大学生植物学必看.ppt
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1、第一章第一章 植物细胞植物细胞.1.了解了解细胞学说细胞学说的提出在自然科学发展史上的重大意义。的提出在自然科学发展史上的重大意义。2.掌握掌握细胞壁细胞壁、细胞膜、细胞器和细胞核细胞膜、细胞器和细胞核的结构及其主的结构及其主要功能。要功能。3.掌握掌握细胞分裂细胞分裂对于生物体维持一切生命活动和延续物对于生物体维持一切生命活动和延续物种的重要意义,细胞分裂的三种方式(无丝分裂、种的重要意义,细胞分裂的三种方式(无丝分裂、有丝分裂、减数分裂),特别是有丝分裂的过程和有丝分裂、减数分裂),特别是有丝分裂的过程和各个分裂时期的特点。各个分裂时期的特点。.显微镜的发明与细胞的发现显微镜的发明与细胞的
2、发现:1.1590荷兰眼镜制造商荷兰眼镜制造商J.Janssen和和Z.Janssen父子制作了第父子制作了第一台复式显微镜,尽管其放大倍数不超过一台复式显微镜,尽管其放大倍数不超过10倍倍,但具有划,但具有划时代的意义。时代的意义。2.1665英国人英国人RobertHooke用自己设计与制造的显微镜用自己设计与制造的显微镜(放大倍数为(放大倍数为40-140倍倍,观察了软木(栎树皮,观察了软木(栎树皮)的薄片,第的薄片,第一次描述了植物细胞的构造,并首次用一次描述了植物细胞的构造,并首次用cells(小室(小室)这个词这个词来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的封闭状小室(实际上来称呼他所看到的
3、类似蜂巢的极小的封闭状小室(实际上只是观察到到纤维质的细胞壁只是观察到到纤维质的细胞壁)。3.1672,1682英国人英国人NehemiahGrew出版了两卷植物显微出版了两卷植物显微图谱,注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。图谱,注意到了植物细胞中细胞壁与细胞质的区别。.RobertHooke和他的显微镜和他的显微镜.4.荷兰科学家列文虎克荷兰科学家列文虎克A.vanLeeuwenhoek1674年发明了世界上第一个可用光学显微镜,年发明了世界上第一个可用光学显微镜,1680成成为皇家学会会员,一生中制作了为皇家学会会员,一生中制作了200多台显微镜和多台显微镜和500多个多个镜头。镜头
4、。Magnificationrangeswereintheneighborhoodof50-275x。他是第一个看到活细胞的人,观察过原生动物、。他是第一个看到活细胞的人,观察过原生动物、人类精子、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等等。人类精子、鲑鱼的红细胞、牙垢中的细菌等等。http:/http:/ .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.18381839德国德国Schleiden和和Schwann创立细胞学说创立细胞学说1)一切动植物有机体都是有细胞组成的;一切动植物有机体都是有细胞组成的;2)细细胞胞是是生生命命活活动动的的基基本本单单位位,是是多多细细胞胞有
5、有机机体体的的结结构构、功能功能和和遗传遗传单位。单位。1855德国人德国人R.Virchow提出提出“一切细胞来源于细胞一切细胞来源于细胞”(omniscellulaecellula)的著名论断,进一步完善了细)的著名论断,进一步完善了细胞学说。恩格斯将细胞学说誉为胞学说。恩格斯将细胞学说誉为19世纪的三大发现之一。世纪的三大发现之一。病毒、类病毒虽具有生命现象,但不具细胞结构。病毒、类病毒虽具有生命现象,但不具细胞结构。.l细细胞胞是是生生命命的的基基本本结结构构单单位位,所所有有生生物物都都是是由由细细胞胞组组成成的的;细细胞胞是是生生命命活活动动的的功功能能单单位位,一一切切代代谢谢活
6、活动动均均以以细细胞胞为为基基础础。细细胞胞是是生生物物体体生生长长发发育育的的基基础础。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,一个个体由无数细胞组成,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。l细细胞胞是是生生殖殖和和遗遗传传的的基基础础与与桥桥梁梁,具具有有相相同同的的遗遗传传语语言言;(遗遗传传单位单位),),细胞具有遗传上的全能性细胞具有遗传上的全能性;.植物细胞的全能性:植物的大多数生活细胞,在适当条件下都能由单个细胞植物的大多数生活细胞,在适当条件下都能由单个细胞经
7、分裂、生长和分化,形成一个完整植株的现象或能力。经分裂、生长和分化,形成一个完整植株的现象或能力。.1838-1839年年Schleiden和和Schwann的细胞学说的细胞学说1859年年达尔文的进化论达尔文的进化论1866年年孟德尔确立的遗传学孟德尔确立的遗传学.16世纪末世纪末20世纪初:细胞发现、细胞学说创立、世纪初:细胞发现、细胞学说创立、细胞主要结构的发现及描述;细胞主要结构的发现及描述;20世纪初世纪初1950s:细胞形态描述;:细胞形态描述;1950s1990S:细胞各部分的结构和功能;:细胞各部分的结构和功能;1990S至今:细胞的生命活动及其调控。至今:细胞的生命活动及其调
8、控。视频:美国科学家造出世界首个人造活细胞(2010年5月21日).一、植物细胞的形状与大小一、植物细胞的形状与大小植物体由细胞构成(单细胞或多细胞)植物体由细胞构成(单细胞或多细胞)第二节 植物细胞的基本结构美国物理学家组织网1月16日报道:美实验揭示单细胞变多细胞过程.细胞的大小细胞的大小通常在通常在2020202050505050 m m之间之间种子植物中一般直径种子植物中一般直径1010100 100 m,m,较大的如番茄果肉、较大的如番茄果肉、西瓜瓤细胞达西瓜瓤细胞达1 mm1 mm,肉眼可见。,肉眼可见。最小:球菌直径最小:球菌直径0.5 0.5 m m。支原体。支原体0.10.1
9、0.3 0.3 m m最大:苎麻纤维细胞长最大:苎麻纤维细胞长550 mm550 mm。.埃埃.人肉眼分辨率:人肉眼分辨率:0.2mm光学显微镜光学显微镜:0.2m电子显微镜电子显微镜:0.2nm扫描隧道显微镜:扫描隧道显微镜:0.1-0.2nm,0.001nm 能清楚区分被检物体细微结构最小间隔的能力,即相能清楚区分被检物体细微结构最小间隔的能力,即相邻两个物点间最小距离的能力。邻两个物点间最小距离的能力。.植物细胞虽然大小不同,形状多样,但是一般有相同的基本植物细胞虽然大小不同,形状多样,但是一般有相同的基本结构。结构。显显微微结结构构(microscopicstructure):由由细细
10、胞胞壁壁(cellwall)和和原原生生质质体体(protoplast)构构成成,后后者者又又由由质质膜膜(plasmalemma、plasma membrane)、细细 胞胞 质质(cytoplasm)和和 细细 胞胞 核核(nucleus)构成。)构成。亚亚 显显 微微 结结 构构(submicroscopicstructure)或或 超超 微微 结结 构构(ultrastructure):在在电电子子显显微微镜镜下下显显示示的的细细胞胞结结构构称称为为亚亚显微结构或超微结构。显微结构或超微结构。.植植物物细细胞胞结结构构全全图图植物细胞的基本结构植物细胞的基本结构.植物细胞亚显微结构立体
11、模式图植物细胞亚显微结构立体模式图.细胞膜细胞膜细胞质细胞质(后含物后含物)核膜核膜核仁核仁细胞核细胞核核质核质胞基质胞基质细胞器细胞器原生质体原生质体(protoplast)细胞壁细胞壁(cellwall)植物细胞植物细胞.植物细胞区别于动物细胞植物细胞区别于动物细胞的特征之一的特征之一,是植物细胞特有是植物细胞特有的结构,它是由原生质体分泌的结构,它是由原生质体分泌的物质构成的,以前认为是无的物质构成的,以前认为是无生命的,只起保护和支持的作生命的,只起保护和支持的作用,使细胞保持一定的形状和用,使细胞保持一定的形状和相对稳定的外在环境。现在认相对稳定的外在环境。现在认为胞壁具有一定的生理
12、活性功为胞壁具有一定的生理活性功能。能。(一)细胞壁(一)细胞壁.主要成分主要成分:多糖和蛋白质多糖和蛋白质;1)多多糖糖主主要要是是纤纤维维素素(cellulose)、半半纤纤维维素素(hemicellulose)和果胶类化合物。和果胶类化合物。2)蛋蛋白白蛋蛋主主要要包包括括结结构构蛋蛋白白(如如伸伸展展蛋蛋白白)、酶和凝集素等。酶和凝集素等。3)其其它它:酚酚类类化化合合物物(木木质质素素)、脂脂类类化化合合物物(角角质质、栓栓质质、蜡蜡质质)、矿矿物物质质(草草酸酸钙钙、碳碳酸酸钙钙、硅的氧化物)。硅的氧化物)。.细胞壁的亚显微结构细胞壁的亚显微结构大纤丝大纤丝(macrofibril
13、):微纤丝微纤丝(microfibril):基本单位:基本单位微团微团(micelle):纤维素分子纤维素分子.微团微团.Microfibrils(伸展蛋白)(伸展蛋白).细细胞胞壁壁是是在在细细胞胞分分裂裂、生生长长和和分分化化过过程程中中形形成成的的。由由于于功能不同,壁在结构和成分上变化很大。功能不同,壁在结构和成分上变化很大。细胞壁可以分为细胞壁可以分为:胞胞间间层层(intercellularlayer)(中中层层):果果胶胶为为主主,可可被被果胶酶所溶解。果胶酶所溶解。初初生生壁壁(primarywall):纤纤维维素素和和果果胶胶,还还有有半半纤纤维维素素和和糖蛋白(与微纤丝交联
14、)。果胶使细胞壁具延展性。糖蛋白(与微纤丝交联)。果胶使细胞壁具延展性。次次生生壁壁(secondarywall):纤纤维维素素为为主主,常常常常含含有有大大量量木木质素,少量半纤维素,果胶质少,少延展性。质素,少量半纤维素,果胶质少,少延展性。除此以外,细胞壁上还有除此以外,细胞壁上还有纹孔纹孔和和胞间连丝胞间连丝。.初生壁初生壁次生壁次生壁胞间层胞间层.电镜下,次生壁可分为电镜下,次生壁可分为外、中、内三层外、中、内三层纤维和石细胞等典型具次生壁的细胞,细胞壁有纤维和石细胞等典型具次生壁的细胞,细胞壁有5 5层层结构:胞间层、初生壁和三层次生壁结构:胞间层、初生壁和三层次生壁.植物细胞初生
15、壁的厚薄不均匀,有的地方厚些,植物细胞初生壁的厚薄不均匀,有的地方厚些,有的地方薄些。有的地方薄些。初初生生纹纹孔孔场场(primarypitfield)在在初初生生壁壁上上具具有有一一些明显的凹陷区域。些明显的凹陷区域。胞胞间间连连丝丝(plasmodesma)是是穿穿过过细细胞胞壁壁,沟沟通通相相邻细胞的原生质细丝。(电镜下是复杂结构)邻细胞的原生质细丝。(电镜下是复杂结构).胞间层胞间层初生壁初生壁 次生壁次生壁初生纹孔场初生纹孔场(蓝色蓝色)初生纹孔场、纹孔初生纹孔场、纹孔和和胞间连丝胞间连丝.胞间连丝的作用:胞间运输,信息传递胞间连丝的作用:胞间运输,信息传递(是是植植物物细细胞胞间
16、间物物质质和和信信息息交交流流的的直直接接通通道道,其其通通透透性性随随组织种类及其生理状况和发育阶段而异。)组织种类及其生理状况和发育阶段而异。)(A)两两个个相相邻邻细细胞胞分分离离的的胞胞壁壁电电子显微图,显示胞间连丝。子显微图,显示胞间连丝。(B)具具有有两两种种不不同同形形状状的的胞胞间间连连丝丝的的细细胞胞壁壁示示意意图图。决决定定了了胞胞间连丝分子筛的特性。间连丝分子筛的特性。.共质体/质外体所有植物体可分成两个部分:通过胞间连丝结合在一起的原所有植物体可分成两个部分:通过胞间连丝结合在一起的原生质体,称为共质体(生质体,称为共质体(symplastsymplast)。共质体以外
17、的部分,称为)。共质体以外的部分,称为质外体(质外体(apoplastapoplast),包括细胞壁、细胞间隙和死细胞的细胞),包括细胞壁、细胞间隙和死细胞的细胞腔。腔。.洋葱细胞不断长大,初生壁也扩大洋葱细胞不断长大,初生壁也扩大初生壁初生壁的厚度一般较薄,约的厚度一般较薄,约1 13 m3 m,质地柔软,有较大质地柔软,有较大可塑性可塑性,能随着细胞,能随着细胞生长而延展。生长而延展。.植物细胞的次生壁不是完全连续的,有的地方植物细胞的次生壁不是完全连续的,有的地方有中断,使得次生壁上有一些有中断,使得次生壁上有一些“小孔小孔”:纹纹孔孔(pit)纹纹孔孔腔腔(pit cavity),纹纹
18、孔孔膜膜(pitmembrane,二二层层质质膜膜+二二层层初初生生壁壁+一一层层胞胞间间层层),纹孔口,纹孔口纹纹孔孔对对(pitpair)细细胞胞壁壁上上的的纹纹孔孔通通常常与与相相邻邻细细胞胞壁壁上上的的一一个个纹纹孔孔相相对对,二二个个相相对对的的纹纹孔孔合合称称纹纹孔对。孔对。.次生壁次生壁初生壁初生壁胞间层胞间层纹孔纹孔纹孔对纹孔对.单纹孔单纹孔:细胞壁上来加厚的部分,呈圆孔形细胞壁上来加厚的部分,呈圆孔形或扁圆形,纹孔对的中间由初生壁和中层所或扁圆形,纹孔对的中间由初生壁和中层所形成的纹孔膜隔开。形成的纹孔膜隔开。.具缘纹孔具缘纹孔:纹孔边缘的次生壁向细胞腔内呈架拱状隆起,形成一
19、个扁圆的纹孔腔,纹孔腔有一圆形或扁圆形的纹孔口,同时在纹孔膜(即纹孔所在的初生壁)中央也加厚形成纹孔纹孔塞塞。因此,有些具缘纹孔在显微镜下从正面看起来是三个同心圆,外圈是纹孔腔的边缘,第二圈是纹孔塞的边缘,内圈是纹口的边缘。纹孔塞在具缘纹上有活门的作用,当水流得很快时,水流压力会把隔膜推向一面,纹孔塞就把纹孔口堵塞起来,这样就使得上升水流减缓。这种纹孔塞只有在松柏类植物的管胞松柏类植物的管胞上才有,其他裸子植物和被子植物的具缘纹孔没有纹孔塞,因此,在正面只表现两个同心圆。纹孔塞纹孔塞塞缘塞缘纹孔口纹孔口.纹孔和胞间连丝纹孔和胞间连丝.5.细胞壁的特化(次生变化)细胞壁的特化(次生变化)木化:木
20、化:细胞在代谢过程中。产生一种木质,它是由三种醇类细胞在代谢过程中。产生一种木质,它是由三种醇类化合物脱氢形成的高分子聚合物,填充于纤维素的框架内而化合物脱氢形成的高分子聚合物,填充于纤维素的框架内而木化,以增强细胞壁的硬度,增强细胞的支持力量。木化,以增强细胞壁的硬度,增强细胞的支持力量。角化:角化:叶和幼茎的表皮细胞外壁常为胶质(脂类化合物)所叶和幼茎的表皮细胞外壁常为胶质(脂类化合物)所浸透,且常在细胞壁外堆积起来,形成角质层或膜。角化后浸透,且常在细胞壁外堆积起来,形成角质层或膜。角化后细胞壁透水性降低细胞壁透水性降低,但透光。但透光。栓化:栓化:栓化是木栓质类化合物渗入细胞壁引起的变
21、化,使细栓化是木栓质类化合物渗入细胞壁引起的变化,使细胞壁既不透气,也不透水,增加了保护作用。栓化的细胞常胞壁既不透气,也不透水,增加了保护作用。栓化的细胞常呈褐色,富于弹性。呈褐色,富于弹性。矿化:矿化:细胞壁渗入二氧化硅或碳酸钙等就会发生矿化。稻、细胞壁渗入二氧化硅或碳酸钙等就会发生矿化。稻、麦等禾谷类作物的叶片和茎秆的表皮细胞常含有大量的二氧麦等禾谷类作物的叶片和茎秆的表皮细胞常含有大量的二氧化硅。细胞壁的矿化能增强作物茎、叶的机械强度,提高抗化硅。细胞壁的矿化能增强作物茎、叶的机械强度,提高抗倒伏和抗病虫害的能力。倒伏和抗病虫害的能力。粘液化(胶化):粘液化(胶化):粘液化是细胞壁中果
22、胶质和纤维素变成粘粘液化是细胞壁中果胶质和纤维素变成粘液或树胶的一种变化,多见于果实或种子的表面液或树胶的一种变化,多见于果实或种子的表面。.植物细胞分化过程中,植物细胞分化过程中,常常发生细胞壁局部加常常发生细胞壁局部加厚与降解现象,以适应厚与降解现象,以适应特定生理功能。如导管、特定生理功能。如导管、筛管、传递细胞的分化。筛管、传递细胞的分化。.图图培养的百日草叶肉细胞,再分化成管状分子的过程涉及培养的百日草叶肉细胞,再分化成管状分子的过程涉及PCD(A)培养的叶肉细胞有全套的细胞器,改变培养基的激素成分,可以诱导细胞的去分化(B、C),然后逐步分化成管状分子的前体细胞(D),它是具有次生
23、壁加厚特征的未成熟管状分子。在成熟的管状分子中,液泡裂解,随即细胞内容物完全降解(E),最后形成死而空的管状分子(F)。.机械支持和保护机械支持和保护细胞壁和细胞的生长调控细胞壁和细胞的生长调控参与物质运输(质外体运输)参与物质运输(质外体运输)参与细胞识别(糖蛋白、凝集素等)参与细胞识别(糖蛋白、凝集素等)防御(超敏反应)防御(超敏反应)参与细胞分化(固定极化方向)参与细胞分化(固定极化方向).生生活活在在细细胞胞原原生生质质外外表表,都都有有一一层层膜膜包包围围,称称为为细细胞胞膜膜(cell cell membranemembrane)或或质质膜膜(plasma plasma membr
24、anemembrane)。)。膜膜的的化化学学组组成成,几几乎乎全全由由磷磷脂脂和和蛋蛋白白质质组组成成,此外,尚有少量的糖类。此外,尚有少量的糖类。(二)细胞(质)膜(二)细胞(质)膜.单单位位膜膜质质 膜膜 的的 超超 微微 结结 构构单位膜单位膜(Unit membrane)电镜下膜的剖面电镜下膜的剖面,表现表现为两条暗带夹一明带的结构,厚为为两条暗带夹一明带的结构,厚为70-10070-100。.糖链糖链蛋白质蛋白质脂双层脂双层.(1)类脂()类脂(Lipid):质膜结构的分子骨架,主要是质膜结构的分子骨架,主要是磷脂磷脂1.1.质膜质膜的分子结构的分子结构.磷脂性质磷脂性质:在水环境
25、中形成在水环境中形成的双分子层(的双分子层(Bilayer)是是水溶性分子难以通过的天然屏障。水溶性分子难以通过的天然屏障。双分子层双分子层.膜蛋白:与磷脂双分子层膜蛋白:与磷脂双分子层结合,执行各种功能结合,执行各种功能。l运输载体:各种分子泵,运输载体:各种分子泵,离子泵;离子泵;l 酶:酶:催化剂、催化剂、膜反应;膜反应;l 受体:受体:接收和传导接收和传导 化学信号;化学信号;l 连接:连接:连接细胞骨架与胞外基质的连接细胞骨架与胞外基质的分子结构。分子结构。.1.内在蛋白内在蛋白(跨膜蛋白跨膜蛋白)2.外在蛋白外在蛋白(周边蛋白(周边蛋白).(3)膜糖 膜糖是由葡萄糖、半乳糖等9种单
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