作，共同保证有机体的正常生命活动。 细胞是生殖和遗传的基础与桥梁，具有相同的遗传语言；（遗传单位），细胞具有遗传上的全能性；,植物细胞的全能性： 植物的大多数生活细胞，在适当条件下都能由单个细胞经分裂、生长和分化，形成一个完整植株的现象

5、或能力。,现代生命科学的三大基石,1838-1839年 Schleiden和Schwann的细胞学说 1859年 达尔文的进化论 1866年 孟德尔确立的遗传学,细胞学的发展：,16世纪末20世纪初：细胞发现、细胞学说创立、细胞主要结构的发现及描述； 20世纪初1950s：细胞形态描述； 1950s 1990S：细胞各部分的结构和功能； 1990S至今：细胞的生命活动及其调控。 视频：美国科学家造出世界首个人造活细胞（2010年5月21日）,一、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）,第二节 植物细胞的基本结构,美国物理学家组织网1月16日报道：美实验揭示单细胞变多细胞过程,

6、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。,细胞的大小通常在2050 m之间 种子植物中一般直径10100 m,较大的如番茄果肉、西瓜瓤细胞达1 mm，肉眼可见。 最小：球菌直径0.5 m。支原体0.10.3 m 最大：苎麻纤维细胞长550 mm。,埃,关于分辨率,人肉眼分辨率：0.2 mm 光学显微镜 ：0.2 m 电子显微镜 ：0.2 nm 扫描隧道显微镜：0.1-0.2nm，0.001nm,能清楚区分被检物体细微结构最小间隔的能力，即相邻两个物点间最小距离的能力。,二、植物细胞的基本结构,植物细胞虽然大小不同，

7、形状多样，但是一般有相同的基本结构。 显微结构(microscopic structure)：由细胞壁（cell wall）和原生质体（protoplast）构成，后者又由质膜(plasmalemma、plasma membrane)、细胞质（cytoplasm）和细胞核（nucleus）构成。 亚显微结构(submicroscopic structure)或超微结构（ultrastructure）：在电子显微镜下显示的细胞结构称为亚显微结构或超微结构。,植物细胞结构全图,植物细胞的基本结构,植物细胞亚显微结构立体模式图,植物细胞的基本结构,细胞膜,细胞质,(后含物),核膜,核仁,细胞核,核质

8、,胞基质,细胞器,原生质体 (protoplast),细胞壁 (cell wall),植物细胞,植物细胞区别于动物细胞的特征之一, 是植物细胞特有的结构，它是由原生质体分泌的物质构成的，以前认为是无生命的，只起保护和支持的作用，使细胞保持一定的形状和相对稳定的外在环境。现在认为胞壁具有一定的生理活性功能。,（一）细胞壁,主要成分：多糖和蛋白质； 1）多糖主要是纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicellulose)和果胶类化合物。 2）蛋白蛋主要包括结构蛋白（如伸展蛋白）、酶和凝集素等。 3）其它：酚类化合物（木质素）、脂类化合物（角质、栓质、蜡质）、矿物质（草酸钙、碳酸钙、硅的氧

9、化物）。,1. 细胞壁的化学成分,细胞壁的亚显微结构 大纤丝(macrofibril)： 微纤丝(microfibril)：基本单位 微团(micelle)： 纤维素分子,微团,Microfibrils,（伸展蛋白）,细胞壁是在细胞分裂、生长和分化过程中形成的。由于功能不同，壁在结构和成分上变化很大。 细胞壁可以分为： 胞间层(intercellular layer)（中层）：果胶为主 ，可被果胶酶所溶解。 初生壁(primary wall)：纤维素和果胶，还有半纤维素和糖蛋白（与微纤丝交联）。果胶使细胞壁具延展性。 次生壁(secondary wall)：纤维素为主，常常含有大量木质素，少量

10、半纤维素，果胶质少，少延展性。 除此以外，细胞壁上还有纹孔和胞间连丝。,2. 细胞壁的结构层次,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,植物细胞初生壁的厚薄不均匀，有的地方厚些，有的地方薄些。 初生纹孔场(primary pit field) 在初生壁上具有一些明显的凹陷区域。 胞间连丝(plasmodesma)是穿过细胞壁，沟通相邻细胞的原生质细丝。（电镜下是复杂结构）,3.初生壁与初生纹孔场和胞间连丝,胞间层,初生壁 次生壁,初生纹孔场（蓝色）,初生纹孔场、纹孔和胞间连丝,胞间连丝的作用：胞

11、间运输，信息传递 （是植物细胞间物质和信息交流的直接通道，其通透性随组织种类及其生理状况和发育阶段而异。）,（A）两个相邻细胞分离的胞壁电子显微图，显示胞间连丝。 （B）具有两种不同形状的胞间连丝的细胞壁示意图。决定了胞间连丝分子筛的特性。,共质体/质外体 所有植物体可分成两个部分：通过胞间连丝结合在一起的原生质体，称为共质体（symplast）。共质体以外的部分，称为质外体（apoplast），包括细胞壁、细胞间隙和死细胞的细胞腔。,洋葱细胞不断长大，初生壁也扩大,初生壁的厚度一般较薄，约13 m，质地柔软，有较大可塑性，能随着细胞生长而延展。,植物细胞的次生壁不是完全连续的，有的地方有中断

12、，使得次生壁上有一些“小孔”： 纹孔(pit) 纹孔腔(pit cavity)，纹孔膜(pit membrane，二层质膜 + 二层初生壁 + 一层胞间层)，纹孔口 纹孔对(pit pair) 细胞壁上的纹孔通常与相邻细胞壁上的一个纹孔相对，二个相对的纹孔合称纹孔对。,4.次生壁与纹孔、纹孔对,次生壁,初生壁,胞间层,纹孔,纹孔对,单纹孔:细胞壁上来加厚的部分，呈圆孔形或扁圆形，纹孔对的中间由初生壁和中层所形成的纹孔膜隔开。,具缘纹孔:纹孔边缘的次生壁向细胞腔内呈架拱状隆起，形成一个扁圆的纹孔腔，纹孔腔有一圆形或扁圆形的纹孔口，同时在纹孔膜(即纹孔所在的初生壁）中央也加厚形成纹孔塞。因此，有些

13、具缘纹孔在显微镜下从正面看起来是三个同心圆，外圈是纹孔腔的边缘，第二圈是纹孔塞的边缘，内圈是纹口的边缘。纹孔塞在具缘纹上有活门的作用，当水流得很快时，水流压力会把隔膜推向一面，纹孔塞就把纹孔口堵塞起来,这样就使得上升水流减缓。这种纹孔塞只有在松柏类植物的管胞上才有，其他裸子植物和被子植物的具缘纹孔没有纹孔塞，因此，在正面只表现两个同心圆。,纹孔塞,塞缘,纹孔口,纹孔和胞间连丝,5. 细胞壁的特化（次生变化） 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，以增强细胞壁的硬度，增强细胞的支持力量。 角化： 叶和幼茎的表皮细胞外壁常为

14、胶质（脂类化合物）所浸透，且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。 栓化： 栓化是木栓质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。 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。 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。,6.细胞壁的局部加厚与降解,植物细胞分化过程中，常常发生细胞壁局部加厚与降解现象，以适应特定

15、生理功能。如导管、筛管、传递细胞的分化。,图 培养的百日草叶肉细胞，再分化成管状分子的过程涉及PCD （A）培养的叶肉细胞有全套的细胞器，改变培养基的激素成分，可以诱导细胞的去分化（B、C），然后逐步分化成管状分子的前体细胞（D），它是具有次生壁加厚特征的未成熟管状分子。在成熟的管状分子中，液泡裂解，随即细胞内容物完全降解（E），最后形成死而空的管状分子（F）。,7.细胞壁的功能,机械支持和保护 细胞壁和细胞的生长调控 参与物质运输（质外体运输） 参与细胞识别（糖蛋白、凝集素等） 防御（超敏反应） 参与细胞分化（固定极化方向）,生活在细胞原生质外表，都有一层膜包围，称为细胞膜（cell mem

16、brane）或质膜（plasma membrane）。 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。,（二）细胞（质）膜,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。,流动镶嵌模型,（1）类脂（Lipid):质膜结构的分子骨架，主要是磷脂,1.质膜的分子结构,磷脂性质:在水环境中形成的双分子层（Bilayer）是水溶性分子难以通过的天然屏障。,双分子层,磷 脂,膜蛋白：与磷脂双分子层结合，执行各种功能。 运输载体：各种分子泵，离子泵； 酶：催化剂、膜反应； 受体：接收和传导 化学信号； 连接：连接细胞骨架与胞外基质的分子结构。,（2）膜 蛋 白,1. 内在蛋白（跨膜蛋白） 2. 外在蛋白（周边蛋白 ）,膜蛋白与磷脂双层的结合方式,（3）膜糖 膜糖是由葡萄糖、半乳糖等9种单糖连成的寡糖链。多与蛋白质分子结合为糖蛋白，少与脂质分子结合为糖脂。糖蛋白与细胞识别现象有关