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1、第一章 植物细胞 细胞结构发现的历史轨迹细胞发现的历史：1665，胡克(R. Hooke)，死细胞1667，列文虎克(A. van Leeuwenhoek)，活细胞1831，布朗(R. Brown)，细胞核1838，施莱登(M. J. Schleiden)，核仁1839，浦金野(Purkinje)，原生质1839，莫尔(H. von. Mohl)，动物细胞肉样质显微镜下的细胞结构：20世纪初电镜下的细胞结构：20世纪40年代第一章 植物细胞细胞学说：由德国植物学家Schleiden，M.J.和动物学家Schwann，T. 于18381839年共同提出。植物和动物的组织都是由细胞构成的；所有的细
2、胞是由细胞分裂或融合而来的；卵和精子都是细胞；一个细胞可以分裂而形成组织。恩格斯高度评价了细胞学说的创立，将其列为19世纪自然科学的三大发现之一。细胞学说的重要意义：在细胞水平上提供了有机界统一的证据，证明了植物和动物有着细胞这一共同的起源，为19世纪自然科学领域中辩证唯物主义战胜形而上学、唯心主义，提供了一个有力的证据；为近代生物科学的发展，接受生物界进化的观念准备了条件，推动了近代生物学的研究。第一章 植物细胞细胞的研究技术：光学显微镜：分辨率0.2微米(m)，有效放大倍数1200倍。用于研究细胞的主要显微结构。超速离心机：分离活细胞的不同结构部分，用于研究细胞各部分的生理功能。显微放射自
3、显影术(microradioautography)：对细胞代谢进行动态研究。透 射 电 子 显 微 镜 (transmission electron microscope，TEM)：分辨率1埃()，有效放大倍数超 过 100万 倍 。 用 于 研 究 细 胞 的 超 微 结 构(ultrastructure)。电 镜 放 射 自 显 影 术 (electron microscopic autoradiography)：用于研究细胞结构和功能的关系。第一章 植物细胞扫 描 电 子 显 微 镜 (scanning electron microscope,SEM)：焦点深度大，用于观察细胞、组织、器
4、官、孢粉、器官发生、木材结构和断面结构等表面的三维立体图像。X射线衍射技术：研究生物大分子的空间结构。细胞显微光谱分析技术：精确定量研究细胞内的物质。显微操作仪；共聚焦显微镜；细胞离体培养和细胞杂交技术等。第一节 细胞的基本特征一、细胞的基本概念细胞是生物体结构的基本单位细胞是代谢和功能的基本单位细胞是生长发育的基础细胞是遗传的基本单位，具有遗传上的全能性，在一定条件下能发育新的个体。亚细胞结构不是构成植物体的单位真 核 细 胞 (eukaryotic cell)与 原 核 细 胞(prokaryotic cell)原 核 生 物 (prokaryote)和 真 核 生 物(eukaryote
5、)。第一节 细胞的基本特征原核细胞第一节 细胞的基本特征病毒(virus)：是比细胞更简单的生命有机体，也是目前已知的最小生命单位。它们只是由蛋白质外壳包围核酸芯子所组成的，并不具有细胞结构，可称为非细胞的生命形态(non-cellular form of life)。第一节 细胞的基本特征二、细胞的化学组成原生质(protoplasm)：构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础。所有的原生质有着相似的基本组成成分。组成原生质的化学元素及化合物主要化学元素是：碳、氢、氧、氮占90。少量几种元素是：硫、磷、钠、钙、钾、铁等。极微量的其他化学元素：钡、硅、矾、锰、钴、铜、锌、钼等。上述元素构成
6、许多类化合物，可分为有机物质和无机物质两类。第一节 细胞的基本特征（一）水和无机盐水一般占细胞全重的6090%。液态的水：是溶剂，也是分散介质。95的水参入代谢，以游离水的形式存在，也有少量的结合水。水含量的多少，影响原生质的胶体状态，水分多时，原生质呈溶胶状态，代谢活动旺盛；水分少时，原生质呈凝胶状态，代谢活动缓慢。水的比热大，能吸收大量的热能，从而使原生质的温度不致过高，这对维持原生质的生命活动具有很大意义。原生质中还有溶于水中的气体(如二氧化碳和氧等)、无机盐以及许多呈离子状态的元素，如铁、铜、锌、锰、镁、钾、钠、氯等。 第一节 细胞的基本特征（二）有机化合物蛋白质、核酸、脂类和糖，以及
7、极其微量的生理活跃物质等。1.蛋白质(protein)：是极其重要的高分子有机化合物，含量仅次于水，占干重的60。是原生质的结构物质，以酶等形式起着重要的作用。除碳、氢、氧、氮等元素外，还含有硫、磷、碘、铁、锌等元素。由很多较简单的化合物氨基酸(amino acid)聚合形成的高分子长链化合物。氨基酸有20多种。由于氨基酸的数量、种类、排列顺序等方面的差异，可形成各种各样的蛋白质。第一节 细胞的基本特征脂蛋白、核蛋白和色素蛋白。酶(enzyme)是生化反应的催化剂，多数情况下，一种酶只能催化一种反应。一个细胞约有3000种酶，原生质的不同部分或结构的特定功能，就和所含的特定酶有关。酶的非蛋白质
8、组分种类很多，如维生素、核苷酸或某些金属等。酶可以从细胞中分离出来，并仍保持其活性，这在工农业生产、医疗等方面有广泛的实用价值。 第一节 细胞的基本特征2.核酸(nucleic acid)：遗传物质，由许多单体核苷酸经脱水聚合而成的高分子有机化合物。单个核苷酸由一个含氮碱基、一个五碳糖和一个磷酸分子组成。核酸中仅有五种含氮碱基，它们是两种嘌呤腺嘌呤(adenine，缩写A)和鸟嘌呤(guanine，缩写G)；三种嘧啶胞嘧啶(cytosine，缩写C)，胸腺嘧啶(thymine，缩写T)和尿嘧啶(uracil，缩写U)。第一节 细胞的基本特征根据所含有的糖的不同，核酸可分为含有核糖的核糖核酸(r
9、ibonucleic acid，缩写RNA)和含有脱氧核糖的脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，缩写DNA)。DNA主要存在于细胞核内，是构成染色体的遗传物质；RNA则主要存在于细胞质中，而在碱基种类上，DNA含A、G、C、T等四种，在RNA中则以U代替T。在分子结构上，RNA是以单链存在，而DNA则以双链形式存在。DNA双螺旋结构Watson和Crick第一节 细胞的基本特征3.脂类(lipid)：凡是经水解后产生脂肪酸的物质属于脂类。它是一大类脂肪性质的物质，其共同特点是在水内很难溶解。（1）脂肪酸：饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。（2）中性脂肪和油：甘油三酯（3）磷脂类：
10、磷酸甘油酯（4）其它脂类物质：蜡、类固醇、萜。胡萝卜素脂类在原生质中有的作为结构物质，有些脂类物 质 形 成 角 质 (cutin)、 木 栓 质 (suberin)和 蜡(wax)，有些脂类物质，在细胞生理上有活跃的作用，如类胡萝卜素等。第一节 细胞的基本特征4.糖类(saccharide)：糖类是光合作用的同化产物，参与构成原生质和细胞壁。是能源，也是原料。糖类化合物含有碳、氢、氧三种元素。可分为单糖、双糖和多糖三类。单糖是不能用水解的方法再降解成更小糖单位的糖类。细胞内最重要的单糖是五碳糖和六碳糖，前者如核糖和脱氧核糖，是核酸的组成成分之一；后者如葡萄糖(C6H12O6)，是细胞内能量的
11、主要来源。双糖是由两个单糖分子脱去一个水分子聚合而成，植物细胞中最重要的双糖是蔗糖和麦芽糖。第一节 细胞的基本特征多糖是由许多单糖分子，脱去相应数目的水分子聚合而成的高分子糖类化合物，植物细胞中最重要的多糖有纤维素、淀粉、果胶等。纤维素是细胞的最重要的构架物质，而淀粉是贮藏的营养物质，果胶物质也是壁的组成成分之一。多糖可分为两类：（1）营养储备多糖：淀粉直连淀粉：250300葡萄糖支连淀粉：1000以上葡萄糖（2）结构多糖：纤维素、果胶、半纤维素第一节 细胞的基本特征(5)生理活性的物质：主要有酶、维生素、激素、抗菌素等。维生素(vitamin)：可分为脂溶性和水溶性两大类。前者如维生素A、D
12、、E、K等，后者如维生素B、C、P等。激素(hormone)：生长素、赤霉素、细胞分裂素、乙烯和脱落酸是植物体内产生的五大类已知的激素。一般说来，低浓度激素能促进植物的生长，而高浓度抑制植物的生长。抗菌素(antibiotic)：很多真菌和放线菌的细胞能产生抑制杀死某些微生物的物质。如青霉素、链霉素、土霉素、金霉素等以及农业上防治稻瘟病、甘薯黑斑病等植物病害的各种抗菌素等。第一节 细胞的基本特征溶胶凝胶生活的原生质，必须从环境中吸收水分、空气以及营养物质，经过一系列复杂的生理、生化作用，合 成 为 构 成 原 生 质 的 物 质 。 称 为 同 化 作 用(anabolism，assimila
13、tion)。原生质的某些物质，不断地分解，成为简单的物质，并且释放出能量，供生命活动的需要，这个过程称为异化作用(catabolism，dissimilation)。同化和异化分别包含一系列合成和分解的生化反应，共同构成了原生质的新陈代谢(metabolism)。第一节 细胞的基本特征三、植物细胞的基本特征（一）植物细胞的大小和形状细胞的形状和大小取决于其遗传性、生理功能、对环境的适应以及分化状态等。1.细胞的大小：绝大多数细胞体积都很小。体积小，表面积大，有利于和外界进行物质交换，对细胞生活有特殊意义。最 小 的 细 胞 ： 枝 原 体 (mycoplasma)， 直 径0.1m。分生组织细
14、胞：直径525 m。分化成长的细胞：1565 m。大型的细胞：肉眼可见。西瓜瓤的细胞直径1mm；棉籽的表皮毛长达75mm；苎麻茎纤维细胞长可达550mm。第一节 细胞的基本特征2.细胞的形状单细胞藻类、细菌等游离生活的细胞常为球形或近于球形；多细胞植物体由于细胞间的相互挤压，往往形成不规则的多面体十四面体；高等植物内的许多细胞的特殊形状，更体现形态与功能的统一。纤维管胞管胞第一节 细胞的基本特征（二）植物细胞与动物细胞的主要区别植物细胞：细胞壁、大液泡、质体，具有明显细胞体积增大的过程。动物细胞：中心粒第二节 植物细胞的基本结构和功能植物细胞的基本结构，包括细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核等四部
15、分。细胞膜、细胞质和细胞核三者均由原生质特化而来，总称原生质体，即细胞壁内各种结构的总称，是各种代谢活动进行的场所。后含物显微结构超微结构第二节 植物细胞的基本结构和功能一、原生质体（一）质膜：生活细胞的原生质外表，都有一层薄膜包围，将细胞与外界分开。这层薄膜称为细胞膜或质膜(plasmalemma)。质膜的横断面在电镜下呈现”暗明暗”三条平行的带，即内外两层暗的带(由大的蛋白质分子组成)之间，有一层明亮的带(由脂类分子组成)，这样的膜称单位膜(unit membrane)。生物膜(biological membrane)：包括质膜、核膜以及各种细胞器的膜。核膜、质体膜和线粒体膜是双层单位膜，
16、其它细胞器的膜都是单层单位膜。第二节 植物细胞的基本结构和功能1.质膜的分子结构质膜主要由脂类物质和蛋白质组成，还含有少量的多糖、微量的核酸、金属离子和水。膜的流动镶嵌假说：Jon Singer和Garth Nicolson脂类物质分子的双层形成了膜的基本结构的衬质(matrix)，膜的蛋白质分子则和脂类层内外表面结合，或者嵌入脂类层，或者贯穿脂类层而部分露在内外表面。膜及其组成物质是高度动态的、易变的。其磷脂和蛋白质都有一定的流动性，使膜的结构处于不断变动状态。第二节 植物细胞的基本结构和功能（1）脂双层（2）膜蛋白：外在蛋白或周边蛋白、内在蛋白载体、酶、受体（3）膜糖：葡萄糖、半乳糖等，糖
17、蛋白、糖脂细胞识别（4）细胞膜的流动性分子运动性第二节 植物细胞的基本结构和功能2.质膜的功能：维持稳定的胞内环境，调节和选择物质的通过，细胞识别、信号传导、新陈代谢调控等。（1）物质的跨膜运输简单扩散、促进扩散、主动运输、内吞作用、外排作用（2）细胞识别：糖蛋白（3）信号转换：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称为细胞信号转导。第二节 植物细胞的基本结构和功能 (二)细胞质细胞质(cytoplasm)：是细胞膜以内，细胞核以外的原生质。可分为胞基质和细胞器。细胞器(organelle)：是细胞内具有特定结构和功能的亚细胞结构。胞基质(cytoplasm matrix
18、) ：是包围细胞器的、没有特定结构的细胞质。第二节 植物细胞的基本结构和功能 1.细胞器（1）质体(plastid)：植物细胞特有，是一类合成和积累同化产物的细胞器。叶绿体(chloroplast)、有色体(chromoplast)和白色体(leucoplast)。叶绿体第二节 植物细胞的基本结构和功能前质体：质体未分化成熟时称为前质体(proplastid)。存在于根端、茎端的分生组织细胞中，直径11.5m，无色或呈淡绿色，形状不规则，其内部结构比较简单。叶绿体：是绿色质体，含有叶绿素、叶黄素和类胡萝卜素，其主要功能是进行光合作用(photosynthesis)。存在于叶肉细胞、保卫细胞和其它绿色组织细胞中。叶绿体常分布于靠近细胞质膜处的胞基质中，直径310 m，常呈圆球形或椭圆球形。第二节 植物细胞的基本结构和功能质体的超微结构双层单位膜类囊体基粒基粒间膜或基质片层基粒片层基质中有拟核、核蛋白体、淀粉粒、质体小球和酶分裂增殖。第二节 植物细胞的基本结构和功能有色体：含有类胡萝卜素而呈现红黄色的质体，能积累脂类和淀粉。白色体：不含可见色素，是无色的质体，包括合成淀粉的造粉体(amyloplast)、合成脂肪的造油体(elaioplast)和合成贮藏蛋白质的造蛋白体(proteinoplast)。第二节 植物细胞的基本结构和功能有色体、白色体以及质体的相互转变
