植物细胞的结构与功能

植物细胞的植物细胞的结构与功能结构与功能（一）细胞的发现（一）细胞的发现 1 6 6 5 年 英 国 人 胡 克（Robert Hooke)用自制用自制的显微镜（放大的显微镜（放大40倍倍140倍）观察软木薄片，倍）观察软木薄片，发现了软木是由许多蜂发现了软木是由许多蜂窝状的小格子（小室）窝状的小格子（小室）组 成，并 将 其 定 名 为组 成，并 将 其 定 名 为“细胞细胞(Cell)”。l与此同时，荷兰的一位生物业余爱好者，与此同时，荷兰的一位生物业余爱好者，列文虎克列文虎克(AVLeeuwenhook)也先后也先后用自制的显微镜，观察了池塘中的原生用自制的显微镜，观察了池塘中的原生动物和单细胞藻类、牙垢上的细菌、鱼动物和单细胞藻类、牙垢上的细菌、鱼的红细胞、精子等，这是人类第一次观的红细胞、精子等，这是人类第一次观察到完整的活细胞。察到完整的活细胞。1838年德国年德国 植物学家施莱登提出所有植物体都植物学家施莱登提出所有植物体都是由细胞组合而成，这一结果被德国动物学家是由细胞组合而成，这一结果被德国动物学家施旺（施旺（1839年）在动物中证实。年）在动物中证实。由此提出由此提出“细胞学说细胞学说”细胞学说可以概括为：细胞学说可以概括为：1 1、任何一个细胞都是从其他细胞中产生、任何一个细胞都是从其他细胞中产生出来的；出来的；2 2、细胞是构成有机体的基本单位；、细胞是构成有机体的基本单位；3 3、植物和动物的细胞大致是相似的。、植物和动物的细胞大致是相似的。单细胞生物如：细菌、衣藻、酵母菌单细胞生物如：细菌、衣藻、酵母菌群体生物如：团藻、群体生物如：团藻、多细胞生物如：竹、熊猫多细胞生物如：竹、熊猫生殖细胞生殖细胞花粉粒花粉粒花粉壁花粉壁营养细胞营养细胞纤维层纤维层表皮表皮透射电子显微镜透射电子显微镜透射电子显微镜下看到的花粉粒透射电子显微镜下看到的花粉粒扫描电子显微镜扫描电子显微镜扫描电镜下柱头表面形态扫描电镜下柱头表面形态光镜暗视野荧光透射电镜超薄切片冷冻切片扫描电镜DNA蛋白质复合物1、细胞膜和细胞壁、细胞膜和细胞壁2、细胞核、细胞核 3、细胞质和细胞器、细胞质和细胞器 细胞器有：细胞器有：线粒体线粒体 质体（质体（叶绿体、有色体、白色体）叶绿体、有色体、白色体）内质网内质网 核糖体核糖体 高尔基体高尔基体 溶酶体溶酶体 微体微体 液泡液泡 细胞骨架细胞骨架 植物植物细胞细胞的立的立体结体结构模构模型型l真核细胞：真核细胞：植物细胞和动物细胞植物细胞和动物细胞叶绿体线粒体细胞壁细胞膜液泡细胞质光面内质网细胞核粗面内质网高尔基体高尔基体线粒体细胞质细胞膜细胞核粗面内质网光面内质网中心体纤毛细胞器细胞器动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞细胞壁细胞壁无无有有叶绿体叶绿体(质体）质体）无无有有液泡液泡无无有有圆球体圆球体无无有有乙醛酸循环体乙醛酸循环体无无有有通讯连接方式通讯连接方式间隙连接间隙连接胞间连丝胞间连丝中心体中心体有有无无(高等植物高等植物)胞质分裂方式胞质分裂方式收缩环收缩环细胞板细胞板植物细胞的全能性植物细胞的全能性细胞膜又称细胞膜又称质膜质膜，具有半透性，可选择地让，具有半透性，可选择地让物质通过；它还有一些细胞识别位点如激素物质通过；它还有一些细胞识别位点如激素的受体、抗原结合点等，具有接受外界信息、的受体、抗原结合点等，具有接受外界信息、与外界通讯等功能。与外界通讯等功能。l膜的化学组成，几乎全由膜的化学组成，几乎全由磷脂和蛋白质磷脂和蛋白质组组成，此外，尚有少量的糖类。成，此外，尚有少量的糖类。l在电子显微镜下看到的质膜是由两层染色在电子显微镜下看到的质膜是由两层染色深的暗层（一层蛋白质的分子层和脂类双深的暗层（一层蛋白质的分子层和脂类双分子层的亲水头），中间夹着一层染色浅分子层的亲水头），中间夹着一层染色浅的亮层（脂类双分子层的疏水尾）组成。的亮层（脂类双分子层的疏水尾）组成。这样的结构称为这样的结构称为单位膜。单位膜。膜结构的液态镶嵌膜结构的液态镶嵌模型：模型：在脂质双分在脂质双分子层中镶嵌着球蛋子层中镶嵌着球蛋白分子。膜中的蛋白分子。膜中的蛋白质有的是特异酶白质有的是特异酶类，在一定条件下类，在一定条件下具有具有识别识别、捕捉捕捉和和释放释放某些物质某些物质的能力，从而对物的能力，从而对物质的透过起主动的质的透过起主动的控制作用。控制作用。l生物膜的生物膜的“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”主要特点主要特点有序性流动性不对称性l维持稳定的细胞内环境（分室作用）；维持稳定的细胞内环境（分室作用）；l控制细胞内外的物质交换，有选择性地使物质控制细胞内外的物质交换，有选择性地使物质通过或排出废物（物质交换）；通过或排出废物（物质交换）；l吞食外围的液体或固体小颗粒；吞食外围的液体或固体小颗粒；l参与胞内物质向胞外分泌；参与胞内物质向胞外分泌；l接受外界的刺激和信号；接受外界的刺激和信号；l代谢场所代谢场所l还参与细胞的相互识别的功能。还参与细胞的相互识别的功能。l细胞壁的结构大体可分为三层：细胞壁的结构大体可分为三层：胞间层胞间层、初生壁初生壁和和次生壁次生壁。l一般认为，细胞分化完成后仍保持有生一般认为，细胞分化完成后仍保持有生活原生质体的细胞不具次生壁。活原生质体的细胞不具次生壁。l（1 1）胞间层胞间层 又称中胶层又称中胶层，是细胞分裂产生新，是细胞分裂产生新细胞时形成的，是相邻细胞间共有的一层薄膜。细胞时形成的，是相邻细胞间共有的一层薄膜。它的主要成分是它的主要成分是果胶果胶质，果胶是一类多糖物质。质，果胶是一类多糖物质。l（2 2）初生壁初生壁，在细胞生长过程中，原生质体在细胞生长过程中，原生质体分泌的造壁物质在胞间层上沉积，构成细胞的分泌的造壁物质在胞间层上沉积，构成细胞的初生壁。初生壁初生壁。初生壁主要成分主要成分是是纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素和果胶质和果胶质。l（3 3）次生壁次生壁是细胞体积停止增大后加在初生是细胞体积停止增大后加在初生壁内表面的壁层。壁内表面的壁层。l 次生壁的主要成分有次生壁的主要成分有纤维素、半纤维素纤维素、半纤维素，且常，且常有木质素等物质填充其内而发生质变。有木质素等物质填充其内而发生质变。l纤维素是细胞壁的主要成分，它构成细胞壁的纤维素是细胞壁的主要成分，它构成细胞壁的框架，其他物质可以填充在其内。纤维素分子框架，其他物质可以填充在其内。纤维素分子是由链状系列葡萄糖基构成的，它聚集成微纤是由链状系列葡萄糖基构成的，它聚集成微纤丝，微纤丝又聚集成大纤丝。丝，微纤丝又聚集成大纤丝。壁层名称壁层名称主要成分主要成分形成时间形成时间胞间层胞间层 又称中又称中胶层胶层果胶物质果胶物质新细胞形成时新细胞形成时初生壁初生壁纤维素、半纤纤维素、半纤维素和果胶质维素和果胶质。细胞生长过程细胞生长过程中中次生壁次生壁纤维素、半纤纤维素、半纤维素和木质素维素和木质素细胞停止生长细胞停止生长后后l维持细胞形状，控制细胞生长维持细胞形状，控制细胞生长l物质运输与信息传递物质运输与信息传递l防御与抗性：寡糖素防御与抗性：寡糖素 植保素植保素伸展蛋白（伸展蛋白（extensin)：植物细胞壁中富含：植物细胞壁中富含羟脯氨酸的糖蛋白。通过肽链间的交联羟脯氨酸的糖蛋白。通过肽链间的交联形成网络系统，与纤维素网系相辅，增形成网络系统，与纤维素网系相辅，增强细胞壁的韧性和刚性。由于可以控制强细胞壁的韧性和刚性。由于可以控制植物细胞的伸展，故称为伸展蛋白。植物细胞的伸展，故称为伸展蛋白。植物细胞间的连植物细胞间的连接：胞间连丝接：胞间连丝功能：功能：1、物质交换、物质交换2、信息传递、信息传递某些分子的半径和分子量 4nm4nm和和6nm,6nm,代表了胞间连丝的孔径代表了胞间连丝的孔径 胞间连丝胞间连丝(plasmodesmata)的三种的三种状态：状态：（1）正常态：结构固定，：结构固定，能允许小分子物质通过。能允许小分子物质通过。（2）开放态：内部结构：内部结构解体，扩大为开放的通解体，扩大为开放的通道，能允许较大分子通道，能允许较大分子通过。过。（3）封闭态：通道被堵：通道被堵塞，阻止物质外运，造塞，阻止物质外运，造成细胞间的生理隔离。成细胞间的生理隔离。胞间连丝的胞间连丝的超微结构超微结构 核被膜核被膜 包在核外的双层膜，外膜可延包在核外的双层膜，外膜可延伸与细胞质中的内质网相连。一些蛋伸与细胞质中的内质网相连。一些蛋白质和白质和RNARNA分子可通过核被膜或核被膜分子可通过核被膜或核被膜上的核孔进入或输出细胞核。上的核孔进入或输出细胞核。核仁核仁 是核中颗粒状结构，富含蛋白质是核中颗粒状结构，富含蛋白质和和RNARNA，核糖体的装配场所。大多数细，核糖体的装配场所。大多数细胞的核内有胞的核内有1 1个或几个核仁。个或几个核仁。染色质染色质是核中由是核中由DNADNA和蛋白质组成并可和蛋白质组成并可被苏木精等染料染色的物质，染色质被苏木精等染料染色的物质，染色质DNADNA含有大量基因片段，是生命的遗传含有大量基因片段，是生命的遗传物质。物质。间期核间期核染色质常伸展成网状细染色质常伸展成网状细丝丝染色质染色质；分裂时分裂时，染色质高度，染色质高度螺旋化变粗螺旋化变粗染色体染色体。染色质和核仁都被液态的染色质和核仁都被液态的核基质核基质所包所包围。围。（间期核圆球形，（间期核圆球形，幼小细胞核居中）幼小细胞核居中）l是控制蛋白质的合成，控制细胞的是控制蛋白质的合成，控制细胞的生长、发育和遗传。因此，细胞核生长、发育和遗传。因此，细胞核被强调为被强调为细胞的控制中心细胞的控制中心，在细，在细胞遗传和代谢方面起着主导作用。胞遗传和代谢方面起着主导作用。l细胞质是质膜以内，细胞核以外的原生质细胞质是质膜以内，细胞核以外的原生质。l细胞质可分胞基质和细胞器。细胞质可分胞基质和细胞器。l细胞器是细胞内具有特定结构和功能的亚细胞细胞器是细胞内具有特定结构和功能的亚细胞结构。结构。l胞基质是无色透明的胶体物质。胞基质是无色透明的胶体物质。l胞基质能维持细胞器的实体完整性提供所需要胞基质能维持细胞器的实体完整性提供所需要的离子环境，供给细胞器行使功能所必须的物的离子环境，供给细胞器行使功能所必须的物质。同时，胞基质本身还进行某些生化反应。质。同时，胞基质本身还进行某些生化反应。l 细胞器细胞器 细胞膜内是透明粘稠并可流动的细胞质细胞膜内是透明粘稠并可流动的细胞质基质，细胞器分布在细胞质基质中。基质，细胞器分布在细胞质基质中。细胞器主要包括：内质网、核糖体、高细胞器主要包括：内质网、核糖体、高尔基体、溶酶体、线粒体、质体、微体、液尔基体、溶酶体、线粒体、质体、微体、液泡、微管、微丝等。有的细胞表面还有鞭毛泡、微管、微丝等。有的细胞表面还有鞭毛或纤毛。或纤毛。（1）形状和大小：形状和大小：除细菌、蓝藻和除细菌、蓝藻和厌氧真菌外，生活的细胞一般都有厌氧真菌外，生活的细胞一般都有线粒体。线粒体呈粒状、棒状、丝线粒体。线粒体呈粒状、棒状、丝状或分枝状。线粒体较小，直径一状或分枝状。线粒体较小，直径一般为般为 05-10微米。微米。（2）结构：结构：显微镜下用詹纳斯绿显微镜下用詹纳斯绿B染色才能看到。染色才能看到。用电子显微镜观用电子显微镜观察，线粒体有一层外膜和一层内察，线粒体有一层外膜和一层内膜，内膜在许多部位向内褶叠成膜，内膜在许多部位向内褶叠成管状或搁板状突起称为管状或搁板状突起称为嵴嵴。嵴间。嵴间的空间为的空间为基质基质，其中含有其中含有DNA、蛋白质、核糖体、类脂球等。在蛋白质、核糖体、类脂球等。在基质和内膜中，有基质和内膜中，有ATP酶和三羧酶和三羧酸循环酶等，与呼吸作用有关。酸循环酶等，与呼吸作用有关。是是细胞进行有氧呼吸的场所细胞进行有氧呼吸的场所，提供能量。提供能量。l质体根据色素和质体根据色素和功能的不同，分功能的不同，分为为三种主要类型三种主要类型l叶绿体叶绿体l有色体有色体l白色体白色体质体前基粒质体 高等植物的叶绿体高等植物的叶绿体主要存在于主要存在于叶肉细叶肉细胞胞中，其功能是进中，其功能是进行行光合作用光合作用，把光，把光能转变为化学能；能转变为化学能；将二氧化碳和水合将二氧化碳和水合成有机物，释放氧成有机物，释放氧气。叶绿体的形状气。叶绿体的形状为椭球形。为椭球形。l叶绿体外被叶绿体外被两层膜两层膜，称，称叶绿体被膜。被膜以内叶绿体被膜。被膜以内有蛋白质基质和密布其有蛋白质基质和密布其中的中的基粒基粒。每个基粒由。每个基粒由10-100个个类囊体类囊体叠成。叠成。类囊体是由单层膜围成类囊体是由单层膜围成的，并且具有很多穿孔的，并且具有很多穿孔的扁平小囊。囊内含有的扁平小囊。囊内含有液状内含物。液状内含物。l类囊体平行地相叠，在类囊体平行地相叠，在基质间到处延伸，组成基质间到处延伸，组成了复杂的类囊体系统。了复杂的类囊体系统。含有类胡萝卜素的质体，故呈橘红黄之含有类胡萝卜素的质体，故呈橘红黄之间的色彩。花瓣、果实等的颜色就是有色间的色彩。花瓣、果实等的颜色就是有色体的颜色。有色体多从叶绿体转化而来，体的颜色。有色体多从叶绿体转化而来，积累脂类和淀粉。积累脂类和淀粉。是无色的质体，近球形，存在于甘薯（番是无色的质体，近球形，存在于甘薯（番薯）、马铃薯地下贮藏器官中，种子的胚薯）、马铃薯地下贮藏器官中，种子的胚及少数植物叶的表皮细胞中也有存在。包及少数植物叶的表皮细胞中也有存在。包括合成淀粉的括合成淀粉的造粉体造粉体、合成脂肪和油的、合成脂肪和油的造造油体油体，贮存蛋白质的，贮存蛋白质的糊粉体糊粉体等。等。脂类双分子层为基础形成的囊腔和管道系统。分为糙面内质网糙面内质网和和光面内质网光面内质网，光面内质网与脂类合成和代谢有关。糙面内质网膜上附有颗粒状的核糖体。核糖体是细胞合成蛋白质的场所，糙面内质网合成并运输蛋白质。内质网是许多细胞器的来源。l核糖体是合成蛋白质的场所。核蛋白体核糖体是合成蛋白质的场所。核蛋白体含有大约含有大约40%蛋白质和蛋白质和60%的的RNA。核。核糖体大小约糖体大小约15-30纳米的小颗粒，由大小纳米的小颗粒，由大小两个亚单位组成。两个亚单位组成。l核糖体常几个到几十个与信使核糖体常几个到几十个与信使RNA分子分子结合成念珠状的复合体，称为多聚核糖结合成念珠状的复合体，称为多聚核糖体。体。5 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。l溶酶体常为圆球形，常为圆球形，只有一层膜包围，含只有一层膜包围，含有活性范围非常广泛有活性范围非常广泛的各种水解酶类，以的各种水解酶类，以酸性磷酸酶为特有的酸性磷酸酶为特有的酶。酶。l溶酶体在细胞内起消溶酶体在细胞内起消化作用，能降解生物化作用，能降解生物大分子。进行异体吞大分子。进行异体吞噬、自体吞噬甚至发噬、自体吞噬甚至发生自溶作用。生自溶作用。l 溶酶体是内质网分溶酶体是内质网分离出来的小泡形成的。离出来的小泡形成的。l圆球体是一层膜包围的球状小体，圆球体圆球体是一层膜包围的球状小体，圆球体含有脂肪酶，是积累脂肪的场所，因而是含有脂肪酶，是积累脂肪的场所，因而是一种贮藏细胞器，贮藏油滴、脂肪等。一种贮藏细胞器，贮藏油滴、脂肪等。l圆球体也具有溶酶体的性质。近年来，圆球体也具有溶酶体的性质。近年来，认为圆球体与周围细胞质构界面上存在认为圆球体与周围细胞质构界面上存在半单位膜，能被锇酸强烈还原，故圆球半单位膜，能被锇酸强烈还原，故圆球体又被称为类脂球。体又被称为类脂球。l膜内有一单位膜，含有酶，都含有过氧膜内有一单位膜，含有酶，都含有过氧化氢酶、乙醇酸氧化酶与尿酸酶。化氢酶、乙醇酸氧化酶与尿酸酶。l分为两种类型：一是分为两种类型：一是过氧化物酶体过氧化物酶体，与，与光呼吸有密切关系；另一种为光呼吸有密切关系；另一种为乙醛酸循乙醛酸循环体环体，与脂肪代谢有关，能将脂肪分解，与脂肪代谢有关，能将脂肪分解成糖。成糖。l液泡是植物细胞的显液泡是植物细胞的显著特征之一。著特征之一。l液胞内的液汁称液胞内的液汁称细胞细胞液液，其主要成分是水，其主要成分是水，并含有糖、有机酸、并含有糖、有机酸、脂类、蛋白质、酶、脂类、蛋白质、酶、氨基酸、树胶、粘液、氨基酸、树胶、粘液、植物碱、花青素和无植物碱、花青素和无机盐等物质。机盐等物质。贮藏作用（吸收和积累物质）贮藏作用（吸收和积累物质）;吞噬和吞噬和消化作用消化作用;调节细胞水势、调节细胞水势、pH值与离子稳态；值与离子稳态；可以缓可以缓冲外界条件的突然变化，因而液泡与植物抗性冲外界条件的突然变化，因而液泡与植物抗性（酚类、生物碱等）有关。（酚类、生物碱等）有关。使细胞呈色。花青素的颜色随着细胞液的酸使细胞呈色。花青素的颜色随着细胞液的酸碱性不同而有变化，酸性时呈红色，碱性时呈碱性不同而有变化，酸性时呈红色，碱性时呈蓝色。如牵牛花：由早上的蓝色蓝色。如牵牛花：由早上的蓝色中午的红色。中午的红色。l细胞质中存在着骨架结构，称为细胞质中存在着骨架结构，称为细胞骨架细胞骨架。构成细胞。构成细胞骨架的三种结构是微管、微丝和居间纤丝（中间纤骨架的三种结构是微管、微丝和居间纤丝（中间纤维）。它们和细胞质基质中更细微的纤维状蛋白系统，维）。它们和细胞质基质中更细微的纤维状蛋白系统，称为微梁系统。称为微梁系统。l微管呈中空管状或纤丝状结构微管呈中空管状或纤丝状结构,微管的管壁由微管的管壁由13条原纤条原纤丝集合而成，每条原纤丝由丝集合而成，每条原纤丝由和和球状蛋白，即微管蛋球状蛋白，即微管蛋白的亚基组成二聚体，沿着管径的长轴呈斜向交替排白的亚基组成二聚体，沿着管径的长轴呈斜向交替排列。微管在细胞中起支架作用，使细胞保持一定的形列。微管在细胞中起支架作用，使细胞保持一定的形状；微管还参与构成纺锤丝；参与细胞壁的形成和生状；微管还参与构成纺锤丝；参与细胞壁的形成和生长；微管也与胞质运动和鞭毛运动有关。长；微管也与胞质运动和鞭毛运动有关。l微丝是比微管更细的纤丝。微丝是比微管更细的纤丝。l维持着细胞的形态结构和内部结构的有序性。真核细胞与原核细胞的区别真核细胞与原核细胞的区别原核细胞原核细胞无无成形的成形的细胞核细胞核，无无 细胞器细胞器的分化。的分化。真核细胞有成形的细胞核，真核细胞有成形的细胞核，有细胞器的分化。有细胞器的分化。l 原核细胞 遗传的信息量小，遗传信息载体仅由一个环状DNA构成 细胞内没有核膜和具有专门结构与功能的细胞器的分化 概念概念：植物体的每个具核细胞都含有母：植物体的每个具核细胞都含有母体的全部基因，在一定条件下有发育成体的全部基因，在一定条件下有发育成完整植株的潜在能力。完整植株的潜在能力。植物组培技术的理论基础植物组培技术的理论基础 典型的植物细胞与动物细胞在结构上差典型的植物细胞与动物细胞在结构上差异是什么？这些差异对植物生理活动有异是什么？这些差异对植物生理活动有什么影响？什么影响？