植物細胞生理基礎

關于植物細胞生理基礎第一頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.1細胞與生物分子1.1.1植物生命的分子基礎第二頁，共六十五頁，2022年，8月28日細胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)單元

由于細胞的發(fā)現(xiàn)，我們不僅知道一切高等有機體都是按照一個共同規(guī)律發(fā)育和生長的，而且通過細胞的變異，能改變自己，向更高的發(fā)育道路邁進。

細胞是組成生物體的基本結(jié)構(gòu)單元，是生物體進行代謝、能量轉(zhuǎn)換、遺傳以及其它生理活動的基本場所。

恩格斯把細胞學說、能量守恒和轉(zhuǎn)換定律、達爾文進化論一起譽之為19世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)。第三頁，共六十五頁，2022年，8月28日細

胞

的

基

本

構(gòu)

成第四頁，共六十五頁，2022年，8月28日植物體的組成第五頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.1.2生命的介質(zhì)水1.1.2.1水的分子結(jié)構(gòu)特點Thisviewoftheearthfromspaceshowsthatmostoftheplanet'ssurfaceiscoveredwithwater.Theseas,wherelivingorganismsprobablyfirstarose,aretodaythehabitatofcountlessmodernorganisms.第六頁，共六十五頁，2022年，8月28日第七頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.1.2.2水的理化性質(zhì)與細胞生命活動（1）水的比熱容高、汽化熱大一個水分子可以與另外4個水分子形成氫鍵，比熱較大，調(diào)節(jié)氣溫的良好介質(zhì)。第八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）水的內(nèi)聚力、附著力和表面張力大克服重力的影響而形成連續(xù)水柱而不中斷第九頁，共六十五頁，2022年，8月28日（3）水是很好的溶劑

第十頁，共六十五頁，2022年，8月28日第十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日（5）水是無色透明液體

（6）水的不可壓縮性細胞內(nèi)所引起的靜水壓與植物氣孔開閉、葉片運動、保持植株固有的姿態(tài)等方面均有密切關系。第十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.1.3高等植物細胞的特點根據(jù)細胞的進化程度，可將其分為兩大類型：原核細胞(prokaryoticcell)和真核細胞(eukaryoticcell)。第十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日細菌和藍藻是原核細胞的典型代表真核生物(eukaryote)，包括了絕大多數(shù)單細胞生物與全部的多細胞生物每個人體內(nèi)大約有500種不同細菌，人類消化道就含有將近2.04公斤細菌第十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日細胞的大小第十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日植物細胞的模式圖第十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日大液泡、葉綠體和細胞壁是植物細胞區(qū)別于動物細胞的三大結(jié)構(gòu)特征第十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日植物細胞的主要結(jié)構(gòu)

第十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.2細胞壁與生物膜1.2.1細胞壁1.2.1.1細胞壁的結(jié)構(gòu)典型的細胞壁是由胞間層(intercellularlayer)、初生壁(primarywall)以及次生壁(secondarywall)組成。第十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日S1

次生壁外層；

S2次生壁中層；

S3

次生壁內(nèi)層；

CW1初生壁；

ML胞間層

第二十頁，共六十五頁，2022年，8月28日細胞在分裂時，最初形成的一層是由果膠質(zhì)組成的細胞板(cellplate)，它把兩個子細胞分開，這層就是胞間層（ML）。初生壁半纖維素、果膠質(zhì)以及結(jié)構(gòu)蛋白次生壁纖維素、木質(zhì)素第二十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日細胞壁的化學組成構(gòu)成細胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白質(zhì)、酶類以及脂肪酸等第二十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.纖維素

纖維素(cellulose)是植物細胞壁的主要成分，它是由1000～10000個β-D-葡萄糖殘基以β-1,4-糖苷鍵相連的無分支的長鏈。

存在于細胞壁中的纖維素是自然界中最豐富的多糖第二十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.半纖維素

半纖維素(hemicellulose)往往是指除纖維素和果膠物質(zhì)以外的，溶于堿的細胞壁多糖類的總稱。3.果膠類果膠物質(zhì)是由半乳糖醛酸組成的多聚體，使相鄰的細胞粘合在一起，分為果膠酸、果膠和原果膠。

4.木質(zhì)素

木質(zhì)素(lignin)不是多糖，是由苯基丙烷衍生物的單體所構(gòu)成的聚合物。5.蛋白質(zhì)與酶

細胞壁中最早被發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)是伸展蛋白(extensin)，它是一類富含羥脯氨酸的糖蛋白(hydroxyprolinerichglycoprotein,HRGP)

。第二十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日6.礦質(zhì)

細胞壁的礦質(zhì)元素中最重要的是鈣。

細胞壁的形成

細胞壁的形成是多種細胞器配合作用的結(jié)果。新細胞壁的形成開始于細胞分裂的晚后期或早期。細胞壁的形成是在生活細胞分裂、成長以至分化的過程中逐步完成的。

第二十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日細胞壁的功能1.維持細胞形狀，控制細胞生長

2.物質(zhì)運輸與信息傳遞

細胞壁允許離子、多糖等小分子和低分子量的蛋白質(zhì)通過，而將大分子或微生物等阻于其外。細胞壁也是化學信號(激素、生長調(diào)節(jié)劑等)、物理信號(電波、壓力等)傳遞的介質(zhì)與通路

3.防御與抗性

4.其他功能

細胞壁中的酶類廣泛參與細胞壁高分子的合成、轉(zhuǎn)移、水解、細胞外物質(zhì)輸送到細胞內(nèi)以及防御作用等

第二十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日胞間連絲胞間連絲的結(jié)構(gòu)這種穿越細胞壁、連接相鄰細胞原生質(zhì)(體)的管狀通道被稱為胞間連絲(plasmodesma)。由于胞間連絲使組織的原生質(zhì)體具有連續(xù)性第二十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日A.兩個相鄰細胞的胞壁電子顯微圖，顯示胞間連絲

B.具有兩種不同形狀胞間連絲的細胞壁示意圖

第二十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日胞間連絲的功能1.物質(zhì)交換相鄰細胞的原生質(zhì)可通過胞間連絲進行交換，使可溶性物質(zhì)(如電解質(zhì)和小分子有機物)、生物大分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、核酸、蛋白核酸復合物)甚至細胞核發(fā)生胞間運輸。

2.信號傳遞通過胞間連絲可進行體內(nèi)信息傳遞，物理信號、化學信號則可通過共質(zhì)體傳遞。第二十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.2.3生物膜生物膜(biomembrane)是指構(gòu)成細胞的所有膜的總稱。一種處于細胞質(zhì)外面的一層膜叫質(zhì)膜，也可叫原生質(zhì)膜；另一種是處于細胞質(zhì)中構(gòu)成各種細胞器的膜，叫內(nèi)膜(endomembrane)。第三十頁，共六十五頁，2022年，8月28日生物膜的化學組成在真核細胞中，膜結(jié)構(gòu)占整個細胞干重的70%～80%。生物膜由蛋白質(zhì)、脂類、糖、水和無機離子等組成。第三十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.2.3.2生物膜的結(jié)構(gòu)模型（1）流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)由辛格爾(S.J.Singer)和尼柯爾森(G.Nicolson)在1972年提出，認為液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層中鑲嵌著可移動的蛋白質(zhì)，強調(diào)膜的不對稱性和流動性。（2）板塊鑲嵌模型第三十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.2.3.3生物膜的功能1.分室作用細胞的膜系統(tǒng)不僅把細胞與外界環(huán)境隔開，而且把細胞內(nèi)的空間分隔，使細胞內(nèi)部的區(qū)域化

2.代謝反應的場所細胞內(nèi)的許多生理生化過程在膜上有序進行。3.物質(zhì)交換

質(zhì)膜的另一個重要特性是對物質(zhì)的透過具有選擇性，控制膜內(nèi)外進行物質(zhì)交換。

4.識別功能

質(zhì)膜上的多糖鏈分布于其外表面，似“觸角”一樣能夠識別外界物質(zhì)，并可接受外界的某種刺激或信號，使細胞作出相應的反應。第三十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日第三十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3植物細胞的亞微結(jié)構(gòu)植物細胞除原生質(zhì)膜及外圍的細胞壁外，內(nèi)有眾多形狀、大小不一的細胞器。各自具有特定的生理功能，并協(xié)同完成許多復雜的生理過程和代謝反應。第三十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.1微膜系統(tǒng)微膜系統(tǒng)(micro-membranesystem)包括細胞的外周膜(質(zhì)膜)和內(nèi)膜系統(tǒng)。內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembranesystem)通常是指那些處在細胞質(zhì)中，在結(jié)構(gòu)上連續(xù)、功能上關聯(lián)的，由膜組成的細胞器總稱。第三十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.1.1質(zhì)體和葉綠體（1）質(zhì)體的結(jié)構(gòu)和功能葉綠體含有葉綠素等色素，是光合作用的細胞器。

雜色體可能因含色素的不同而成黃色、橘紅色等不同顏色，存在于花瓣、果實、根等各種不同的器官中。第三十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日質(zhì)體是由前質(zhì)體(proplastid)分化發(fā)育而成的。主要有淀粉體、葉綠體和雜色體等。質(zhì)體的發(fā)育循環(huán)和不同質(zhì)體間的轉(zhuǎn)變圖

（2）質(zhì)體間的相互轉(zhuǎn)化第三十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.1.2線粒體（1）線粒體的結(jié)構(gòu)線粒體是進行呼吸作用的細胞器，呈球狀、棒狀或細絲狀.線粒體的結(jié)構(gòu)模式圖

第三十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.1.3內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（1）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和類型交織分布于細胞質(zhì)中的膜層系統(tǒng)。能相互連通成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)與細胞核外被膜相連，外與質(zhì)膜相連，穿插于整個細胞質(zhì)中，并且還可通過胞間連絲與鄰近細胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連。第四十頁，共六十五頁，2022年，8月28日植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能區(qū)模型圖

第四十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日按內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有無核糖體的存在把內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分為兩種類型，即粗糙型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(roughendoplasmicreticulum，RER)和光滑型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smoothendoplasmicreticulum,SER)，前者有核糖體附著，后者沒有。（2）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能物質(zhì)合成;分隔作用;運輸、貯藏和通訊作用;

第四十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.1.4高爾基體（1）高爾基體的結(jié)構(gòu)高爾基體(Golgibody)是由膜包圍的液囊垛疊而成。

高爾基體透射電鏡圖

第四十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）高爾基體的功能物質(zhì)集運蛋白質(zhì)合成后輸送到高爾基體暫時貯存、濃縮，然后再送到相關部位。A.木糖葡萄糖的集運B.果膠多糖的集運第四十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日生物大分子的裝配

;參與細胞壁的形成在植物細胞中，高爾基體的一個重要作用是參與細胞板和細胞壁的形成;分泌物質(zhì);

第四十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.1.5溶酶體（1）溶酶體的結(jié)構(gòu)溶酶體(lysosome)是單層膜圍繞，內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。溶酶體內(nèi)含有酸性磷酸酶、核糖核酸酶、糖苷酶、蛋白酶和酯酶等幾十種酶;

第四十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）溶酶體的功能消化作用；

吞噬作用；

自溶作用

；第四十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日液泡（1）液泡的結(jié)構(gòu)液泡是植物細胞特有的，由單層膜包裹的囊泡。第四十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）液泡的功能轉(zhuǎn)運物質(zhì)；吞噬和消化作用；調(diào)節(jié)細胞水勢；吸收和積累物質(zhì)；賦予細胞不同顏色；第四十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日微體（1）微體的結(jié)構(gòu)和種類微體可分為過氧化物體和乙醛酸體；（2）微體的功能過氧化物體與光呼吸乙醛酸體與脂類代謝第五十頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.2微梁系統(tǒng)細胞骨架(cytoskeleton)是指真核細胞中的蛋白質(zhì)纖維網(wǎng)架體系，包括微管、微絲和中間纖維等細胞骨架不僅在維持細胞形態(tài)、保持細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性方面起重要作用，而且還與細胞運動、物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細胞分裂和分化、基因表達等生命活動密切相關。第五十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日微管（1）微管的結(jié)構(gòu)

存在于細胞質(zhì)中的由微管蛋白(tubulin)組裝成的中空管狀結(jié)構(gòu)。微管的主要結(jié)構(gòu)成分是由α-微管蛋白與β-微管蛋白構(gòu)成的異二聚體。

微管和微絲的分子結(jié)構(gòu)模型A.微管，示13條原纖絲，α、β為微管蛋白

B.微絲。

第五十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）微管的功能控制細胞分裂和細胞壁的形成紡錘體(spindle)是由微管組成的，它與染色體的著絲點相連，并牽引染色單體移向兩極。細胞板的形成與生長也有微管的參與保持細胞形狀參與細胞運動與細胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)谖迨?，共六十五頁?022年，8月28日1.3.2.2微絲（1）微絲的結(jié)構(gòu)微絲(microfilament)比微管細而長，直徑為4～6nm。收縮蛋白。

（2）微絲的功能

微絲的主要生理功能是為胞質(zhì)運動提供動力。參與胞質(zhì)運動：肌動蛋白和肌球蛋白相互作用，需要ATP參與，肌球蛋白連結(jié)著胞質(zhì)顆粒，帶動整個細胞質(zhì)的環(huán)流。參與物質(zhì)運輸和細胞感應

第五十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.2.3中間纖維（1）中間纖維的結(jié)構(gòu)柔韌性很強的蛋白質(zhì)絲，不同組織中的中間纖維有特異性，其亞基的大小、生化組成變化都很大。中間纖維組裝模型A兩條中間纖維多肽鏈形成超螺旋二聚體；B兩個二聚體反向平行以半交疊方式構(gòu)成四聚體；C四聚體首尾相連形成原纖維；D8根原纖維構(gòu)成圓柱狀的10nm纖維;第五十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.中間纖維的功能

(1)支架作用

中間纖維可以從核骨架向細胞膜延伸，從而提供了一個起支架作用的細胞質(zhì)纖維網(wǎng)，可使細胞保持空間上的完整性，并與細胞核定位有關。(2)參與細胞發(fā)育與分化

有人認為中間纖維與細胞發(fā)育、分化、mRNA等的運輸有關。第五十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.3微球系統(tǒng)微球系統(tǒng)(microspheresystem)包括細胞核內(nèi)的核粒與細胞質(zhì)中的核糖體，它們承擔并控制著遺傳信息的貯存、傳遞和表達等功能。第五十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.3.3.1染色質(zhì)與染色體分生組織細胞的核一般呈圓球狀，占細胞體積的大部分。在已分化的細胞中，因有中央大液泡，核常呈扁平狀，并貼近質(zhì)膜。第五十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日細胞核主要由核酸和蛋白質(zhì)組成，并含少量的脂類及無機離子等，其中蛋白質(zhì)含量最高。染色質(zhì)的主要組分就是DNA與堿性蛋白質(zhì)結(jié)合形成的核蛋白。與堿性蛋白質(zhì)結(jié)合的DNA不能行使轉(zhuǎn)錄功能，即基因被阻遏。

第五十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日處于分裂間期的細胞核由核膜、染色質(zhì)、核基質(zhì)和核仁四部分組成。核膜

核膜(nuclearmembrane)由兩層單位膜組成

第六十頁，共六十五頁，2022年，8月28日染色質(zhì)