植物细胞生理基础

关于植物细胞生理基础1.1细胞与生物分子1.1.1植物生命的分子基础第2页,共65页，2024年2月25日，星期天细胞是生物体的基本结构单元

由于细胞的发现，我们不仅知道一切高等有机体都是按照一个共同规律发育和生长的，而且通过细胞的变异，能改变自己，向更高的发育道路迈进。

细胞是组成生物体的基本结构单元，是生物体进行代谢、能量转换、遗传以及其它生理活动的基本场所。

恩格斯把细胞学说、能量守恒和转换定律、达尔文进化论一起誉之为19世纪自然科学的三大发现。第3页,共65页，2024年2月25日，星期天细

胞

的

基

本

构

成第4页,共65页，2024年2月25日，星期天植物体的组成第5页,共65页，2024年2月25日，星期天1.1.2生命的介质水1.1.2.1水的分子结构特点Thisviewoftheearthfromspaceshowsthatmostoftheplanet'ssurfaceiscoveredwithwater.Theseas,wherelivingorganismsprobablyfirstarose,aretodaythehabitatofcountlessmodernorganisms.第6页,共65页，2024年2月25日，星期天第7页,共65页，2024年2月25日，星期天1.1.2.2水的理化性质与细胞生命活动（1）水的比热容高、汽化热大一个水分子可以与另外4个水分子形成氢键，比热较大，调节气温的良好介质。第8页,共65页，2024年2月25日，星期天（2）水的内聚力、附着力和表面张力大克服重力的影响而形成连续水柱而不中断第9页,共65页，2024年2月25日，星期天（3）水是很好的溶剂

第10页,共65页，2024年2月25日，星期天第11页,共65页，2024年2月25日，星期天（5）水是无色透明液体

（6）水的不可压缩性细胞内所引起的静水压与植物气孔开闭、叶片运动、保持植株固有的姿态等方面均有密切关系。第12页,共65页，2024年2月25日，星期天1.1.3高等植物细胞的特点根据细胞的进化程度，可将其分为两大类型：原核细胞(prokaryoticcell)和真核细胞(eukaryoticcell)。第13页,共65页，2024年2月25日，星期天细菌和蓝藻是原核细胞的典型代表真核生物(eukaryote)，包括了绝大多数单细胞生物与全部的多细胞生物每个人体内大约有500种不同细菌，人类消化道就含有将近2.04公斤细菌第14页,共65页，2024年2月25日，星期天细胞的大小第15页,共65页，2024年2月25日，星期天植物细胞的模式图第16页,共65页，2024年2月25日，星期天大液泡、叶绿体和细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征第17页,共65页，2024年2月25日，星期天植物细胞的主要结构

第18页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2细胞壁与生物膜1.2.1细胞壁1.2.1.1细胞壁的结构典型的细胞壁是由胞间层(intercellularlayer)、初生壁(primarywall)以及次生壁(secondarywall)组成。第19页,共65页，2024年2月25日，星期天S1

次生壁外层；

S2次生壁中层；

S3

次生壁内层；

CW1初生壁；

ML胞间层

第20页,共65页，2024年2月25日，星期天细胞在分裂时，最初形成的一层是由果胶质组成的细胞板(cellplate)，它把两个子细胞分开，这层就是胞间层（ML）。初生壁半纤维素、果胶质以及结构蛋白次生壁纤维素、木质素第21页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2.1.2细胞壁的化学组成构成细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等第22页,共65页，2024年2月25日，星期天1.纤维素

纤维素(cellulose)是植物细胞壁的主要成分，它是由1000～10000个β-D-葡萄糖残基以β-1,4-糖苷键相连的无分支的长链。

存在于细胞壁中的纤维素是自然界中最丰富的多糖第23页,共65页，2024年2月25日，星期天2.半纤维素

半纤维素(hemicellulose)往往是指除纤维素和果胶物质以外的，溶于碱的细胞壁多糖类的总称。3.果胶类果胶物质是由半乳糖醛酸组成的多聚体，使相邻的细胞粘合在一起，分为果胶酸、果胶和原果胶。

4.木质素

木质素(lignin)不是多糖，是由苯基丙烷衍生物的单体所构成的聚合物。5.蛋白质与酶

细胞壁中最早被发现的蛋白质是伸展蛋白(extensin)，它是一类富含羟脯氨酸的糖蛋白(hydroxyprolinerichglycoprotein,HRGP)

。第24页,共65页，2024年2月25日，星期天6.矿质

细胞壁的矿质元素中最重要的是钙。

细胞壁的形成

细胞壁的形成是多种细胞器配合作用的结果。新细胞壁的形成开始于细胞分裂的晚后期或早期。细胞壁的形成是在生活细胞分裂、成长以至分化的过程中逐步完成的。

第25页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2.1.3细胞壁的功能1.维持细胞形状，控制细胞生长

2.物质运输与信息传递

细胞壁允许离子、多糖等小分子和低分子量的蛋白质通过，而将大分子或微生物等阻于其外。细胞壁也是化学信号(激素、生长调节剂等)、物理信号(电波、压力等)传递的介质与通路

3.防御与抗性

4.其他功能

细胞壁中的酶类广泛参与细胞壁高分子的合成、转移、水解、细胞外物质输送到细胞内以及防御作用等

第26页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2.2胞间连丝1.2.2.1胞间连丝的结构这种穿越细胞壁、连接相邻细胞原生质(体)的管状通道被称为胞间连丝(plasmodesma)。由于胞间连丝使组织的原生质体具有连续性第27页,共65页，2024年2月25日，星期天A.两个相邻细胞的胞壁电子显微图，显示胞间连丝

B.具有两种不同形状胞间连丝的细胞壁示意图

第28页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2.2.2胞间连丝的功能1.物质交换相邻细胞的原生质可通过胞间连丝进行交换，使可溶性物质(如电解质和小分子有机物)、生物大分子物质(如蛋白质、核酸、蛋白核酸复合物)甚至细胞核发生胞间运输。

2.信号传递通过胞间连丝可进行体内信息传递，物理信号、化学信号则可通过共质体传递。第29页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2.3生物膜生物膜(biomembrane)是指构成细胞的所有膜的总称。一种处于细胞质外面的一层膜叫质膜，也可叫原生质膜；另一种是处于细胞质中构成各种细胞器的膜，叫内膜(endomembrane)。第30页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2.3.1生物膜的化学组成在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重的70%～80%。生物膜由蛋白质、脂类、糖、水和无机离子等组成。第31页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2.3.2生物膜的结构模型（1）流动镶嵌模型流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel)由辛格尔(S.J.Singer)和尼柯尔森(G.Nicolson)在1972年提出，认为液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质，强调膜的不对称性和流动性。（2）板块镶嵌模型第32页,共65页，2024年2月25日，星期天1.2.3.3生物膜的功能1.分室作用细胞的膜系统不仅把细胞与外界环境隔开，而且把细胞内的空间分隔，使细胞内部的区域化

2.代谢反应的场所细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。3.物质交换

质膜的另一个重要特性是对物质的透过具有选择性，控制膜内外进行物质交换。

4.识别功能

质膜上的多糖链分布于其外表面，似“触角”一样能够识别外界物质，并可接受外界的某种刺激或信号，使细胞作出相应的反应。第33页,共65页，2024年2月25日，星期天第34页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3植物细胞的亚微结构植物细胞除原生质膜及外围的细胞壁外，内有众多形状、大小不一的细胞器。各自具有特定的生理功能，并协同完成许多复杂的生理过程和代谢反应。第35页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.1微膜系统微膜系统(micro-membranesystem)包括细胞的外周膜(质膜)和内膜系统。内膜系统(endomembranesystem)通常是指那些处在细胞质中，在结构上连续、功能上关联的，由膜组成的细胞器总称。第36页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.1.1质体和叶绿体（1）质体的结构和功能叶绿体含有叶绿素等色素，是光合作用的细胞器。

杂色体可能因含色素的不同而成黄色、橘红色等不同颜色，存在于花瓣、果实、根等各种不同的器官中。第37页,共65页，2024年2月25日，星期天质体是由前质体(proplastid)分化发育而成的。主要有淀粉体、叶绿体和杂色体等。质体的发育循环和不同质体间的转变图

（2）质体间的相互转化第38页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.1.2线粒体（1）线粒体的结构线粒体是进行呼吸作用的细胞器，呈球状、棒状或细丝状.线粒体的结构模式图

第39页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.1.3内质网（1）内质网的结构和类型交织分布于细胞质中的膜层系统。能相互连通成网状结构，内与细胞核外被膜相连，外与质膜相连，穿插于整个细胞质中，并且还可通过胞间连丝与邻近细胞的内质网相连。第40页,共65页，2024年2月25日，星期天植物内质网功能区模型图

第41页,共65页，2024年2月25日，星期天按内质网膜上有无核糖体的存在把内质网分为两种类型，即粗糙型内质网(roughendoplasmicreticulum，RER)和光滑型内质网(smoothendoplasmicreticulum,SER)，前者有核糖体附着，后者没有。（2）内质网的功能物质合成;分隔作用;运输、贮藏和通讯作用;

第42页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.1.4高尔基体（1）高尔基体的结构高尔基体(Golgibody)是由膜包围的液囊垛叠而成。

高尔基体透射电镜图

第43页,共65页，2024年2月25日，星期天（2）高尔基体的功能物质集运蛋白质合成后输送到高尔基体暂时贮存、浓缩，然后再送到相关部位。A.木糖葡萄糖的集运B.果胶多糖的集运第44页,共65页，2024年2月25日，星期天生物大分子的装配

;参与细胞壁的形成在植物细胞中，高尔基体的一个重要作用是参与细胞板和细胞壁的形成;分泌物质;

第45页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.1.5溶酶体（1）溶酶体的结构溶酶体(lysosome)是单层膜围绕，内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。溶酶体内含有酸性磷酸酶、核糖核酸酶、糖苷酶、蛋白酶和酯酶等几十种酶;

第46页,共65页，2024年2月25日，星期天（2）溶酶体的功能

消化作用；

吞噬作用；

自溶作用

；第47页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.1.6液泡（1）液泡的结构液泡是植物细胞特有的，由单层膜包裹的囊泡。第48页,共65页，2024年2月25日，星期天（2）液泡的功能转运物质；吞噬和消化作用；调节细胞水势；吸收和积累物质；赋予细胞不同颜色；

第49页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.1.7微体（1）微体的结构和种类微体可分为过氧化物体和乙醛酸体；（2）微体的功能过氧化物体与光呼吸

乙醛酸体与脂类代谢第50页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.2微梁系统细胞骨架(cytoskeleton)是指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系，包括微管、微丝和中间纤维等细胞骨架不仅在维持细胞形态、保持细胞内部结构的有序性方面起重要作用，而且还与细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递、细胞分裂和分化、基因表达等生命活动密切相关。第51页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.2.1微管（1）微管的结构

存在于细胞质中的由微管蛋白(tubulin)组装成的中空管状结构。微管的主要结构成分是由α-微管蛋白与β-微管蛋白构成的异二聚体。

微管和微丝的分子结构模型A.微管，示13条原纤丝，α、β为微管蛋白

B.微丝。

第52页,共65页，2024年2月25日，星期天（2）微管的功能控制细胞分裂和细胞壁的形成纺锤体(spindle)是由微管组成的，它与染色体的着丝点相连，并牵引染色单体移向两极。细胞板的形成与生长也有微管的参与保持细胞形状参与细胞运动与细胞内物质运输第53页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.2.2微丝（1）微丝的结构微丝(microfilament)比微管细而长，直径为4～6nm。收缩蛋白。

（2）微丝的功能

微丝的主要生理功能是为胞质运动提供动力。参与胞质运动：肌动蛋白和肌球蛋白相互作用，需要ATP参与，肌球蛋白连结着胞质颗粒，带动整个细胞质的环流。参与物质运输和细胞感应

第54页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.2.3中间纤维（1）中间纤维的结构柔韧性很强的蛋白质丝，不同组织中的中间纤维有特异性，其亚基的大小、生化组成变化都很大。中间纤维组装模型A两条中间纤维多肽链形成超螺旋二聚体；B两个二聚体反向平行以半交叠方式构成四聚体；C四聚体首尾相连形成原纤维；D8根原纤维构成圆柱状的10nm纤维;第55页,共65页，2024年2月25日，星期天2.中间纤维的功能

(1)支架作用

中间纤维可以从核骨架向细胞膜延伸，从而提供了一个起支架作用的细胞质纤维网，可使细胞保持空间上的完整性，并与细胞核定位有关。(2)参与细胞发育与分化

有人认为中间纤维与细胞发育、分化、mRNA等的运输有关。第56页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.3微球系统微球系统(microspheresystem)包括细胞核内的核粒与细胞质中的核糖体，它们承担并控制着遗传信息的贮存、传递和表达等功能。第57页,共65页，2024年2月25日，星期天1.3.3.1染色质与染色体分生组织细胞的核一般呈圆球状，占细胞体积的大部分。在已分化的细胞中，因有中央大液泡，核常呈扁平状，并贴近质膜。第58页,共65页，2024年2月25日，星期天细胞核主要由核酸和蛋白质组成，并含少量的脂类及无机离子等，其中蛋白质含量最高。染色质的主要组分就是DNA与碱性蛋白质结合形成的核蛋白。与碱性蛋白质结合的DNA不能行使转录功能，即基因被阻遏。

第59页,共65页，2024年2月25日，星期天处于分裂间期的细胞核由核膜、染色质、核基质和核仁四部分组成。核膜

核膜(nuclearmembrane)由两层单位膜组成

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