植物细胞与组织.ppt

第二章植物细胞与组织 第一节植物细胞 一 细胞的发现及其意义二 细胞生命活动的物质基础 原生质三 植物细胞的形状与大小四 植物细胞的结构与功能五 植物细胞的后含物六 植物细胞的分裂七 植物细胞的生长 分化与凋亡 一 细胞的发现及其意义 1665年 英国虎克hooke用他自己改进的显微镜研究软木的结构时 发现了极小的蜂窝状的小室 将其命名为细胞 实际上 他所观察到的仅仅是软木死细胞的细胞壁 细胞是生命活动的基本单位 二 细胞生命活动的物质基础 原生质 原生质 protoplasm 是构成细胞的生活物质 是细胞结构和生命活动的物质基础 1 原生质的化学组成 2 原生质的胶体性质 具有一定弹性 粘度 半透明 不均一的亲水胶体 通常情况下 原生质胶粒悬浮在水溶液介质中 这种现象称为溶胶 它具有半流动性 所以在生活细胞中常可看到原生质流动的现象 但在一定条件下 如温度降低 水分减少时 胶粒连结成网状 而水溶液分散在胶粒网中 胶粒失去活动性 这种现象成为凝胶 原生质有时成溶胶状态 有时成凝胶状态 有时介于两者之间 这种状态的变化受到生理生化反应和环境条件的影响而不断变化 3 原生质的生理特性 新陈代谢 是生命的基本特征 生活的原生质必须不断地从环境中吸取水分 空气和营养物质 经过一系列复杂的生理生化作用 合成为自身的物质 即同化作用 原生质的某些物质不断地分解为简单的物质并释放能量 供生命活动的需要 即异化作用 三 植物细胞的形状与大小 各种细胞形状不同 大小差异很大 一般15 30 m最小的是支原体直径0 1 0 15 m最长的棉花纤维细胞650mm 植物细胞的形态和功能相统一 纤维 薄壁细胞 番茄果肉细胞 石细胞 叶表皮细胞 导管 植物细胞形状和大小 植物学常用长度单位及符号 1mm 毫米 10 3m 米 1 m 微米 10 6m1nm 纳米 10 9m1 埃 10 10m肉眼分辨率 0 2mm光学显微镜分辨率 0 2 m电子显微镜分辨率 0 2nm 四 植物细胞的结构与功能 植物细胞由细胞壁和原生质体两部分组成 原生质体 protoplast 是由原生质分化而成的各种结构的总称 包括细胞膜 细胞质与细胞核三部分 植物细胞 细胞壁 原生质体 细胞膜细胞质细胞核 植物细胞的结构图解 四 植物细胞的结构与功能 一 细胞膜 质膜 二 细胞质 三 细胞核 四 细胞壁 五 原核细胞与真核细胞 植物细胞的结构模式图 核基质 一 细胞膜 质膜 plasmalemma plasmamembrane 化学组成 主要由脂类和蛋白质构成 还有少量的糖 结构 单位膜 流动镶嵌模型 功能 具有选择透性 能控制细胞内外的物质交换 调节物质运输 保持相对稳定的内环境 并有细胞识别等功能 在电子显微镜下 细胞膜呈暗亮暗三层 中间的亮层为磷脂双分子层的疏水尾部 两侧暗层为蛋白质分子层和磷脂双分子层的亲水头部 这样的一种膜结构称为单位膜 单位膜结构图 流动镶嵌模型 膜脂 膜蛋白 膜糖 脂双层构成膜的基本骨架 蛋白质镶嵌在脂双层上 强调了膜的流动性 强调了膜的不对称性 由流动镶嵌模型发展而来的生物膜结构模型 二 细胞质 细胞质 cytoplasm 是细胞膜以内 细胞核以外的原生质 由胞基质 细胞器及细胞骨架组成 1 胞基质 胞基质 cytoplasmicmatrix 细胞质中除细胞器以外的无色半透明的胶体物质 可进行胞质运动 是代谢的重要场所 胞质环流 cyclosis 生活细胞的胞基质处于不断流动状态 称为胞质环流 具有维持细胞正常代谢 物质转移和信息传递的作用 包括旋转运动和循环运动 2 细胞器 细胞器 orgallera 细胞内具有特定形态结构和功能的亚细胞结构 主要的细胞器 双层膜结构 质体 线粒体 半自主性细胞器 单层膜结构 内质网 高尔基体 溶酶体 圆球体 微体 液泡无膜结构 核糖体 1 质体 质体 plastid 为绿色真核植物所特有的细胞器 质体的功能是合成和积累同化产物 质体未分化成熟时称为前质体 proplastid 成熟质体有三种类型 叶绿体 chloroplast 有色体 chromoplast 白色体 leucoplast 叶绿体 叶绿体 含有叶绿素和类胡萝卜素 存在于植物绿色部分的细胞中 如叶肉细胞和幼茎的皮层细胞 呈卵形而略扁 直径2 6 m 叶绿体的超微结构被膜 外膜 内膜基粒基质片层基质 类囊体是由单层膜围成的扁平小囊 膜上结合有光合色素 其中叶绿素是主要的光合色素 它能吸收和利用光能 直接参与光合作用 叶绿体的超微结构 基粒 基质片层 内膜 外膜 基质 叶绿体存在部位及结构 有色体 有色体含有类胡萝卜素 叶黄素和胡萝卜素 由于两者比例不同 可分别呈黄色 橙黄色或橙红色 有色体存在于植物花瓣 果实和根中 例如黄色的花瓣 番茄和辣椒等红色果实 胡萝卜的根中 有色体能积累淀粉和脂类 在花和果实中具有吸引昆虫和其他动物传粉及传播种子的作用 白色体 不含色素 呈无色颗粒状或不规则形状 多见于幼嫩或不见光的组织的细胞中 特别是贮藏组织的细胞中 聚集于细胞核附近 白色体根据功能的不同 可分为造粉体 造蛋白体和造油体 造粉体 造油体 造蛋白体 白色体的类型 在一定条件下 一种质体可以转化成另一种质体 有色体 叶绿体 白色体 光照 黑暗 质体的转化 线粒体 mitochondrion 外形球状 杆状 超微结构 由双层膜包被 内膜内折形成嵴 嵴之间充满液态基质 内膜 嵴及基质中均含有与呼吸作用有关的酶类 功能 进行呼吸作用的场所 外膜 内膜 嵴 2 线粒体 基质 3 核糖体 核糖体 ribosome 由大小两个亚单位组成 主要成分是核糖体RNA rRNA 占60 与蛋白质 r蛋白质 占40 核糖体是合成蛋白质的场所 常几个到几十个与信使RNA分子结合成多聚核糖体 游离核糖体 附着核糖体 4 内质网 内质网 endoplasmicreticulum 是由单层膜围成的扁平的囊或管 在胞基质中形成相互沟通的网状结构 类型 粗面内质网 RER 和光面内质网 SER 功能 与蛋白质 RER 脂类 SER 等的合成 运输有关 ER是许多细胞器的来源 如高尔基体 液泡等 光面内质网 粗面内质网 5 高尔基体 高尔基体 Golgibody dictyosome 由多个单层膜围成的扁平的囊和小泡组成 功能 合成半纤维素 果胶质等多糖类物质 参与细胞壁的形成 运输蛋白质与脂类 具有分泌作用 溶酶体和圆球体 6 溶酶体 lysosome 由单层膜围成的小泡状细胞器 含有多种水解酶 以酸性磷酸酶为特有酶 溶酶体具有消化作用 可分解生物大分子以及受损伤的或衰老的细胞结构等 7 圆球体 spherosome 由单层膜围成的球状小体 内含多种水解酶 脂肪酶 具有溶酶体的性质 也可积累脂肪 在一定条件下也可分解脂肪 8 微体 微体 microbody 是由单层膜围成的细胞器 其功能与其所含酶类有关 过氧化物酶体 与叶绿体 线粒体共同参与光呼吸 乙醛酸循环体 与圆球体 线粒体配合 将脂肪分解成糖 9 液泡 液泡 vacuole 是由单层膜围成的细胞器 内含细胞液 植物特有的细胞器 液泡演进过程 液泡膜是具有选择透性的膜 内含的细胞液 cellsap 主要成分是水和代谢产物 如多种有机酸 生物碱 无机盐 花青素等等物质 花青素可使花 果实等器官呈现红 蓝 紫色 随细胞液的酸碱度不同而发生变化 酸性时呈红色 碱性时呈蓝色 中性时呈紫色 液泡具有贮藏 消化和渗透调节的作用 3 细胞骨架 细胞骨架 Cytoskeleton 是指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系 微管 微丝 中间纤维 细胞骨架的功能 不仅在维持细胞形状 保持细胞内部结构的有序性中起重要作用 而且与细胞运动 物质运输 信息传递 细胞分裂等生命活动密切相关 1 微管 microtubeles 微管 是由微管蛋白 和 球状蛋白 组成的中空长管状结构 直径24nm 功能 支架作用 细胞内物质运输的轨道 细胞有丝分裂时 构成纺锤体 介导染色体的运动 细胞壁建成时 控制纤维素微纤丝的排列方向 微管在细胞中的运输作用 微管 2 微丝 microfilaments 又称肌动蛋白纤维 主要成分是肌动蛋白 是由两条肌动蛋白丝缠绕形成的纤维 直径为7nm 除了起支架作用外 与物质运输 胞质环流和花粉管的生长有关 微丝在细胞中的运输作用 3 中间纤维 中间纤维 intermaediatefilament 是一类直径介于微管与微丝之间的管状纤维 直径为10nm 目前对中间纤维功能的认识尚不充分 已知的有 加固细胞骨架 与微管 微丝一起维持细胞形态和参加胞内运输 固定细胞核 在细胞分裂时可能对纺锤体与染色体有空间定向与支架作用 三 细胞核 nucleus 细胞核的周期性变化 细胞核的形态与结构 细胞核的功能 细胞核的形态和结构 常呈圆球状 核膜细胞核核仁核质染色质核基质 或核液 1 核膜 nuclearmembrane 核膜 为双层膜 两层膜在许多地方愈合形成核孔 外膜外表常附着有核糖体 并可与糙面内质网相连 功能 1 将核内物质与细胞质分开 有利于维持遗传物质的稳定性 2 核膜上的核孔介导细胞核与细胞质间的物质运输 核孔复合体 nuclearporecomplex 2 核仁 nucleolus 核仁 是核内1 几个折光更强的匀质小球体 外表无膜 功能 是rRNA合成 加工以及核糖体亚单位装配的场所 3 染色质 chromatin 染色质 间期核中能被碱性染料染色的部分 在细胞分裂间期时呈细丝状 有丝分裂时则螺旋化成为染色体 chromosome 染色质是由DNA 组蛋白 非组蛋白和少量RNA组成的复合体 构成染色质的基本结构单位是核小体 功能 细胞中遗传物质存在的主要形式 核小体 染色体的四级结构 4 核基质 nuclearmatrix 核基质 或核液 真核细胞间期核中除核膜 核仁和染色质外的一个精密网架系统 或称核骨架 nuclearskeleton 功能 主要是作为骨架 提供附着或支撑点 核基质电镜图 N 细胞核的功能 遗传物质贮存 复制和转录的场所 细胞生命活动的控制中心 四 细胞壁 cellwall 细胞壁 是原生质体外围的一层有一定硬度和弹性的复杂结构 是植物细胞特有的结构 细胞壁的分层细胞壁的化学组成与超微结构细胞间的联络结构 纹孔和胞间连丝细胞壁的生长和特化细胞壁的功能 胞间层 初生壁 次生壁 1 细胞壁的分层 胞间层 生活细胞一般只有胞间层和初生壁 形成时间 细胞分裂产生新细胞时在两个子细胞之间形成的壁层 主要成分 果胶质 特性与功能 胶粘 粘连相邻细胞柔软 缓冲细胞间的挤压 1 胞间层 intercellularlayer 2 初生壁 primarywall 形成时间 细胞生长 体积增大时 加在胞间层内侧的壁层 主要成分 纤维素 半纤维素 果胶质 特性与功能 薄而柔软 具弹性和可塑性 适应体积不断增大的需要 同时可透过水分和溶质 初生壁和胞间层紧密相连 光镜下难区别 3 次生壁 secondarywall 形成时间 有些细胞适应特殊的机能 在细胞体积停止增大以后 加在初生壁内侧的壁层 主要成分 纤维素和其它非纤维素物质如木质等 特性与功能 较厚 较坚硬 加强支持和保护作用 细胞壁的主要成分是多糖 包括纤维素 果胶 半纤维素 在植物体不同细胞的壁成分中还会有木质 栓质 角质 蜡质等 2 细胞壁的化学组成与超微结构 纤维素是细胞壁的主要成分 它构成细胞壁的基本构架 纤维素的生物学结构单位是微纤丝 果胶 半纤维素 木质 栓质等壁物质填充在微纤丝网的空隙 由500 1000个葡萄糖分子聚合成一个纤维素分子 大约40个纤维素分子束状排列形成分子团 由分子团平行排列形成微纤丝 电镜可见 由微纤丝聚集成大纤丝 光镜可见 微纤丝在细胞壁各层排列方向不同 细胞壁各层微纤丝的排列方向 次生壁内层 次生壁中层 次生壁外层 初生壁 胞间层 3 细胞间的联络结构 纹孔和胞间连丝 1 纹孔 2 胞间连丝 多细胞植物体通过纹孔和胞间连丝紧密联系成统一体 1 纹孔 pit 相邻细胞的纹孔通常成对存在称纹孔对 纹孔的主要类型 纹孔腔呈圆筒状的称为单纹孔 simplepit 纹孔腔呈圆锥状而边缘向细胞内隆起的称为具缘纹孔 borderedpit 初生纹孔场 在初生壁上有些较薄的凹洼区域称为初生纹孔场 纹孔 在次生壁形成过程中未增厚的凹陷部分称为纹孔 2 胞间连丝 plasmodesma 主要分布在初生纹孔场处 其它部位也有少量分布 功能 植物细胞间物质和信息交换的通道 在植物的细胞通讯中起着重要作用 胞间连丝 胞间连丝 是穿过细胞壁沟通相邻细胞的丝状结构 细胞壁 plasmodesma 链样管 胞基质 内质网 质膜 4 细胞壁的生长和特化 1 细胞壁的生长 细胞壁的生长包括壁的面积增大和厚度增加 通常有两种方式 内填生长 新的壁物质插入原有结构中 使壁延展 敷着生长 新的壁物质成层附着在内表面 使壁增厚 2 细胞壁的特化 植物细胞由于生理上的分工 细胞壁会发生性质的变化 使细胞壁完成一定的功能 常见的细胞壁特化有 木化 细胞壁中增加木质的过程 角化 细胞壁中增加角质的过程 栓化 细胞壁中增加栓质的过程 矿化 细胞壁中增加矿质的过程 粘液化 细胞壁中果胶质和纤维素变成粘液的过程 红色部分为梨果肉石细胞 木化 lignification 细胞壁渗入木质素 使细胞壁坚硬 起支持作用 如导管 管胞 纤维 石细胞等 叶表皮细胞附着角质层 黑色箭头所指 角化 cutinication 细胞壁渗入角质 脂类物质 并常在细胞壁外堆积形成角质层 不易透水 起保护作用 木栓层 栓化 suberization 细胞壁渗入木栓质 脂类物质 使细胞壁不透水 不透气 起保护作用 水稻硅化的表皮细胞 矿化 细胞壁渗入二氧化硅等物质 使细胞壁坚硬粗糙 增加抗性 功能 1 保护原生质体 维持细胞的形状 对器官起一定的支持作用 同时能防止细胞吸涨而破裂 2 参与植物细胞的生长 吸收 运输 蒸腾和细胞间的识别等生命活动 五 原核细胞与真核细胞 P13 原核细胞 Procaryoticcell 没有真正的细胞核 即没有核膜将它的遗传物质与细胞质分隔开 真核细胞 Eucaryoticcell 有真正的细胞核 遗传物质被包被在核膜内 细胞器种类 数量相对丰富 原核细胞与真核细胞的主要区别细胞的基本共性 1 细胞膜2 两种遗传物质 DNA与RNA3 核糖体4 一分为二的分裂方式 原核细胞与真核细胞的比较 特征原核细胞真核细胞 细胞膜有 多功能性 有核膜无有染色体有一个环状DNA分子构成的单2个染色体以上 染色体有线状个染色体 DNA不与或很少与蛋DNA与蛋白质组成白质结合核仁无有线粒体无有内质网无有高尔基体无有溶酶体无有核糖体70S80S核外DNA细菌具有裸露的质粒DNA线粒体DNA 叶绿体DNA细胞壁主要成分是氨基糖与壁酸植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶细胞骨架无有细胞增殖方式无丝分裂 直接分裂 以有丝分裂 间接分裂 为主 五 植物细胞的后含物 P25 后含物 ergasticsubstance 是细胞新陈代谢过程的中间产物 贮藏物质及代谢废物等 分布于液泡及其它细胞器和胞基质中 后含物中主要是贮藏物质 常见的有淀粉 蛋白质和脂类 其它后含物 晶体 单宁 色素等 脐 结构轮纹单粒 类型复粒半复粒 检验 淀粉粒遇碘液 I2 IK溶液 呈蓝紫色 脐 轮纹 淀粉 淀粉是植物界最普遍的贮藏物质 通常呈颗粒状 称淀粉粒 蛋白质 贮藏蛋白是没有生命的 处于比较稳定的状态 常以无定形或结晶状存在 形成糊粉粒 糊粉粒是一团无定形蛋白质 内含一个球状体和几个拟晶体 检验 蛋白质遇碘液 I2 IK溶液 呈黄色 1 球状体 2 拟晶体 3 无定形蛋白 4 糊粉粒 5 细胞核 小麦颖果横切面 示糊粉层 1 果皮 2 种皮 3 糊粉层 4 贮藏淀粉的薄壁组织 蓖麻的糊粉粒 脂肪和油 油和脂肪常大量存在于种子和果实的细胞中 常呈小油滴或固体状 在常温下呈液体的称为油 呈固体的称为脂肪 检验 遇苏丹 III呈橙红色 晶体 无机盐存在于细胞液中 有的成溶解状态 有的形成结晶体 最常见的是草酸钙结晶 一般认为 结晶是由细胞中代谢废物沉积而成的 草酸钙形成结晶后 成为不溶于水的物质 对原生质体没有毒害 单晶 针晶 簇晶 六 植物细胞的分裂 P31 细胞繁殖主要以分裂方式进行 分裂方式有三种 有丝分裂 无丝分裂和减数分裂 细胞周期 cellcycle 是指连续分裂的细胞 从上一次有丝分裂结束开始到下一次分裂完成为止所经历的全部过程 细胞周期可分为间期和分裂期 进一步划分为4个时期 G1期 S期 G2期 M期 持续分裂细胞 终末分化细胞 G0期细胞 一 有丝分裂 1 间期 从前一次分裂结束 到下一次分裂开始的一段时间 DNA合成前期 G1期 合成RNA 蛋白质和脂类 合成期 S期 进行DNA复制 组蛋白也相应增加一倍 DNA合成后期 G2期 RNA和蛋白质的合成继续进行 同时合成微管蛋白 并准备能量 2 分裂期 可分为前期 中期 后期 末期四个时期 洋葱根尖细胞有丝分裂 中期 末期 前期 后期 1 前期 2N 染色质逐