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1、第一章 植物细胞,The plant cell and,第一节植物细胞的形态结构一、细胞是构成植物体的基本单位 细胞的发现：1665年英国人虎克（Robert Hooke，1635-1703）第一次发现了“细胞”，标志着人们对微观世界认识的开始（用Leeuwenhoek发明制作的显微镜)（-现代光学显微镜-电镜）。,植物细胞,Leeuwenhoek和显微镜,是英国人，制出了世界上最早的显微镜。Robert Hooke用发明制作的显微镜第一次发现了“细胞”。,电子显微镜,透射电子显微镜,扫描电子显微镜,细胞学说的建立,1838-1839年，德国植物学家施莱登（M.Schleisden，1804-
2、1881）和动物学家施旺（T.Schwann，1810-1882）指出：除非胞生物以外，一切动物和植物都是由细胞组成的，细胞是生物体结构的基本单位。细胞学说被认为是19世纪科学上的三大发现之一。植物（动物）细胞具有全能性植物离体细胞是独立的个体，是有机体的结构和功能的基本单位，在一定的条件下能够分裂、生长和分化，产生亲本有机体的“复制品”。,组培试管苗（植物细胞的全能性）,二、植物细胞的形状,（一）植物细胞的形状 多种多样，一般与它们所处的环境、担负的生理功能有关，如单细胞、纤维、导管、筛管等，反映了形态与功能相适应的规律。,细胞的形状和大小,细胞的形状和大小,（二）植物细胞的大小,一般很小，
3、非肉眼能看到（分辨），必须借助显微镜。直径大多为10-100um（1 um=10mm），最小的为0.5 um（球菌）。有人估计，一张叶片可含4000万个以上的细胞，一个6cm直径的苹果含4亿个 细胞。少数肉眼可见，如番茄果肉细胞、西瓜瓤细胞，达1mm，苎麻纤维长1-5cm，动物中神经细胞达1m。细胞小的主要原因是：一个细胞核所能控制的细胞质的量是有一定限度的；细胞体积小，其相对面积就大，有利于物质的迅速交换和转运。,细胞大小、数目与表面积,细胞小而数目多具有相对大的表面积,三、植物细胞的结构,显微结构 亚显微结构,植物细胞和动物细胞结构模式图（三大区别）,植物细胞模式图,第二节 原生质（细胞生
4、命活动的物质基础）,本质原生质是细胞内具有生命的物质，是细胞结构和生命活动的物质基础,成分：,无机物：水(water)无机盐(Mineral material)有机物：四种生物大分子，如蛋白质（protion）核 酸(nucleic acid)类 脂(lipid)糖 类(saccharide)等,特性：是亲水胶体系统，由于化合物间发生复 杂化学反应而产生生命现象，能分化出各种结构。处于凝胶和溶胶（水多，代谢快）的动态变化中。原生质同化和异化的矛盾就是新陈代谢,（一）原生质体,1、细胞核 除原核细胞（细菌、蓝藻等）及个别（筛管）例外，均有细胞核，常1细胞1核，极个别的2核（绒毡层细胞）、多核（乳
5、汁管）。细胞核的位置、形状、相对大小随细胞的生长（幼嫩）而变化。细胞核的结构（间期核、在生长、未处于分裂）,细胞核(nucleus),细胞核的结构,u 核膜包括外膜、内膜、核孔、核周腔（图）u 核仁是合成核糖体RNA（即rRNA，是蛋白质合成场所）的场所u 染色质由DNA、蛋白质（组蛋白和非组蛋白）、少量RNA组成，是遗传物质存在的主要形式，细胞分裂是变粗短成染色体。u 核液是无定形物的基质 细胞核的功能：遗传的功能和控制功能,2、细胞质（cytoliasm）,细胞膜（质膜）(plasmalemma)胞基质(cell matrix)细胞器(organelle)（1）质膜 关于质膜结构有二种模型
6、（电镜下）：A、单位膜结构模型 认为质膜的结构是固定、静止的，模式图是：,单位膜结构模型,单位膜结构模型,B、流动镶嵌模型,突出了质膜结构的流动性和蛋白质分布的不均匀性。质膜的功能：具有选择透过性只透过某些分子（水和小分子，大分子不能透过）和离子的特性。主要是控制细胞与外环境间的物质交换，维持细胞内环境的相对稳定。还有其他功能。,生物膜分子结构的流体镶嵌模型Singer 和Nicolson1972年提出,流动镶嵌膜结构模型,流动镶嵌膜,（2）细胞器,细胞器习惯名词，介绍10种。质体：植物细胞特有，与碳水化合物（糖）的合成、贮存有关的细胞器，分三类。A、叶绿体 分布：植物绿色部分的薄壁细胞中，如
7、叶肉细胞等。蓖麻叶中有403000个/mm2。,叶绿体,白色体,有色体,叶片与叶绿体,叶绿体结构模式图,叶绿体的超微结构,所含色素和形状,所含色素：叶绿素a（蓝色）、叶绿素b（绿色）、叶黄素（黄色）、胡萝卜素（橙色）。叶绿素能吸收和利用光能（化学能），直接参与光合作用；其它的二类合称类胡萝卜素，只能将吸收的光能传递给叶绿素，起辅助作用。叶片的颜色与三种色素的比例有关。形状：高等植物的相似（球形、卵形、凸透镜形），低等植物的多种多样（厚底杯状、螺旋带状等）。,电镜结构：,外膜 内膜 均为单位膜 基质 无色液相，主为蛋白质，暗反应场所。基粒 由10-100个基粒类囊体叠成柱状。基粒间膜 由基质类囊
8、体连于基粒间。类囊体系统：分布色素，是光合作用光反应场所。叶绿体和线粒体是细胞的“能量转换器”（光能 化学能 生命活动需要的能）,类囊体,由单层膜围成扁平封闭小囊，是叶绿体的结构单位，有二种，相互连成一个完整系统，其上分布色素，是光合作用光反应场所。功能：进行光合作用，制造有机物。,B、有色体,n 存在于果实、花瓣或其他部分，如胡萝卜根中。n 外被双层膜，不形成内囊体，含类胡萝卜素。n 吸引昆虫传粉、动物采集，利授粉、种子传播；也有积累淀粉、脂的能力。,C、白色体,n 存在于植物体无色部分的贮藏细胞中，如萝卜根。n 外被双层膜，不形成类囊体，不含色素。n 是淀粉、脂肪的合成中心，分别叫淀粉体、
9、造油体。三种色素在一定的条件下可以相互转化，如西红柿由白 绿 红；萝卜见光为绿色；胡萝卜见光为绿色；韭菜黄化为韭黄；树叶由绿色 黄色、红色。,线粒体,外膜 内膜 嵴 内膜内褶 基粒 含ATP酶 膜间腔 中心腔 充满基质如蛋白质，特别是呼吸酶。功能：是呼吸作用的场所，被喻为“动力工厂”（“发动机”、“能量转换器”）。因为内有100多种呼吸酶，与细胞内物质分解、形成ATP、释放能量有关。营养物 呼吸酶 ATP（含高能）分解 ADP 能 生命活动,线粒体,线粒体,生命活动需要能量,C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+能量（ATP+热能）,内质网（ER）,首次在细胞内质发现且成网状而得名。结构
10、：单层膜核外膜 向内 ER 向外 质膜 胞间连丝 相邻细胞 类型：据表面是否附核糖体分为rER 和sER,内质网,内质网,功能：,ER构成了一个从细胞核到质膜，以及与相邻细胞直接相通的管道系统，与细胞内和细胞间蛋白质、类脂、多糖（参与细胞壁的形成）的合成运输有关；还是其他细胞器的来源，如液泡、溶酶体、高尔基体小泡等。,高尔基体 1898年，动物学家高尔基氏在动物N.C中首次发现而得名。,高尔基体,高尔基体,结构：,扁平囊：5-8层，平行叠成盘形。分 凸面（形成面）：常面向细胞核和ER 凹面（分泌面）：面向质膜 小管：扁平囊周围末端因穿孔而形成的小管 小泡：凸面小泡 由ER脱落而成，内含ER合
11、成物 凹面小泡 小管末端脱落而成，内含 高尔基体加工、浓缩物,功能：与细胞的分泌（分泌物主要是多糖和多糖-蛋白质复合体）作用有关。参与细胞内一些分泌物的储存、合成、加工、浓缩，以小泡运输到细胞各处，行使功能。,核糖核蛋白体（核糖体）,成分：60%rRNA（核糖体核糖核酸）、40%蛋白质结构：非膜性，近球形，由二个亚单位构成 功能：合成蛋白质的场所多聚核糖体,液泡,结构 液泡膜：单层，选择透过性高于质膜 细胞液：约70%的水、贮藏物（糖、有机酸等）、排泄物（咖啡碱、烟碱、单宁、花青素、草酸钙等）。浓度高，易形成结晶，色深。,液泡中的花青素,液泡中花青素,是植物细胞区别于动物细胞的结构之一（占90
12、%体积）。野生植物资源的开发利用，如甘蔗、甜菜蔗糖，罂粟鸦片，刺梨、酸枣制饮料，花、果实天然色素。,功能,细胞液保持相当浓度，使细胞保持一定的形状和进行正常生命活动；高浓度细胞液，提高了细胞的抗寒、抗旱能力；参与物质的生化循环，有利于细胞的分化和衰老；中央大液泡有利于细胞内外物质和气体交换；丰富而多样的代谢产物是人们开发利用植物资源的重要来源之一贮藏代谢产物；是其它细胞器的来源，如溶酶体来源。,溶酶体 结构：单层膜 围成多形小泡 酸性水解酶 浓度高，能溶解所有生物大 分子。来源：内质网、高尔基体和液泡功能：通过胞饮式（膜内陷）和自溶式（膜破裂“自杀”）完成大分子的消化作用，有利于细胞分化（导管
13、）、衰老死亡；有利于贮藏物的利用。,溶酶体,圆球体 由膜（只具一层电子不透明暗带，半“单位膜”）包被，是脂肪积累的场所，也含脂肪酶，具有溶酶体的性质。微体 单层膜围成，含氧化酶和过氧化氢酶类，与糖类的形成有关微管和微丝 非膜性细胞器，管状或纤维状构成细胞骨架（微梁系统），与支持、运动等有关。“结构、特性和功能”,细胞骨架,细胞骨架,百合花粉微丝骨架分布,洋葱根尖分生细胞（中期）微管,回顾：细胞器(organelle),双膜结构的细胞器单膜结构的细胞器非膜结构的细胞器,线粒体，质体内质网 高尔基体 液泡 溶酶体 微体等核糖体，微丝，微管,各类细胞器发育联系,（二）细胞壁(cell wall),细
14、胞壁、中央大液泡、质体是植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征。细胞壁由原生质分泌的非活性物质构成，硬、有弹性，主要起保护作用。1、细胞壁的层次（显微结构）为什么会分层？分三层（位置、主要成分、特性、作用）胞间层：初生壁：次生壁：,刚分裂的细胞只有胞间层，较成熟活细胞有胞间层和初生壁，成熟死细胞具有胞间层、初生壁、次生壁（可达三层）。,2、纹孔和胞间连丝,初生纹孔场指初生壁不均匀加厚造成的一些明显的凹陷区域。胞间连丝指相邻细胞间，通过纹孔穿过细胞壁的胞间连丝，是细胞间物质和信息直接联系的桥梁。纹孔由次生壁形成时所产生的中断部分形成的孔（这些中断部分的初生壁完全不被次生壁覆盖）。纹孔对纹孔分为：单
15、纹孔和具缘纹孔,单纹孔的结构：纹孔口、纹孔腔（次生壁围成的腔）、纹孔膜（腔底的胞间层和初生壁）。具缘纹孔的结构：纹孔口、纹孔缘、纹孔腔（次生壁围成的腔）、纹孔膜（纹孔塞、塞周缘），如导管的具缘纹孔。初生纹孔场、胞间连丝、纹孔的存在，有利于细胞与环境以及细胞之间的物质和信息交流。,细胞壁层次,初生纹孔场,初生壁 次生壁,纹孔和胞间连丝,胞间连丝,具缘纹孔,单纹孔,3、细胞壁的化学组成,主要是纤维素（100以上的葡萄糖基连成）、果胶质、半纤维素等，都是亲水性的，因此，细胞壁一般含有较多的水分，溶于水分的任何物质都能随水透过细胞壁。但细胞壁成分的变化可增加保护作用：u 木质化 硬、透水；u 矿质化
16、是碳酸钙和硅化物，增加支持作用（如禾本科植物）；u 角质化、蜡质化和栓质化 是脂肪性物质，不透水，减少蒸腾和雨水浸渍，增抗性；u 木栓化 不透水、不透气。,4、细胞壁的亚显微结构,细胞壁的主要成分是纤维素，结构单位是微纤丝。葡萄糖基 合成 纤维素分子 成束 微团 聚合 微纤丝（电镜可见）大纤丝（光镜可见）细胞壁,细胞壁的详细结构,四、植物细胞的后含物（自学）,后含物是代谢产物，是不具活性的非原生质物。有的是贮藏物，有的是废物。如淀粉、蛋白质、脂肪和油类、晶体等。,淀粉粒,后含物（淀粉）,糊粉粒,后含物（蛋白质）,第二节 植物细胞的繁殖,植物要生长和繁殖后代，就必须经过细胞分裂来进行细胞繁殖，以
17、增加细胞的数量（也包括体积的增大）。细胞分裂有三种方式：有丝分裂、无丝分裂、减数分裂一、有丝分裂 包括核分裂和胞质分裂,细胞分裂周期,（一）核分裂,核分裂 是一个连续动态的过程，人为的分为间期、前期、中期、后期和末期。1、间期（生长期）间期的形态特征（既前面已讲的细胞的结构）细胞似乎处于静止状态，细胞各部分结构俱在细胞壁、细胞膜、核大、球形于中央，具核膜和核仁，染色质不规则分散，细胞质浓。,间期细胞的内部变化：,是细胞的生长阶段，进行旺盛的生化活动，为分裂期做准备，主要是DNA、蛋白质、有关酶和RNA（染色质成分）的合成，积累能量。间期分为G1期、S期、G2期。G1期（DNA合成前期）：DNA
18、的相对含量是2C（C表示细胞内一套染色体的DNA含量），主要进行RNA、蛋白质合成和能量的储存，1条染色质含1分子的DNA。S期（DNA合成期）：DNA含量增加1倍为4C，1条染色体含2分子DNA（但为成单体）。G2期（DNA合成后期）：DNAS合成终止，其他成分继续合成，4C。有丝分裂间期一个细胞核内DNA含量的变化,有丝分裂DNA含量变化,4C,2C,分裂期,2、前期3、中期4、后期5、末期细胞周期（T）包括GI 期、S期、G2期、M期。,洋葱根尖细胞有丝分裂图解,有丝分类模式图,（二）胞质分裂,在二个子核之间形成新的细胞膜和细胞壁。成膜体有丝分裂中，由纺锤丝和来自ER和高尔基体的多糖小泡
19、构成的桶状结构（赤道面处是细胞板），将形成新细胞膜（小泡膜）和细胞壁（多糖）。（三）有丝分裂的特点和意义,二、无丝分裂（过程及意义）过程：核仁裂为二 核伸长 中凹分为二 二核间形成新的细胞膜和细胞壁 2个细胞意义：,三、减数分裂,间期：染色体已复制（2n、4C），一条染色体含2分子的DNA，但未形成染色单体。（一）第一次分裂（实为分离）分为前期1、中期1、后期1、末期1。,1、前期1 历时长，又分为“细、偶、粗、双、终”五个时期。细线期：染色质成染色体，但仍为线状。偶线期：联会粗线期：染色单体真正形成，遗传物质发生互换（变异原因之一）。双线期：同源染色体开始分离（单体未分离），但交叉处仍有相连
20、，呈X等形。终变期：观察计数染色体的最好时期。,2、中期1 同源染色体（非姊妹染色单体已生物换）移向细胞中央（对比有丝分裂的中期）。3、后期1 二极的染色体成染色质，子核重建。细胞质分裂后成2个子细胞（n）,减数分裂模式图,（二）第二次分裂,核不再进行DNA的复制和染色体加倍，过程与有丝分裂相同，分前期、中期、后期和末期。减数分裂是植物在产生有性生殖细胞时进行的特殊有丝分裂，细胞连续分裂二次，但染色体只复制一次，形成的四个子细胞的染色体数只有母细胞的一半（发生在分裂）。意义：是保证物种稳定性的基础；由于同源染色体发生联会、交叉和片段互换，从而使同源染色体上父母本的基因发生重组，产生新型的单倍体细胞，这就是有性生殖能使子代产生变异的原因。,第三节 细胞的生长和分化一 生长:细胞体积和质量的增加 二 分化:结构和功能上的特化 极性:顶端和基部有差异.三 细胞工程:四 细胞的衰亡:特征与意义,复习,思考题,2 三种分裂方式各有什么样的生物学意义?3 举例说明你知道的细胞工程应用的事例.,
