七年级生物上册 31 植物细胞的结构与功能1教案 苏教版Word下载.docx

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2．1831年Brown在兰科植物的表皮细胞中发现了细胞核

3．1839年（德）Schleiden和schwann提出的细胞学说（CellTheory）指出，一切动物和植物皆由细胞组成，它们是依照一定的规律排列在动植物体内。

恩格斯认为19世纪科学上的三大发现之一，（细胞学说，能量转换和达尔文主义），“由于细胞的发现，即发现细胞是一个单位，整个植物体和动物体都是这一单位的繁殖和分化而发育起来的，这一发现不仅使我们相信一切高等生物都是按着一个共同的规律发育和生工的，而且它还指出细胞具有变异的能力，从而说明了引起生物体物种变异的道路，由于这种变异，生物体才能实现一个比起单位的个体发育返重大的过程”

4．1840年捷Purkinge、1846年德Venmohi、1861年，德Schultge观察到细胞的内含物质，叫原生质体（Protoplast）

5.

1866年

Haeckel

质体

1883年

Schimper

叶绿体

1897年

Garnier

描述了内质网

1898年

Bende

线粒体

Golgi

高尔基体

实验技术不断提高，手段日趋先进，对细胞的研究逐渐深入，不仅仅停留在结构上，超微结构上，更多的在功能上研究，而且和胚胎学遗传学等其它学科结合，其内容不断丰富。

特别是电镜技术，超速离心，放射自显影，超微量分析，生化，组化，组培，细胞工程等技术的发展，使在细胞，亚细胞，分子水平上的研究飞速发展。

研究方法（ResearchTechniques）

1．形态结构观察（morphologicalcharacterandstructure）

利用各种光学显微镜（普通、相差、偏光、荧光、暗视野、倒置）和电子显微镜（透射、扫描、冰冻蚀刻）等对细胞超微结构进行直接观察，光学的分辨力可达0.25mm（2500Å

），电镜的已突破1Å

（resolvingpower）

随目前电镜朝高分辨力、多功能、易操作、自动化方向发展及应用计算机来控制，就可以使一些细胞内的生化过程在分子形态水平上直接展现，如RNA和蛋白质的生物合成等。

2．生化分析（biochemicalanalyse）

组织化学，细胞化学，免疫细胞化学，显微光谱分析，放射自显影，离心等技术（一般，高速冷冻离心1-3万rpm，超速离心3万以上）可对细胞内各种成分进行定量定位测定。

3.生理测定（physiologicalassay）

膜电位，细胞电泳技术等，可了解细胞的许多动态变化。

4.其它实验技术

细胞培养与细胞杂交（cellhybzidigation），显微操作技术（micromamiulativetechmique），细胞融合，基因工程改造细胞，染色体分析，单克隆抗体制作，分子杂交技术研究细胞的生长分化，细胞生物化学，细胞免疫学等。

5．植物细胞组分的分级分离（cellfractionation）

细胞的可溶部分

胞质溶胶，可溶性酶类。

g（离心力）=1.11⨯10-5（R）⨯（rmp）2

R=半径，中轴到离心管远端距离，rmp=每分钟转数

除分级分离外，还有密度梯度离心（densitygradiantcantrifugation）用蔗糖、氯化铯、氯化铷等加入溶剂中，或从5-10%，-10-60%，不同浓度的蔗溶液分层。

分离和纯化各细胞器，细胞中的生的大分子，研究细胞器和各种细胞组分的化学性质和功能，一般分三步进行。

（1）匀浆（homogenization）

材料放在匀浆溶液中用匀浆器使之间浆化，低温下进行，缓冲、等渗，加抗环血酸或硫醇类保护物质

（2）分级离心fractionation

差速离心：

不同转速高又离心分离

密度梯度离心

用蔗糖或氯化铯在离心管中做成浓度梯度，加入样品，各种颗粒离心溶分在各浓度带上。

（3）生化分析

第一节植物细胞的结构与组成

一、植物细胞的化学组成

水85-95%

蛋白质7-10%

脂类1-2%

核酸：

DNA0.4%RNA0.7%

其它有机物0.4-1%

无机物1-1.5%

可见细胞内水分含量高，是生命活动的最好介质，在干物质中，蛋白质含量最高，正如恩格斯说：

“生命是蛋白体存在的形式”。

1.水（water）

水在细胞内需以二种状态存在：

自由水——细胞内未与细胞组分结合，能自由活动的水，是参与代谢过程的有效水分，它的含量直接影响各种生理生化活动，影响细胞代谢旺盛与否。

束缚水——与细胞组分紧密结合而不能自由活动的水。

是通过水的分子偶极引力而松散地结合在蛋白质分子上，半固定的水。

还有一些水分子是通过氢链结结在蛋白质分子之间，这些水是参与了原生质的组成，组成蛋白质分子的每个氨基酸约可吸引2.6个水分子。

当然，细胞中大部分水是作为溶剂或介质，由于水的一些理化特性如高的比热，汽化热等使细胞能维持一个较稳定的内部生理环境。

原生质的含水量和所有生命活动、逆境生理联系，特别是自由水与束缚水含量的变化对于原生质胶体状态起决定性作用，因而直接影响原生质的生理活动。

2．蛋白质（protein）

它是原生质的主要成分，是决定细胞结构及其功能的主要物质，是生命的基础。

蛋白质生物大分子特性如下：

（1）蛋白质分子的异质性（heterogeneity）

它由20种氨基酸组成，由其数量，种类，排列顺序的变化则可形成无限多蛋白质分子，这为生命在结构与功能上的千差万别提供了可能。

如不同生物来源的细胞色素C，仅仅是一百多个氨基酸中几个氨基酸的有或无，或排列次序上的稍微差异，说明组成蛋白质结构的氨基酸种类，数量，位置的固定与变异，正是生物的共性与个性在进化中所出现的生化差异，蛋白质分子的多样性就是生物在进化道路上向各自的种类发展的一种反应。

（2）蛋白质分子构象（conformation）

蛋白质分子都有各自的立体空间结构，这就是蛋白质的构象。

蛋白质分子在一定情况下，这种空间的立体结构会发生变化，从而改变了整个分了的性质，这种现象叫变构现象，这是蛋白质表现其生物功能中的一种普遍而又十分重要的现象。

如核糖核酸酶是一个球蛋白，必须保持它特定的构象才有活性，如用巯基乙醇处理使-S-S-还原成－SH时，结构松散，酶失去活性，把巯基乙醇透析掉，－SH再氧化成为-S-S-又恢复了其构象，则又有了活性。

（3）结合蛋白质（conjugatedprotein）

细胞内常由蛋白质与非蛋白质部分结合形成复合蛋白，这些复合蛋白具有特殊的功能。

（a）蛋白质与核酸结合——核蛋白（nucleoprotein），是核糖体，核仁，染色体的重要组成，在遗传信息的贮存与传递中具有特殊功能。

（b）脂蛋白（lipopiotein）

（c）糖蛋白（glycoprotein）

蛋白质与碳水化合物结合

在生物体识别中有特殊作用

（d）色素蛋白（chromoprotein）

蛋白质与色素结合，叶绿蛋白进行光合作用，与血红素组成过氧化氢酶与cytC结合，在生物氧化中十分重要。

蛋白质的这些特性是与生命活动的多样性和复杂性相适应的。

3．核酸（nucleicacid）

由核苷酸组成，分二大类：

DNA：

A、C、G、T

RNA：

A、C、G、U

每个细胞中DNA含量约10-100⨯10-12克，主要集中在核中，少量在线粒体和叶绿体中。

RNA分三种：

rRNA、tRNA、mRNA

贮存和传递遗传信息。

4．脂类（lipoid）

（1）真脂：

是甘油三酯（triacylglycerols），一般是细胞中的贮藏物质

（2）磷脂：

（Phosphatipid）

有极性头部和非极性尾部（亲水基团和疏水基因），这样同一分子上两种性质的基因在空间上总是对立分开，定向排列，构成生物膜，形成一较整齐的界面，它对膜的性质及功能起着重要的作用。

（3）糖脂和硫脂（glycolipid,sulfolipid）

糖脂——甘油分子上一个羟基通过糖苷键与一个六碳糖结合。

主要是半乳糖。

硫脂——糖脂分子的六碳糖中又带一个硫酸酯。

叶绿体层膜中含大量糖脂和硫脂。

5．糖类（sugar）

重要的三碳糖：

甘油醛，二羟丙酮，是C代谢的重要中间物。

四碳糖：

赤藓糖

五碳糖：

核糖，脱氧核糖——核酸组分，木糖，核酮糖，木酮糖。

六碳糖：

葡萄糖，果糖

七碳糖：

景天庚酮糖

重要的双糖是蔗糖和麦芽糖，蔗糖是糖运输的主要形式：

叁糖

多糖：

淀粉，纤维素，贮藏物和壁成分。

代谢物，运输，贮藏，和蛋白质结合的糖蛋白起识别作用，作为信号分子的寡聚糖。

6．生物大分子（biomacromolecule）的特点

（1）由其组成可分二大类

单一生物分子组成大分子：

如淀粉，纤维素等，结构简单，功能也较普通。

非单一生物分子组成：

如核酸，结构复杂，生理功能特殊化，执行生命活动的一定功能；

（2）生物大分子相互组合，构成结构上，功能上更复杂的超分子复合物（Supermolecularplex）如膜结构包括：

蛋白质，核酸，脂类，糖。

酶复合体包括：

蛋白质，维生素等。

正是它们的巧妙组装，构成了细胞的生命状态。

（3）某些生物大分子在细胞内周转率很高，半衰期短，如核酸仅几秒——24小时（细菌繁殖很快）说明生命代谢的活跃。

（4）生物大分子，特别是核酸蛋白质的遗传特性

DNA→RNA→Protein

具有相当的稳定性和特殊性，保持物种属性。

（5）由一些生物大分子在细胞内组成有特殊功能的酶系统，有几亿到几十亿，

在细胞内有一定的分布，结构，推动生活细胞所有的生物化学变化有序地进行。

从组成细胞的生物大分子的特点（本质和功能上）来认识生命的特点（高级运动形式，复杂，多样，精致，调控适应）

一、细胞概述

细胞种类细胞膜：

磷脂双分子层和镶嵌蛋白质

形态　　　　　　　　　　　　　核酸：

RNA和RNA

结构　　　各异，基本共同点　　核榶体：

合成蛋白质的场所

功能　　　　　　　　　　　　　分裂方式：

一分为二，遗传物质分裂前复制，分裂时均匀分配到两个子细胞中

（一）、原核细胞和真核细胞的区别

细胞的进化程度，细胞可分为两大类型：

原核细胞（prokaryoticcell）：

细菌、蓝藻；

支原体、衣原体、立克次体、放线菌等，由原核细胞构成的有机体称为原核生物（prokaryote）

原核细胞体积小，直径0.2~10μm，无典型细胞核，即无核膜将遗传物质与细胞质分开，只有环状DNA分子形成的拟核（nucleoid），细胞器简单：

只有核糖体和类囊体。

原核细胞是以无丝分裂（amitosis）方式繁殖

真核细胞（eukaryoticcell）：

大多数单细胞生物和全部的多细胞生物，由真核细胞构成的有机体为真核生物（eukaryote）。

真核细胞体积大，直径10~100μm，细胞结构区域化，即核质被核膜包围，有细胞核、细胞器（cellorganelle）、细胞器间由膜形成的内膜系统。

真核细胞的染色体由线状DNA和蛋白质组成，细胞分裂以有丝分裂（reductionmitosis）为主。

原核细胞

真核细胞

大小

小（1-10mm）

大（10-100mm

壁

有壁

核

无核膜、核仁，有裸露的DNA，不与RNA蛋白质结合称拟核

有核仁、核膜，几条染色体DNA与RNA蛋白质连在一起。

内膜系统

简单，无内质网，高尔基体

复杂，有核膜。

内质网和高尔基体

细胞器

有核糖体，无其它细胞器

有线粒体、叶绿体、溶酶体

细胞骨架

无

有微丝、微管

分裂方式

二分体分裂，无有丝分裂

进行有丝分裂

光合呼吸

在质膜上进行

光合在叶绿体，呼吸在线粒体体

核糖体

70s

80s

遗传信息转录

在细胞质

转录在核，翻译在细胞质

（二）、植物细胞与动物细胞的区别

动、植物细胞亚显微结构图总结如下表

细胞壁

（植物细胞特有）

细胞

细胞膜

细胞质

基质

质体（植物细胞特有）

内质网

中心体（主要存在于动物细胞中）

液泡（植物细胞特有）

细胞核

高等植物细胞的特点：

一株绿色植物中不同组织器官的细胞：

大小、形态、细胞器的分化程度、数目等都不相同。

对于一个成熟的植物细胞：

中央大液泡

细胞质

细胞核

叶绿体

线粒体

内质网（内连核膜、外接细胞质膜）

原生质体：

细胞器、细胞基质以及细胞质膜称为原生质体（protoplast）

细胞壁

胞间连丝：

细胞的原生质膜突出，穿过细胞壁与另一个细胞的原生质膜连在一起，构成相邻细胞的管状通道。

这就是胞间连丝（protoplasma）

细胞核、线粒体和质体具有双层细胞膜（cellmembrane），三者均有各自的遗传物质，都可以进行自我繁殖。

线粒体和质体的遗传物质可编码自身所需的部分蛋白质，大部分的蛋白质需要核遗传物质编码，然后在胞质中形成肽链再进入线粒体或质体。

有的细胞器，如微管、核榶体，没有膜包裹，有明显的形状，行使独特的生理功能。

其余细胞器则以单层膜与细胞质分开。

二、原生质的性质

原生质是构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的基础。

原生质成分中水含量最高，蛋白质、核糖、碳水化合物和脂类是有机物质的主体。

细胞是植物体进行生命活动的基本单位，细胞生理功能的实现，是与细胞内各种无机和有机小分子、基本生物分子、生物大分子等的特点有关。

基本生物大分子（biomolecule）：

环境中较简单的无机分子，如CO2、H2O、N2等，经过细胞的同化作用首先形成的单体分子。

这些单体分子包括：

20种氨基酸

5种含氮的杂环化合物（嘌呤及嘧啶的衍生物）

2种单糖（葡萄糖和核糖）

1种脂肪酸（棕榈酸）

1种多元醇（甘油）

1种胺类化合物（胆碱）

这些基本生物分子可以相互转变，或进一步转变为其它的生物分子，如植物体内已有100多种氨基酸，但都是组成蛋白质的20种氨基酸的衍生物。

70多种单糖都是来源于葡萄糖，多种脂肪酸都是由棕榈酸转变而来。

这些单体分子可以聚合成低聚物，甚至生物大分子（biomacromolecule）。

不同种类的生物大分子可以聚合成超分子复合体（supermolecularplex）。

原生质的化学组成决定原生质具有液体和胶体的特性，同时具有液晶态的特性，在生命活动中起着重要而复杂多变的作用。

（一）、原生质的物理特性

1、张力：

原生质中含有大量的水分，使其具有液体的某些性质，如大的表面张力（surfaceetension）。

使液体表面有自动收缩到小的趋势，所以没有细胞壁的原生质体呈球形。

2、粘性和弹性：

粘性（plasticity）和弹性（elasticity）原生质的粘性和弹性隨植物生育期和外界环境的改变而发生变化。

当粘性增加、代谢活动降低时，植物与外界发生交换的物质减少，抗逆性增加；

反之植株生长旺盛，抗逆性减弱。

如越冬的休眠芽和成熟的种子粘性大，抗逆性强，而处于旺盛生长和开花期的植物，原生质粘性低，抗逆性弱。

原生质的弹性与抗逆也有很大关系：

弹性越大，对抗外界机械压力的能力越大，抗逆性越强。

因此原生质粘性大、弹性大的植物，对干旱、低温等不良环境的抗性也强。

3、流动性：

原生质流动是一种复杂的生理现象，在同一个细胞内，可以观察到不同的细胞器沿相反的方向同时流动，但其机理不太清楚。

但可以明确的是：

原生质的流动在一定的温度范围内随着温度的升高而加速，而且受呼吸作用的影响，当缺氧或加入呼吸抑制剂时，原生质流动就减慢或停止。

在显微镜下就很容易观察到原生质的流动。

（二）、原生质的胶体特性

胶体（colloid）：

是物质的一种分散状态。

1~100nm大小的颗粒分散于另一种物质中，就会形成胶体

构成原生质的蛋白质、核酸等生物大分子的直径均符合胶粒大小范围，所以其水溶液具有胶体的性质。

1.带电性和亲水性：

原生质胶体主要有蛋白质组成，蛋白质表面的氨基与羧基发生电离，使蛋白质表面形成一层带电荷的吸附层。

在此吸附层外又有一层带电量相等，符号相反的扩散层。

这样就在原生质胶体颗粒外面开成一个双电层。

双电层的存在对于维持胶体的稳定性起重要作用。

蛋白质是亲水化合物，在其表面可吸附一层水合膜，此水合膜可以使胶体系统更加稳定。

蛋白质是两性电解质，在两性电离状态下，原生质具有缓冲能力，对细胞内代谢有重要作用。

当处于其等电点时，蛋白质表面的净电荷为零，溶解度减小。

就会破坏原生质胶体的稳定性，降低原生质的粘度、弹性、渗透压以及传导性。

植物原生质胶体的等电点通常在pH4.6~5.0之间。

2．扩大界面：

原生质胶体颗粒的体积虽然大于分子或离子，但其分散度高，比表面积（表面积与体积之比）大。

表面积越大，表面能也越大，所以可以在表面吸引很多分子。

这就称为吸附作用（absorption）。

吸附在细胞生理中有特殊作用，因为它能增强对离子的吸收、使受体与信号分子结合等等。

已证明：

许多化学反应都在界面上发生。

因此细胞内的空间虽小，但其内部界面大，有利于对各种分子和离子的吸附和富集，同时也为新陈代谢过程中各种生化反应扩大场所。

3．凝胶作用：

胶体有两种存在状态：

溶胶（Sol）凝胶（Gel）

溶胶是液化的半流动状态，近似流体的性质。

在一定条件下，溶胶可以转变成有一定结构和弹性的半固体状态的凝胶，这个过程称为凝胶作用。

凝胶和溶胶可以相互转化，凝胶转变为溶胶的过程称为溶胶作用。

引起这种转变的因素主要为温度。

温度越低，胶粒动能越小，胶粒部分水膜变薄，胶粒间相互形成网状结构，水分子处于网眼结构的空隙中，这时胶体即呈凝胶状态；

温度升高，胶粒动能增大，分子运动速度加快，胶粒间的联系消失，网状结构不再存在，胶粒均匀分布，呈自由活动状态，此时胶体即为溶胶。

原生质也存在溶胶和凝胶两种状态。

当原生质处于溶胶状态时，粘性小，代谢活跃，生长旺盛，但抗逆性较弱；

当原生质呈凝胶状态时，细胞生理活性降低，对不良环境抵抗力高，有利于植物度过逆境。

4.吸胀作用：

凝胶有强大的吸水力，凝胶吸水膨胀的现象称为吸胀作用（imbibition）。

种子就是靠这种吸胀作用在土壤中吸水萌发。

（三）、原生质的液晶性质

液晶态（Liquidcrystallinestate）是物质介于固态与液态之间的一种状态，它既有固体结构的规则性，又有液体的流动性；

光学性质上象晶体，力学性质上象液体。

从微观来看，液晶态是某些特定分子在溶剂中有序排列而成的聚集态。

在植物细胞中，有不少分子如磷脂、蛋白质、核酸、叶绿素、类胡萝卜素与多糖等在一定的温度范围内都可以形成液晶态。

一些较大的颗粒如核仁、染色体和核糖体也具有液晶结构。

液晶态与生命活动息息相关。

如膜的流动性是生物膜具有液晶特性的缘故：

温度过高，膜从液晶态液态，流动性增大，膜透性增大，胞内葡萄糖和无机离子等大量流失。

温度过低，也会使膜的液晶性质发生改变。

第二节细胞壁的结构与功能

细胞壁（Cellwall）是植物细胞外围的一层壁，具有一定的弹性和硬度，界定细胞外形和大小。

一、细胞壁的组成

典型的细胞壁：

胞间层（intercellularlayer）

初生壁（Primarywall）

次生壁（secondarywall）

细胞在分裂时，最初形成的一层为细胞板（cellplate）：

由果胶质组成。

它将两个子细胞分开，这一层就叫胞间层，也叫做中层（middlelamella）。

随着子细胞的生长，原生质向外分泌纤维素，纤维素定向交织成网状，后分泌的半纤维素、果胶质及结构蛋白填充在网眼之中，形成质地柔软的初生壁。

很多细胞只有初生壁：

分生组织细胞、胚乳细胞等；

而某些特化的细胞，如纤维细胞、管胞、导管等在生长接近定型时，在初生壁内侧沉积纤维素、木质素等次生壁物质，且层与层之间经纬交错，这一层即为次生壁。

次生壁质地的厚薄与形状的差异，分化出不同的细胞，如薄壁细胞、厚壁细胞、石细胞等。

二、细胞壁的化学组成

细胞壁：

多糖（90%）：

纤维素，半纤维素和果胶类物质。

次生壁中有大量的木质素。

蛋白质（10%）

酶类

脂肪酸

1．纤维素

构成细胞壁的主要成分。

1000~10000个β-D-葡萄糖残基以β-1,4糖苷鍵形成无分支的长链

MW50000-400000Da之间

β-D-葡萄糖残基间形成大量的氢键，相邻分子间的氢键使分子平行地连