植物生物学教案

植物生物学教案第一章植物的细胞和组织主要教学内容：植物细胞的化学组成、植物细胞的基本结构、植物细胞的新陈代谢、植物细胞繁殖、植物的组织概念和分类和组织系统重点和难点：植物细胞的基本结构、植物细胞的分裂、植物组织的分类。教学方式：课堂讲授4学时，实验3学时。以学生自学为主，教师课堂总结，重点讲解植物细胞的基本结构、植物细胞的分裂、植物组织的分类。第一节细胞的化学组成一、细胞是生物体结构和功能的基本单位，是生命活动的基本单位，也是生物个体发育和系统发育的基础。细胞具有遗传上的全能性。1.细胞的发现1665年，英国人罗伯特•虎克（R.Hook）观察软木片，发现软木由很多“小室”构成，形似蜂窝，他称其为“cell”，原意为小室，后来，随着研究的进展和细胞结构的进一步观察、发现，赋于“cell”以特定的意义，逐渐形成了“细胞”这一概念。实际上，他当时所观察到的是死细胞的空腔，细胞内的其他结构，是后来其他学者观察所发现的。2.细胞学说细胞学说的创立：植物学家施莱登（Schleiden）（德国）：于1838年提出，所有植物体都由细胞构成。动物学家施旺（Schwann）（德国）：于1839年在动物研究中证实了上述结论。并首次提出“细胞学说”（Celltheory）这一概念。他提出：“动物和植物乃是细胞的集合体，它们依照一定的规律排列在动物和植物体内”。并明确提出：“一切动物和植物皆由细胞组成”。二、无机化合物：水、无机盐三、有机化合物：蛋白质，核酸，脂类，糖类。第二节植物细胞的基本结构一、植物细胞的形态和大小（一）植物细胞的形状细胞单独生活时，呈球形，但在多细胞的植物体中，由于细胞互相挤压而呈多边的立体形状，高等植物体内的许多细胞其形状的特殊更体现着形态和功能和统一。如起输导作用的细胞呈长筒形，支持器官的细胞呈纺锤形，吸水水肥的根毛细胞向外产生一条长管状突起，增大了它和土壤的接触面，许多薄壁细胞则常成为一种近于等径的多面体。细胞的形状由它所处的位置，执行的功能有关，是由遗传因素也就是细胞核控制的。（二）植物细胞的大小大小差异很大，通常以微米来计算，细胞的直径一般为20-50μm，要在显微镜下才能观察。二、细胞的基本结构植物体的细胞由原生质体和细胞壁两部分组成。原生质体是活的具有生命特征的部分，细胞壁包在原生质体的外面。（一）原生质体原生质体的概念：构成生活细胞的除细胞壁以外所包含的各部分。原生质的概念：构成原生质体的主要物质称为原生质。细胞中具有生命的物质基础。原生质是生命活动的物质基础，细胞内的一切代谢活动都在原生质内进行。包括质膜、细胞质和细胞核。细胞质又包括细胞器和胞基质1．质膜质膜又称为生物膜。质膜具有“选择透性”，因而能控制细胞内外物质的交换。单位膜模型：质膜横断面在电镜下呈现“暗-明-暗”三条平行带，暗带为蛋白质分子组成，明带为脂类物质组成，称为单位膜。2、细胞质：包括细胞器和胞基质（1）胞基质电子显微镜下无特殊结构的细胞质部分，称为胞基质。细胞器及细胞核都包埋于其中。化学成份：小分子化合物包括水、无机盐、溶解的气体、糖类、氨基酸及核苷酸；大分子化合物包括蛋白质、RNA和酶类。理化性质：活细胞的胞基质处于不断运动状态，它能带动其中的细胞器，在细胞内做有规则的持续流动，这种运动称胞质运动。功能：是细胞之间物质运输和信息传递的介质；细胞代谢的重要场所；为各类细胞器行使功能提供必需的原料。（2）细胞器：散布于细胞质内具有一定结构和功能的原生质微结构或微器官。质体：根据所含的不同色素，可划分成叶绿体c，有色体chromoplast和白色体leucoplast。叶绿体：高等植物的叶绿体主要存在于叶肉细胞内，含有叶绿素。电镜观察表明：叶绿体外有光滑平滑的双层单位膜，内膜向内叠成内囊体，存在基粒片层和基质片层。在个体发育上，叶绿体来自前质体，由前质体发育成叶绿体。有色体：有色体含有类胡萝卜素。类胡萝卜素包括：叶黄素（黄色）、胡萝卜素（红色），部分植物的花瓣，成熟的果实，胡萝卜的贮藏根，衰老叶片都存在有色体。有色体的形状有球形和不规则形状。白色体：白色体不含色素，存在于甘薯、马铃薯等植物的地下贮藏器官中。按照功能不同，可以分为：造粉体、造油体和造蛋白质体。在植物发育过程中，质体可以相互转化。线粒体：由双层单位膜构成，外面一层称外膜，内膜向内形成管状突起称“嵴”，在嵴上附有很多功能与呼吸作用有关的酶，由于“嵴”的形成增大了内膜的表面积，“嵴”与“嵴”之间是一些可溶性的蛋白质称基质matrix，由蛋白质、类脂组成。线粒体是细胞进行呼吸作用的重要场所，其呼吸释放出大量能量——把糖、蛋白质、脂肪等（含能物质）氧化产生CO2和水——这一过程中产生能量被传递到含磷的分子中，形成含高能量的三磷酸腺苷ATP，并透过膜传递到细胞的其他部分，提供各种代谢活动的需要。线粒体是释放能量的中心，被形容为“细胞的动力工厂”。高尔基体：由一层单位膜围成扁平的泡囊，若干泡囊叠合成复合体。泡囊周边有分枝的小管，连成网状，小管末端膨大成泡状，小泡由膨大部分收缩断裂而脱离高尔基体，游离到细胞基质中。高尔基体与细胞的分泌作用有关，把从粗糙内质网运来的蛋白质物质进行加、浓缩、储存、运输，最后形成分泌小泡，小泡脱离高尔基体成熟后最后排出细胞外。内质网：由一层单位膜围成的管状、泡状、片状结构，分枝形成网状复杂结构。内质网有两种，在膜的外侧附有有许多核糖体颗粒的，称为粗糙内质网，在膜的外侧不附有核糖体的，称为光滑内质网。由于内质网是核糖体集中分布的场所，而核糖体是合成蛋白质的细胞器，因而推测粗糙内质网与蛋白质的合成有关。光滑内质网主要合成和运输脂类和多糖。内质网可与细胞壁的形成有关。内质网可与核膜的外膜、质膜相连，甚至通过细胞壁的胞间连丝而与相邻细胞的内质网发生联系。因此有人认为内质网构成核糖体：与称核糖核蛋白体，长圆形或球形，主要成份是RNA和蛋白质，大量分布在细胞质中和附着在内质网的外表面。核糖体是细胞中蛋白质合成的中心。溶酶体：外形大小都很象线粒体，但仅具有1层单位膜，内部无“嵴”，膜内含有多种很高浓度的水解酶等，它们能分解所有生物大分子。一般认为在溶酶体的外膜没有破裂或损坏时，溶酶体内存在的酶是不活化的；当细胞缺氧时，受伤时，溶酶体膜破裂，水解酶释放出来，把细胞中的各种化合物分解，细胞被破坏，为细胞自溶现象。细胞内含物的破坏是很多植物细胞，特别是维管细胞成熟的一种特征。圆球体：是生活细胞中随细胞质运动的小圆颗粒，具有一层单位膜，是积累脂肪的场所。当大量脂肪积累后，圆球体便变成透明的油滴，内部颗粒消失。微体：细胞基质中有极微小的构造，球形，大小相似，统称为微体。微体只有1层单位膜，内无“嵴”。可分为过氧化物酶体，乙醛酸酶循环体。微体有二种：过氧化物酶体：存在于高等植物叶肉细胞内，它与叶绿体、线粒体相配合，参与乙醇酸循环，将光合作用过程中产生的乙醇酸转化成己糖。乙醛酸循环体：主要出现在油料种子萌发时，与圆球体和线粒体相配合，把储藏的脂肪转化成糖类。微管和微丝：普遍存在于真核细胞内，微管是中空的细管，长数微米，直径为20-25nm，主要由微管蛋白组成13条原丝，纵行螺旋排列而成。微丝的纤维较细，直径为5-6nm，其主要成份是具有收缩功能的蛋白。微管可能在细胞中起支架作用，保持细胞一定的形状。在植物细胞有丝分裂和减数分裂过程中，微管是纺缍丝组成部分，指导着染色体移动和纤维素微纤丝沉积方位。微管也可能与细胞壁的增厚有关。一些藻类的鞭毛也由微管组成，微管因此也与鞭毛的运动有关。微管与细胞的移动和细胞质运动有密切关系。液泡：植物细胞中最显著的内部结构，也是一种细胞器。液泡由一层膜包围，膜内充满细胞液。液泡膜选择透性膜，通透性比质膜高。液泡内的细胞液的主要成份是水及溶于水中的碳水化合物、脂肪、蛋白质、无机盐、有机酸、植物碱、花青素等。甘蔗的液泡内含有大量蔗糖，柿、番石榴未成熟时细胞液中含有单宁，罂粟中有吗啡碱，烟草中尼古丁。色素主是花青素，呈溶解状态，如果实、花的颜色，有红、蓝、紫等色。无机盐类：钙、镁、钾盐，呈溶解状态。如果无机盐浓度很高，便析出在结晶状态，最常见的是碳酸钙、草酸钙结晶，结晶状态有单晶、复晶、针晶。液泡的功能：①产生膨压，维持组织硬度②贮存代谢产物(盐、糖、单宁、吗啡、花青素)③参与物质循环④具溶酶体性质，更新细胞器2．细胞核3．细胞核细胞核由核膜、核质和核仁等部分组成。(1)核膜：为核最外的一层与细胞质分界的薄膜。结构：由内外二层膜构成，膜上有许多小孔，称核孔。功能：核膜是核和细胞质之间的屏障和通道。核孔和膜的非孔部分具有不同程度的通透性，可以进行物质和信息的交流。(2)核仁：核内的球形结构，一般为1个或2个。是核内合成和贮藏RNA的场所，其大小随细胞生理状态而变化。(3)核质：核膜以内除核仁以外的部分。染色质：是细胞中遗传物质存在的主要形式，电镜下为网状细丝状结构。其主要成分是DNA和组蛋白。当细胞分裂开始时，其结构进行螺旋化而转变为光学显微镜可分辨的染色体状态。(4)核基质：核内没有明显结构的基质，化学成分尚未完全弄清，现已知含有蛋白质、RNA和多种酶。细胞核功能：储存和传送遗传信息，在遗传上，核内遗传物质的遗传占主导地位。控制整个细胞的生命活动。（二）细胞壁细胞壁是包围在原生质体外面的一个坚韧的外壳，是植物体特有的结构。具有细胞壁、中央液泡、质体是植物细胞区别与动物细胞的三大结构特征。　细胞壁功能：保护原生质体。表现在影响植物的吸收、保护、支持、蒸腾和物质运输等重要的生理活动。　细胞壁的生物活性：细胞壁（主要是初生壁）中，含有具生理活性的蛋白质，可参与细胞壁的生长、物质的吸收、细胞间的相互识别以及细胞分化时壁的分解过程，还有抵抗病原物的作用。1.细胞壁的层次细胞壁可以分为：胞间层、初生壁、次生壁。（1）胞间层：由相邻的两个细胞向外分泌的果胶构成，果胶为多糖物质，胶粘而柔软，能将相邻两个细胞粘连在一起。（2）初生壁：初生璧是细胞生长（增长体积）时所形成的壁层，由相邻细胞分别在胞间层两面沉积壁物质而成。初生壁的成分是：纤维素、半纤维素、果胶质。初生壁的特点是壁薄、有弹性、可随细胞的生长而扩大面积。但有时初生壁也局部增厚。如柿胚乳细胞，能储藏营养物质，供种子萌发需要。　许多细胞在形成初生壁后，如不再有新壁产生，初生壁便成为它们永久的细胞壁。（3）次生壁：在细胞停止增大体积后，在初生璧内表面增加厚的壁层，次生壁主要成分为：纤维素此外还有：木质素。次生壁厚，质地坚硬，机械强度大。植物细胞一般有初生壁，但不都产生次生壁，具次生壁的细胞主要存在于输导组织、机械组织和保护组织中。具较强的支持和保护作用。具次生壁的细胞的成熟状态即死细胞。2.纹孔和胞间连丝（1）纹孔：次生壁上具有一些中断的部分，这些部分也就是初生壁完全不被次生壁覆盖的区域，称纹孔。种类：据次生壁增厚的情况不同，纹孔分成单纹孔和具缘纹孔两类。（2）初生纹孔场：在初生壁上具有一些明显的凹陷区域，称为初生纹孔场。（3）胞间连丝：初生纹孔场集中许多小孔，细胞的原生质丝通过这些小孔，与相邻细胞的原生质体相连。这种穿过细胞壁，沟通相邻细胞的原生质细丝称为胞间连丝。纹孔及胞间连丝的功能：初生纹孔场上胞间连丝主要以传递有机物和信息为主，而次生壁上的纹孔以传递水分为主。3.细胞壁的化学组成⑴细胞壁的基本化学组成„胞间层：果胶质。„初生壁：主要为纤维素，另有果胶质、半纤维素。纤维素是一种亲水的具有某些晶体性质的化合物，由100个或更多个葡萄糖基连接而成，分子呈长短不等的链状。„次生壁：与初生壁基本相似，但木质化或木栓化及矿化程度较大。⑵细胞壁中的其他化学成分„角质与角质化：角质属脂肪性物质，角质在细胞壁中的沉积称为角质化。因具疏水性，故可防止水分损失和浸渍，但不影响气体交换。„栓质与栓质化：脂肪性物质，栓质在细胞中的沉积过程称栓质化。功能类似角质，但具更强的坚韧性。„木质与木质化：木质素在细胞壁上的沉积称木质化。木质是亲水性物质，硬度大，可加强机械强度。„矿质与矿质化：主要是碳酸钙和硅化物，矿质成分在细胞壁中沉积的过程称矿质化。