第一章植物个体发育的基础细胞与组织 主讲人 夏涛 细胞 单细胞植物 一个细胞代表了一个个体 一切生命活动 包括新陈代谢 生长发育 繁殖 均由一个细胞完成 复杂的高等植物 由无数细胞组成 细胞之间有了机能和形态结构的分工 相互依存 彼此协作 共同保证有机体的正常生命活动 水 1 1植物细胞 1 1 1细胞的化学基础 细胞 无机盐 蛋白质 核酸 糖类 脂类 一 原生质的化学组成1 水和其他无机物水占细胞全重的60 90 成熟种子中占10 14 游离水和结合水 无机盐包括Fe Cu Zn Ca Mg K Na Cl等 2 有机物蛋白质 核酸 脂类 糖类 四大类生物大分子 生理活性物质 活性多肽 维生素 激素 抗生素等 1 1 1细胞的化学基础 2 有机分子A 蛋白质占细胞干重的60 分子量变化范围在6000 1000000道尔顿之间 由20种基本的氨基酸组成 在细胞中的存在形式 结构蛋白 活性蛋白 储藏蛋白 为不溶性蛋白质 是细胞的结构组分 可溶于水 参与细胞的各项代谢活动 具有储藏氨基酸能量的功能 作为有机体生长发育的原料 B 核酸占细胞干重的5 15 主要为核苷酸组成 主要为核糖核苷酸 RNA 和脱氧核糖核苷酸 DNA DNA 位于细胞核中 是生物遗传信息的载体 双螺旋结构 RNA 位于细胞质中 三种类型 与蛋白质的合成有关 单链线形结构 rRNA 核糖体的构成骨架 tRNA 转运氨基酸mRNA 编译合成蛋白质的密码 C 糖类 具有多种的化学结构和生物功能 主要的功能为 通过氧化作用而释放大量的能量 满足生命的需要 转化为蛋白质等其他物质 糖类 单糖 寡糖 多糖 葡萄糖 核糖 麦芽糖 淀粉 纤维素 D脂类范围很大的一类有长链分子的物质 不溶于水而易溶于乙醚等非极性的有机溶剂 功能 生物膜的主要成分 作为能量来储存和运输 保护作用 脂类 单纯脂 甘油酯 蜡 复合脂 脂肪酸 醇类 磷脂 结合脂 糖脂 脂蛋白 萜类 类固醇类 1 1 2细胞学发展简史与细胞学理论 1 1 2 1细胞的发现与细胞的早期研究1665年 罗伯特 虎克利用显微镜观察软木塞 英国人格留 N Grew 意大利人马尔比基 M Malpighi 观察到了细胞质 1831年 英国人布朗 R Brown 观察到了细胞核1835年 法国迪亚尔丹 F Dujardin 发现细胞中的生活物质 称为肉质样 1665年 RobertHooke 英 发现了细胞 1 1 2 2细胞学说的诞生 1838年德国人施莱登 M J Schleiden 1839年德国人施旺 T Schwann 建立了细胞学说的基本原则 1 一切动物和植物都是由细胞构成的 细胞是生命的单位 2 每个细胞是相对独立的单位 有其自己的生命 3 新细胞由老细胞繁衍产生 施莱登 1804 1881 德国植物学家 细胞学说的创立者之一 1838年 施莱登在他的 植物发生论 一文中证明 植物形态的最基本单位是细胞 最简单的植物是由一个细胞构成的 大多数植物是由细胞和细胞的变态构成的 他与德国动物学家施旺共同奠定了细胞学说的基础 1839 1863年在耶拿大学任植物学教授 著作有 植物学概论 等 施旺 1810 1882 德国动物学家 解剖学教授 细胞学说的创立者之一 1839年 施旺概括了施莱登的成就 并在他的 关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究 中指出 细胞是有机体 整个动物和植物都是细胞的集合体 它们按照一定的规律排列在动植物体内 这样 施旺就将施莱登的观点扩大到了动物体 相继证实了细胞是生命的单位 动 植物都是由细胞构成的 与德国植物学家施莱登共同奠定了细胞学说的基础 1 1 2 3细胞分裂和重要细胞器的发现 1841年 雷马克 Remark 在观察鸡胚血细胞时 发现了细胞无丝分裂现象 弗莱明 Flemming 在动物细胞 施特拉斯布格在植物细胞中发现细胞的有丝分裂 1883年 范 本内登 vanBeneden 在动物细胞中观察到减速分裂 染色体 1888 中心体 1883 线粒体 1897 高尔基体 1898 1 1 2 4细胞学的发展 1 细胞的发现到细胞学说的发表 2 19世纪中期到20世纪初 3 20世纪以后 新的细胞学说 1 细胞是地球上生命历史发展过程中产生的生活物质的一种存在形式 2 有机体内存在各种不同的细胞和非细胞结构 但有机体是统一的整体 3 有机体出细胞外 还存在着非细胞的构造 它们也是生活物质的存在形式 并明确了生活物质有细胞和非细胞的结构 肯定了有机体内有细胞和非细胞生活物质同时存在 1 1 3植物的细胞结构 细胞的定义 是一切有机体结构的基本单位 是有机体维持生理代谢和功能的基本单位 有机体生长发育的基础 是有机体遗传和变异的基本单位 植物细胞的形态和结构 一 植物细胞的形态细胞的大小 差异很大 一般20 50 100 m细胞的形状 多种多样1 长筒形2 长柱形3 圆形4 星形5 多角形6 长方形7 长梭形 3 细胞的类型和生命形态 真核细胞的结构 模式植物细胞构造 细胞壁 胞间层初生壁次生壁 后含物 原生质体 贮藏物质晶体 细胞核细胞膜细胞质细胞器 模式植物细胞 模式植物细胞是由细胞壁 原生质体 后含物三大部分组成 质体线粒体液泡内质网核糖体高尔基体 1 细胞核 细胞间期 核膜 核仁 核基质 染色质 内核膜 外核膜 核周腔 核孔复合体 核纤层 由DNA 组蛋白 非组蛋白 少量的RNA组成的复合结构 是遗传信息的主要载体 纤维中心 FC 致密纤维组分 DFC 颗粒组分 GC 核骨架 细胞核功能1 遗传物质储存和复制的场所 2 细胞遗传性和细胞代谢活动的控制中心 2 质膜 细胞质与细胞壁之间的薄膜 主要成分 主要由脂类 蛋白质和少量糖类组成 流动镶嵌模型 在质膜结构中 磷脂双分子层是骨架 两排磷脂双分子亲水头部 磷脂 分别朝向两侧 疏水尾部 脂肪酸链 指向中间 蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层的表面 外周蛋白 有的则部分或全部嵌入其内部 有的则横跨膜层 内在蛋白 结构模型 流动镶嵌模型磷脂分子构成具一定流动性的脂质双分子层 蛋白质分子以各种方式镶嵌在脂质双分子层中 质膜的功能 1 维持细胞内稳定的内环境 2 控制细胞内外的物质交换 包括营养物质有选择的进出及代谢废物的排出 3 感受外界刺激 引起细胞生理活动和状态变化 调节细胞的生命活动 4 为细胞内的各项生化反应提供场所 3 胞基质 在电镜下看不出具体的结构 在光学显微镜下表现为有一定弹性和粘滞性的胶体溶液 成分复杂 包括糖 无机盐 氨基酸 可溶性蛋白等组成 功能 是细胞器之间物质运输的介质 也是细胞代谢的重要场所 4 线粒体 线 棒 粒状 由双层膜 基质组成 其中内膜向内突起成嵴 嵴上有电子传递粒 有氧呼吸的主要场所 绿色植物特有的细胞器 外围有双层单位膜包被 内有液态基质和膜系统 质体能合成和积累同化产物 前质体质体叶绿体成熟质体有色体白色体 5 质体 幼茎皮层细胞 白色体的种类 6 内质网 单层膜片层网状系统 由管道 囊泡和池组成 有粗面内质网和滑面内质网两种 蛋白质的合成 修饰与加工 新生肽链的折叠 组装和运输等相关 粗面内质网和蛋白质的合成 运输 7 高尔基体 单层膜的内凹扁囊叠成 囊周围延伸成管道 管道顶端膨大成小泡 小泡成熟后脱落成分沁泡 合成多糖类物质 浓缩 加工物质 与细胞的分泌有关 参入形成细胞壁 颗粒状 由大小两亚基组成 合成蛋白质的场所 8 核糖体 含大量酸性水解酶 9 溶酶体 单层膜围绕 内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器 消化作用与防御功能 清除无用生物大分子 衰老的细胞器及损伤和死亡的细胞 自噬性溶酶体 autolysosome 异噬性溶酶体 heterolysosome 10 圆球体 单层膜圆球体 内含大量脂肪和脂肪酶 积累 贮藏 分解脂肪 11 微体 单层膜球形小体 有过氧化物酶体 内含过氧化氢酶类 和乙醛酸循环体 内含氧化酶类 两种类型 过氧化物酶体参与光合作用 乙醛酸循环体参与脂肪转化成糖的过程 12 液泡 单层膜泡状结构 内为含有复杂物质成分 溶于水的糖类 单宁 有机酸 植物碱 色素 盐类等 的液体 称细胞液 功能 维持细胞内环境的稳定 调节渗透压和酸碱度 PH值 贮藏 消化物质 微管 microtube 微丝 microfilament 中间纤维 intermediatefilament 真核细胞中的蛋白纤维网架体系 13 细胞骨架系统 cytoskeleton 由微管蛋白组成的一种中空管状结构 维持细胞形状 形成纺锤丝 参入细胞壁形成 与细胞运动有关 微管 微丝 微丝 由肌动蛋白和肌球蛋白组成的丝状结构 直径7nm 维持细胞形状 与细胞收缩 胞质运动和物质运输有关 各种细胞器形态 作用 2 2细胞壁 细胞壁是由原生质体分泌的物质构成 属于非生活的部分 对细胞起保护 支持的作用 使细胞保持一定的形状和相对稳定的外在环境 细胞壁本身结构疏松 外界可通过细胞壁进入细胞中 细胞壁的结构 胞间层 初生壁 次生壁 细胞壁 黄麻茎横切结构 纹孔 纹孔 具有初生壁的细胞进行次生加厚形成次生壁时 加厚不是均匀的 局部地方没有次生壁 只有胞间层 初生壁 形成纹孔的位置在最初形成初生壁时加厚不均匀 形成许多凹洼区 这时的凹洼区称为初生纹孔场 或称原纹孔 次生壁加厚 在初生壁上纹孔场则不加厚 形成更明显的纹孔 相邻两个细胞的纹孔通常是成对出现的 称纹孔对 纹孔膜 将一对纹孔隔开的薄膜称纹孔膜 纹孔膜实际上就是胞间层 初生壁 纹孔口 纹孔在细胞腔的开口 纹孔腔 从纹孔到纹孔膜之间的空腔 单纹孔 纹孔腔呈圆柱形 如纤维 石细胞 薄壁组织 具缘纹孔 纹孔周围的次生壁离开初生壁隆起成一拱形结构 使纹孔具有隆起的边缘 纹孔腔呈圆锥形 纹孔塞 裸子植物管胞上具缘纹孔 纹孔膜的中央加厚膨大形成 纹孔道 由具缘纹孔至纹孔膜之间的垂直空间 纹孔塞缘 纹孔塞周围 具缘纹孔有三个同心圆 最内 纹孔口边缘 中间 纹孔塞边缘 最外 纹孔缘边缘 纹孔是细胞壁的薄壁区域 是细胞间物质交换区域 胞间连丝 胞间连丝 细胞壁并非把两个细胞绝然分开 而是有很纤细的细胞质丝 胞间连丝穿过纹孔的细胞壁而相互联系 起细胞间物质运输和信息传递的作用 在柿树的果肉 椰枣的果肉 七叶树种子的胚乳细胞在初生壁上有胞间连丝通过 胞间连丝 内质网 质膜 核膜由于胞间连丝的联系 构成了完整的膜系统 起着细胞间的物质交换 信息传递的作用 同时病毒也可以利用胞间连丝进行传递 细胞壁的特化 1 木质化 细胞壁由于细胞产生的木质素的沉积而变得坚硬牢固 增加了植物支持重力的能力 2 木栓化 细胞壁内渗入了脂肪性的木栓质的结果 不透水和空气 细胞内的原生质体与周围环境隔绝而死亡 有保护作用 如树皮外面的粗皮 3 角质化 细胞产生的脂肪性角质 能够使植物的茎 叶或果实的表皮外侧形成一薄层角质层 防止水分的过度蒸发和微生物的侵害 4 粘液质化 细胞壁的纤维素等成分发生变化而成为粘液 增强细胞壁的保水性 减少机械损伤 5 矿质化 细胞壁中含有的硅质或钙质等物质 增加了细胞壁的硬度 3 细胞后含物 植物细胞的后含物 细胞在进行各项生命活动时 产生的各种代谢物质 存在于细胞质 液泡 细胞器中 这些后含物可分为三类 后含物 储藏物质 淀粉 蛋白质 脂肪和脂肪油 生理活性物质 晶体 草酸钙结晶 碳酸钙结晶 1 淀粉 薄壁细胞中 由白色体积累淀粉形成淀粉粒 遇碘呈蓝紫色 1 贮藏物质 2 蛋白质 多在种子中 由白色体积累蛋白质或由富含蛋白质的小液泡失水形成糊粉粒 遇碘呈淡黄色 3 油和脂肪 多在果实和种子中 由白色体或圆球体积累油和脂肪形成油滴 遇苏丹 呈橙红色 代谢中间产物 主要有 1 维生素 2 植物激素 生长素 赤霉素 细胞分裂素 脱落酸 乙烯和油菜素内酯 3 抗菌素 4 酶 2 生理活性物质 3 晶体 液泡内的草酸钙或者碳酸钙结晶 1 2植物细胞的增殖 无丝分裂有丝分裂最普遍的细胞繁殖方式减数分裂花粉母细胞形成花粉粒 胚囊母细胞形成胚囊 1 无丝分裂 细胞核直接一分为二 在两