大学植物学课件第一章植物细胞

1、 细胞细胞是生命体进行生命活动的结构、功能和遗传单位。是生命体进行生命活动的结构、功能和遗传单位。一、细胞的起源和演化一、细胞的起源和演化 1.1.细胞的出现是一个重要细胞的出现是一个重要的里程碑的里程碑 2.2.真核细胞出现分室，形成真核细胞出现分室，形成细胞核和各种细胞器细胞核和各种细胞器 3.3.单细胞生物发展为多细单细胞生物发展为多细胞生物是生物演化的又一次胞生物是生物演化的又一次飞跃。飞跃。二、人类对细胞的认识二、人类对细胞的认识 胡克胡克 光学显微镜光学显微镜(英)罗伯特.布朗（1831）兰科叶片表皮细胞的细胞核汉斯坦 原生质体（1880）光学显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜第一

2、架电子显微镜（德国 Semens 公司，1933）内质网（Porter等 ，1945）叶绿体（Porter等 ，1947） 高尔基体（Daltond）、核膜（Callon 等，1950） 溶酶体（De Dave）、线粒体（Palade，Porter等1952）， 单位膜（Robertson ，1958） 细胞的显微及超微结构显微结构（microstructure）指在光学显微镜下观察到的细胞结构。超微结构（ultrastructure）指在电子显微镜下观察到的细胞结构，也称亚显微结构。光镜光镜电镜电镜电镜电镜电电镜镜下下的的细细胞胞 细胞是生命活动的细胞是生命活动的功能单位功能单位，一切代谢活

3、动均以细胞为基础；，一切代谢活动均以细胞为基础； 特化的细胞分工合作，共同完成复杂的生命活动特化的细胞分工合作，共同完成复杂的生命活动 细胞是细胞是生殖和遗传生殖和遗传的基础与桥梁；具有的基础与桥梁；具有相同的遗传语言相同的遗传语言； 细胞是生物体细胞是生物体生长发育生长发育的基础。的基础。细胞是生命的基本结构单位，生物是由细胞组成的；细胞是生命的基本结构单位，生物是由细胞组成的；细胞的基本概念细胞的基本概念一、一、 植物细胞的形状与大小植物细胞的形状与大小第一节 植物细胞的形态与结构 植物体由细胞构成（单细胞或多细胞）植物体由细胞构成（单细胞或多细胞） 细胞的大小通常在细胞的大小通常在20-

4、5020-50 m m之间之间 细胞的形态多样，球形、多面体、立方体、长细胞的形态多样，球形、多面体、立方体、长形等形等 二、植物细胞的基本结构二、植物细胞的基本结构细胞壁细胞壁 (cell wall)(cell wall)细胞细胞原生质体原生质体(protoplast)(protoplast)细胞质细胞质 (cytoplasm)(cytoplasm)和和细胞核细胞核 (nuclear)(nuclear)细胞器细胞器 (organelle)(organelle)质膜质膜(plasma membraneplasma membrane)（一）细胞壁（一）细胞壁细胞壁(cell wall）包围在原生

5、质体外的坚韧外壳包围在原生质体外的坚韧外壳 保护、支持作用保护、支持作用 吸收、蒸腾、运输、分泌吸收、蒸腾、运输、分泌 细胞识别细胞识别 参与细胞生长调控参与细胞生长调控细胞壁1.化学成分： 纤维素 (cellulose) 果胶类物质 半纤维素（hemicellulose): 胼胝质 多种酶类 (enzymes)和糖蛋白电镜下，构成细胞壁的结构单位是微纤丝微纤丝(microfibril)，由纤维素分子束(微团微团)聚合而成微纤丝相互交织成网状，构成细胞壁的基本框架，果胶、木质、栓质等填充于微纤丝“网”的空隙中微纤丝再聚集成较粗的纤丝，叫大纤丝大纤丝(macrofibril)微纤丝是在质膜表面合

6、成的，其在细胞壁上的沉积方向由分布在质膜内的微管决定；微纤丝排列方向的不同就形成了不同的细胞壁层次次生壁次生壁初生壁初生壁中层（胞间层）中层（胞间层）2. 空间结构a.中层（胞间层） 相邻两个细胞初生壁之间共有的部分，在细胞分裂产生新细胞时形成。 成分：果胶质（多糖），能将相邻的细胞粘连在一起。 可塑性：缓解细胞间的压力，不影响生长。 来源：存在于中层内，是新细胞产生的第一层真正的细胞壁，原生质体分泌的壁物质在中层上沉积所形成的壁层。 化学成分：多糖（纤维素、半纤维素、果胶质）、蛋白质（结构蛋白、酶、凝集素）。 结构模型：经纬结构纤维素构成经，伸展 蛋白构成纬，交织而成网状结构。 特点：壁薄，

7、具有弹性和可塑性。 功能：随细胞生长而生长。b.b.初生壁初生壁威尔逊威尔逊- -福莱模型（福莱模型（19861986）次生壁来源：细胞分化时，物质积累在 初生壁局部或全部表面，构成次生壁。成分：纤维素（相对多）,木质素、基质多糖（相对少）。结构：电镜下（根据纤维素微纤丝排列的方向）分位三层。特点：细胞壁厚度增加，刚性增强，但没有延展性。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大部分具次生壁的细胞，在成熟时原生质体死亡，残留的细胞壁有支持保护的功能初生壁是细胞生长时形成的壁层，可随细胞生长而伸展，次生壁是细胞停止生长以后所

8、沉积的壁层。化学成分区别： 初生壁纤维素约占1/4 次生壁纤维素约占1/2。d.初生壁和次生壁的主要区别：胞间连丝(plasmodesmata) 细胞壁生长时并非均匀增厚，在初生壁上有一些较薄的区域叫初生纹孔场(primary pit field)，其上有许多小孔，细胞的原生质细丝通过这些小孔,与相邻细胞相连 穿过细胞壁，沟通相邻细胞的原生质细丝，称为胞间连丝电镜下，胞间连丝是直径40nm的管状结构，相邻细胞的质膜通过胞间连丝相互连接起来，内质网也相连通过胞间连丝结合在一起的原生质体，称共质体(symplast)共质体以外的部分，称质外体(apoplast)，包括细胞壁、细胞间隙和死细胞的细胞

9、腔纹 孔 纹孔（pit）：次生壁形成时在纹孔场不被次生壁物质覆盖，形成的凹陷区域。类型： 单纹孔（single pit） 具缘纹孔（bordered pit） 纹孔膜：两个纹孔间的胞间层和两层初生壁形成纹孔膜 相邻两细胞之间的纹孔多成对存在，称纹孔对(pit pair) 盲纹孔：只有一侧的壁有纹孔。 A：单纹孔 B：单纹孔对 C：具缘纹孔对 D：半具缘纹孔对 E、F：具缘纹孔细胞壁的特化：由于环境的影响，生理机能的不同，细胞壁常常沉积其他物质，以致发生理化性质的变化。 木质化 木栓化 角质化 矿质化 原生质体(protoplast)细胞质 (cytoplasm)和细胞器 (organelle)

10、细胞核 (nuclear)细胞膜（cell membrane)( (二）原生质体二）原生质体 原生质体：构成生活细胞的除细胞壁以外的所包含的各部分，是结构单位。 原生质：构成原生质体的主要物质称为原生质。细胞中具有生命的物质基础，细胞中的一切代谢活动都在原生质内进行。1.细胞核（nuclear） 通常一个细胞只有一个细胞核，偶有双核或多核 细胞核一般圆球形，直径约10-20m细细胞胞核核核膜核膜(nuclear (nuclear envelop)envelop)染色质染色质(chromatin)(chromatin)核仁核仁(nucleolus)(nucleolus)核基质核基质染色质和染色体

11、是同一物质，在细胞周期的不同时期的不同形态 沃森和克里克在他们搭建的DNA模型前合影，此时他们已功成名就 Francis Crick Maurice Wilkins Franklin James Watson 2.质膜 (plasma membrane) 原生质体表面的一层薄膜，由脂类和蛋白质组成。 质膜=细胞膜=外周膜 生物膜=质膜+内膜单位膜质质 膜膜 的的 超超 微微 结结 构构单位膜(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。疏水区内在蛋白内在蛋白外周蛋白外周蛋白磷脂双层糖脂糖蛋白Jon Singer 和和Garth Nicolson

12、 1972年提出年提出生物膜的流体镶嵌模型生物膜的流体镶嵌模型生物膜的“流动镶嵌模型”主要特点有序性流动性不对称性 质质 膜膜 的的 功功 能能 1.物质跨膜运输 2.能量转换 3.代谢调节 6.信号转导 4.细胞识别 5.抗逆性 3. 3. 细胞质（细胞质（cytoplasm)cytoplasm)细胞质基质（细胞质基质（cytomatrix)cytomatrix)细胞器细胞器(organelle)(organelle)细胞器细胞器：细胞质中具有一定形态、结构和：细胞质中具有一定形态、结构和功能的结构功能的结构细细胞胞器器质体质体线粒体线粒体高尔基器高尔基器内质网内质网微体微体圆球体圆球体核糖

13、体、溶酶体、核糖体、溶酶体、液泡液泡、微管等、微管等（1）质体（Plastid）质体质体有色体有色体 (chromoplast)(chromoplast)叶绿体叶绿体 (chloroplast)(chloroplast)白色体白色体 (leucoplast)(leucoplast)与糖类合成和储藏有关形态、数目、大小形态、数目、大小存在：叶肉细胞、茎的皮层细胞、花和未成熟的果实等。存在：叶肉细胞、茎的皮层细胞、花和未成熟的果实等。结构：双层膜结构：双层膜: : 外膜、内膜外膜、内膜 基本结构单位基本结构单位-类囊体类囊体（它是由单层膜围成的囊）（它是由单层膜围成的囊） 类囊体沿叶绿体长轴平行排

14、列，形成圆柱状颗粒类囊体沿叶绿体长轴平行排列，形成圆柱状颗粒-基粒基粒（基粒片层）；（基粒片层）； 基质基质可溶性蛋白、核糖体、可溶性蛋白、核糖体、DNADNA等。等。 叶绿体（叶绿体（chloroplast) ) 进行光合作用的细胞器。叶绿体的显微及超微结构叶绿体的显微及超微结构基质基质基质类囊体基质类囊体基粒基粒叶绿体膜叶绿体膜细胞质中的核糖体细胞质中的核糖体叶绿体中核糖体叶绿体中核糖体 有色体(chromoplast)：形状多样，只含有叶黄素和胡萝卜素，存在于花瓣和果实中，胡萝卜根中也有。能积聚淀粉和脂类白色体(leucoplast)：不含色素，呈无色颗粒状，普遍存在于植物体各部分的储藏

15、细胞中。储藏淀粉的称为淀粉体淀粉体，储藏蛋白质的称为蛋白体蛋白体，储藏脂类的称为造油体造油体。（2）液泡（vacuole）：细胞代谢产物的储藏场所 细胞液（细胞液（cell sap）被一层液泡膜(tonoplast)所包被，膜内充满细胞液(cell sap)，主要有水分、糖、单宁、有机酸、植物碱、花色素、无机盐等。液泡中含有花色素(主要是花青素anthocyanidin),致使花瓣具有鲜艳的颜色。花青素随pH不同其色泽可变，碱性时呈兰色，中性时呈紫色，酸性时呈红色渗透调节；贮藏；消化细胞学家把细胞质中凡是由单层膜所包围的小泡，称为液泡系(vacuome)，包括液泡、溶酶体、圆球体、微体等细胞基

16、质（matrix) 细胞质中除细胞器以外的胶状物质称为细胞基质，细胞骨架和各种细胞器分布期中，含丰富蛋白质，可运动，与细胞代谢密切相关。 含义：植物细胞中的贮藏物质、代谢废弃物和植物次生物质。 种类：糖类、蛋白质、脂类、盐类的晶体、一些有机化合物。后含物（ergastic substance)形式：以颗粒状态存在，称为淀粉粒淀粉粒(starch grain)鉴定：用碘碘化钾溶液染色时，通常呈蓝黑色形成淀粉粒时，先从一个点（脐点脐点）开始，向外层层沉积，形成许多同心的层次轮纹轮纹（直链淀粉和支链淀粉交替沉积而成）单粒淀粉粒：只有一个脐点复粒淀粉粒：有2个以上脐点，每个脐点有各自的轮纹半复粒淀粉粒

17、：2个以上脐点，各脐点除有本身的轮纹外，还有共同的轮纹包围（一）贮藏的营养物质1 、淀粉(starch):2、蛋白质* 形式：拟晶体，其晶体与无机盐结晶不同，常呈方形，糊粉粒：由一层膜包裹成的圆球状颗粒* 鉴定：贮藏蛋白质遇碘呈黄色 糊粉粒集中分布于种子的胚乳和子叶中，往往禾谷类胚乳的最外一层细胞或几层细胞中含有大量的糊粉粒，特称为糊粉层糊粉层(aleurone layer)。豆类子叶细胞中除普遍具有糊粉粒外，还含有一或几个拟晶体 豆类糊粉粒的形成过程是：一个大液泡分散成几个小液泡，随种子的成熟，小液泡内的蛋白质逐渐变为糊粉粒；种子萌发时，糊粉粒中的蛋白质被利用，小液泡重新转变成一个大液泡3、

18、脂肪(fat)和油类(oil)形式：以固体或油滴的形式存在于细胞质中，是细胞中含能量最高而体积最小的贮藏物质，常存在于种子、胚和分生组织细胞中鉴定：用苏丹或苏丹染成橙红色（二）生理活性物质含量很少，但对细胞生命活动起着非常重要作用的物质，统称为生理活性物质生理活性物质酶、维生素、植物激素、杀菌素等保证细胞内一切生化反应的正常进行；调节和控制植物生长、发育、繁殖以至遗传、变异等一系列生命活动过程（三）其它物质 糖类、有机酸、单宁、花青素、植物碱、精油、晶体等 植物细胞内的晶体主要是草酸钙晶体、稀碳酸钙晶体，存在于液泡中 单晶：棱柱状或角锥状 针晶：针状，常聚集成束 簇晶：球状，由许多单晶联合形成

19、，每个单晶的尖端都突出于晶簇的表面 总 结质体线粒体高尔基体内质网核糖核蛋白体液泡溶酶体圆球体微体微管微丝叶绿体有色体白色体粗糙型内质网光滑型内质网细胞质基质细胞器质膜细胞质细胞核核膜核质核仁染色质核基质原生质(生活物质)后含物(代谢产物)贮藏的营养物质生理活性物质其它物质淀粉脂肪蛋白质维生素、生长素、酶无机盐、生物碱、单宁、有机酸、晶体等原生质体细胞 壁胞间层初生壁次生壁植物植物细胞细胞 细胞分裂是细胞繁殖的一种形式。第二节植物细胞的分裂 植物的生长依赖于细胞分裂，细胞分裂还导致了多细胞生物的组织分化和生长发育细胞分裂、分化和死亡是多细胞个体发育的三个重要事件细胞分裂、分化和死亡是多细胞个体

20、发育的三个重要事件增加数目增加体积功能分化无丝分裂无丝分裂有丝分裂（又称间接分裂）有丝分裂（又称间接分裂）减数分裂减数分裂 细胞的自由形成细胞的自由形成 植物细胞的分裂植物细胞的分裂四种分裂方式有 丝 分 裂 特点：细胞的形态，尤其是细胞核的形态发生明显的变化，出现了染色体和纺锤丝，有丝分裂因此得名。 有分裂能力的细胞，从上一次分裂结束到本次分裂结束所经历的一个完整过程称为一个细胞周期一、细胞周期（cell cycle) 典型的细胞周期可包括间期和细胞分裂期两部分。 间期包括一个DNA合成期（S期）及S期前后两个间隙期（G1期，G2期）。 细胞分裂期则包括核分裂和胞质分裂两个主要过程。（一）分

21、裂间期 (interphase) 时间：从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂开始的一段时间。 细胞形态细胞形态：有核膜、核仁、染色质。 是有丝分裂的物质和能量的准备时期。周期细胞、G0期细胞与终端分化细胞 在细胞周期中运转的细胞，属周期细胞 暂时脱离细胞周期的细胞，它们可在适当的刺激下重新进入细胞周期，进行增殖。属G0期细胞。 不可逆地脱离了细胞周期，失去分裂能力，保持生理机能的细胞， 为终端化细胞（二）分裂期 分裂期分裂期核分裂核分裂胞质分裂胞质分裂 核分裂后，紧结着发生胞质分裂；也有核分裂后，紧结着发生胞质分裂；也有核分裂多次，胞质再分裂，形成核分裂多次，胞质再分裂，形成多核细胞多核细胞。前

22、期中期后期末期前期：染色质浓缩成染色质浓缩成染色体染色体，核膜、核仁核膜、核仁消失，消失，纺锤丝纺锤丝出现。出现。染色质和染色体是同一物质，在细胞周期的不同时期的不同形态中期：纺锤体纺锤体完全形成，完全形成，染色体染色体排列在赤道板上。排列在赤道板上。后期：每个染色体的两条染色单体分离，并在纺锤每个染色体的两条染色单体分离，并在纺锤丝的牵引下由赤道板移向两极。丝的牵引下由赤道板移向两极。末期：形成二子核，染色体解螺旋，纺锤形成二子核，染色体解螺旋，纺锤丝消失，接着进行胞质分裂，形成两个新细丝消失，接着进行胞质分裂，形成两个新细胞。胞。.胞质分裂在有丝分裂的末期，赤道面上形成细胞细胞板板，将细胞

23、质从中间隔开。细胞板逐渐向四周扩展，直到与母细胞的细胞壁相连接，完全把母细胞分隔成二个子细胞。在两个新的子核之间形成新细胞壁，把一个母细胞分隔成二个子细胞的过程，称为胞质分裂 有丝分裂是一个连续的过程，根据染色体形态的变化特征可分为前期、中期、后期和末期。细胞周期与有丝分裂 特点：在间期每个染色体复制成两条相同的染色单体，在分裂时有规律地分配到两个子细胞核中。（三）细胞周期的持续时间不同物种、不同组织细胞周期所经历的时间不同一般来说，凡DNA含量高,细胞周期持续时间较长温度条件的影响非常显著，如向日葵根尖分生组织细胞，25时7.8h，2012.5h，1523.2h，1046h细菌在适宜条件下，

24、每20min分裂一次周期中各个时期的长短一般以S期最长，M期最短，G1和G2期变动较大。如紫露草根尖细胞的周期约20h，间期约17.5h(G1期4h，S期10.8h，G2期2.7h)，M期2.5h(前期1.6h，中期0.3h，后期及末期0.6h)有丝分裂的生物学意义： 每次分裂前必须进行一次染色体的复制 染色体分裂为两条子染色体，平均分配到两个子细胞中 保证每一个子细胞具有与母细胞相同数量和类型的染色体 保证每一代的子细胞与母细胞具有相同的遗传物质，保证了细胞遗传的稳定性植物细胞的增殖n 细胞分裂的作用 一些单细胞生物，如衣藻，一次细胞分裂可形成两个新生物体。 多细胞生物，也是由一个细胞受精卵

25、或合子经过多次分裂和分化发育形成细胞分裂（cell division）无丝分裂（直接分裂 direct division） 细胞的简单分裂方式， 有：横缢、纵缢、出芽等三、无丝分裂分裂时核内不出现染色体，也不形成纺锤丝分裂形式：横缢、纵缢、碎裂、出芽等分裂过程：核仁一分为二，细胞核延长，核仁向两端移动，核中间缢缩断裂成两个子核，随后在两子核之间形成新壁，成为2个子细胞优点：消耗能量少，分裂速度快缺点：不能保证母细胞的遗传物质平均地分配到两个子细胞中第三节 植物细胞的生长、分化植物细胞生长和发育细胞体积和重量不可逆增加的过程，是 植物个体生长的基础植物细胞的生长和发育植物细胞的生长和发育植物细胞

26、分化(cell differentiation)细胞分化 细胞在形态、结构和功能上的特化过程，称为细胞分化细胞分化 分化常是可逆的，分化细胞逆转为不分化细胞，称为脱分化脱分化 植物的个体发育是植物细胞不断分裂、生长和分化的结果 在系统发育上，植物越进化，细胞分化越剧烈分工越细致，植物体结构也越复杂 细胞分化的基因表达与调控，是当今发育生物学研究的热点和中心问题之一细胞的全能性（totipotency) 概念：植物体的每一个生活的细胞都含有一套完整的基因组，在适宜的条件下，细胞具有形成一个新的个体的潜在能力。 应用举例：植物组织培养技术用于快速繁殖试管苗、培养无病毒植株、制人工种子等。花药离体培

27、养用于单倍体育种，使育种质量与进程大大提高。 思 考 题一 名词解释 显微结构、超微结构、纹孔、纹孔膜、胞间连丝、质外体、共质体、原生质体、原生质、单位膜类囊体、基粒、细胞全能性、细胞分化、周期细胞、终端分化细胞、 G0期细胞、细胞周期 细胞分化二 思考题 1.简述植物细胞壁的结构； 2.试区别细胞质、细胞液、原生质、原生质体； 3.何谓后含物？细胞后含物对植物有何重要意义？ (4).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。5.溶酶体 是单层膜小泡，由高尔基体断裂而产生, 内含多种水

28、解酶, 可催化蛋白质、核酸、脂类、多糖等生物大分子，消化细胞碎渣和从外界吞入的颗粒。6.微体（微体（micribadymicribady）：单层膜）：单层膜过氧化物酶体过氧化物酶体与叶绿体和线粒体配合与叶绿体和线粒体配合乙醛酸体乙醛酸体脂肪酸的转化脂肪酸的转化圆球体（圆球体（spherosomespherosome）：半单位膜）：半单位膜脂肪的储藏和水解脂肪的储藏和水解叶绿体胞间连丝溶酶体粗面内质网核膜细胞质细胞壁质膜液泡线粒体核糖体高尔基体核核仁滑面内质网模 式 化 的 植 物 细 胞植物细胞的生长和发育植物细胞的生长和发育细细胞胞核核核被膜：核被膜：染色质：是细胞核中遗传物质存在的主染色质

29、：是细胞核中遗传物质存在的主要形式，其主要成分是要形式，其主要成分是DNADNA和蛋白质和蛋白质核仁：含大量核仁：含大量RNARNA和蛋白质，是核糖体和蛋白质，是核糖体RNARNA的合成、加工及核糖体亚单位的装配场所的合成、加工及核糖体亚单位的装配场所外核膜外核膜核孔核孔 (nuclear pore)(nuclear pore)内核膜内核膜核周隙核周隙(perinuclear (perinuclear space)space)核基质：核基质：染色质和核仁都被液态的核基质染色质和核仁都被液态的核基质所包围。所包围。质体是由前质体(proplast)发育而来：细胞学说细胞学说可以归纳为以下两点：1 生物都由细胞和细胞的产物组成；2 新的细胞必须经过已存在的细胞分裂 而产生。 细胞是生命活动的基本单位(2) 线粒体线粒体 (mitochondrium)外膜内膜(脊上有基粒ATP合成酶复合体)膜间隙基质：酶、核糖体、DNA呼吸作用呼吸作用动力工厂动力工厂叶绿体和线粒体的DNA叶绿