《植物生物学》012 植物细胞的结构与功能.ppt

1、1,细胞识别,花粉粒与柱头的识别,2,胼胝质和木质素产生，形成乳突,细胞防御,3,细胞壁的防御功能,细胞壁是被动防御的屏障 细胞壁是主动防御的前哨 如细胞壁木质化 和胼胝质化,超敏性细胞死亡(hypersensitive cell death),4,植物细胞的基本结构,细胞壁 细胞 细胞（质）膜 细胞质和细胞器 原生质体 细胞核 胞间连丝 后含物,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,5,第二节 细胞质（cytoplasm)和细胞器(organelle),6,细胞质-细胞质基质（胞基质）和分布其中 的细胞器、细胞

2、骨架,一 胞基质(cytoplasmic matrix):细胞质中均质半透明的液态胶状物质称为细胞质基质，或称胞质溶胶,是一种高效、有序、复杂的结构体系： 二 细胞器(organelle) 细胞质的基质内具有一定形态、结构、功能的小单位。 依构造特征分为 双层单位膜结构细胞器 单层单位膜结构细胞器 非膜结构细胞器,7,1个活细胞中的各种细胞器的数量及其大小怎样？,细胞器(organelle),8,细胞核 1 5-30 质体 50 2-4 线粒体 500 0.5-1 内质网 高尔基体 400 1 核糖体 50000 0.02 微体 0.5-1.5 溶酶体 0.2-0.8 圆球体 0.5-1.0

3、微管 0.025 液泡,细胞器 数量 直径(m),1个生活的植物细胞中各种细胞器的数量与直径大小,9,线粒体(mitochondrion),双层单位膜结构细胞器,位于内膜上的电子传递复合体,基粒 （ATP合成酶）,10,11,间壁分离,收缩后分离,线粒体的增值,半自主性,12,13,质体（plastid) 前质体(proplastid) 尚未成熟的质体 白色体(leucoplast) 成熟质体 有色体(chromoplast) 叶绿体（chloroplast),质体(plastid)-植物细胞特有的细胞器,14,前质体,(proplastid),15,成熟质体（plastid)的类型,白色体,

4、有色体,叶绿体,白色体(leucoplast)： 不含可见色素,叶绿体（chloroplast)： 含叶绿素、叶黄素、胡萝卜素,有色体(chromoplast) ：含类胡萝卜素,16,叶绿体,水绵带状叶绿体,衣藻杯状叶绿体,17,叶绿体,18,叶绿体的显微及超微结构,基质,基质类囊体,基粒,叶绿体膜,细胞质中的核糖体,叶绿体中核糖体,19,叶绿体功能,20,黄化质体,(etioplast),晶格状结构的原片层体,21,白色体,造粉体 淀粉粒,22,白色体,(leucoplast),吊竹梅(Zebrina panodula) 叶表皮细胞中的白色体,23,有色体,(chromoplast),24,

5、有色体,25,质体原始体（无片层结构） 前质体（片层出现） 内片层系统形成 黄化质体 （无叶绿素、晶格状结构） 成熟叶绿体,质体的发育,26,前质体,叶绿体,有色体,黄化质体,光,黑暗,光,光,德国鸢尾花瓣,果实成熟,胡萝卜根,卷丹花瓣,苗尖,受伤,根冠,受伤,质体的转化,质体的发育受它们所在细胞的控制，不同基因的表达决定着该细胞的质体类型。外界条件影响质体分化。,造粉质体（白色体）,马铃薯块茎,?,27,自我复制,叶绿体,线粒体,半自主性细胞器,28,内共生学说,线粒体和叶绿体的发生,依据： 自我分裂繁殖； 遗传性状不完全受核控制； 其DNA类似原核细胞； 核糖体类原核细胞70S .,29,

6、叶绿体和线粒体的结构与功能?,30,单层单位膜结构细胞器,内质网(endoplasmic reticulum) 高尔基体(golgi body, dictysome) 液泡系（vacuome),31,单层单位膜结构细胞器,内质网 (endoplasmic reticulum) ,ER,粗糙内质网 光滑内质网,32,内质网（endoplasmic reticulum),主要功能是蛋白质的合成、修饰、加工和转移。,33,粗糙内质网,光滑内质网,脂类和糖类的合成,主要功能是蛋白质的合成、修饰、加工和转移。,34,种子中食用油的合成,油脂蛋白,35,高尔基体 (Golgi apparatus ,gol

7、gi body),Forming face （cis face）,maturing face （trans face),极性！,36,冰冻断裂（蚀刻）电镜照片,37,高度动态！,内质网、高尔基体、质膜、细胞壁的结构与功能？,内质网、高尔基体和质膜间的关系,38,液泡系(vacuome) 液泡 溶酶体 微体 小泡,液泡的发生与内质网和高尔基体有关,39,液泡 (vacuole),40,细胞液,液泡的功能？,无机盐、有机酸、 糖类、脂类、蛋白质、酶、 鞣酸、生物碱和花色素苷等。 细胞液成分和浓度随植物种类和细胞类型不同而不同,41,液泡中花青素,滴入碱液，颜色？,42,花青素？有色体？如何鉴别？,

8、43,溶酶体(Lysosome),水 解 酶,水 解 酶,44,溶酶体(Lysosome),水 解 酶,主要功能：消化作用,45,微体(microbody) 乙醛酸酶体油料植物萌发的种子中。储存在子叶和胚乳中的脂类物质转化为糖类 过氧化物酶体,46,光呼吸,过氧化物酶体,尿酸氧化酶形成的晶体状核心,植物的绿色细胞在光下吸收氧气,释放CO2的反应，由于这种反应仅在光下发生，需叶绿体参与，并与光合作用同时发生，称为光呼吸(photorespiration)。由叶绿体、过氧物酶体和线粒体合作完成,47,非膜结构细胞器,核糖体(Ribosome) 细胞骨架：微管 微丝 中间丝,48,核糖体,70S和8

9、0S,80S,70S,70S,49,核糖体(ribosome),识别mRNA的起始密码子,催化肽链合成,合成蛋白质,50,多聚核糖体(polyribosome),种子中食用蛋白合成,51,细胞骨架（cytoskeleton）,细胞骨架是以蛋白质纤维为主要成分的立体网络结构,把分散在细胞质中的细胞器及各种膜结构组织起来，相对固定在一定的位置，维持着细胞结构的有序性;同时在细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递以及细胞分化等方面起作用。,微丝(microfilament,MF)系统、 微管(microtubule,MT)系统 中间纤维(intermediate filament,IF)系统,52,

10、植物细胞骨架,微管(microtubule,MT)：细长、中空的管状结构，外径25nm 微丝(microfilament，MF)：细丝状结构，直径68nm 中间纤维(intermediate filament,IF)：细长管状结构，直径10nm,53,肌动蛋白纤维的负染电镜照片,微丝特异药物 细胞松弛素B(cytochalasin B)和细胞松弛素D(cytochalasin D)是微丝特异性抑制剂 鬼笔环肽(phalloidin)可稳定微丝和促进微丝聚合,G-actin,微丝(microfilament，MF)： 主要由肌动蛋白(actin)组成的直径68nm的细丝,细胞内微丝处于动态平衡，

11、,F-actin,微丝和actin结合蛋白,极性结构,54,维持细胞形状 参与胞质流动 细胞器运动 顶端生长 胞质分裂、染色体移动等,百合花粉内微丝骨架分布,微丝在体内功能,胞质环流,荧光标记的鬼笔环肽标记微丝骨架,55,微丝马达蛋白:肌球蛋白(myosin) 肌球蛋白具有ATP酶活性，能水解ATP，将化学能直接转换为机械能，引起运动.,56,微 管(microtubule,MT),_,_,微管蛋白 微管蛋白,细胞内微管处于动态平衡，极性结构 微管结合蛋白（microtubule associated protein,MAP ） 微管特异药物秋水仙素(colchicine)、黄草消(oryza

12、lin) 、甲基氨草磷 抑制聚合，解聚微管 紫杉醇 促进聚合，稳定微管,由微管蛋白(tubulin)和少量微管结合蛋白组成的细长、中空的管状结构，外径25nm,57,微管在体内功能 维持细胞形状 参与细胞分裂 参与细胞壁形成生长 细胞内物质运输及细胞器的迁移 鞭毛运动,负端,正端,驱动蛋白（kinesin）,动力蛋白（ dynein）,微管马达蛋白（motor protein）,ATP 酶活性,58,细胞伸长扩大主要由微丝调控,细胞生长方向主要由微管调控,微管、微丝对植物细胞生长的调控,知识拓展,59,细胞骨架的观察研究方法,细胞骨架模式图,荧光标记结合荧光显微镜(confocal)观察， 很

13、好的显示细胞内骨架三维精细结构.,应用绿色荧光蛋白GFP研究活体细胞骨架,Arabidopsis root hair,Alexa488, Rhodamine等荧光物质,60,绿色荧光蛋白“已经成为现代生物科学最重要的工具之一”,知识拓展,61,62,钱永健加州大学圣地亚哥分校的实验室网站上，一幅用表达了多种颜色荧光的大肠杆菌组成的照片。,GFP，RFP，YFP 荧光更强!更持久!颜色更丰富!,利用荧光蛋白，在光学显微镜下观察、跟踪活体内多个目标基因或蛋白的时间、空间变化,“他为全世界的研究者提供了照亮活细胞体内蛋白质的关键工具。”,63,小鼠脑部邻近神经元,64,核被膜 核基质 染色质 常染色

14、质 异染色质 核仁 纤维中心 纤维组分 颗粒组分,第三节 细胞核（nucleus）,核孔复合体 (nuclear pore complex),65,细胞核的显微结构和超微结构,核被膜,核仁,利用冰冻断裂术制备的卷柏细胞核，示：核孔,66,核孔胞质面的结构,核孔核质面的结构,核孔复合体的结构模型,对通过的大分子物质进行具高度选择性的分子识别，进行耗能的主动运输。,67,核纤层结构,核纤层为核膜和染色质提供了结构支架，并介导核膜与染色质之间的相互作用。,由中间纤维网络组成,68,核基质：核骨架 染色质（着色）：常染色质和异染色质,细胞核的结构，n为核仁，N为常染色质,69,70,DNA分子 核小体

15、 螺旋管 超螺旋管 染色体,压缩8000-10000,71,72,核/质 比如何？,那一个是幼嫩细胞?,73,核仁,核仁 纤维中心 致密纤维组分 颗粒组分,主要功能： rRNA合成、 核糖体亚基装配,74,小结,核膜：双层单位膜、核周间隙及核孔 核仁：纤维中心，致密纤维组分，颗粒组分 核质：染色质（着色）：常染色质和异染色质 核液：充满核内空隙的无定型基质，染 色质悬浮其中,细胞核,功能,贮存DNA及其上的基因，并在有分裂能力的细胞中复制。 在核仁中合成rRNA，形成细胞质中的核糖体亚单位。 控制植物体的遗传形状，通过指导和控制蛋白质的合成而调节控制细胞的发育。,75,第四节 后含物（erga

16、stic substance）,细胞代谢活动的产物，包括贮藏的需要时可动用的营养物质和代谢废物及次生物质，是非生命的无机物和有机物。主要有： 淀粉 蛋白质 脂类 晶体 单宁（酚类） 色素（类黄酮） 生物碱,营养物质,次生物质,如何鉴定?,碘碘化钾 苏丹III,76,淀粉粒,77,晶体类型,草酸钙结晶,针晶 砂晶 晶簇,78,第五节 胞间连丝(plasmodesma),79,胞间连丝超微结构,活细胞的原生质体之间，穿过细胞壁的丝状连接结构.质膜形成外围，内质网形成连丝微管，两者之间称胞间连丝腔，充满细胞质.,胞间连丝的直径一般为3080nm,80,胞间连丝结构模型,81,胞间连丝有那些功能,共质

17、体与共质体运输 质外体与质外体运输,共质体的桥梁,共质体是由胞间连丝将各个细胞原生质连接起来的原生质连续体。,质外体是水和溶质可以自由扩散移动的自由空间，包括细胞壁、木质部导管等。,82,胞间连丝：共质体的桥梁,83,胞间连丝的形成和变化,84,胞间连丝次生形成机制模式图,胞间连丝次生形成 存在的某些部位 体积扩大的细胞间 在寄主和寄生植物细胞之间 在花粉母细胞之间 在亲缘关系远近不同的接穗与砧木的细胞之间,85,细胞发育过程中，由于胞间连丝消失或机能丧失而出现共质体隔离的现象 共质体分区。,气孔保卫细胞与表皮细胞之间 胚囊与珠心细胞之间 苔藓植物配子体和孢子体之间 等,胞间连丝消失,86,胞

18、间连丝的 通透性能 胞间连丝直径3080nm 分子 扩散上限(SEL) ：8001000 Da 蛋白质、RNA大分子物质通过 ： (SEL) 10 KDa-40KDa,生物体内存在胞间连丝通透性调节机制！,不同分子量荧光分子显微注射,87,This animation shows how a plant transcription factor (Plant MP) can be transported through a plasmodesma. Animation created by Carin Cain with scientific input from William J. Lucas/University of California at Davis and Richard A. Jorgensen/University of Arizona. Citation: R. A. Jorgensen, Directed Cell-to-Cell Movement of Functional Proteins: Do Transcription Factors Double as Signal Molecules in Plants? Sciences STKE (2000),植物内源“MP”蛋白