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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 植物细胞,细胞,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,1.,细胞的出现是一个重要,的里程碑,2.,真核细胞出现分室，形成,细胞核和各种细胞器,3.,单细胞生物发展为多细,胞生物是生物演化的又一次,飞跃。,二、人类对细胞的认识,胡克,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,）,显微镜的发明打开了微观世界的大门,光学显微镜,透射电子显微镜,扫描电子显微镜,第一架电子显微镜（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,电镜,电镜,电镜下的细胞,细胞是生命活动的,功能单位,，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,细胞是,生殖和遗传,的基础与桥梁；具有,相同的遗传语言,；,细胞是生物体,生长发育,的基础。,细胞是生命的基本结构单位，生物是,由细胞组成的,；,细胞的基本概念,一、 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）,细胞的大小通常在,20-50,m,之间,细胞的形态多样，球形、多面体、立方体、长形等,二、植物细胞的基本结构,细胞壁,(cell wall),细胞,原生质体,(protoplast),细胞质,(cytoplasm),和,细胞核,(nuclear),细胞器,(organelle),质膜,(,plasma membrane,),（一）细胞壁,细胞壁,(cell wall,）,包围在原生质体外的坚韧外壳,保护、支持作用,吸收、蒸腾、运输、分泌,细胞识别,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,细胞壁的亚显微结构,电镜下，构成细胞壁的结构单位是,微纤丝,(,microfibril,),，,由纤维素分子束,(,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,(,macrofibril,),微纤丝是在质膜表面合成的，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,初生壁,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，具有弹性和可塑性。,功能：随细胞生长而生长。,b.,初生壁,威尔逊,-,福莱模型（,1986,）,c.,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),细胞核,(,nuclear,),细胞膜（,cell membrane,),(,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,10-20,m,细胞核,核膜,(nuclear envelop),染色质,(chromatin),核仁,(nucleolus),核,基质,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,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 膜 的 超 微 结 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,Garth Nicolson 1972,年提出,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 膜 的 功 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,生物膜的结构是与其功能相一致的。,3.,细胞质（,cytoplasm),细胞质基质（,cytomatrix,),细胞器,(organelle),细胞器,：细胞质中具有一定形态、结构和功能的结构,细胞器,质体,线粒体,高尔基器,内质网,微体,圆球体,核糖体、溶酶体、,液泡,、微管等,（,1,）质体,（,Plastid,）,质体,有色体,(,chromoplast,),叶绿体,(chloroplast),白色体,(leucoplast),与糖类合成和储藏有关,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。,结构：双层膜,:,外膜、内膜,基本结构单位,-,类囊体,（它是由单层膜围成的囊）,类囊体沿叶绿体长轴平行排列，形成圆柱状颗粒,-,基粒,（基粒片层）； 基质,可溶性蛋白、核糖体、,DNA,等。,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,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,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细胞中。,储藏淀粉的称为,淀粉体,，,储藏蛋白质的称为,蛋白体,，,储藏脂类的称为,造油体,。,（,2,）,液泡,（,vacuole,）：,细胞代谢产物的储藏场所,细胞液（,cell sap,）,液泡,(vacuole),液泡,(vacuole,),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,(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,）开始，向外层层沉积，形成许多同心的层次,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：,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,(,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,、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,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，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,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,增加数目,增加体积,功能分化,无丝分裂,有丝分裂（又称间接分裂）,减数分裂,细胞的自由形成,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（,G,1,期，,G,2,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,：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、,G,0,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,G,0,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,核分裂,胞质分裂,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,多核细胞,。,前期,中期,后期,末期,前期：,染色质浓缩成,染色体,，,核膜、核仁,消失，,纺锤丝,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,完全形成，,染色体,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，纺锤丝消失，接着进行胞质分裂，形成两个新细胞。,.,胞质分裂,在有丝分裂的末期，赤道面上形成,细胞板,，将细胞质从中间隔开。,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，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，,G,1,和,G,2,期变动较大。如紫露草根尖细胞的周期约,20h,，,间期约,17.5h(G,1,期4,h,，,S,期,10.8h,，,G,2,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,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,分化常是可逆的，分化细胞逆转为不分化细胞，称为,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、,G,0,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（,micribady,）：,单层膜,过氧化物酶体,与叶绿体和线粒体配合,乙醛酸体,脂肪酸的转化,圆球体（,spherosome,）：,半单位膜,脂肪的储藏和水解,植物细胞的生长和发育,细胞核,核被膜：,染色质：是细胞核中遗传物质存在的主要形式，其主要成分是,DNA,和蛋白质,核仁：含大量,RNA,和蛋白质，是核糖体,RNA,的合成、加工及核糖体亚单位的装配场所,外核膜,核孔,(nuclear pore),内核膜,核周隙,(,perinuclear,space),核基质：,染色质和核仁都被液态的核基质所包围。,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,(,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,动力工厂,叶绿体和线粒体的,DNA,叶绿体的某些性状是呈非孟德尔式遗传的，但直到,60,年代才发现了叶绿体,DNA,。叶绿体基因组是一个裸露的环状双链,DNA,分子，其大小在,120kb,到,217kb,之间。,一般都是一个环状,DNA,分子。已知的是哺乳动物的线粒体基因组最小，果蝇和蛙的稍大，酵母的更大，而植物的线粒体基因组最大。植物细胞的线粒体基因组的大小差别很大，最小的为,100kb,左右，大部分由非编码的,DNA,序列组成，且有许多短的同源序列，同源序列之间的,DNA,重组会产生较小的亚基因组环状,DNA,，与完整的“主”基因组共存于细胞内，因此植物线粒体基因组的研究更为困难。,线粒体,DNA,(mtDNA,),和叶绿体,DNA,（,ctDNA,),都可以自我复制，复制也是 以半保留方式进行的。,(3),内质网,:,细胞质内由膜组成的一系列片状的囊腔和管腔,彼此相通形成一个隔离于细胞基质的管道系统,糙面内质网,（,rough,）,光面内质网,（,smooth,）,细胞内的通讯系统、运输、合成,真核细胞的细胞质内普遍存在的蛋白纤维网架体系。不同蛋白质分子以不同方式装配成直径不同的纤维，相互连接形成具有柔韧性和刚性的三维网架。,类型：,微丝,(,肌动蛋白、肌球蛋白等）,微管（微管蛋白、微管结合蛋白）,中间纤维（角蛋白、波状蛋白等）,功能：稳定细胞形状；,细胞质组织化；,能进行细胞运动和物质运输。,细胞骨架（,cytoskeleton,）,微丝,(microfilament,，,MF),：又称肌动蛋白纤维,（肌动蛋白、肌球蛋白等组成）,细丝状结构，直径,68nm,微管,(microtubule,MT),：,细长、中空的管状结构（,由微管蛋白、微管结合蛋白等组成）,，外径,25nm,，内径,15nm,。,中间纤维,(intermediate filament,IF),：,细长管状结构（,角蛋白、波状蛋白等）,，直径,10nm,微丝,微管,中间纤维,细胞的骨架,
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