植物学课件第一章-植物细胞的结构和功能.ppt

第一章第一章 植物细胞的结构和功能植物细胞的结构和功能1.植物细胞的结构与组成2.细胞壁的结构与功能3.生物膜的结构与功能4.植物细胞亚微结构与功能5.植物细胞的基因表达1 植物细胞的结构与组成植物细胞的结构与组成1.1 细胞的概述细胞是生物体结构和功能的基本单位，可分为原核细胞(procaryotic cell)和真核细胞(eucaryotic cell)两大类细胞的共性：n n细胞膜n nDNA/RNAn n核糖体n n细胞增殖方式1.2 高等植物细胞结构Plant cell anatomy（mesophyll leaf cell）1.2 高等植物细胞结构n n大液泡、叶绿体和细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征n n原生质体(protoplast) 是细胞器、细胞质基质以及其外围的细胞质膜合称原生质(protoplasm)是构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础原生质具有液体、胶体、液晶态的性质1.3 原生质的性质1.3.1 原生质的液体特性 ㈠ 张力 ㈡ 粘性和弹性 原生质粘性高、弹性大的植物，代谢活原生质粘性高、弹性大的植物，代谢活动低，对干旱、低温等不良环境的抗性强。

动低，对干旱、低温等不良环境的抗性强 ㈢ 流动性1.3.2 原生质的胶体特性n构成原生质的大分子直径一般在0.1-0.5m, 这样大小的颗粒分散于水相中, 正好形成了胶体溶液，其中大分子或其复合物为分散相，水溶液为连续相 n原生质主要由蛋白质组成，是一个亲水胶体系统㈠ 原生质的胶体特性及与植物生命活动的关系①带电性与亲水性：保证了原生胶体的稳定，使生命活动得以正常进行 ②扩大界面：为各种生化反应提供了场所，有利于对分子的吸附作用 ③吸胀作用(imbibition) :凝胶具有强大的吸水能力, 凝胶吸水膨胀的现象称为吸胀作用，如种子吸水n溶胶和凝胶都是植物正常生命活动所必需的n溶胶和凝胶的互变对植物适应逆境有重要意义溶胶状态时，代谢旺盛，生长快，但抗性较差；凝胶状态时，代谢降低，生长慢，抗性强，有利于度过不良环境④ 凝胶作用(gelation) 溶胶（sol) 凝胶（gel)1.3.3 原生质的液晶性质 液晶态液晶态(liquid crystalline state)(liquid crystalline state)是物质介于固态与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，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。

又有液体的流动性 植物细胞原生质具有液晶态的性质，与植物生命活植物细胞原生质具有液晶态的性质，与植物生命活动紧密相关，如膜的流动性、透性等动紧密相关，如膜的流动性、透性等2 细胞壁的结构与功能细胞壁的结构与功能细胞壁(cell wall)是植物细胞外围的一层壁，具一定弹性和硬度，界定细胞形状和大小l细胞壁的结构l细胞壁的化学组成l细胞壁的功能l胞间连丝2.1 细胞壁的结构 植物细胞壁一般由胞间层植物细胞壁一般由胞间层(intercellular layer)(intercellular layer)、、 初生壁初生壁(primary wall)(primary wall)和和 次生壁次生壁(secondary wall)(secondary wall)组组成Electron micrograph of the outer epidermal cell wall from the growing region of a bean hypocotyl.A. Diagram of the cell wall organization; B. Cross section of pine tracheid in which three distinct layers in the secondary wall are visible. S1 次生壁外层； S2 次生壁中层； S3 次生壁内层； CW1 初生壁； ML 胞间层 2.2 细胞壁的化学组成构成细胞壁的成分中，90%左右是多糖，10%左右是蛋白质、酶类以及脂肪酸等。

细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，次生细胞壁中还有大量木质素①胞间层(中胶层）：果胶质②初生壁：纤维素，半纤维素，果胶质，蛋白质③次生壁：纤维素，半纤维素，木质素，果胶质㈠ 纤维素 纤维素(cellulose)是植物细胞壁的主要成分，它是由1 000～10 000个β-D-葡萄糖残基以β-1,4-糖苷键相连的无分支的长链纤维素分子通过氢键组成微纤丝(microfibril)，微纤丝又组成大纤丝(macrofibril)纤维素的结构非常牢固，使细胞壁具有高强度和抗化学降解的能力㈡ 其它化学成分n n半纤维素（hemicellulose) 指除纤维素和果胶物质指除纤维素和果胶物质以外的，溶于碱的细胞壁多糖类的总称以外的，溶于碱的细胞壁多糖类的总称n n果胶物质（pectic substance) 分果胶酸、果胶、原分果胶酸、果胶、原果胶三类物质果胶三类物质n n木质素（lignin)n n蛋白质与酶 伸展蛋白（伸展蛋白（extesionextesion) )n n矿质 Ca2+2.3 细胞壁的形成 2.3 细胞壁的功能n n维持细胞形状，控制细胞生长 n n物质运输与信息传递n n防御与抗性n n其他功能2.4 胞间连丝（plasmodesma)n 胞间连丝是植物细胞间质膜的管状延伸，直径约40－50nm，是相邻细胞间穿通细胞壁的细胞质通路。

n 胞间连丝的数量和分布与细胞的类型，所处的相对位置和细胞的生理功能密切相关n 一般每1μm2面积的细胞壁上有1～15条胞间连丝，而筛管分子和某些传递细胞(transfer cell)之间，胞间连丝特别多2.4.1 胞间连丝的超微结构胞间连丝的超微结构A :Electron micrograph of plasmodesmataB:A model of plasmodesmal substructure2.4.2 共质体与质外体n 由于胞间连丝使组织的原生质体具有连续性，因而将由胞间连丝把原生质体连成一体的体系称为共质体(symplast)；而将细胞壁、质膜与细胞壁间的间隙以及细胞间隙等空间称为质外体(apoplast)n 共质体与质外体都是植物体内物质运输和信息传递的通路3 生物膜的结构与功能生物膜(biomembrane)是指构成细胞的所有膜的总称，分质膜和内膜两种This transmission electron micrograph of plasma membranes3.1 生物膜的结构 （一）流动镶嵌模型(fluid mosaic model) 由S. J. Singer和G. Nicolson在1972年提出，认为液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质。

流动镶嵌模型(fluid mosaic model)示意图流动镶嵌模型主要内容： 细胞膜由流动的磷脂双分子层和镶嵌的蛋白质组成 磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架 蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性 该模型的特点强调膜的不对称性和流动性该模型的特点强调膜的不对称性和流动性 膜的不对称性：膜的不对称性： 主要是由脂类和蛋白质分布的不对称造成的主要是由脂类和蛋白质分布的不对称造成的主要是由脂类和蛋白质分布的不对称造成的主要是由脂类和蛋白质分布的不对称造成的 膜的流动性：膜的流动性： 其一是脂类分子是液晶态可动的，脂类分子随其一是脂类分子是液晶态可动的，脂类分子随温度改变经常处于液晶态和液态的动态平衡之中，温度改变经常处于液晶态和液态的动态平衡之中，两相中脂类分子排列不同，流动性大小也不同两相中脂类分子排列不同，流动性大小也不同 其二是分布于膜脂双分子层的蛋白质也是流动的，其二是分布于膜脂双分子层的蛋白质也是流动的，它们可以在脂分子层中侧向扩散，但不能翻转它们可以在脂分子层中侧向扩散，但不能翻转3.2 生物膜的化学组成生物膜的化学组成n n在真核细胞中，膜结构占整个细胞干重的70%～80%。

n n生物膜由膜脂、膜蛋白、膜糖等构成n n脂类的成分和蛋白质的性质，因不同细胞、细胞器或膜层而相差很大膜脂在植物细胞中，构成生物膜的脂类主要是复合脂类(complex lipids)，包括磷脂、糖脂、硫脂等膜蛋白膜蛋白n n内在蛋白（integral protein）n n外在蛋白（peripheral protein）n n膜锚蛋白（anchored protein）Different types of anchored membrane proteins膜糖　生物膜中的糖类主要分布于质膜的外单分子层生物膜中的糖类主要分布于质膜的外单分子层这些糖是不超过这些糖是不超过1515个单糖残基所连接成的具分支个单糖残基所连接成的具分支的低聚糖链的低聚糖链( (寡糖链寡糖链) )，它们大多数与膜蛋白共价，它们大多数与膜蛋白共价结合，少部分与膜脂结合，分别形成糖蛋白和糖结合，少部分与膜脂结合，分别形成糖蛋白和糖脂 3.3 生物膜的功能①分室作用 细胞的膜系统不仅把细胞与外界环境隔开，而且把细胞内的空间分隔，使细胞内部的区域化②代谢反应的场所 细胞内的许多生理生化过程在膜上有序进行。

③物质交换 质膜的另一个重要特性是对物质的透过具有选择性，控制膜内外进行物质交换 ④识别功能 质膜上的多糖链分布于其外表面,似“触角”一样能够识别外界物质，并可接受外界的某种刺激或信号,使细胞作出相应的反应4 植物细胞亚微结构与功能4.1 内膜系统（endomembrane system) 由细胞器膜构成的在结构上连续、功能上相关的膜网络体系包括：1. 内质网2. 高尔基体3. 液泡4. 核膜4.1.1 内质网(endoplasmic reticulum, ER） 粗糙型内质网 RER 光滑型内质网 SERn n内质网的功能　　(1)物质合成 　　(2)分隔作用 　　(3)运输 植物内质网系统的功能域植物内质网系统的功能域4.1.2 高尔基体高尔基体高尔基体( (GolgiGolgi body) body)是由膜包围的液囊垛叠而成是由膜包围的液囊垛叠而成 切面图立体图n n高尔基体功能(1)物质集运 (2)生物大分子的装配 (3)参与细胞壁的形成 (4)分泌物质 物质集运示意图4.1.3 液泡（vacuole)液泡是植物细胞特有的，由单层膜包裹的囊泡。

它起源于内质网或高尔基体的小泡在分生组织细胞中液泡较小且分散，随着细胞的生长，这些小液泡融合、增大，最后可形成大的液泡n n液泡的功能(1) 吞噬和消化作用 (2) 转运物质 (3) 调节细胞水势 (4) 吸收和积累物质 (5) 赋予细胞不同颜色 4.2 细胞骨架细胞骨架n n　细胞骨架(cytoskeleton)是指真核细胞中的蛋白质纤维网架体系，包括微管、微丝和中间纤维等它们都由蛋白质组成，没有膜的结构，互相联结成立体的网络，也称为细胞内的微梁系统(microtrabecular system) 4.2.1 微管微管n n微管的结构微管微管(microtubule)(microtubule)是存在于细是存在于细胞质中的由微管蛋白胞质中的由微管蛋白( (tubulintubulin) )组装成的中空管状组装成的中空管状结构微管的结构成分是由微管的结构成分是由α α微管蛋白微管蛋白与与β β微管蛋白构成的异二聚体，微管蛋白构成的异二聚体，这些微管蛋白组成念珠状的这些微管蛋白组成念珠状的原纤丝，由原纤丝，由1313条原纤丝按行条原纤丝按行定向平行排列则组成微管定向平行排列则组成微管。

n n微管的功能　(1)控制细胞分裂和细胞壁的形成 (2)保持细胞形状 　(3)参与细胞运动与细胞内物质运输 4.2.2 微丝微丝n n微丝的结构微丝(mirofilament)是由单体肌动蛋白（actin，42kD, 375aa)聚合成的直径7-8nm的螺旋丝状结构，又称F-actin. 相应地单体肌动蛋白又称G-actinStructure of actin filament Actin filament in central cell of Torenia fournieri labeled with phalloidin-FITCn n微丝的功能 (1) 参与胞质运动 (2) 参与物质运输和细胞感应 (3) 微丝参与细胞尖端生长 (4) 微丝与植物细胞的极性建立中间纤维(intermediate filament) 中间纤维是一类由丝状角蛋白亚基组成的中空管状蛋白质丝，其直径介于微管和微丝之间（7~10nm）4.3 细胞器n n细胞核n n线绿体n n叶绿体n n其它5.1 植物细胞全能性n n植物细胞全能性(totipotency)就是指每个生活的细胞中都包含有产生一个完整机体的全套基因，在适宜的条件下，细胞具有形成一个新的个体的潜在能力。

植物细胞全能性是植物细胞分化和组织培养的理论基础5.2 程序性细胞死亡n n细胞衰老与死亡是细胞生命活动的必然规律细胞的死亡有两种形式： 坏死性或意外性死亡坏死性或意外性死亡(necrosis，accidental death)，即细胞受到外界刺激，被动结束生命即细胞受到外界刺激，被动结束生命 程序程序性性死亡死亡(programmed cell death,PCD)，是由细胞内业已存在的、由基因编码的程序所控是由细胞内业已存在的、由基因编码的程序所控制的主动制的主动过程n nPCD存在细胞发育过程中，也可由外界信号（如病原菌侵染）引发5.2.1 PCD的特征n n细胞程序化死亡与通常意义上的细胞衰老死亡不细胞程序化死亡与通常意义上的细胞衰老死亡不同，它是多细胞生物中某些细胞所采取的一种自同，它是多细胞生物中某些细胞所采取的一种自身基因调控的主动死亡方式身基因调控的主动死亡方式n nPCDPCD最明显的特征是细胞核和染色质浓缩，最明显的特征是细胞核和染色质浓缩，DNADNA降解成寡聚核苷酸片断，细胞质也浓缩，细胞膜降解成寡聚核苷酸片断，细胞质也浓缩，细胞膜形成膜泡，最后转化成凋亡小体形成膜泡，最后转化成凋亡小体(apoptotic body)(apoptotic body)。

动物细胞中的几种细胞死亡类型 A）塞维辛里酵母细菌在养分缺乏时会发生细胞的自我吞噬A、B、C三个细胞分别代表PCD中的三个不同阶段，A是细胞自我吞噬的早期、B和C是细胞自我吞噬的后期 5.2.2 PCD的机制n n通常认为通常认为PCDPCD是由刺激信号引发的一序列有续的是由刺激信号引发的一序列有续的反应过程，反应过程，CaCa2+2+可能在其信号传导过程中起着重可能在其信号传导过程中起着重要作用n nPCDPCD发生过程可分为发生过程可分为3 3个阶段：个阶段：启动阶段启动阶段效应阶段效应阶段降解清除阶段降解清除阶段。