植物生物学 1

第一章 植物体的结构基础细胞植物细胞：是植物体形态结构和生理功能的基本单位，包括细胞壁和原生质体两部分。第一节 植物细胞的形态与结构一、植物细胞的形状和大小 植物细胞的形态和功能相统一，其形状、大小取决于细胞的遗传，各种细胞的形状不同、大小差异很大。（现在已知的最小细胞是枝原体/0.1微米、电镜下才能观察得到，最大细胞是苎麻的纤维细胞/长度达550毫米。）（形状有长纺锤形/管胞、长筒形/导管分子、长柱形/栅栏细胞、近正方形/原分生组织细胞、星形/某些传递细胞等。）二、植物细胞的结构1、细胞壁 植物细胞特有的保护结构。（1）主要生理功能 支持作用，使细胞维持一定形状； 保护原生质体，减少蒸腾，防止微生物入侵以及机械损伤； 参与植物体吸收、分泌、蒸腾、细胞间物质运输过程； 参与细胞生长调节、细胞识别等生理活动。（2）结构 胞间层 果胶质。 初生璧 果胶质、纤维素、半纤维素、酶类、糖蛋白等。其生长方式是“填充”、增大细胞壁的表面积。 次生璧 半纤维素、纤维素。其生长方式是“附加”、增加细胞壁的厚度。（3）特化 细胞壁生长分化过程中，由于生理上的分工，原生质体合成一些特殊物质渗透到细胞壁内，以改变细胞壁的性质而适应一定功能的现象称为细胞壁的特化。 木化 木质素渗入细胞壁内，增加细胞壁的厚度，使细胞壁坚硬、加固支持作用。纤维细胞、导管分子等。 角化 植物地上器官的表皮细胞常有角质（脂类物质）被覆于细胞壁表面的现象，并常在细胞璧外堆积形成角质层，使外壁不透水、不透气，可降低蒸腾作用从而起到保护作用。叶的表皮细胞等。 栓化 木栓质（脂类物质）渗入细胞壁的过程。木栓质嫌水性比角质更强、而且是热的不良导体，增强细胞壁的保护作用。老根、老茎的外表具有栓化细胞。 矿化 矿质积累在细胞壁中的现象。增加组织的硬度与保护功能。禾本科、莎草科、桔梗科等植物的表皮细胞的外壁中常积累SiO2、特称为硅化。（4）纹孔 初生纹孔场 是指细胞壁形成过程中，在初生壁上有些较薄的凹洼区域。 纹孔 是指细胞壁形成次生璧时，初生纹孔场处不沉积璧物质而形成许多凹陷的区域。（5）胞间连丝 胞间连丝定义 是指穿过相邻活细胞之间纹孔对的原生质细丝。 功能 使相邻细胞的原生质体相互连结；在细胞间起着物质运输、传递刺激以及控制细胞分化的作用。2、原生质体 细胞内由原生质组成的各种结构的统称，是细胞内代谢活动的主要场所，包括细胞膜、细胞质、细胞核三部分。（原生质 构成细胞的生活物质，是细胞结构和生命活动的物质基础。是具有一定粘度、半透明、不均以的亲水胶体，具有新城代谢的生命特征。）（1）细胞膜 单位膜 基本成分是磷脂分子和蛋白质。在电子显微镜下看到的单位膜呈“暗-亮-暗”三层，中间的亮层是磷脂双分子层的疏水尾部，两侧暗层是蛋白质分子层和磷脂双分子层的亲水头部。具有选择透过性。 功能 使细胞维持稳定的细胞内环境，进行正常的生理活动；使营养物质有控制地进出细胞，而废物能排出体外；接受细胞外信息、具有细胞识别功能；能向细胞外形成凹陷、吞食外围液体或固体颗粒（吞食液体颗粒称为胞饮作用、吞食固体颗粒称为吞噬作用）。（2）细胞质 分为细胞器和细胞质基质以及细胞质骨架。 细胞器 是细胞内具有特定形态结构和功能的亚细胞结构。分为三类。A、双层单位膜结构的细胞器 包括质体、线粒体两种细胞器。a、质体 植物细胞特有的细胞器，与碳水化合物的合成和贮藏相关。包括叶绿体、有色体、白色体。叶绿体含叶绿色a、b，叶黄素、胡萝卜素，行光合作用。有色体含叶黄素、胡萝卜素，是花瓣、果实等器官颜色的来源。白色体不含色素，积累淀粉（造粉体）、脂类（造油体）、蛋白质（造蛋白体）。b、线粒体 细胞内进行有氧呼吸的场所，把有机物降解过程中释放的能量贮存在ATP中，为细胞的各种代谢活动提供能量和中间产物。有细胞动力站之称。B、单层单位膜细胞器 包括液泡、内质网、高尔基体、溶酶体、圆球体、微体等六种细胞器。a、液泡 植物细胞特有的细胞器。其内水溶液特称为“细胞液”，主要成分是水，其他成分因植物种类和发育各时期的生理形态而变化，一般为溶于水中的无机盐、糖类、脂类、蛋白质、酶、单宁、有机酸、植物碱、花色素苷等。中央大液泡与质体、细胞壁一起构成了植物细胞区别于动物细胞的三大特征结构。液泡的主要生理功能是：调节细胞的水势与膨压（是植物体保持挺立状态的根本因素）；参与细胞内物质的积累与移动（细胞液中的糖类、蛋白质等有机营养物质需要时可以转移出去，可以贮藏细胞中过剩的有机酸和其他有害的代谢产物如草酸钙结晶等使其与细胞代谢区隔离，从而保证细胞内代谢活动正常进行）；参加大分子物质更新中的降解活动（因为液泡常含有水解酶等多种酶类）；与植物的抗性相关（液泡形成的内环境可以缓解外界条件的突然变化）。b、内质网 包括糙面内质网和光面内质网两类。主要功能是：对细胞具有支持作用，分隔细胞质使之区域化；合成、包装、运输某些代谢废物；分泌小泡进而形成其他类型的细胞器如高尔基体、液泡、微体等。c、高尔基体 合成纤维素、半纤维素等细胞壁构成物质；能加工蛋白质形成分泌泡与细胞膜融合排泄细胞内代谢废物，如分泌黏液、树脂等；能参与溶酶体和液泡的形成。d、溶酶体 进行细胞内的消化作用，可催化蛋白质、多糖、脂质、DNA、RNA等大分子的降解，以帮助清除细胞内衰老的细胞器和无用的生物大分子、维持细胞的正常代谢活动。e、圆球体 贮藏大量脂肪，且含有脂肪酶、需要时可以将脂肪水解成甘油和脂肪酸。f、微体 包括过氧化物酶体和乙醛酸体两种。过氧化物酶体含有多种氧化酶，与光合作用过程中的光呼吸相关，参与乙醇酸循环，把乙醇酸转化为己糖；乙醛酸体与脂肪代谢密切相关，能将脂肪分解为糖。C、无膜结构的细胞器 仅核糖体一种细胞器。又称为核蛋白体、核糖核蛋白体，主要成分为RNA（称为rRNA、占60%）和蛋白质（占40%）。是细胞内合成蛋白质的主要场所。 细胞质基质 无色半透明的胶体物质、构成细胞器的生活环境。细胞质基质在细胞内经常作定向流动的现象称为胞质运动，是细胞生命活动的表现。 细胞质骨架 是指细胞质中由微丝和微管装配而成的网架系统。A、微丝 是由肌动蛋白组成的丝状结构，能参与维持细胞形状、细胞质流动、染色体移动、叶绿体运动；还参与物质运输以及与膜有关的一些重要生命活动如细胞内吞作用和排泄过程；还与胞质分裂、细胞生长有关。B、微管 是由微管蛋白组成的管状结构，对细胞结构具有支架作用、维持细胞一定的形状；参与细胞分裂、细胞壁的形成和生长；与胞质运动、细胞器的运动、鞭毛运动相关。（3）细胞核 核的出现是细胞进化的主要标志之一。 结构 由核被膜、核仁、核质三部分构成。A、核被膜 包括核膜和核纤层。核膜由内外两层单位膜构成，具有核孔、可供蛋白质、RNA通过。核纤层是一层蛋白质组成的网络状结构，是核内的主要骨架系统，为核膜和染色体提供结构支架。B、核仁 核内小球体结构，含有大量蛋白质和RNA，是核糖体RNA合成、加工的主要场所。C、核质 经适当的药剂处理后可以分为不着色的部分核液、着色的部分染色质。a、核液 是细胞核内的无定形基质，染色质和核仁悬浮其中。b、染色质 是由核小体组成的串珠状结构，每个核小体中心有8个组蛋白分子，DNA双螺旋盘缠在它的表面，各核小体之间以DNA双螺旋和1个组蛋白分子相连。在细胞分裂间期时呈细丝状、分裂期时呈短棒状特称为染色体。 细胞核功能 是真核细胞原生质体中最显著的结构，是遗传信息的贮存场所，能控制细胞的遗传性状，并通过控制蛋白质合成协调细胞的代谢活动。三、植物细胞的后含物 是指细胞质不参与原生质组成的植物贮藏物质、次生物质、代谢废物的总称。1、贮藏物质 包括淀粉、蛋白质、脂类等。2、次生物质 也称为代谢中间产物，包括单宁、色素等。3、代谢废物 包括晶体、树脂、乳汁等。第二节 植物细胞的周期与增殖一、细胞周期 细胞持续分裂过程中，从上一次分裂结束到下一次分裂结束之间的过程称为一个细胞周期，包括分裂间期和分裂期。二、分类方式 有丝分裂、无丝分裂、减数分裂。三、分裂间期1、G1期 进行RNA、蛋白质、酶类、磷脂等的合成。进入此期的细胞具有三种前途：继续进入S期；暂不进入，而执行其他功能，当植物体某部分需要补充新的细胞时，又能进入S期；永远不进入S期，而沿着细胞生长、分化、衰老、死亡的轨道运行。2、S期 细胞增殖的关键时期，只要DNA合成开始，细胞周期就会完成，DNA含量加倍。3、G2期 为分裂期做准备。对有丝分裂来说，主要是合成纺锤丝的组成材料和RNA并储存染色体移动所需要的能量。四、有丝分裂 是植物体细胞增殖的主要方式，包括一下4个时期。1、前期 染色体出现，纺锤丝形成、分裂极确定，核仁、核膜解体。2、中期 染色体在纺锤丝牵引下排列在细胞赤道面上，纺锤体形成。3、后期 染色体分离，分别向两极移动，出现中间丝。4、末期 染色单体分别到达两极，回复到染色质形态，子细胞核形成。在赤道面处先是产生成膜体、继而形成细胞板、最后形成新的细胞壁把母细胞分隔成两个新的细胞。五、无丝分裂 比有丝分裂过程简单，不会出现染色体形态和纺锤丝，也称为直接分裂。有横缢、出芽、碎裂、纵缢等方式，其中横缢最常见。六、减数分裂 是植物进行有性生殖时的一种特殊的细胞分裂方式，细胞连续分裂两次，而染色体只复制1次，1个母细胞产生4个子细胞，每个子细胞的染色体数目只有母细胞的一半。 1、第一次分裂 （1）前期1 分为5个时期。 细线期 出现细线状的染色体。 偶线期 也称为合线期。同源染色体两辆配对即联会，形成四联体。 粗线期 四联体中相对靠近的非姊妹染色单体发生了基因交叉互换。 双线期 染色体继续缩短变粗，交叉互换很明显。 终变期 染色体缩短变粗至极限，核仁消失、核膜破裂。（2）中期1 与有丝分裂相同的是染色体也排列在赤道面上、形成纺锤体；不同的是同源染色体是配对的，不分开。（3）后期1 同源染色体分开，分别进入两极。（4）末期1 在两极染色体回复染色质形态，核仁、核膜出现。2、第二次分裂 与有丝分裂过程类似，最后形成4个染色体数目减半的子细胞。3、减数分裂的生物学意义（1）产生的生殖细胞染色体数目减半，形成合子后恢复了母细胞的染色体数目，保持了遗传的相对稳定。（2）同源染色体中非姊妹染色体基因的交叉互换使遗传物质发生了重组，为细胞遗传的变异性奠定了基础、丰富了植物遗传的变异性。第三节 植物细胞的生长与分化一、细胞生长 是指细胞体积和重量增加的过程。二、植物细胞全能性 植物体所有细胞都是由合子分裂产生的，具有与合子相同的染色体或遗传信息，因此每个活细胞与合子一样具备发育成整个植物的潜在能力。三、细胞分化 是指植物个体发育中，细胞形态、结构和生理功能特化，变成彼此互异的过程。四、细胞脱分化 植物体内某些生活的成熟细胞，在一定发育时期或条件下，会失去成熟细胞的典型特征而恢复到具有分裂能力的分生组织细胞状态的现象。五、细胞死亡 1、坏死性死亡 由于某些外界因素，如物理、化学损伤和生物侵袭造成的非正常死亡。2、程序性死亡 由于基因程序性活动决定的细胞自动结束生命的正常生理性死亡。也称为细胞编程性死亡或者细胞凋亡。第四节 植物组织一、植物组织定义 植物个体发育中，形态结构相似、生理功能相同、来源相同的细胞群组成的结构和功能单位。二、组织分类 按照发育程度不同分为分生组织和成熟组织两大类。1、分生组织 在植物体内某些特定部位具有持续性或周期性分裂能力的细胞群。保持着胚性特点、细胞相对较小、细胞壁薄、细胞核相对较大、细胞质浓、细胞器丰富。有两种分类标准：（1）根据在植物体内的位置划分 顶端分生组织 根茎叶等器官的先端部位，使器官伸长。 居间分生组织 是穿插于茎叶、花梗、花丝等器官中的成熟组织之间的分生组织，可使器官进行有限的伸长生长。 侧生分生组织 主要分布于裸子植物和双子叶植物的根茎周侧，与所在器官的长轴平行排列，包括维管形成层和木栓形成层，主要是使器官加粗。（2）根据来源和性质划分 原分生组织 来源于胚性原始细胞。细胞极小、近于等径、细胞核相对较大占据细胞中央位置、细胞器丰富、细胞质浓、无明显液泡，具有强烈、持久的分裂能力，是产生其他组织的最初来源。 初生分生组织 由原分生组织衍生形成，是原分生组织向成熟组织过渡的部分，逐渐衍生形成原表皮、原形成层、基本分生组织。细胞液泡明显、体积增大（主要是细胞加长）。 次生分生组织 是由某些成熟组织细胞（如薄壁细胞、厚角细胞、表皮细胞等）脱分化形成。细胞明显液泡化、扁长形。2、成熟组织 植物体内在形态上和功能上已经分化成熟的细胞群。按照担负的功能不同划分为5类：（1）薄壁组织 是植物体内份量最大的组织，又可分为5类。 同化组织 含有大量叶绿体、能进行光合作用，一般分布于植物体容易接受光的部位，如叶片中的叶肉、幼嫩的茎和幼小的果实，以及茎中近表皮的皮层部分。 贮藏组织 细胞较大而近于等径，贮藏大量营养物质（蛋白质、淀粉、脂类等）以及某些特殊物质（单宁、橡胶、草酸钙晶体等），一般分布于根茎的皮层、髓，果实的果肉以及种子的子叶、胚乳等。另外：一些旱生植物多汁，是因为其贮藏组织特化为贮水组织，如仙人掌、芦荟等植物的光合器官中存在一些缺乏叶绿体而充满水分的薄壁细胞、使其能适应干旱的环境。 吸收组织 根毛区的表皮细胞能形成根毛，与其他器官的表皮不同，特称为根被皮，担负从土壤中吸收水分、矿质元素的功能。另外：根被皮与皮层中柱鞘之间的皮层细胞也具有吸收组织的性能。 通气组织 细胞间隙特别发达，或部分细胞死亡、消失形成较宽阔的通气腔或曲折贯连的通气道，含蓄大量空气以满足湿生、水生植物对气体的需要；同时也能有效地抵抗水生环境中所受到的机械压力。 传递细胞 是一些特化的薄壁细胞，具有内突生长的细胞壁和发达的胞间连丝、适应于短途物质运输。一般存在于溶质大量集中、短途转运强烈的有关部位，如小叶脉、茎节、子叶节、花序轴节部和雌蕊内某些部位。（2）机械组织 是细胞壁发生不同程度的增厚，在各种器官中起支持作用的组织。分为厚角组织和厚璧组织两类。 厚角组织 细胞壁一般在角隅部分增厚、是初生璧性质的、不含木质素，是活细胞、具有潜在的分生能力，有时能担负光合作用。 厚璧组织 细胞壁均匀增厚而且木质化，是没有原生质体的死细胞。包括石细胞和纤维两种类型的细胞。A、石细胞 近于等径或呈不规则形状，细胞壁具有极度增厚的次生璧，强烈木质化。B、长纺锤形，细胞壁次生增厚、木质化而坚硬。分为韧皮纤维和木纤维。（3）输导组织 是植物体中专门担负长途运输的长管状结构。分为两类： 导管或管胞 输导水分和无机盐，位于木质部。导管是由许多导管分子连接而成的管状结构，管胞就是一个单独的输水机构。它们的侧璧均不同程度的木质化增厚，分为环纹、螺纹、梯纹、网纹、孔纹5种类型。导管分子和管胞都是死细胞，其中导管分子具有明显端璧，端璧具有穿孔，分为单穿孔和复穿孔。 筛管和伴胞或筛胞 位于韧皮部。筛管由长管状的生活薄壁细胞纵向连接而成，每个细胞称为筛管分子、没有细胞核，其端璧特化为筛板、筛板上具有筛域、筛域上分布数量较多的筛孔，每个筛管分子旁边有1至数个小型的薄壁细胞称为伴胞，两者之间也有筛孔、但是比端璧上的筛孔小。筛胞是一种细长的、两端尖斜的薄壁细胞，端璧不特化为筛板，是单独的输导输导有机养料的机构。（4）保护组织 覆盖在植物体表面，主要担负保护功能的成熟细胞群。分为初生保护组织和次生保护组织。 初生保护组织 表皮。一般由一层细胞构成。除了表皮细胞为主要构成成分外，还有气孔器、毛状体等附属结构。 次生保护组织 周皮。是木栓层、木栓形成层、栓内层的总称，其中木栓层细胞壁高度栓化、不透水、不透气，是代替表皮的主要保护组织。除此之外，还有皮孔等附属结构。（5）分泌组织 是植物体中产生、输导或贮存分泌物质的细胞群。根据分泌物是否排出体外划分为两种类型。 外分泌组织 腺毛、腺鳞、蜜腺、盐腺、排水器等。 内分泌组织 分泌细胞、分泌腔、分泌道、乳汁管等。三、复合组织 植物个体发育中，由多种类型细胞组成的细胞群。如表皮、周皮、树皮、木质部、韧皮部、维管束等。而分生组织一般是由同类细胞组成的细胞群，称为简单组织。四、维管束 一般是指由原形成层分化产生的初生木质部和初生韧皮部共同构成的束状结构。根据束中形成层的有无分为无限维管束和有限维管束。根据韧皮部和木质部排列关系分为外韧维管束、双韧维管束、周木维管束、周韧维管束、辐射状维管束。木质部和韧皮部合称为维管组织，具有维管组织的植物称为维管植物。五、组织系统 植物体中由一些组织进一步在结构和功能上组成的复合单位。1、皮组织系统 简称为皮系统，包括表皮、周皮、树皮等。2、维管组织系统 简称为维管系统，主要由维管组织构成。3、基本组织系统 简称为基本系统，包括薄壁组织、机械组织、分泌组织等。