《植物生物学》01-1 植物细胞的结构与功能

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1、Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能第 一 部 分细 胞（Cell） 植物细胞的结构与功能细胞代谢细胞分裂、分化、衰老与死亡1Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能第一章植物细胞的结构与功能2Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能植物细胞植物细胞：植物体组成结构、执行功能及遗传的基本单位。3Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能 植物学上常用的长度单位 1M=103mm=106m=109nm=1010 大多数动植物细胞直径一般在10100m 人眼的分辨极限为73m（0.073mm）

2、 显微镜！4Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能罗伯特虎克（RHooke，16351703）1665年观察到得软木切片细胞植物木栓细胞5显 微 镜 的 种 类光学显微镜电子显微镜 明场显微镜 体式显微镜 倒置显微镜 相衬显微镜：1953年诺贝尔物理奖 微分干涉显微镜 偏光显微镜 荧光显微镜 激光共聚焦显微镜 近场扫描光学显微镜 透射电子显微镜 扫描电子显微镜分辨率为0.2nm（最新数据可达0.5）有效放大倍数可达100万倍（最新数据可达300万倍）分辨率为0.2 m（最新数据可达50-70nm）有效放大倍数1000倍扫描探针显微镜：如扫描隧道显微镜 （1986诺贝

3、尔物理学奖），原子力显微镜等分辨率可达0.1nm 6激光共聚焦显微镜confocal日本日立公司H800透射电子显微镜 日本电子公司JSM-35CF扫描电子显微镜体式显微镜（解剖镜）明场显微镜7Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能材料的处理制成植物制片l切片法：徒手切片、 石蜡切片、电镜切片 l 非切片法：活体直接观察、涂片、撕片 法、压片法、刮片法 临时制片：短期观察永久制片：长期观察临时制片取材8Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能取材杀死、固定冲洗、脱水置换入包埋剂包埋切片粘片染色（石蜡、树脂等） 观察 封片保存保存永久制片制作

4、流程（以石蜡为主）石蜡切片机 半薄切片机 超薄切片机番红、固绿、 苏木精40 100 nm5 mm0.5 2 mm9明场观察椴树茎横 切石蜡制片微分干涉观察洋葱表 皮撕片暗场观察马铃薯 淀粉粒偏光观察马铃薯 淀粉粒荧光观察纺锤体激光共聚焦观察百 合花粉粒中微丝透射电子显微镜 观察细胞器扫描电镜观察侧根发育电镜观察细胞结构（冰冻断裂）10Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能细胞：除病毒 、类病毒和噬菌体以外的所有生物 体组成结构、执行功能及遗传的基本单位。 生物 非细胞形态：病毒、类病毒、噬菌体 细胞形态： 原核生物：细菌、蓝藻、支原体、放线菌 真核生物：绝大多数动

5、物和植物 细胞11Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能原核细胞( procaryotic cell ) 与真核细胞( eucaryotic cell )是原核细胞还是真核细胞？是植物细胞还是动物细胞？照片中显示了细胞的哪些结构？是光镜照片还是电镜照片？12Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能植物细胞的基本形态组成叶片的细胞类型13Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能植物细胞与动物细胞14Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能植物细胞的基本结构线粒体高尔基体细胞核内质网纹孔及胞

6、间连丝胞间隙叶绿体 细胞壁胞基质细胞膜核糖体液泡细胞骨架过氧物酶体15植物细胞的基本结构表面结构： 细胞壁、质膜 内部结构 细胞质：基质、 细胞器、骨架系统 细胞核 后含物 胞间连络结构： 纹孔、胞间连丝原生质体细胞（质）膜 细胞质和细胞器 细胞核 胞间连丝后含物细胞壁细胞16Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能一、细胞（质）膜 (plasmalemma)1.膜的分子结构2.质膜的功能第一节 细胞（质）膜和细胞壁17Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能一 、 细胞（质）膜Cell membrane (plasmalemma) 质膜 (

7、 细胞膜cell membrane，外周膜（ biomembrane）细胞内膜 生物膜( biological membrane ) 动、植物细胞中膜 的统称。由脂类、蛋白 质以及糖等物质组成 。质膜18Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能1959年 J. D. Robertson单位膜模型质 膜 的 超 微 结 构厚约 80单位膜(Unit membrane)： 电镜下膜的剖面表现为两 条暗带夹一明带结构，这 三层结构合称为单位膜。19糖蛋白糖脂细胞骨架磷脂双分子层内在蛋白疏水部分亲水头部细胞质外在蛋白生物膜分子结构的流体镶嵌模型(fluid mosaic mo

8、del) Jon Singer and Garth Nicolson 1972 提出，此后不断得到补充修正 流 动 性 不对称性20Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能蛋白与膜的结合方式 、内在蛋白；、脂锚定蛋白；、外在蛋白21Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能生物膜分子结构的三个重要特征：流 动 性 不对称性 不均匀性22Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能膜脂分子的运动流 动 性侧向扩散旋转摆动翻转运动伸缩震荡23Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能侧向扩散和旋转运动蛋

9、白质分子的运动 糖蛋白糖脂细胞骨架磷脂双分子层内在蛋白疏水部分亲水头部细胞质外在蛋白24Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能1970年Larry Frye等人将人和和鼠的细胞膜用不同荧 光抗体标记后，让两种细胞融合，杂种细胞一半发红 色荧光、另一半发绿色荧光，放置一段时间后发现两 种荧光抗体均匀分布。细胞融合技术观察蛋白质运动25Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能不对称性糖蛋白糖脂细胞骨架磷脂双分子层内在蛋白疏水部分亲水头 部细胞质外在蛋白26Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能膜脂的成分主要有磷脂(p

10、hospholipid)、糖脂(glycolipid)和固醇(sterol) ，它们在 脂类双分子层“构架”中的分布不是均匀的，膜上有的区域处于凝胶 态，有的处于流动的液晶态，在膜上形成许多膜脂组成及流动性不同的微区 (domain)。 不均匀性27Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能糖蛋白糖脂细胞骨架磷脂双分子层内在蛋白疏水部分亲水头部细胞质外在蛋白膜的流动性是受限制的，否则膜结构将趋于均匀对称！ 膜脂的组成、细胞骨架系统、蛋白质、环境因子等限制着膜的流动。 膜的结构和动态是受到细胞精密组织和控制的！28Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结

11、构与功能膜脂膜蛋白磷脂 50%以上。 糖脂 5%以下 固醇外在膜蛋白 内在膜蛋白膜的化学组成 细胞膜具有选择透性 流 动 性 不对称性 不均匀性极性头部和非极性的尾部29Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能 物质跨膜运输 细胞识别 信 号 转 导 纤维素的合成和 微纤丝的组装质 膜 的 功 能通道蛋白载体蛋白糖蛋白受体蛋白30信号转导外 界 环 境 的 信 号体 内 其 它 细 胞 的 内 源 信 号从细胞外信号转换为细胞内信号并与相应的生理生 化反应偶联的过程叫做细胞信号转导（signal transduction）。31Plant Biology 2009 第

12、一章 植物细胞的结构与功能信号转导cAMP、钙离子和肌醇磷脂等细胞信号转导过程图解32Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能二、 细胞壁(cell wall) l细胞壁的分层l细胞壁的化学组成与超微结构l初生壁的结构模型l细胞壁的次生加厚、次生变化和局部降解细胞壁是一个有代谢活性的结构，它参与细胞的生 长、发育、分化、识别、物质代谢等过程。在植物形 态建成中起重要作用。33Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能初生壁胞间层次生壁纤维细胞细胞壁的分层胞间层初生壁2.1细胞壁分层细胞壁为什么在显微镜下会呈现不同的层次？薄壁细胞细胞壁的分层34

13、2.2、细胞壁的化学组成主要构架物质衬 质交联聚糖-联锁纤维素骨架35Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能D-葡萄糖 -1，4葡聚糖链状纤维素分子 微纤丝 大纤丝细胞壁的主要构架细胞壁的主要构架成分-纤维素大纤丝.微纤丝-1，4葡聚糖 分子团纤维素分子有花植物微纤丝直径为512 nm36Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能冷杉根皮层中的石细胞在非偏振光显微镜下（A）和 偏振光 显微镜下（B所见的细胞壁构象。微纤丝的结构： 结晶区（）与 非结晶区（）37Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能纤维素合酶复合体细

14、胞壁的主要构架纤维素合成和微纤丝（microfibril)的组装38Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能微纤丝（microfibril)的组装UDP-G39Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能-1，4葡聚糖链状纤维素分子微纤丝 大纤丝细胞壁的主要构架衬质：填充于细胞壁构架内的物质，由非纤维素的多糖 （果胶多糖、半纤维素、胼胝质、粘液、树胶）和蛋白质、水分组成 40Plant Biology 2009 第一章 植物细胞的结构与功能蛋白质 蛋白质约占细胞壁干重的510。 1、结构蛋白 ：富含羟脯氨酸糖蛋白：伸展蛋白(extensin)。富脯氨酸蛋白富甘氨酸蛋白等 2、 细胞壁中的酶：水解酶类，如蛋白酶、核糖核酸酶、淀粉酶、果胶酯酶等氧化还原酶，如过氧化物酶、过氧化氢酶、苹果酸脱氢酶等 3、胞壁松弛因子 扩展蛋白(expansin)。 1992年，Cosgrove实验室从黄瓜 下胚轴和燕麦胚芽鞘细胞壁中分离出，使细胞壁松弛的作用。 。 4、凝集素 一类能与糖结合的蛋白质或糖蛋白， 凝集素参与植物对细 菌、真菌和病毒等的