植物的细胞(Cell)

第一章植物的细胞(Cell)概述第一节植物细胞的基本构造一、原生质体二、细胞后含物和生理活性物质三、细胞壁第二节植物细胞的分裂概述细胞是生命的结构和功能单位。目前已知的生物体（不包括病毒）均由一个或多个细胞构成，而所有细胞在结构与功能上都具有本质的相似性，由此说明纷繁多样的生命在本质上是同一的，并且可能有着共同的起源。细胞具有独立的、有序的、自主调控的代谢体系；细胞能够通过分裂而增殖，是生物个体发育和系统发育的基础；细胞是遗传的基本单位，并具有遗传的全能性。概述概念：构成植物体的形态结构和生命活动的基本单位。形状、大小：形状多样，随植物种类以及存在部位和机能不同而异。高等植物细胞的大小一般直径10~100um。植物的显微结构：在光学显微镜下所观察到的植物体或细胞的内部构造。有效放大倍数小于1200倍。植物的超微结构（亚显微结构）：在电子显微镜下所观察到的植物体内更细致的结构。有效放大倍数大于100万倍。第一节植物细胞的基本构造典型的植物细胞（模式植物细胞）：各种植物细胞的主要形态特征都集中在一个细胞里。典型的植物细胞原生质体后含物和生理活性物质细胞壁(cw)细胞质(cp)细胞核(cn)质膜基质细胞器质体线粒体液泡内质网高尔基体核糖体等后含物：淀粉、蛋白质、脂肪、晶生理活性物质：酶、维生素、激素一、原生质体(protoplast)是细胞内有生命的物质的总称，包括细胞质、细胞核、质体、线粒体等，细胞的一切代谢活动都在这里进行。构成原生质体的物质基础是原生质，其化学成分主要是蛋白质和核酸。在生活细胞中，水是主要成分，占鲜重的80~90%。（一）细胞质(cytoplasm)(cp)充满在cw和cn之间，外面包被着质膜，质膜内是半透明的基质。在基质中分散着细胞器。细胞质有自主流动的能力，这是一种生命现象。1、质膜(plasmicmembrane)是cp与cw相接触的膜。厚度为6~10nm,一般在光镜下难以看到，主要在电镜下，看到为三层结构，两侧成两个暗带，中间夹有一个明带。对膜的结构，目前较流行的是“流体镶嵌”模型。主要功能：选择透性，控制细胞内外水分和物质的交换。目前，对膜的研究是细胞生物学中最活跃的领域之一，因为生命现象中的许多基本问题，如能量的转换、刺激的传导、细胞识别、细胞免疫、激素的作用等无不和膜有关。细胞中除质膜外，cp与液泡相接触的膜为液泡膜，在cp的基质中还有内质网、高尔基体、小泡，以及各种细胞器也都由膜构成，而且它们彼此连接相互交通，使整个细胞形成了一个十分复杂的膜系统。细胞中的生化反应也都在膜上进行。2、细胞器(organelle)是细胞中具有一定形态结构、成分和特定功能的微器官，也称拟器官。包括质体、线粒体、液泡系、内质网、高尔基体、核糖体、溶酶体等。前三者可在光镜下观察到，其他的只能在电镜下观察到。（1）质体(plastid)是绿色植物细胞所特有的细胞器。其体积比线粒体大，但比cn小，呈圆盘形或卵圆形，直径5~8um，厚1um。根据所含色素和功能的不同，分三种：①叶绿体(chloroplast)：所含色素：叶绿素甲、叶绿素乙、胡萝卜素和叶黄素。形状：在低等植物，形状多样。高等植物，通常呈圆球状、椭圆形，形如凸透镜。分布：广泛存在于绿色植物的叶、茎的绿色部分以及花、果的某些部分。根一般不含叶绿体。功能：光合作用、合成同化淀粉。②有色体(chromoplast)(杂色体)所含色素：主要是胡萝卜素和叶黄素，由于二者比例不同，使植物呈黄、红、橙等色。分布：主要存在于花、果实和根中。形状：针形、球形、杆状、多角形或不规则形。注意：色素和有色体的区别。③白色体(leucoplast)不含色素，无色。形状：个体最小，常呈圆形、椭圆形或纺锤形。分布：多见于不暴光的组织中，少数见光部分也有。功能：与积累贮藏物质有关。三者关系：都是由前质体分化而来，在一定条件下，一种质体可以转变成另一种质体。前质体白色体叶绿体有色体（2）线粒体(mitochondria)普遍存在于动植物细胞中，是cp内的颗粒状、棒状、丝状或有分枝的细胞器。比质体小，直径0.5~1.0um，长约1~2um。在光镜下仅见其外形。在电镜下可见由两层膜组成。含有非常多样且异常重要的酶和与能量代谢密切相关的ATP。是细胞中物质氧化(呼吸作用)的中心。有人称它为细胞的“动力工厂”。（3）液泡(vacuole)•植物细胞特有的结构。在幼小的细胞中，不明显，体积小，数量多。在成熟细胞中，可占据细胞体积的90%，而把cp和cn挤到一旁。结构：液泡膜：是有生命的cp的组成之一，单层膜，结构与质膜相似，但透性和物理特性却不同。细胞液：细胞新陈代谢过程中产生的各种物质的混合液，是无生命的非原生质体的组成部分。意义：对生活细胞有重要意义：贮藏代谢产物，参与细胞中物质生化循环，维持cp内环境的稳定。（4）内质网(endoplasmicreticulum)分布在cp中，由双层膜构成的网状管道。有光滑和粗糙两种类型，一般认为是细胞内蛋白质、类脂和多糖的合成、贮藏及运输系统。（5）高尔基体(Golgibody)分布于cp中，cn周围或上方。有合成、浓缩和转化某些化合物的功能。（6）核糖体(ribosome)合成蛋白质的场所。（7）溶酶体(lysosome)分解大分子、起到消化和消除残余物的作用。（二）细胞核(nucleus)(cn)是细胞中最重要的成分。在传递遗传性状和控制细胞代谢上都起着主导作用。除细菌和蓝藻外(原核生物)，所有的植物细胞都有cn。在高等植物，一般只有一核。在低等植物，有双核或多核。一般呈圆球形，直径10~20um。结构：可分为核膜、核仁、染色质和核液等四部分。1.核膜：分隔cp和cn的界限，是双层膜。膜上有许多核孔，是cn和cp物质交换的通道。2.核液：核膜内呈液体状态的物质。主要成分为蛋白质、RNA、酶和水。3.核仁：cn中1~几个折光率更强的球状体。4.染色质：散布在核液中，易被碱性染料着色的物质。主要由DNA和蛋白质组成。二、细胞后含物和生理活性物质为细胞代谢过程中所产生的无生命的产物。（一）后含物(ergasticsubstance)细胞在代谢过程中产生的贮藏的营养物质和废物的统称。以成形或不成形的形式分布在cp或液泡中。由于其种类和形式多样，并因植物而异，故是中药鉴定的依据之一。1、淀粉(starch)是所有植物细胞中最常见的贮藏物质，以淀粉粒的形式存在于薄壁细胞的cp中。分布：根、茎、种子的胚乳、子叶中。形成：由造粉体积累贮藏淀粉所形成。先从一处开始形成核心脐点，然后环绕脐点继续积累，形成亮暗相间的层纹，最后整个白色体全为淀粉所充满，形成具有同心圆花纹的淀粉粒。类型：单粒、复粒、半复粒。化学鉴别：加碘蓝(直)、紫红(支)一般植物同时含直、支链淀粉蓝紫色2、菊糖(inulin)由果糖分子聚合而成，是淀粉的异构体，多含在菊科和桔梗科植物的细胞中。能溶于水，不溶于乙醇。3、蛋白质(protein)性质：贮藏的蛋白质，呈固体状态，无生命的物质，化学性质稳定。一般以糊粉粒的状态存在于细胞的任何部分，常呈无定形的小颗粒或结晶体。分布：种子的胚乳，子叶细胞。糊粉层：在玉米、小麦、水稻等果实的胚乳最外一层或几层细胞中含有大量的蛋白质。•检验：①黄色反应②碘化反应③二缩尿反应4、脂肪(fat)和脂肪油(fatoil)是脂肪酸和甘油结合而成的脂。常温下：固体或半固体脂液体油。通常呈小滴状分散在cp里，不溶于水，易溶于有机溶剂，比重比较小，折光性强。主要分布在植物种子里。是贮藏物质中最为经济的形式。检验：①苏丹Ⅲ橘红色②紫草试液紫红色③四氧化锇黑色5、晶体(crystal)一般认为是细胞生活过程中所产生的废物，常见的有草酸钙结晶和碳酸钙结晶，存在液泡里，它的形成可减少过多的酸对植物所产生的毒害。(1)草酸钙结晶(calciumoxalatecrystal)常为无色透明，以不同的形状分布在细胞液中。一般一种植物只具一种形状，也有两种或多种的。常见的有：a.单晶(方晶)(solitarycrystal)：b.针晶(acicularcrystal)：c.簇晶(clustercrystal；rosetteaggregate)：d.砂晶(micro-crystal；crystalsand)：e.柱晶(columnarcrystal；styloid)：应用：可作为鉴别药材的依据。化学特征：不溶于醋酸，不溶于水合氯醛，加稀盐酸溶解，但无气泡产生；加10~20%硫酸则溶解，并产生硫酸钙针晶。(2)碳酸钙晶体(calciumcarbonatecrystal)多存在于植物叶的表层细胞中，其一端与cw连接，是cw的特殊瘤状突起上聚集了大量的碳酸钙或少量硅酸钙而形成，形如一串悬垂的葡萄。又称钟乳体。化学特征：加醋酸或稀盐酸溶解，并放出二氧化碳气体。主要存在于桑科、爵床科、荨麻科。桑叶钟乳体三、细胞壁(cellwall)(cw)是植物细胞特有的结构，与液泡、质体一起构成植物细胞与动物细胞不同的三大结构特征。是具有一定硬度和弹性的固体结构。一般认为是原生质体分泌的非生活物质形成。（一）cw的分层细胞壁由于形成的先后及化学成分的不同，在结构上分出了层次。相邻两细胞所共有的细胞层可分为胞间层、初生壁和次生壁三层。1、胞间层(intercellularlayer)又称中层(middlelamella)。是相邻两细胞所共有的薄层。在细胞分裂时形成。主要成分为果胶类物质。起粘连两个细胞的作用。胞间层的果胶质易被果胶酶、强酸或强碱等溶解，从而使细胞间分离开来。组织解离法和沤麻的工艺过程就是利用这个原理。2、初生壁(primarywall)在细胞生长过程中，原生质体分泌纤维素、半纤维素、果胶类物质添加在胞间层的内方，形成薄而具有弹性的初生壁。初生壁能随细胞生长而延伸。许多植物细胞终身只有初生壁。3、次生壁(secondarywall)不是所有植物细胞都有次生壁。有些细胞当停止生长以后，原生质体的分泌物（纤维素和半纤维素以及少量木质素等）继续在初生壁的内侧层层填积，使cw加厚，形成次生壁。次生壁一般比较厚而且坚韧，细胞有了次生壁以后，壁的牢固性大为加强。复合中层：具次生壁的细胞，其初生壁就很薄，并且两相邻细胞的初生壁和它们之间的胞间层三者已形成一种整体似的结构。有时也包括最初的次生壁层。常用在胞间层与初生壁不易区别的场合。在较厚的次生壁中，一般可分为内、中、外三层，并以中间的次生壁层较厚。因此，一个典型的具次生壁的厚壁细胞，cw可见有5层结构：即胞间层、初生壁和次生壁（三层）。（二）纹孔和胞间连丝1.纹孔(pit)次生壁形成时并非均匀地增厚，在许多地方留下未加厚而呈凹陷的区域称为纹孔。纹孔对、纹孔膜、纹孔腔、纹孔口纹孔的存在有利于水和其他物质的运输。纹孔对具有一定的形状和结构，常见的有三种类型：（1）单纹孔：（2）具缘纹孔：（3）半缘纹孔：2、胞间连丝(plasmodesmata)细胞间有许多纤细的原生质丝，穿过cw上的微细孔眼或纹孔彼此联系，这种原生质丝叫胞间连丝。细胞间因胞间连丝保持生理上有机的联系，成为统一的整体。（三）细胞壁的特化细胞壁主要是由纤维素构成的，它具有韧性和弹性。氧化铜氨液溶解纤维素氯化锌碘液蓝紫色细胞壁由于环境的影响和生理机能的不同，常发生各种不同的特化。常见的有：1.木质化：cw内填充和附加了木质素，使cw变硬，起支持作用。检验：①+间苯三酚+HCl红或紫红②+氯化锌碘液黄或棕色2.木栓化：cw中增加了木栓质，是一种脂肪性化合物。特点：C不透水不透气，原生质体完全消失，成为死细胞。有保护作用。检验：①+苏丹Ⅲ试液橘红或红色②+KOH溶解成黄色油滴状第二节植物细胞的分裂细胞分裂是细胞的基本活动，也是生命延续的基础。植物细胞具有三种分裂方式：有丝分裂、减数分裂和无丝分裂。有丝分裂产生遗传均一的子细胞，是体细胞增殖的主要方式；减数