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1、第一章 植物个体发育的基础 细胞与组织,主讲人：夏涛,细胞,单细胞植物，一个细胞代表了一个个体，一切生命活动，包括新陈代谢、生长发育、繁殖，均由一个细胞完成。 复杂的高等植物，由无数细胞组成，细胞之间有了机能和形态结构的分工，相互依存、彼此协作，共同保证有机体的正常生命活动。,水,1.1 植物细胞,1.1.1 细胞的化学基础,细胞,无机盐,蛋白质,核酸,糖类,脂类,一、原生质的化学组成 1、水和其他无机物 水占细胞全重的60%90%，成熟种子中占10%14%。 游离水和结合水。 无机盐包括Fe, Cu, Zn, Ca, Mg, K, Na, Cl等。 2、有机物 蛋白质、核酸、脂类、糖类（四大
2、类生物大分子）。 生理活性物质（活性多肽、维生素、激素、抗生素等）。,1.1.1 细胞的化学基础,2. 有机分子 A.蛋白质 占细胞干重的60%，分子量变化范围在6 000-1 000 000道尔顿之间。 由20种基本的氨基酸组成。 在细胞中的存在形式：结构蛋白，活性蛋白， 储藏蛋白。,为不溶性蛋白质，是细胞的结构组分,可溶于水，参与细胞的各项代谢活动,具有储藏氨基酸能量的功能，作为有机体生长发育的原料,B. 核酸 占细胞干重的5%-15%。主要为核苷酸组成。主要为核糖核苷酸（RNA）和脱氧核糖核苷酸（DNA）。 DNA，位于细胞核中，是生物遗传信息的载体，双螺旋结构。 RNA，位于细胞质中，
3、三种类型，与蛋白质的合成有关，单链线形结构.,rRNA：核糖体的构成骨架。 tRNA：转运氨基酸 mRNA：编译合成蛋白质的密码,C.糖类：具有多种的化学结构和生物功能。 主要的功能为：通过氧化作用而释放大量的能量，满足生命的需要；转化为蛋白质等其他物质。,糖类,单糖,寡糖,多糖,葡萄糖、核糖,麦芽糖,淀粉、纤维素,D 脂类 范围很大的一类有长链分子的物质，不溶于水而易溶于乙醚等非极性的有机溶剂。 功能：生物膜的主要成分；作为能量来储存和运输；保护作用。,脂类,单纯脂,甘油酯，蜡,复合脂,脂肪酸，醇类，磷脂,结合脂,糖脂、脂蛋白,萜类、类固醇类,1.1.2 细胞学发展简史与细胞学理论,1.1.
4、2.1 细胞的发现与细胞的早期研究 1665年，罗伯特 .虎克利用显微镜观察软木塞。 英国人格留(N. Grew)，意大利人马尔比基(M. Malpighi)观察到了细胞质。 1831年，英国人布朗（R. Brown)观察到了细胞核 1835年，法国迪亚尔丹（F. Dujardin)发现细胞中的生活物质，称为肉质样。,1665年，Robert Hooke(英)发现了细胞,1.1.2.2细胞学说的诞生,1838年德国人施莱登（M. J. Schleiden)，1839年德国人施旺(T. Schwann)建立了细胞学说的基本原则： （1）一切动物和植物都是由细胞构成的，细胞是生命的单位。 （2）每
5、个细胞是相对独立的单位，有其自己的生命。 （3）新细胞由老细胞繁衍产生。,施莱登（18041881）,德国植物学家。细胞学说的创立者之一。1838年，施莱登在他的植物发生论一文中证明，植物形态的最基本单位是细胞，最简单的植物是由一个细胞构成的，大多数植物是由细胞和细胞的变态构成的。他与德国动物学家施旺共同奠定了细胞学说的基础。1839-1863年在耶拿大学任植物学教授。著作有植物学概论等。,施旺（18101882）,德国动物学家，解剖学教授。细胞学说的创立者之一，1839年，施旺概括了施莱登的成就，并在他的关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究中指出：“细胞是有机体。整个动物和植物都是细胞的
6、集合体。它们按照一定的规律排列在动植物体内。”这样，施旺就将施莱登的观点扩大到了动物体，相继证实了细胞是生命的单位。动、植物都是由细胞构成的。与德国植物学家施莱登共同奠定了细胞学说的基础。,1.1.2.3 细胞分裂和重要细胞器的发现,1841年，雷马克（Remark)在观察鸡胚血细胞时，发现了细胞无丝分裂现象。 弗莱明（Flemming)在动物细胞，施特拉斯布格在植物细胞中发现细胞的有丝分裂。 1883年，范.本内登（van Beneden)在动物细胞中观察到减速分裂。 染色体（1888），中心体（1883），线粒体（1897），高尔基体（1898）。,1.1.2.4 细胞学的发展,（1）细胞
7、的发现到细胞学说的发表。 （2）19世纪中期到20世纪初。 （3）20世纪以后。,新的细胞学说,（1）细胞是地球上生命历史发展过程中产生的生活物质的一种存在形式。 （2）有机体内存在各种不同的细胞和非细胞结构，但有机体是统一的整体。 （3）有机体出细胞外，还存在着非细胞的构造，它们也是生活物质的存在形式，并明确了生活物质有细胞和非细胞的结构，肯定了有机体内有细胞和非细胞生活物质同时存在。,1.1.3 植物的细胞结构,细胞的定义：是一切有机体结构的基本单位，是有机体维持生理代谢和功能的基本单位、有机体生长发育的基础，是有机体遗传和变异的基本单位。,植物细胞的形态和结构,一、植物细胞的形态 细胞的
8、大小：差异很大，一般2050100m 细胞的形状：多种多样 1.长筒形 2.长柱形 3.圆形 4.星形 5.多角形 6.长方形 7.长梭形,（3）细胞的类型和生命形态,真核细胞的结构,模式植物细胞构造,细胞壁,胞间层 初生壁 次生壁,后含物,原生质体,贮藏物质 晶 体,细胞核 细胞膜 细胞质 细胞器,模式植物细胞,模式植物细胞是由细胞壁、原生质体、后含物三大部分组成,质体 线粒体 液泡 内质网 核糖体 高尔基体,1.细胞核 （细胞间期）,核膜,核仁,核基质,染色质,内核膜,外核膜,核周腔,核孔复合体,核纤层,由DNA、组蛋白、非组蛋白、少量的 RNA组成的复合结构，是遗传信息的主要载体,纤维中
9、心（FC）,致密纤维组分（DFC）,颗粒组分（GC）,核骨架,细胞核功能 1.遗传物质储存和复制的场所。 2.细胞遗传性和细胞代谢活动的控制中心。,2.质膜,细胞质与细胞壁之间的薄膜。 主要成分：主要由脂类、蛋白质和少量糖类组成。 流动镶嵌模型：在质膜结构中，磷脂双分子层是骨架，两排磷脂双分子亲水头部（磷脂）分别朝向两侧，疏水尾部（脂肪酸链）指向中间，蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层的表面（外周蛋白），有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨膜层 （内在蛋白）。,结构模型 流动镶嵌模型 磷脂分子构成具一定流动性的脂质双分子层； 蛋白质分子以各种方式镶嵌在脂质双分子层中。,质膜的功能,1.维持细胞
10、内稳定的内环境。 2.控制细胞内外的物质交换，包括营养物质有选择的进出及代谢废物的排出。 3.感受外界刺激，引起细胞生理活动和状态变化，调节细胞的生命活动。 4.为细胞内的各项生化反应提供场所。,3.胞基质,在电镜下看不出具体的结构，在光学显微镜下表现为有一定弹性和粘滞性的胶体溶液。 成分复杂：包括糖、无机盐、氨基酸、可溶性蛋白等组成。 功能：是细胞器之间物质运输的介质，也是细胞代谢的重要场所。,4、线粒体,线、棒、粒状。 由双层膜、基质组成，其中内膜向内突起成嵴，嵴上有电子传递粒。 有氧呼吸的主要场所。,绿色植物特有的细胞器，外围有双层单位膜包被，内有液态基质和膜系统。质体能合成和积累同化产
11、物。 前质体 质体 叶绿体 成熟质体 有色体 白色体,5、质体,幼茎皮层细胞,白色体的种类,6.内质网,* 单层膜片层网状系统；由管道、囊泡和池组成。 有粗面内质网和滑面内质网两种。 *蛋白质的合成、修饰与加工，新生肽链的折叠、组装和运输等相关。 粗面内质网和蛋白质的合成、运输。,7.高尔基体 * 单层膜的内凹扁囊叠成，囊周围延伸成管道，管道顶端膨大成 小泡，小泡成熟后脱落成分沁泡。 * 合成多糖类物质；浓缩、加工物质； 与细胞的分泌有关；参入形成细胞壁。,颗粒状；由大小两亚基组成。 合成蛋白质的场所。,8、核糖体,含大量酸性水解酶,9.溶酶体 * 单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞
12、器。 * 消化作用与防御功能，清除无用生物大分子、衰老的细胞器及 损伤和死亡的细胞。,自噬性溶酶体 (autolysosome),异噬性溶酶体(heterolysosome),10、圆球体 * 单层膜圆球体，内含大量脂肪和脂肪酶。 * 积累、贮藏、分解脂肪。 11、微体 * 单层膜球形小体，有过氧化物酶体（内含过氧化氢酶类）和乙醛酸循环体（内含氧化酶类）两种类型。 * 过氧化物酶体参与光合作用；乙醛酸循环体参与脂肪转化成糖的过程。,12、液泡,* 单层膜泡状结构，内为含有复杂物质成分（溶于水的糖类、单宁、有机酸、植物碱、色素、盐类等）的液体，称细胞液。 * 功能：维持细胞内环境的稳定；调节渗透
13、压和酸碱度（PH值）； 贮藏、消化物质。,微管（microtube） 微丝 （microfilament） 中间纤维（intermediate filament）,真核细胞中的蛋白纤维网架体系。,13、细胞骨架系统（cytoskeleton）,* 由微管蛋白组成的一种中空管状结构。 * 维持细胞形状；形成纺锤丝；参入细胞壁形成；与细胞运动有关。,微管,微丝,微丝：由肌动蛋白和肌球蛋白组成的丝状结构，直径7nm 。 维持细胞形状；与细胞收缩、胞质运动和物质运输有关。,各种细胞器形态、作用,2.2 细胞壁,细胞壁是由原生质体分泌的物质构成，属于非生活的部分，对细胞起保护、支持的作用，使细胞保持一定
14、的形状和相对稳定的外在环境。细胞壁本身结构疏松，外界可通过细胞壁进入细胞中。 细胞壁的结构：胞间层，初生壁，次生壁。,细胞壁,黄麻茎横切结构,纹孔,纹孔：具有初生壁的细胞进行次生加厚形成次生壁时，加厚不是均匀的，局部地方没有次生壁，只有胞间层+初生壁。形成纹孔的位置在最初形成初生壁时加厚不均匀，形成许多凹洼区，这时的凹洼区称为初生纹孔场或称原纹孔。次生壁加厚，在初生壁上纹孔场则不加厚，形成更明显的纹孔。 相邻两个细胞的纹孔通常是成对出现的，称纹孔对。 纹孔膜：将一对纹孔隔开的薄膜称纹孔膜，纹孔膜实际上就是胞间层+初生壁。 纹孔口：纹孔在细胞腔的开口。 纹孔腔：从纹孔到纹孔膜之间的空腔。,单纹孔
15、：纹孔腔呈圆柱形，如纤维、石细胞、薄壁组织。 具缘纹孔：纹孔周围的次生壁离开初生壁隆起成一拱形结构，使纹孔具有隆起的边缘，纹孔腔呈圆锥形。 纹孔塞：裸子植物管胞上具缘纹孔，纹孔膜的中央加厚膨大形成。 纹孔道：由具缘纹孔至纹孔膜之间的垂直空间， 纹孔塞缘：纹孔塞周围。 具缘纹孔有三个同心圆：最内：纹孔口边缘。中间：纹孔塞边缘。最外：纹孔缘边缘。 纹孔是细胞壁的薄壁区域，是细胞间物质交换区域。,胞间连丝,胞间连丝：细胞壁并非把两个细胞绝然分开，而是有很纤细的细胞质丝胞间连丝穿过纹孔的细胞壁而相互联系，起细胞间物质运输和信息传递的作用。 在柿树的果肉，椰枣的果肉，七叶树种子的胚乳细胞在初生壁上有胞间
16、连丝通过。 胞间连丝内质网质膜 核膜 由于胞间连丝的联系，构成了完整的膜系统，起着细胞间的物质交换，信息传递的作用，同时病毒也可以利用胞间连丝进行传递。,细胞壁的特化,1.木质化：细胞壁由于细胞产生的木质素的沉积而变得坚硬牢固，增加了植物支持重力的能力。 2.木栓化：细胞壁内渗入了脂肪性的木栓质的结果，不透水和空气，细胞内的原生质体与周围环境隔绝而死亡。有保护作用，如树皮外面的粗皮。 3.角质化：细胞产生的脂肪性角质，能够使植物的茎、叶或果实的表皮外侧形成一薄层角质层，防止水分的过度蒸发和微生物的侵害。 4.粘液质化：细胞壁的纤维素等成分发生变化而成为粘液，增强细胞壁的保水性，减少机械损伤。
17、5.矿质化：细胞壁中含有的硅质或钙质等物质，增加了细胞壁的硬度。,（3）细胞后含物,植物细胞的后含物：细胞在进行各项生命活动时，产生的各种代谢物质，存在于细胞质、液泡、细胞器中。这些后含物可分为三类：,后含物,储藏物质,淀粉,蛋白质,脂肪和脂肪油,生理活性物质,晶体,草酸钙结晶,碳酸钙结晶,（1） 淀粉 * 薄壁细胞中。 * 由白色体积累淀粉形成淀粉粒。 * 遇碘呈蓝紫色。,1、贮藏物质,（2） 蛋白质 * 多在种子中。 * 由白色体积累蛋白质或由富含蛋白质的小液泡失水形成糊粉粒。 * 遇碘呈淡黄色。,（3）油和脂肪 * 多在果实和种子中。 * 由白色体或圆球体积累油和脂肪形成油滴。 * 遇苏
18、丹呈橙红色。,代谢中间产物，主要有： （1） 维生素 （2） 植物激素 生长素、赤霉素、细胞分裂素、脱落酸、乙烯和油菜素内酯。 （3） 抗菌素 （4）酶,2、生理活性物质,（3）晶体 * 液泡内的草酸钙或者碳酸钙结晶。,1.2 植物细胞的增殖,无丝分裂 有丝分裂 最普遍的细胞繁殖方式 减数分裂 花粉母细胞形成花粉粒，胚囊母细胞形成胚囊。,1、 无丝分裂 * 细胞核直接一分为二，在两细胞核之间形成新的细胞壁将细胞质一分为二。 * 过程简单，速度快，但遗传性不稳定。,2、有丝分裂 常见的体细胞分裂方式，即一个细胞的DNA复制一次，细胞分裂一次，产生两个子细胞的过程。,正在分裂的细胞从一次分裂结束开
19、始到下一次分裂结束所经历的一个完整过程称为一个细胞周期（cell cycle）。 分裂间期(interphase) 有丝分裂期(mitosis),细胞周期,DNA合成前期(G1),DNA合成期(S),DNA合成后期(G2),DNA复制完成到分裂开始前的时期， RNA和蛋白质的合成继续进行， 同时合成微管蛋白及能量准备。,合成DNA的时期， 要进行DNA和组蛋白的复制。,从前一次分裂结束到合成DNA以前的间隔时期， 是决定细胞是继续分裂还是走向分化的时期。 继续分裂的细胞在G1期极活跃地合成RNA、蛋白质和磷脂等。,染色体,Interphase Prophase Metaphase Anaphase Telophase Cytokinesis,出现在有性生殖过程中，即母细胞内的只复制一次，细胞连续分裂两次，产生四个子细胞，而每一个子细胞内的染色体只有母细胞的一半。,3、 减数分裂,前 中 后 末,减,联会 四分体,有丝分裂,特殊,减,间,练,有丝分裂和减数分裂的比较,体细胞,生殖细胞,染色体复制一次， 细胞分裂一次,染色体复制一次， 细胞连续分裂两次,2个,1个卵或4个精子,同源染色体在第一次分裂发生 联会、交叉互换、分离等行为,无同源染色体的联会、交叉互换、分离等行为,