植物细胞与组织.docx
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植物细胞与组织
细胞是一切有机体结构和生命活动的基本单位。
细胞通过分裂增加数目,而又通过分化变得彼此互不相同,由相同类型的细胞群构成组织,由不同的组织有机结合构成具有一定形态、结构和生理功能的器官。
学习单元1植物细胞的基本结构
植物细胞由细胞壁和原生质体构成。
细胞壁构成了细胞的外壳;原生质体由细胞膜、细胞核、细胞质组成。
高等植物细胞超微结构示意图
一、细胞壁
细胞壁是植物细胞特有的结构,其主要成分是多糖和蛋白质,还有木质素等酚类化合物、脂类化合物和矿物质等。
(一)细胞壁的层次:
细胞壁的分层
胞间层:
产生于有丝分裂末期;主要成分为果胶。
初生壁:
细胞生长增大体积时,由原生质体分泌产生;主要成分为纤维素,半纤维素,果胶。
次生壁:
细胞停止生长时形成,主要成分为纤维素,木质素等。
生活的植物细胞无次生壁,一旦形成次生壁,便成为死细胞。
次生壁比初生壁厚
(二)纹孔与胞间连丝
初生壁的厚度往往是不均匀的,常有一些凹陷区域,其内有许多胞间连丝通过,这个区域称为初生纹孔场。
次生壁形成时,往往在原有的初生纹孔场处不形成次生壁,这种只有中层和初生壁隔开,而无次生壁的较薄区域称为纹孔。
相邻细胞的纹孔常成对存在,叫做纹孔对。
若只有一侧的壁具有纹孔,这种纹孔就称为盲纹孔。
初生纹孔场及纹孔
纹孔是细胞壁较薄的区域,有利于细胞间的沟通和水分的运输,胞间连丝较多地出现在纹孔内,有利于细胞间物质交换。
胞间连丝:
是连接相邻两个植物细胞的原生质丝,是植物细胞间物质和信息交流的直接通道,行使水分、营养物质,小的信号分子以及大分子的胞间运输功能。
柿胚乳细胞的胞间连丝
(三)细胞壁的功能
保护原生质体,维持细胞一定的形态,并与细胞生长、物质运输、细胞识别等有关。
二、细胞膜
(一)细胞膜的概念:
原生质体表面的一层薄膜,又称质膜。
在电子显微镜下可以看见细胞膜的横断面具有明显的黑—白—黑的三层结构,明带主要成分是类脂,暗带主要成分是蛋白质,这种在电子显微镜下显示三层结构的膜称为单位膜。
(二)细胞膜的分子结构:
由脂类和蛋白质组成。
对膜的分子结构提出了许多的模型,被大多数学者所支持的是流体镶嵌模型。
该模型认为:
生物膜是流动的脂类双分子层中镶嵌着球型蛋白质按照二维结构排列组成的。
脂类双分子层是膜的“骨架”,可以流动。
蛋白质分子或附着在脂类双分子层的内外表面或嵌入其内,有的甚至横跨整个脂类双分子层。
细胞膜的分子结构
(三)细胞膜的生理功能:
质膜在细胞生命活动中起着重要的作用。
它的基本作用是隔离和形成界面,物质运输、能量转换、信息传递是其主要的功能。
三、细胞质
(一)细胞质的概念:
质膜以内、核膜以外的原生质。
分为胞基质和细胞器两部分。
(二)细胞质基质:
细胞质中除细胞器和后含物以外的、较为均质的半透明的液态胶状物质称为胞基质。
其主要成分是水、无机离子等小分子,还有脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等中等分子,以及蛋白质、脂蛋白、RNA、多糖等大分子。
它在细胞生命活动中有重要作用:
糖酵解、脂肪酸合成等生理过程即在胞基质中进行,也为各个细胞器执行功能提供必需的物质和介质环境,同时它作为一个缓冲系统可调节pH值,以维持细胞正常的生命活动。
(三)细胞器:
是细胞质中具有一定结构和功能的亚细胞结构。
植物细胞有9种主要细胞器。
具双层被膜的有质体、线粒体;具单层被膜的有内质网、高尔基体、液泡、圆球体、微体;无被膜的有核糖体、细胞骨架。
1.质体(plastid):
是一类合成和贮藏同化产物的细胞器,为植物细胞所特有。
根据所含色素不同分为叶绿体、有色体、白色体。
叶绿体:
是植物进行光合作用的细胞器,主要存在于叶肉细胞内。
其超微结构由被膜、片层系统和基质三部分组成。
被膜用以维持叶绿体特殊的内环境;片层系统的基本结构单位是类囊体,类囊体膜上有将光能转化为化学能所需的全部功能组分,用以完成光合作用的光反应;基质含有催化CO2固定的核酮糖l,5一二磷酸(RuBP)羧化酶,核糖体、DNA、淀粉粒等。
由于叶绿体含有DNA和核糖体,因此在遗传上也有一定的自主性。
叶绿体超微结构
辣椒果皮细胞中的有色体
洋芋块茎细胞中的白色体
点击查看大图
线粒体:
是细胞内的“动力工厂”。
储藏在糖、脂肪、蛋白质等营养物质中的能量在线粒体中经氧化磷酸化作用才能转化为细胞可利用化学能ATP。
在电镜下观察,线粒体是由双层膜围成的囊状结构(包括外膜、内膜、膜间隙)和基质组成。
外膜完全包围着线粒体,用以维持线粒体特殊的环境和物质交换;内膜向腔内突出形成嵴,嵴的内表面有许多基粒,是氧化磷酸化的关键装置;基质中含有多种蛋白质和脂类,包括三羧酸循环、脂肪酸和丙酮酸氧化等有关的酶类,以及DNA、RNA、核糖体等,因此线粒体在遗传上具有一定的自主性。
核糖体:
是合成蛋白质的细胞器,它将氨基酸装配成肽链。
其直径为15~25nm,无膜包围,主要成分是RNA和蛋白质,由一大一小两个亚基组成。
小亚基识别mRNA的起始密码子,并与之结合;大亚基含有转肽酶,催化肽链合成。
核糖体结构示意图
内质网:
是由一层膜围成的小管、小囊、或扁囊构成的一个网状系统。
主要有两种类型:
粗糙型内质网和光滑型内质网。
粗糙型内质网的主要特点是膜的外表面附有核糖体,主要功能是蛋白质的合成、修饰、加工和转移。
光滑型内质网的主要特点是膜上无核糖体,它与脂类和糖类的合成关系密切。
此外,内质网还有“分室”作用,将细胞分隔成许多小室,使各种不同的结构隔开,能分别地进行其不同的生化反应。
内质网结构示意图
高尔基体:
由一系列扁平的囊和小泡组成。
一个扁囊由一层膜围成,中间是腔,边缘常分技成许多小管,周围有很多囊泡。
高尔基体常略呈弯曲状,一面凹,一面凸,这两个面和中间的扁囊在形态、化学组成和功能都不相同。
高尔基体的主要功能是参与分泌作用。
高尔基体结构示意图
液泡:
外被单层膜,内含细胞液。
液泡膜具有选择透性。
细胞液是成分复杂的水溶液,内有无机盐、有机酸、糖类、脂类、蛋白质、酶、生物碱和花色素苷等。
植物细胞内液泡的大小、形状和数目差异很大。
分生组织细胞的液泡很小,数量多,随着细胞生长和分化,小液泡合并成大液泡,成熟细胞内含有几个大液泡,甚至一个中央大液泡。
具有中央大液泡是植物细胞区别于动物细胞的显著特征之一。
液泡的功能主要有调节细胞水势和膨压;参与细胞内物质的积累与移动;隔离有害物质,避免细胞受害;含水解酶具溶酶体性质的细胞器。
四、细胞核
细胞核(nucleus)是细胞遗传与代谢的控制中心。
由核被膜、染色质、核仁和核基质四部分组成。
细胞核超微结构示意图
1.核被膜
核膜由内外两层膜组成。
外膜表面附着大量的核糖体,内质网常与外膜相连。
内膜和染色质紧密接触。
核被膜上有排列规则的核孔,是沟通核质胞质的通道,既能将复制、转录、染色体构建等所需蛋白质、DNA聚合酶、RNA聚合酶等运输到核内,又能把翻译所需的RNA、核糖体亚单位等从核内运到细胞质。
2.染色质
由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的线性复合物。
染色质是间期细胞核遗传物质的存在形式,在细胞有丝分裂或减数分裂过程中,染色质聚缩成染色体。
3.核仁
核仁是真核细胞间期核中最明显的结构,在细胞周期中表现出周期性的消失与重建。
其主要成分是RNA和蛋白质。
是rRNA合成加工和装配核糖体亚单位的重要场所。
4.核基质
以蛋白质成分为主的网络状结构,可能与DNA的复制、基因表达、染色体的构建等起重要作用。
内质网:
是由一层膜围成的小管、小囊、或扁囊构成的一个网状系统。
主要有两种类型:
粗糙型内质网和光滑型内质网。
粗糙型内质网的主要特点是膜的外表面附有核糖体,主要功能是蛋白质的合成、修饰、加工和转移。
光滑型内质网的主要特点是膜上无核糖体,它与脂类和糖类的合成关系密切。
此外,内质网还有“分室”作用,将细胞分隔成许多小室,使各种不同的结构隔开,能分别地进行其不同的生化反应。
内质网结构示意图
高尔基体:
由一系列扁平的囊和小泡组成。
一个扁囊由一层膜围成,中间是腔,边缘常分技成许多小管,周围有很多囊泡。
高尔基体常略呈弯曲状,一面凹,一面凸,这两个面和中间的扁囊在形态、化学组成和功能都不相同。
高尔基体的主要功能是参与分泌作用。
高尔基体结构示意图
液泡:
外被单层膜,内含细胞液。
液泡膜具有选择透性。
细胞液是成分复杂的水溶液,内有无机盐、有机酸、糖类、脂类、蛋白质、酶、生物碱和花色素苷等。
植物细胞内液泡的大小、形状和数目差异很大。
分生组织细胞的液泡很小,数量多,随着细胞生长和分化,小液泡合并成大液泡,成熟细胞内含有几个大液泡,甚至一个中央大液泡。
具有中央大液泡是植物细胞区别于动物细胞的显著特征之一。
液泡的功能主要有调节细胞水势和膨压;参与细胞内物质的积累与移动;隔离有害物质,避免细胞受害;含水解酶具溶酶体性质的细胞器。
四、细胞核
细胞核(nucleus)是细胞遗传与代谢的控制中心。
由核被膜、染色质、核仁和核基质四部分组成。
细胞核超微结构示意图
1.核被膜
核膜由内外两层膜组成。
外膜表面附着大量的核糖体,内质网常与外膜相连。
内膜和染色质紧密接触。
核被膜上有排列规则的核孔,是沟通核质胞质的通道,既能将复制、转录、染色体构建等所需蛋白质、DNA聚合酶、RNA聚合酶等运输到核内,又能把翻译所需的RNA、核糖体亚单位等从核内运到细胞质。
2.染色质
由DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的线性复合物。
染色质是间期细胞核遗传物质的存在形式,在细胞有丝分裂或减数分裂过程中,染色质聚缩成染色体。
3.核仁
核仁是真核细胞间期核中最明显的结构,在细胞周期中表现出周期性的消失与重建。
其主要成分是RNA和蛋白质。
是rRNA合成加工和装配核糖体亚单位的重要场所。
4.核基质
以蛋白质成分为主的网络状结构,可能与DNA的复制、基因表达、染色体的构建等起重要作用。
>>第一章植物细胞与组织>>学习单元2植物细胞的分裂
细胞分裂是生长与繁殖的基础。
植物细胞分裂的方式有:
有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。
一、细胞周期
持续分裂的细胞,从结束一次分裂开始,到下一次分裂完成为止的整个过程,称为细胞周期(cellcycle)。
细胞周期可进一步分为间期和分裂期。
细胞周期示意图
(一)间期:
进行DNA的复制,为分裂作物质和能量的准备。
又分为:
G1期:
又称DNA合成前期,主要进行RNA、蛋白质、磷脂的合成。
S期:
又称DNA合成期,进行DNA的复制,DNA含量比G1期增加一倍。
G2期:
又称DNA合成后期或有丝分裂准备期,RNA和蛋白质的合成继续进行,微管蛋白也大概是在此时合成的。
G2期的每条染色体由两条完全相同的染色单体组成,各含一个完全相同的DNA分子。
(二)分裂期(M期或D期):
包括核分裂和胞质分裂。
细胞在此时期进行有丝分裂。
二、有丝分裂
(一)核分裂
核分裂分为前期、中期、后期、末期四个时期。
洋葱根尖细胞的有丝分裂
前期:
染色质凝缩成染色体,核仁解体,核膜破裂以及纺锤体开始形成。
中期:
染色体排到赤道面上,纺锤体完全形成的时期。
后期:
各个染色体的两条染色单体分开,分别由赤道面移向细胞两极的时期。
末期:
到达两极的子染色体解螺旋结构,转变为染色质细丝而回复成间期状态。
在染色质外围形成新的核膜,核仁也出现了。
(二)胞质分裂
发生在晚后期或早末期。
此时,两极的纺锤丝消失,两个子核间的纺锤丝增多,形成桶状结构的纺锤体,称成膜体。
由高尔基体和内质网分离出来的小泡逐渐运动、汇集到赤道面,并融合成细胞板,从赤道面的中央开始,逐渐离心扩展,直到和母细胞的壁接触,将母细胞的细胞质一分为二,完成胞质分裂。
胞质分裂过程示意图
三、减数分裂
植物有性生殖过程中产生雌、雄配子时发生减数分裂。
主要特点是细胞染色体复制一次而分裂两次,最后形成的四个子细胞中染色体数目只有母细胞的一半。
其过程包括两次连续的分裂,分别称为减数分裂I和减数分裂Ⅱ,其中减数分裂I较为特殊,表现在:
减数分裂过程示意图
(一)前期:
经历的时间长,染色体变化复杂,又可分为5个时期:
1细线期:
染色质开始螺旋卷曲,出现细丝状。
复制后的每条染色体由2条色单体构成,与有丝分裂相同。
2偶线期:
出现不同于有丝分裂的现象,即同源染色体(同一物种中来自父和母本的形状、大小、基因序列相同的染色体)两两配对,称联会。
因此,经联会的同源染色体由4条染色单体构成。
3粗线期:
染色体缩短变粗。
在联会的染色体的单体之间发生了染色体片段的互相交换和再结合,称交叉。
这种遗传物质的部分重组合,可导致后代遗传性异。
4双线期:
染色体继续缩短变粗,联会的同源染色体彼此排斥并开始分离,但在染色单体之间发生交叉的地方仍连在一起,所以使染色体呈现X、V、8、O等形状。
5终变期:
染色体缩至最小长度,核仁、核膜消失,纺锤丝出现。
(二)中期:
染色体排列在细胞中部的赤道面上,纺锤体形成。
与有丝分裂不是,同源染色体仍是配对的,不分开。
减数分裂Ⅰ中期
(三)后期:
每对同源染色体分开,分别进入细胞两极,故至两极的染色体数目只有原来的一半。
(四)末期:
染色体螺旋解体,渐变为染色质,核膜出现,并在赤道面形成细胞板,将母细胞一分为二,称为二分体。
有些植物染色体不螺旋解体,也不进行胞质分裂,要在减数分裂Ⅱ的末期时才发生胞质分裂。
减数分裂Ⅱ:
与普通的有丝分裂相同,也分为前、中、后、末四个时期,当进入后期时,每条染色体的着丝点分裂,使染色单体分离,分别进入细胞两极,最终形成4个单倍体的子细胞。
减数分裂与有丝分裂比较:
有丝分裂与减数分裂比较
减数分裂的生物学意义:
通过减数裂形成单核花粉粒和单核胚囊,由它们分别产生的精细胞和卵细胞都是单倍体,精卵、细胞结合后形成的合子再发育成胚,恢复了二倍体,从而使物种的染色体数目保持相对的稳定性;同时,由于同源染色体的联会与交叉,使遗传物质发生交换与重组,提供了新的变异,使后代增强了生活力和适应性。
四、植物细胞的生长与分化
(一)细胞生长
多细胞植物的生长发育过程就是细胞分裂、生长与分化的过程。
细胞生长表现在细胞体积和重量的增加,最显著的变化是液泡化,即形成中央大液泡。
(二)细胞分化
1.概念:
细胞生长过程中伴随着细胞分化,即细胞之间在形态、结构和生理功能上彼此互异(特化)的过程。
2.分化实质:
基因时空依次表达的结果。
细胞分化的结果形成组织。
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- 植物 细胞 组织