植物生物学第1章植物的细胞和组织.

第一章植物细胞与组织第一节植物细胞的形态与结构显微镜的发明Hooke(1635-1703)世界上第一架简单的显微镜（40-100倍）1665.英国人RobertHooke软木蜂窝状的小格子“细胞”荷兰列文虎克首次发现了活细胞1838年Schleiden1839年Schwann细胞是组成生物体的基本单位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20世纪初20世纪50年代细胞的基本概念细胞是生命活动的功能单位，一切代谢活动均以细胞为基础；细胞是生物体生长发育的基础；细胞是生命的基本结构单位，所有生物都是由细胞组成的；植物细胞的全能性•植物体的每一个生活细胞都具备母体的全套基因，具有在一定条件下发育成完整植株的能力。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）•细胞的形态多样，球形、多面体、立方体、长形等•细胞的大小通常在20-50m之间，----550mm二、植物细胞的基本结构细胞壁(cellwall)细胞原生质体(protoplast)细胞质(cytoplasm)细胞核(nuclear)细胞器(organelle)质膜(plasmamembrane)原生质体与原生质•原生质体：是指一个细胞内有生命活动的物质（原生质）所形成结构的总称（物质结构概念）•新陈代谢的场所。•原生质：泛指细胞内具有生命活性的物质,是细胞结构和生命活动的物质基础。（物质性质概念）•具有新陈代谢的特征水、无机盐等无机物、糖类、脂类、蛋白质、核酸、维生素等有机物粘度、半透明、不均一的亲水胶体细胞的显微及超微结构•显微结构（microstructure）指在光学显微镜下观察到的结构。•超微结构（ultrastructure）指在电子显微镜下观察到的结构，也称亚显微结构。光镜电镜电镜电镜下的细胞原生质体(protoplast)细胞质(cytoplasm)细胞核(nuclear)细胞膜或质膜•质膜(plasmamembrane)：原生质体表面的一层薄膜，脂类和蛋白质生物膜分子结构的流动镶嵌模型•生物膜的“流动镶嵌模型”主要特点有序性流动性不对称性生物膜的结构是与其功能相一致的。质膜的功能1.物质跨膜运输：选择透性，控制细胞与外界环境物质交换2.质膜的受体转导环境、激素等信号，调控细胞生长和分化3.细胞识别:对同种或异种细胞的辨认细胞核（nuclear）•通常一个细胞只有一个细胞核，偶有双核或多核•细胞核一般圆球形，直径约10-20m细胞核核被膜(nuclearenvelop)染色质:(chromatin)核仁(nucleolus)细胞核核被膜：染色质：是细胞核中遗传物质存在的主要形式，其主要成分是DNA和蛋白质核仁：含大量RNA和蛋白质，是核糖体RNA的合成、加工及核糖体亚单位的装配场所外核膜核孔(nuclearpore)内核膜核周隙(perinuclearspace)细胞质（cytoplasm)细胞质基质（cytomatrix)细胞器(organelle)后含物(ergasticmaterial)细胞器：细胞质中具有一定形态和功能的结构细胞器叶绿体线粒体高尔基器内质网核糖体、溶酶体、液泡等叶绿体：膜(membrance)、类囊体(thylakoid)和基质(stroma)光合作用叶绿体的显微及超微结构基质基质类囊体基粒叶绿体膜细胞质中的核糖体叶绿体中核糖体线粒体(mitochondrium):脊(cristae)基质(matrix)呼吸作用线粒体三维结构图解线粒体(mitochondrion)内质网:细胞质内由膜组成的一系列片状的囊腔和管腔,彼此相通形成一个隔离于细胞基质的管道系统糙面内质网RER（rough）：蛋白质光面内质网SER（smooth）糖类、脂类：树脂道细胞合成、运输高尔基体是一些聚集的扁的小囊和小泡。是细胞分泌物的加工和包装场所，最后形成分泌泡将分泌物排出体外。高尔基体还与植物分裂时的新细胞壁和细胞膜的形成有关。液泡（vacuole）：细胞代谢产物的储藏场所细胞液（cellsap）液泡(vacuole)液泡(vacuole)被一层液泡膜(tonoplast)所包被，膜内充满细胞液(cellsap)，主要有水分、糖、单宁、有机酸、植物碱、花色素、无机盐等。液泡中含有花色素(主要是花青素anthocyanidin),致使花瓣具有鲜艳的颜色。花青素随pH不同其色泽可变，碱性时呈兰色，中性时呈紫色，酸性时呈红色渗透调节；贮藏；消化（水解酶）细胞学家把细胞质中凡是由单层膜所包围的小泡，称为液泡系(vacuome)，包括液泡、溶酶体、圆球体、微体等溶酶体是单层膜小泡，由高尔基体断裂而产生,内含多种水解酶,可催化蛋白质、核酸、脂类、多糖等生物大分子，消化细胞碎渣和从外界吞入的颗粒。细胞的骨架细胞骨架（cytoskeleton）•微丝(microfilament，MF)：细丝状结构，直径6—8nm•微管(microtubule,MT)：细长、中空的管状结构，外径25nm•中间纤维(intermediatefilament,IF)：细长管状结构，直径10nm微丝微管中间纤维内膜系统(endomembranesystem)：具膜的细胞器与核膜一起，在细胞质基质中，彼此相关，甚至相通，组成一个复杂的膜系统，成为一个功能上连续统一的细胞内膜，称为内膜系统物质贮藏、运输、交换有利于能量的转换、传递有利于信息的管理、代谢活动的进行细胞基质细胞质中除细胞器以外的胶状物质称为细胞基质，细胞骨架和各种细胞器分布期中，含丰富蛋白质，可运动，与细胞代谢密切相关胞质环流\胞质运动细胞壁细胞壁(cellwall)包围在原生质体外的坚韧外壳，区别于动物细胞的最主要特征之一保护、支持作用吸收、蒸腾、运输、分泌细胞识别参与细胞生长调控----脱壁的细胞(原生质体)培养时只再生壁后才生长、分裂细胞壁组成：•胞间层(middlelamella)•初生壁(primarywall)：1—3μm•次生壁(secondarywall)：5—10μm成分：•果胶类物质•纤维素(cellulose)、半纤维素、木质素(lignin)•多种酶类(enzymes)和糖蛋白初生壁次生壁胞间层电镜下，次生壁可分为外、中、内三层纤维和石细胞等典型具次生壁的细胞，细胞壁有5层结构：胞间层、初生壁和三层次生壁大部分具次生壁的细胞，在成熟时原生质体死亡，残留的细胞壁有支持保护的功能胞间层初生壁次生壁初生纹孔场细胞分化过程中细胞壁的变化胞间连丝(plasmodesmata)•细胞壁生长时并非均匀增厚，在初生壁上有一些较薄的区域叫初生纹孔场(primarypitfield)，其上有许多小孔，细胞的原生质细丝通过这些小孔,与相邻细胞相连•穿过细胞壁，沟通相邻细胞的原生质细丝，称为胞间连丝•联系物质和信息的桥梁纹孔场及纹孔•纹孔场（pitfield）：初生壁上的一些非常薄的区域•纹孔（pit）：次生壁形成时不被次生壁物质覆盖，形成的凹陷区域单纹孔（singlepit）具缘纹孔（borderedpit）•纹孔膜：两个纹孔间的胞间层和两层初生壁形成纹孔膜•相邻两细胞之间的纹孔多成对存在，称纹孔对(pitpair)后含物：植物细胞贮藏物质和代谢产物（一）贮藏的营养物质1、淀粉(starch):形式：以颗粒状态存在，称为淀粉粒(starchgrain)鉴定：用碘—碘化钾溶液染色时，通常呈蓝黑色先从一个点（脐点）开始轮纹（直链淀粉和支链淀粉交替沉积而成）单粒淀粉粒：复粒淀粉粒：2、蛋白质•形式：①拟晶体，其晶体与无机盐结晶不同，常呈方形，因此叫拟晶体(crystalloid)；糊粉粒：由一层膜包裹成的圆球状颗粒•鉴定：贮藏蛋白质遇碘呈黄色•糊粉层(aleuronelayer)。3、脂肪(fat)和油类(oil)•形式：以固体或油滴的形式存在于细胞质中，是细胞中含能量最高而体积最小的贮藏物质，常存在于种子、胚和分生组织细胞中•鉴定：用苏丹III或苏丹Ⅳ染成橙红色（二）生理活性物质•含量很少，但对细胞生命活动起着非常重要作用的物质，统称为生理活性物质•酶、维生素、植物激素、杀菌素等•保证细胞内一切生化反应的正常进行；调节和控制植物生长、发育、繁殖以至遗传、变异等一系列生命活动过程（三）其它物质•糖类、有机酸、单宁、花青素、植物碱、精油、晶体等•植物细胞内的晶体主要是草酸钙晶体，稀碳酸钙晶体，存在于液泡中•单晶：棱柱状或角锥状•针晶：针状，常聚集成束•簇晶：球状，由许多单晶联合形成，每个单晶的尖端都突出于晶簇的表面质体线粒体高尔基体内质网核糖核蛋白体液泡溶酶体圆球体微体微管微丝叶绿体有色体白色体粗糙型内质网光滑型内质网过氧化物酶体已醛酸体细胞质基质细胞器质膜细胞质细胞核核膜核质核仁染色质核基质原生质(生活物质)后含物(代谢产物)贮藏的营养物质生理活性物质其它物质淀粉脂肪蛋白质维生素、生长素、酶无机盐、生物碱、单宁、有机酸、晶体等原生质体细胞壁胞间层初生壁次生壁植物细胞植物细胞和动物细胞叶绿体线粒体细胞壁细胞膜液泡细胞质光面内质网细胞核粗面内质网高尔基体高尔基体线粒体细胞质细胞膜细胞核粗面内质网光面内质网中心体纤毛植物细胞和动物细胞特征动物细胞植物细胞质体（叶绿体）细胞壁大的中央液泡胞间连丝无，异养营养有，自养营养无有（纤维素和果胶质）无有（代谢调节作用）无有（细胞物质和信息传递）植物细胞的全能性（totipotency）指植物体的每一个活细胞都有一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力植物细胞的生长、分化与组织形成植物细胞生长和发育——细胞体积和重量不可逆增加的过程，是植物个体生长的基础植物细胞分化细胞分化•在多细胞植物的个体发育中，细胞在形态、结构和功能上的发生差异过程，称为细胞分化•分化常是可逆的，分化细胞逆转为不分化细胞，称为脱分化•植物的个体发育是植物细胞不断分裂、生长和分化的结果•在系统发育上，植物越进化，细胞分化越剧烈分工越细致，植物体结构也越复杂•细胞分化的基因表达与调控，是当今发育生物学研究的热点和中心问题之一第四节植物的组织•在植物体中，来源相同、形态结构相似或不同、行使相同生理功能的细胞群称为组织(tissue)•仅由一种细胞类型构成的组织叫简单组织•由多种类型细胞构成的组织叫复合组织•由不同的组织按一定的规律构成了器官(organ)植物组织的类型•分生组织：由具分裂能力、未完全分化的、幼嫩的细胞组成的组织•成熟组织：由分生组织衍生的细胞，失去了细胞分裂能力，经过生长、分化形成的具有一定形态结构，具有特定功能的细胞群，也称为“永久”组织——薄壁组织、保护组织、机械组织、输导组织和分泌组织分生组织概念：植物体内具有持续或周期性分裂能力的细胞群称为分生组织类型：按在植物体上的位置分：顶端分生组织侧生分生组织居间分生组织顶端分生组织位置：位于根、茎及其分枝的顶端作用功能：使根、茎不断伸长,并在茎上形成侧枝和叶。茎顶端分生组织最后还将产生生殖器官细胞特征：小而等径，薄壁，核位于中央并占较大体积,液泡小而分散,原生质浓厚，无后含物侧生分生组织•位置：根茎侧面靠近边缘的位置，包括形成层和木栓形成层•作用功能：使根茎不断增粗。木栓形成层的活动使长粗的根茎表面或受伤的器官表面形成新的保护组织•细胞特征：细胞大部分呈长梭形，原生质体高度液泡化，细胞质不浓厚。分裂活动具明显周期性•注意：在没有加粗生长的单子叶植物中，没有侧生分生组织。草本双子叶中活动微弱或根本不存在居间分生组织•位置：位于茎、叶柄、子房柄、花柄、花序轴等器官的成熟组织之间；是顶端分生组织在上述器官中局部区域的保留•作用功能：能使上述器官伸长•活动特点：细胞持续分裂活动的时间短，分裂一定时间后，所有细胞都转变为成熟组织按发生来源和性质分原分生组织：位置：位于根、茎最前端，由没有分化的、最幼嫩的、终生保持分裂能力的胚性细胞所组成(即由胚胎遗留下来的最早的分生组织)细胞特征：体积小，核相对较大，细胞质浓厚，多为等径的多面体初