1细胞结构与功能教课2教学教材.ppt

第一章第一章 植物细胞的超微植物细胞的超微结构和功能结构和功能 自从1665年英国学者Hooke首次描述植物细胞，1838年和1839年德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann创立细胞学说(cell theory)以来，生物学家对细胞的结构和功能有了越来越深刻的认识 除病毒、类病毒外，已知的生物体都是由细胞构成的无论是单细胞生物还是多细胞生物，细胞是生物体结构和功能的基本单位 学习细胞生理有关知识将为了解植物生命活动规律奠定必要的基础第一节 植物细胞的结构与组成 一、细胞的概述 尽管细胞种类繁多，形态、结构与功能各异，却有尽管细胞种类繁多，形态、结构与功能各异，却有基基本的共同点：本的共同点： 1)1) 所有的细胞表面均有由所有的细胞表面均有由磷脂双分子层磷脂双分子层与与镶嵌蛋白质镶嵌蛋白质构构成的生物膜，即成的生物膜，即细胞膜细胞膜； 2)2) 所有细胞都有两种核酸，即所有细胞都有两种核酸，即DNADNA和和RNARNA，它们作为遗传，它们作为遗传信息复制与转录的载体；信息复制与转录的载体； 3)3) 除个别特化细胞外，作为除个别特化细胞外，作为合成蛋白质合成蛋白质的的细胞器细胞器核核糖体糖体，毫无例外地存在于，毫无例外地存在于一切细胞内一切细胞内； 4)4) 细胞的增殖一般以细胞的增殖一般以一分为二一分为二的方式进行分裂，遗传物的方式进行分裂，遗传物质在质在分裂前分裂前复制加倍复制加倍，在，在分裂时分裂时均匀地分配到两个子均匀地分配到两个子细胞内，这是生命繁衍的基础和保证。

细胞内，这是生命繁衍的基础和保证细胞膜的构造胆固醇磷脂酶蛋白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，是与组成它的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无机分子单体分子生物大分子超分子复合体基本生物分子 30种单体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、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)（一）原核细胞和真核细胞（一）原核细胞和真核细胞原核细胞原核细胞(prokaryotic cell)(prokaryotic cell) 一般一般体积很小体积很小，直径为，直径为0.20.210m10m不等，不等，没有典型的细胞没有典型的细胞核核，即没有核膜将它的遗传物质与细胞质分开，只有一个，即没有核膜将它的遗传物质与细胞质分开，只有一个由裸露的环状由裸露的环状DNADNA分子构成的拟核体分子构成的拟核体( (nucleoidnucleoid) ) 除除核糖体、类囊体核糖体、类囊体外，一般不存在其它细胞器，原核细胞外，一般不存在其它细胞器，原核细胞以以无丝分裂无丝分裂(amitosis)(amitosis)方式方式进行繁殖。

进行繁殖 真核细胞真核细胞(eukaryotic cell)(eukaryotic cell) 体积较大体积较大，直径约，直径约1010100m100m，其主要特征是，其主要特征是细胞结构的细胞结构的区域化区域化，即核质被膜包裹，有细胞核和结构与功能不同的，即核质被膜包裹，有细胞核和结构与功能不同的细胞器细胞器(cell organelle)(cell organelle)； 真核细胞的真核细胞的染色体由线状染色体由线状DNADNA与蛋白质组成与蛋白质组成，细胞分裂以，细胞分裂以有有丝分裂丝分裂(reduction mitosis)(reduction mitosis)为主 由由原核细胞原核细胞构成的有机体称为构成的有机体称为原核生物原核生物(prokaryote);(prokaryote); 由由真核细胞真核细胞构成的有机体称为构成的有机体称为真核生物真核生物(eukaryote)(eukaryote)包括了包括了绝大多数单细胞生物与全部的多细胞生物绝大多数单细胞生物与全部的多细胞生物 原核原核细细细细胞与真核胞与真核细细细细胞的区胞的区别别别别 区区别别别别 原核原核细细细细胞胞 真核真核细细细细胞胞 大小大小 110m 110m 10100m 10100m 细细细细胞核胞核 无核膜无核膜 有双层的核膜有双层的核膜 染染色色体体 形状形状 环状环状DNADNA分子分子 线性线性DNADNA分子分子 数目数目 一个基因连锁群一个基因连锁群 2 2个以上基因连锁群个以上基因连锁群 组组组组成成 DNADNA裸露或结合少量蛋白质裸露或结合少量蛋白质 DNADNA同组蛋白和非组蛋白结合同组蛋白和非组蛋白结合 DNADNA序列序列 无或很少有重复序列无或很少有重复序列 有重复序列有重复序列 基因表达基因表达 RNARNA和蛋白质在同一区间合成和蛋白质在同一区间合成 RNARNA核中合成和加工；蛋白质细胞核中合成和加工；蛋白质细胞质合成质合成 细细细细胞分裂胞分裂 无丝分裂无丝分裂(amitosis)(amitosis)有丝有丝分裂和分裂和减数减数分裂，分裂， 内膜内膜 无独立的内膜无独立的内膜 有，分化成各种细胞器有，分化成各种细胞器 鞭毛构成鞭毛构成 鞭毛蛋白鞭毛蛋白 微管蛋白微管蛋白 光合与呼光合与呼 吸吸酶酶分布分布 质膜质膜 线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体 核糖体核糖体 70S70S（50S+30S50S+30S） 80S80S（60S+40S60S+40S） 营营营营养方式养方式 吸收，有的进行光合作用吸收，有的进行光合作用 吸收，光合作用，内吞吸收，光合作用，内吞 细细细细胞壁胞壁 肽聚糖、肽聚糖、propro、脂多糖、脂蛋白、脂多糖、脂蛋白 纤维素（植物细胞）纤维素（植物细胞） 图1-2 植物细胞结构图解 ( (二二) )高等植物细胞特点高等植物细胞特点B显微结构A模式图动植物细胞的比较大液泡、叶大液泡、叶绿体和细胞绿体和细胞壁壁是植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征 二、原生质的性质原生质原生质(protoplasm)(protoplasm)是构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的物质基础。

细胞中原生质的组成如表1-2所示原生质中水含量很高，往往占细胞全重的绝大部分，而蛋白质、核糖、碳水化合物和脂类则是有机物质的主体物 质含量（%） 平均分子量水8518蛋白质1036000DNA0.4107RNA0.74.0 105脂类2700其他有机物0.4250无机物1.555表 1-2 组成原生质的各类物质的相对数量 ( (一一) ) 原生质的物理特性原生质的物理特性1.1.张张张张力力 由于原生质含有大量的水分，使它具有液体的某些性质，如有很大的表面张力(surface tension)，即液体表面有自动收缩到最小的趋势，因而裸露的原生质体呈球形 2.2.粘性和粘性和弹弹弹弹性性 粘性 ，代谢活动 ，植物与外界间物质交换 ，抗逆性 ； 原生质的弹性与植物抗逆性也有密切关系弹性 ，则植物对机械压力的忍受力也 ，对不良环境的适应性也 因此，凡原生质粘性高、弹性大的植物，它对干旱、低温等不良环境的抗性强 3.3.流流动动动动性性 原生质的流动是一种复杂的生命现象 原生质的流动在一定温度范围内随温度 而 ，且受呼吸作用的影响 ( (二二) ) 原生质的胶体特性原生质的胶体特性胶体(colloid)是物质的一种分散状态。

1.带电带电 性与亲亲水性 原生质胶体主要由原生质胶体主要由蛋白质蛋白质组成，蛋白质组成，蛋白质表面的氨基表面的氨基与与羧基发生电离羧基发生电离时时可使可使蛋白质分子表面蛋白质分子表面形成形成一层带电荷一层带电荷的吸附层在吸附层外又有一层带电量的吸附层在吸附层外又有一层带电量相等而符号相反的扩散层原生质胶体颗粒外面形成一个双电层相等而符号相反的扩散层原生质胶体颗粒外面形成一个双电层( (图图1-3)1-3)双双电层的存在对于维持胶体的稳定性起了重要作用电层的存在对于维持胶体的稳定性起了重要作用 图 1-3 胶粒微团的电荷、双电层 A.正电荷; B.负电荷2.扩扩大界面 原生质胶体颗粒的体积虽然大于分子或离子，但它们的原生质胶体颗粒的体积虽然大于分子或离子，但它们的分散度很高分散度很高，比表面积比表面积( (表面积与体积之比表面积与体积之比) )很大随表面积增大，表面能也相应增加随表面积增大，表面能也相应增加 由于表面能的作用，它可以吸引很多分子聚集在界面上，这就是由于表面能的作用，它可以吸引很多分子聚集在界面上，这就是吸附吸附作用作用(absorption)(absorption)3.凝胶作用 胶体有两种存在状态，即溶胶(sol)和凝胶(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，凝胶转为溶胶的过程称为溶胶作用溶胶作用凝胶作用凝胶凝胶溶胶溶胶原生质胶体同样也存在溶胶与凝胶两种状态原生质胶体同样也存在溶胶与凝胶两种状态 当原生质处于当原生质处于溶胶状态溶胶状态时，时，粘性较小粘性较小，代谢活跃代谢活跃，生长旺盛生长旺盛，但，但抗抗逆性较弱逆性较弱； 当原生质呈当原生质呈凝胶状态凝胶状态时，时，细胞生理活性降低细胞生理活性降低，但对低温、干旱等不，但对低温、干旱等不良环境的抵抗能力提高，有利于植物度过逆境良环境的抵抗能力提高，有利于植物度过逆境4.4.吸胀作用吸胀作用 凝胶具有强大的吸水能力，凝胶吸水膨胀的现象，称之为凝胶具有强大的吸水能力，凝胶吸水膨胀的现象，称之为吸胀作吸胀作用用(imbibition)(imbibition)种子就是靠这种吸胀作用在土壤中吸水萌发种子就是靠这种吸胀作用在土壤中吸水萌发 (三三) ) 原生质的液晶性质原生质的液晶性质液晶态(liquid crystalline state)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；在光学性质上像晶体，在力学性质上像液体。

在植物细胞中，有不少分子如磷脂、蛋白质、核酸、叶绿素、类胡萝卜素及多糖等在一定温度范围内都可以形成液晶态一些较大的颗粒像核仁、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 比如膜的流动性是生物膜具有液晶特性的缘故当温度过高时，膜会从液晶态转变为液态，其流动性增大，膜透性加大，导致细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 一、细胞壁的组成 ( (一一) )细胞壁的结构细胞壁的结构 典型的细胞壁是由胞间层(intercellular layer)、初生壁(primary wall)以及次生壁(secondary wall)组成(图1-4)图1-4细胞壁的亚显微结构图解细胞壁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 细胞壁的亚显微结构图解S1 次生壁外层； S2 次生壁中层； S3 次生壁内层； CW1 初生壁； ML 胞间层细胞在初生壁内产生次生壁 ( (二二) ) 细胞壁的化学组成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(表1-3)细胞壁中的多糖主要是纤维素、半纤维素和果胶类，它们是由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸等聚合而成。

次生细胞壁中还有大量木质素1.1.纤维素纤维素2.2.半纤维素半纤维素3.3.果胶果胶类类类类4.4.木质素木质素5.5.蛋白质与酶蛋白质与酶 6.6.矿质矿质 细胞壁的化学组成物质细胞壁的化学组成物质1.1.纤维纤维纤维纤维 素素 纤维素是植物细胞壁的主要成分，它是由1 00010 000个-D-葡萄糖残基以-1,4-糖苷键相连的无分支的长链分子量在50 000400 000之间 纤维素内葡萄糖残基间形成大量氢键，而相邻分子间氢键使带状分子彼此平行地连在一起，这些纤维素分子链都具有相同的极性，排列成立体晶格状，可称为分子团，又叫微团(micellae) 微团组合成微纤丝(microfibril)，微纤丝又组成大纤丝(mac。