1、第一章 植物的细胞基础,1、植物的细胞,一、植物细胞的概念细胞是构成生物有机体形态结构和生理功能的基本单位。 二、植物细胞的形状和大小（一）植物细胞的形状植物细胞的形状是多种多样的。有球形、椭圆形、 多面体、纤维形、长柱形等。细胞的形状主要决定于担负的生理功能及其所处的环境条件。,（二）植物细胞的大小植物细胞一般是很小的，最小的球菌细胞直径只有0.5m在种子植物中一般的细胞直径为10100m，但也有少数的细胞肉眼可以直接看到。例如番茄和西瓜果肉细胞，直径可达1mm，棉花种子的表皮毛可长达75 mm，麻茎中垢纤维细胞可达550 mm。绝大多数的细胞体积都很小。体积小，则表面积大，有利于和外界进行
2、物质交换，对细胞生活具有特殊意义。,三、植物细胞的基本结构,植物细胞虽然大小不一，形状多样，但一般都具有相同的基本结构，即都由原生质体和细胞壁组成。一个细胞内原生质分化而来的结构总称为原生质体。,（一）原生质体,1细胞核 可分为核膜、核仁、核质三部分。2、细胞质 细胞质充满在细胞核与细胞壁之间，它包括质膜、细胞器和胞基质三部分。,（1）质膜,质膜是包围在细胞质表面的一层薄膜。质膜主要是由脂类物质和蛋白质组成，此外还有少量的糖类等。在电子显微镜下观察，质膜呈现明显的三层结构，两侧呈两个暗带，中间夹有一个明带。三层总厚度约7.5nm，其中两侧暗带各为2.0nm，中间明带约3.5nm。明带的主要成分
3、是类脂，而暗带的主要成分是蛋白质。这种由三层结构组成为一个单位的膜，称为单位膜。 质膜的主要功能是控制细胞与外界环境物质交换。此外，质膜还具有接受胞外信息和细胞识别的功能。,（2）细胞器,a、质体：质体是植物细胞所特有的细胞器，它与碳水化合物的合成与贮藏有密切关系。根据所含色素及生理机能的不同，质体可分叶绿体、有色体和白色体三种类型。,叶绿体,叶绿体存在于植物的所有绿色部分的细胞里，叶绿体大多数呈扁椭圆形，一个细胞内有十几个至几百个不等，叶绿体含叶绿素和类胡萝卜素两类色素。由于叶绿素的含量较高，叶绿体呈绿色。在电镜下可以看到叶绿体外面是由两层单位膜组成的被膜，其内部也有膜形成的一系列结构，许多
4、圆盘状的类囊体相互重叠，形成一个个柱状体单位，称为基粒。在基粒之间有基粒间膜（基质片层）相连接。叶绿体色素及许多光合作用有关的酶，定位于基粒体层上，基质不含色素，但也具有另一些酶类。基粒和基质分别完成光合作用中不同的化学反应。叶绿体的主要功能是吸收太阳光能进行光合作用。光合作用的实质是将光能转化为化学能的过程。叶绿体是由前质体分化发育而来，在光照条件下，前质体的内膜内折，逐渐形成基粒，发育为成熟的叶绿体。但在黑暗的条件下，内膜形成由小管组成的立体网络结构，称为前片层体，即黄化质体。在获得光照后，这种结构成又可发育成正常的叶绿体。,有色体,含有胡萝卜素和叶黄素。由于两者的比例不同而呈现红黄之间的
5、各种颜色。有色体存在于植物的花瓣、果实的细胞中或植物的其他部分。有色体的形状多种多样，例如红辣椒果皮中有的有色体呈颗粒状，旱金莲花瓣中的有色体呈针状。有色体能积聚淀粉和脂类，在花和果实中具有吸引昆虫和其他动物传粉及传播种子的作用。,白色体,不含色素，呈无色颗粒状。存在于植物体各部分的贮藏细胞中，白色体结构简单，虽然也有双层膜包被，但基质没有膜的结构，不形成基粒，仅有少数不发达的片层。白色体的功能是积累贮藏营养物质。其中积累淀粉的白色体叫造粉体，积累蛋白质的白色体叫造蛋白体，积累脂类的白色体叫造油体。,b、线粒体,线粒体是动、植物细胞中普遍存在的一种细胞器，除了细菌、蓝藻和厌氧真菌外，生活细胞中
6、都有线粒体。线粒、很小，在光学显微镜下，呈线状或颗粒状。在电隔板突起，称为嵴。在内膜与嵴的内表面上均匀分布着许多圆形小颗粒，叫做电子传递粒（ETP），这些电子传递粒含有三磷酸腺苷（ATP酶），能催化ATP的合成。内外膜之间的空隙及嵴之间的腔内，充满着液态基质，基质着液态基质，基质中含有许多与呼吸作用有关的酶、脂类、蛋白质、核糖体等。线粒体的主要功能是细胞进行呼吸作用的场所。呼吸作用是将光合作用所合成的复杂有机物分解成二氧化碳和水，同时放出能量的过程。细胞内的糖、脂肪和氨基酸的最终氧化是在线粒体内进行的，释放的能量供细胞生命活动的需要。因此，线粒体被称为细胞能量的“动力站”。,C、内质网,内质网
7、存在于细胞中，由膜构成的网状管道系统。管道的各种形状延伸和扩展，成为各类管、泡、囊或池，形成相互沟通的网状系统。在电镜下，内质网为二层平行的膜，中间夹有一个窄的空间。每层膜的厚度约为5.0nm，二层膜之间距离只有40.070.0nm。内质网有二种类型：一种是在膜的外表附着有许多核糖体，称为粗糙内质网。另一种在膜的外表面则没有核糖体附着，称为光滑型内质网。细胞中二种类型内质网的比例及它们的总量，随着细胞的种类、发育时期、细胞功能及外界条件的不同而异。内质网的功能，一般认为它是一个细胞内的蛋白质、类脂和多糖的合成、贮藏及运输系统。粗糙型内质网合成和转运蛋白质，光滑型内质网能合成和转运类和多糖。,d
8、、高尔基体,高尔基体本是一由系列扁平的囊和小泡组成。扁平囊由间层膜围成，直径约0.51m，中央似盘底，边缘或多或少出现穿孔。当穿孔扩大时，囊的边缘便显得像网状的结构。在网状部分的外侧，局部区域膨大，形成小泡，小泡从高尔基体上囊上分离出去。高尔基体主要是对粗糙内质网运平的蛋白质进行加工、浓缩、贮存和运输，排出细胞。高尔基体参与细胞壁的形成，即高尔基体能合成纤维、半纤维素等构成细胞壁的物质，在有丝分裂时，参与新壁的构成。高尔基尔体还具有分泌作用，如根冠细胞中的高尔基体能分泌黏液。,e、核糖核蛋白体,生活细胞中都含有核糖体。分布在粗糙面内质网上或分散在细胞质中。叶绿体基质中或线粒体中也有核糖体。核糖
9、体的化学万分是核酸和蛋白质，其中核酸约占60%，蛋白质占40%。在细胞质中，它们可能游离状态存在，也可以附着于粗糙型内质网的膜上。核糖体是合成蛋白质的主要场所。是细胞的一个极重要的成分。所以，蛋白质合成旺盛的细胞，尤其中快速增殖的细胞中，往往含有更多的核糖体颗粒。在蛋白质合成活动旺盛的细胞中，常可在电镜下见到核糖体串在一起形成一个聚合体，称为多核蛋白体或多核糖体。,f、液泡,液泡是植物细胞中的显著特征之一。在幼小的植物细胞中，有多个的分散小液泡，细胞成长过程中，这些小液泡，占据细胞中央很大空间，将细胞质和细胞核挤成一薄层而紧贴着细胞壁使细胞质与环境有较大的接触面，有利于物质交换和细胞的代谢活动
10、。液泡被一层液泡膜包着，膜内充满着细胞液，并含有多种有机物和无机物，有的是代谢贮藏物，如糖、有机酸、蛋白质、生物碱、丹宁、色素等。如甜菜根和甘蔗的茎液泡含有大量的蔗糖，许多果实含有大量的有机酸，烟草的液泡中含有花青素，花青素的颜色随着细胞液的酸碱性不同而有变化，酸性时呈现红色，碱性呈蓝色，中性呈紫色。有些细胞液泡中含水量有一些晶体，如草酸钙结晶，这种液泡成为存储细胞代谢废物的场所，能减轻草酸对细胞的毒害。液泡的生理功能，主要是贮藏作用。但因含有许多水解酶，也具有消化作用，在一定条件下，能分解液泡中的贮藏物质，重新参与各种代谢活动。,g、溶酶体,溶酶体是由单层膜围成的泡状结构，直径为0.250.
11、3m。泡内主要含有各种不同的水解酶，如酸性磷酸酶、核糖核酸酶、蛋白酶等等。它们可以分解所有的生物大分子。溶酶体的功能是消化作用。它可以通过膜的内陷，把进入细胞的病毒、细菌及细胞内原生质的其他组分吞噬掉，在溶酶体内进行消化；也可以通过本身膜的分解，把酶释放到细胞质中而起作用。这样，溶酶体对于细胞内贮藏物质的利用，以及消除细胞代谢中不必要的结构和展示物都有很重要的作用。因此，有人认为植物细胞中的溶酶体不是一特殊的形态学实体，而应指能发生水解作用的所有结构。,h、圆球体,圆球体是一层膜围成的球形小体，直径约0.1-1.0m。它是一种贮藏细胞器，是积累脂肪的场所。当大量脂肪积累后，圆球体变成透明的油滴
12、。在油料植物种子中含有很多圆球体。在一定条件下，圆球体中的脂肪酶也能将脂肪水解，因此，圆球体具有溶酶体的性质。,i、微体,微体是由一层膜包围的小体，直径约0.2-1.5m。主要有两种：一是过氧化物酶体，存在于高等植物叶的光合细胞中，常与叶绿体、线粒体相伴存在，执行光呼吸的功能；另一种为乙醛酸循环体，存在于油料植物种子和大麦、小麦种子的糊粉层及玉米的盾片中，与脂肪代谢有关，能将脂肪分解成糖。,j、细胞骨架,在细胞基质中还分布着一个复杂、由蛋白质纤维组成的支架，称为细胞骨架。微管：普遍存在于植物细胞中。它是非膜性结构，由直径约5nm的两种不同的和球状蛋白微管蛋白围成的中空的长管状结构。细胞中的微管
13、不是一成不变的，它们经常处于不断聚合和解聚的动态平衡状态，这种聚合和解聚可在管的两端同时或不同时进行。微管具有多方面的功能，主要是：微管在细胞起支架作用，使细胞维持在一定的形状；微管是细胞分裂时形成的纺锤丝的组成部分，对染色体的位移起作用；微管与染色体、鞭毛、纤毛的运动有关；植物细胞中的微管参与细胞壁的邢成和发育。微丝：比微管更细的纤维，直径只有5.0-8.0nm。在细胞呈纵横交织的网状，常连接在微管和细胞器之间，致使细胞内细胞核与细胞器有序的排列和运动。中间纤维：为一类直径介于微管与微丝之间（8-11nm）的中空管状纤维称为中间纤维，为多数真核生物细胞中都有中间纤维蛋白。微管、微丝和中间纤维
14、，三者在细胞内形错综复杂的立体网络，将细胞内的各种结构连接和支架起来，以维持在一定的部位上，使各种结构能执行各自的功能。,（3）胞基质,胞基质存在于细胞器外围，是一具有弹性和黏滞性能的透明胶体溶液。胞基质的化学万分很复杂，含有水无机盐和溶于水中的气体等小分子，以及脂类、葡萄糖、蛋白质、氨基酸、酶、核酸等中的细胞器，在细胞内作有规律的持续的流动，这种运动称胞质运动。胞基质是细胞内进行各种生化活动的场所，同时还不断为细胞器行使动能提供必需的营养原料。,（二）细胞壁,细胞壁是植物特有的结构。它是由原生质体分泌的物质形成的，具有一定的硬度和弹性。细胞壁保护原生质体，并与植物的吸收、蒸腾、运输和分泌等方
15、面和生理活动有很大的关系。,1细胞壁的化学成分,高等植物和绿藻等细胞壁的主要万分是多糖，包括纤维素、果胶质和半纤维素。植物体不同细胞的细胞壁成分可以不同，这是由于细胞壁中还渗入了其他各种物质的结果。常见的物质有角质、木栓质、木质素等。,2细胞壁层次,细胞壁的结构可分三层：胞间层、初生壁、次生壁。,（1）胞间层。又称中层，是相邻两个细胞间所共有部分。主要成分是果胶质，能使相邻的细胞粘结在一起。 （2）初生壁。初生壁是在细胞停止生长前原生质分泌形成的细胞层，存在于胞间层内侧。主要成分是纤维素、半纤维素和果胶质。 （3）次生壁。次生壁是细胞停止生长后，在初生壁内侧继续积累的细胞壁。它的主要成分是纤维
16、素，并含有少量的半纤维素。,细胞在生长分化过程中，由原生质体合成一些不同性质的化学物质结合到细胞壁内，使次生壁发生变化。常见的变化有木质化、矿质化、角质化、栓质化。,纹孔,次生壁的增厚是不均匀的，有的地方不增厚，形成了许多凹陷的区域，称为纹孔。相邻两个细胞上的纹孔常相对存在称为纹孔对。纹孔之间的胞间层和初生壁合称纹孔膜。纹孔是细胞之间水分和物质交换的通道。分为单纹孔和具缘纹孔二种类型。单纹孔是次生壁在沉积时，于纹孔形成处终止而不延伸。具缘纹孔是次生壁在沉积时，于纹孔形成处向内延伸，形成弓形拱起物。,（4）胞间连丝,穿过细胞壁的细胞质细丝称为胞间连丝。胞间连丝多分布在初生纹孔上，细胞壁的其他部分
17、也有少量胞间连丝。,（三）细胞后含物,细胞后含物是指植物细胞中的贮藏物质和代谢物质。它们存在于细胞质中，细胞器内或细胞壁上。细胞后含物种类很多，如淀粉、蛋白质、脂肪、丹宁、晶体、生物碱等。,在植物的贮藏组织中往往含有大量淀粉。植物光合作用的产物以蔗糖等形式运入贮藏组织后在造粉体中合成淀粉，形成淀粉粒。造粉体积累淀粉时，先从一个起点脐开始，围绕脐从内向外层积累，形成许多同心层次轮纹。脐可位于中央或偏于一侧，轮纹被认为是由于两种不同结构的淀粉（直链淀粉和支链淀粉）交替积累而成。淀粉粒的形态，大小和结构可以作为鉴别植物种类的依据之一。,1、淀粉,2、蛋白质,植物的贮藏蛋白质是结晶或无定形的固体，不表现出明显的生理活性。细胞中贮藏蛋白，呈颗粒状，称糊粉粒。禾本科植物的胚乳最外一层或几层细胞中含有大量的湖粉粒，称为糊粉层。蓖麻细胞内的糊粉粒，在无定形蛋白质中包含有蛋白质的拟晶体和非蛋白质的球体状。,3、脂肪,在植物细胞中脂肪和油常以固体状态或小油滴存在于一些油料植物的种子或果实中，是含能量最高而体积最小的贮藏物质。,4、晶体,在植物细胞的液泡中，常存在各种形状晶体。常见的有草酸钙晶体。草酸是代谢产物，对细胞有害，晶体的形成降低了草酸的毒害作用。,
