植物细胞 细胞是植物体结构和功能的基本单位 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，一个个体由无数细胞组成，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。 细胞是生物体结构和功能的基本单位，是生命活动的基本单位，也是生物个体发育和系统发育的基础。 细胞具有遗传上的全能性。 植物细胞的基本结构 植物细胞的大小和形态 大小差异很大，通常以μm——微米来计算，1μm=10-6m，1?=10-4μm=10-10m，1nm=10-9m，细胞的直径一般为20-50μm，要在显微镜下才能观察。但西红柿、西瓜的果肉细胞直径较大，可达1mm，肉眼可见。苎麻的纤维长度为55cm。 形状：由于植物体是多细胞体，细胞彼此间相互挤压，呈多面体，长宽近于相等，根尖、茎尖生长锥细胞近于等径，细胞的形状为14面体。但这种理想化的细胞形状很难见到。一般看到的有球形、椭球形、多面体、纺锤形、柱状体。细胞的形状由它所处的位置，执行的功能有关，是由遗传因素也就是细胞核控制的。 植物细胞的结构：植物体的细胞由原生质体和细胞壁两部分组成。原生质体是活的具有生命特征的部分，细胞壁包在原生质体的外面。 原生质体protoplast 原生质体的概念：构成生活细胞的除细胞壁以外所包含的各部分，如细胞质、细胞核等，共12种结构。 原生质的概念：构成原生质体的主要物质称为原生质。细胞中具有生命的物质基础；植物细胞中生活的胶状内含物；在生活细胞中提供生命过程的基础化合物。原生质是生命活动的物质基础，细胞内的一切代谢活动都在原生质内进行。 在原始生物体中细胞内的原生质结构简单，仅是一团没有明显分化的生活物质。 较进化的生物：分化出细胞核，核外有细胞质，在细胞质中悬浮着细胞器。 原生质的化学组成：复杂，不是单一成份，新陈代谢使化学组成不断变化。蛋白质占原生质干重的60%左右，加核酸、糖类、脂类型，约占干重的90%，其他为无机盐等。在生活状态时，原生质呈胶体状态，水占全部原生质90%左右。 原生质的物理性质：带有粘性的、半透明的胶质，具有半流动性，形成0.1-0.001μm的微小颗粒，分散在胶态的液体中，胶粒表面吸附一层水膜，带电荷，由于同种电荷的排斥，使胶体均匀分散，不会凝聚。 亲水胶体颗粒的性状： 由于胶粒高度分散，有很大的表面积，有利于物质交换和各种生化反应。 由于包有水膜，在干旱、寒冷情况下有一定的水分维持生命活动。在种子干燥时，原生质由液胶→凝胶，在种子萌发时吸收水分，原生质由凝胶→液胶。 由于溶胶体（液胶）的半流动性，所以产生原生质的流动现象，有利于细胞内物质的交换和运输。 细胞质cytoplasm：细胞质由质膜和细胞基质（简称胞基质）组成。在幼嫩的生活细胞中，细胞质充满整个细胞腔；在成熟细胞中，由于液泡的形成与增大，细胞质逐渐成为紧贴细胞壁的薄层，介于细胞壁和液泡之间。 质膜也称为细胞膜，但广义细胞膜包括质膜和细胞内的内膜系统（内质网、高尔基体和微体、液泡等的膜）。质膜又称外周膜、外膜，与内膜系统合称为膜系统。 质膜又称为生物膜，因为动植物的细胞膜有相似的基本构造，基本成份为蛋白质和类脂。 质膜厚度为75-100?，质膜结构的解释的其中一个理论——流体镶嵌模型：由一层单位膜组成。单位膜为三层结构：球状蛋白——磷脂双分子层——球状蛋白。 质膜具有“选择透性”，因而能控制细胞内外物质的交换。 细胞基质中含有蛋白质、类脂、核酸、水分等物质，呈胶体状态，有一定的粘度和弹性。细胞核及其他细胞器都包埋于其中。 细胞基质在生活细胞中处于不断运动状态，能带动细胞器在细胞内作有规则的持续运动，称为细胞质运动。细胞质运动可分为循环式运动（只有单个大液泡）；流走式运动（细胞内有多个液泡，各小流有不同的流动方向）。 细胞质运动是生活细胞的标志之一，细胞死亡，运动也就停止。 细胞核nucleus：真核细胞均具有细胞核。高等植物只有一核，一些低等植物有双核，多核。形状、位置随细胞年龄而变；也有的在成熟细胞中被许多线状细胞脊索悬吊在细胞中央。 细胞核由核膜、核质和核仁等部分组成。 核膜由两层单位膜组成。在核膜上均匀或不均匀分布的核孔，核孔可开闭，对细胞核间的物质交换起控制作用。核膜以内，核仁以外的胶态物质，易被碱性染料着色的称为染色质，不易被染色或染色很浅的是染色液。 染色质：在电镜下呈念珠状，在细胞分裂时这种染色质高度螺旋化，形成在光学显微镜下可见到的染色体，是细胞中遗传物质存在的主要形式，主要成份是DNA和蛋白质。核液是没有明显结构的基质。 核仁：在核质中有1-几个折光性很强的小球体，这就是核仁。核仁无膜，是细胞核内合成和贮藏RNA的场所。如果把核仁去掉，细胞将很快死亡，不能完成有丝分裂的一过程。 细胞核的主要功能:控制细胞的遗传和调节细胞内物质的代谢途径,对细胞的生长,发育,有机物质的合成等均具有重要的作用。细胞核的作用与细胞质密不可分，互相依存，互相影响的。以前认为核起主导作用，细胞质处于被控制地位，现在认为遗传性状的表现是核与细胞质共同起作用。 质体plastid：除菌类和蓝藻外，一切绿色植物都具有形状如圆盘形式、卵圆形，直径4-8μm，外有单位膜构成的质膜，质体内吸附色素的质体。根据所含的不同色素，可划分成叶绿体chloroplast，有色体chromoplast和白色体leucoplast。 叶绿体chloroplast： 绿色，叶片、嫩茎皮层细胞可找到叶绿体。高等植物的叶绿体形状大小比较 接近，呈卵形而略扁，直径为4-10μm，厚度为1-2μm。在低等植物中，叶绿体有各种形状，如杯状、带状和各种不规则形状。 高等植物的叶绿体含4种色素：叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）、胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）。叶绿素a和b含量较多，能吸收太阳光能，直接参与光合作用，其余两种色素协助捕捉太阳光能，把吸收的光能传递给叶绿素，不能直接进行光合作用。颜色与细胞叶绿体的4种色素有关。遮光或缺光时，韭黄或豆芽变成黄绿色。 叶绿体的构造：具双层膜：内膜和外膜。膜内充满无色溶胶状态的基质，基质中有基粒，基粒由圆盘状类囊体叠合而成，称基粒片层，基粒有膜，基粒之间有基质片层相联系。基粒或基质有光合作用所需的各种酶，分别完成光合作用中不同的化学反应，光反应在基粒上进行，暗反应在基质中进行。 有色体chromoplast：含黄素和胡萝卜素及类胡萝卜素，呈橙红、橙黄的颜色。存在于植物的花瓣、果实和根中，如番茄、辣椒果实，胡萝卜根。有色体形状多样：球形、椭圆形、纺锤形，使植物的果实、花瓣呈现鲜艳的颜色，吸引动物、昆虫，有利于传粉和果实种子的传播。 白色体leucoplast：不含色素，呈颗粒状，多见于幼嫩或不见光的组织细胞中，多见于贮藏器官如块根、块茎，番薯、马铃薯，植物种子的胚。茎顶的分生组织中，质体因无色，称前质体，有的含原叶绿素，见光变绿。白色体近球形，在细胞生长过程中能积累淀粉，称为造粉体，或参与油脂的形成，称为造油体。 三种质体在一定的条件下可以发生转变。前质体(白色体(叶绿体(有色体。前质体(叶绿体，白色体(有色体。 线粒体mitochondria：除细菌、蓝藻外都具有线粒体，它细小，圆球状、棒状，直径0.5-1μm，长1-3μm，由双层单位膜构成，外面一层称外膜，内膜向内形成管状突起称“嵴”cristae，在嵴上附有很多功能与呼吸作用有关的酶，由于“嵴”的形成增大了内膜的表面积，“嵴”与“嵴”之间是一些可溶性的蛋白质称基质matrix，由蛋白质、类脂组成。 线粒体是细胞进行呼吸作用的重要场所，其呼吸释放出大量能量——把糖、蛋白质、脂肪等（含能物质）氧化产生CO2和水——这一过程中产生能量被传递到含磷的分子中，形成含高能量的三磷酸腺苷ATP，并透过膜传递到细胞的其他部分，提供各种代谢活动的需要。线粒体是释放能量的中心，被形容为“细胞的动力工厂”。 C6H12O6 + O2 ( 6CO2 + 6H2O + 38ATP 高尔基体golgi body或dictyosome：高尔基体是意大利科学家Golgi 从动物细胞中发现的。高尔基体由一层单位膜围成扁平的泡囊“槽库”，若干泡囊叠合成复合体。泡囊周边有分枝的小管，连成网状，小管末端膨大成泡状，小泡由膨大部分收缩断裂而脱离高尔基体，游离到细胞基质中。 高尔基体与细胞的分泌作用有关，把从粗糙内质网运来的蛋白质物质进行加、浓缩、储存、运输，最后形成分泌小泡，小泡脱离高尔基体成熟后最后排出细胞外。 高尔基体能合成纤维素，半纤维素等多糖类物质，有丝分裂时参与细胞壁的形成。 内质网 endoplasmic reticulum：由一层单位膜围成的管状、泡状、片状结构，分枝形成网状复杂结构。内质网有两种，在膜的外侧附有有许多核糖体颗粒的，称为粗糙内质网rough ER，在膜的外侧不附有核糖体的，称为光滑内质网Smooth ER. 由于内质网是核糖体集中分布的场所，而核糖体是合成蛋白质的细胞器，因而推测粗糙内质网与蛋白质的合成有关。光滑内质网主要合成和运输脂类和多糖。内质网可与细胞壁的形成有关。内质网可与核膜的外膜、质膜相连，甚至通过细胞壁的胞间连丝而与相邻细胞的内质网发生联系。因此有人认为内质网构成 一个细胞内和细胞间物质运输的管道系统。 核糖体ribosom：与称核糖核蛋白体，长圆形或球形，直径为15-25nm，主要成份是RNA和蛋白质，大量分布在细胞质中和附着在内质网的外表面。核糖体是细胞中蛋白质合成的中心。在执行蛋白质合成功能时，多个核糖体常串联在一起，形成多核糖体。由转移核糖核酸tRNA将胞基质中的氨基酸运至核糖体处，在那里按信使核糖核酸mRNA模板将氨基酸合成各种蛋白质。核糖体被喻为“蛋白质的的装配机器”。 溶酶体lysosome：外形大小都很象线粒体，但仅具有1层单位膜，内部无“嵴”，膜内含有多种很高浓度的水解酶、核酸酶、蛋白酶、糖甙酶、酸性磷酸酶、组织蛋白酶、脂酶……，它们能分解所有生物大分子。 一般认为在溶酶体的外膜没有破裂或损坏时，溶酶体内存在的酶是不活化的；当细胞缺氧时，受伤时，溶酶体膜破裂，水解酶释放出来，把细胞中的各种化合物分解，细胞被破坏，为细胞自溶现象。细胞内含物的破坏是很多植物细胞，特别是维管细胞成熟的一种特征。 圆球体spherosome：圆球体是生活细胞中随细胞质运动的小圆颗粒，直径为0.1-1μm，具有一层单位膜，是积累脂肪的场所。 微体microbody：细胞基质中有极微小的构造，球形，大小相似，直径在0.5-1.5μm的细胞器，统称为微体。微体只有1层单位膜，内无“嵴”。可分为过氧化物酶体，乙醛酸酶循环体。 过氧化物酶体：存在于高等植物的绿色细胞内，常与叶绿体、线粒体相配合，参与乙醇酸循环，将光合作用产生的乙醇酸转化成已糖。 乙醛酸循环体：油料作物（蓖麻、向日葵）种子萌发时，与圆球体和线粒体配合，把储藏脂肪转化成糖类。 微管和微丝microtube and microfilament：微管和微丝普遍存在于真核细胞内，微管是中空的细管，长数微米，直径为20-25nm，主要由微管蛋白组成13条原丝，纵行螺旋排列而成。微丝的纤维较细，直径为5-6nm，其主要成份是具有收缩功能的蛋白。 微管可能在细胞中起支架作用，保持细胞一定的形状。在植物细胞有丝分裂和减数分裂过程中，微管是纺缍丝组成部分，指导着染色体移动和纤维素微纤丝沉积方位。微管也可能与细胞壁的增厚有关。一些藻类的鞭毛也由微管组成，微管因此也与鞭毛的运动有关。 微管与细胞的移动和细胞质运动有密切关系。 液泡vacuole：植物细胞中最显著的内部结构，也是一种细胞器。液泡由一层膜包围，膜内充满细胞液cell sap。液泡膜选择透性膜，通透性比质膜高。 幼年细胞液泡多、小、分散，随着细胞生长，吸收水分，代谢产物增多，液泡合并，增大，最后形成中央大液泡，体积占整个细胞的90%，将细胞质挤在一边，细胞核及各种细胞器被挤到紧贴细胞壁。 液泡内的细胞液的主要成份是水及溶于水中的碳水化合物、脂肪、蛋白质、无机盐、有机酸、植物碱、花青素等。甘蔗的液泡内含有大量蔗糖，柿、番石榴未成熟时细胞液中含有单宁，罂粟中有吗啡碱，烟草中尼古丁。 色素主是花青素，呈溶解状态，如果实、花的颜色，有红、蓝、紫等色。 无机盐类：钙、镁、钾盐，呈溶解状态。如果无机盐浓度很高，便析出在结晶状态，最常见的是碳酸钙、草酸钙结晶，结晶状态有单晶、复晶、针晶。 液泡的功能： 维持细胞的渗透压，使细胞具有吸水能力，当细胞液的浓度高，水分就从浓度低的外部流入浓度高的液泡中；当细胞液的浓度低，水分就从液泡流出。这个过程叫渗透作用，植物取得水分主要靠渗透作用。 高浓度的细胞液使植物有一定的抗寒、抗旱能力，细胞液只有在零下很低的温度才冻结，不至损伤细胞。 由于液泡本身吸水，液泡膨胀，产生一种压力，使细胞有一定的紧张度，使植物体保持饱满和坚挺，维持一定的形状。 细胞代谢产物的贮藏场所，参与细胞中的物质循环，必要时细胞液中的酶能破坏、消化细胞中各种细胞器，分解贮藏物质等。 近年发现在液泡含有多种酶，积极参与细胞代谢活动。 细胞壁cell wall：具有细胞壁、液泡、质体是植物细胞区别于动物细胞的结构。 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。 胞间层intercellular layer：又称中胶层。相邻两细胞共有的一层薄膜，主要成份为果胶质（果胶酸钙和果胶酸镁），将相邻细胞链接起来。在酸碱溶液中果胶酸酶能够分解果胶质。黄麻拔下后要放在水里浸泡，叫“沤麻”，就是利用细菌产生的果胶酶将纤维细胞间的果胶质溶解成分离的纤维细胞。 初生壁primary wall：细胞生长过程中，原生质体分泌出纤维素、半纤维素、果胶质附加在中胶层的两面，构成初生壁。初生壁薄，厚1-3μm，富有弹性，可塑空间大，适应细胞生长时体积增大。 次生壁secondary wall：细胞停止生长后，原生质体分泌纤维素、半纤维素、木质素附加在初生壁上，使细胞腔越来越小。次生壁可以分成三层：外层，中层，内层。次生壁质地坚硬，有较强的机械支持作用。 并不是所有细胞都有次生壁加厚，常见的有纤维、导管、管胞、石细胞停止增大体积后，有次生壁加厚。 细胞壁的主要组成物质可分为构架物质和衬质。构架物质主要是纤维素（C6H10O5），纤维素分子聚合成微纤丝，微纤丝交织成网，构成了细胞壁的基本构架。100个纤维素分子组成1个分子团，20个分子团组成一条微纤丝。衬质填充于微纤丝“网”的空隙中。由微纤丝再聚集成较粗的纤丝，称大纤丝，大纤丝间也充满衬质。 细胞生长过程中，细胞可扩展，细胞中壁可加厚，由原生质体合成的物质，木质素、角质、栓质、硅质可渗入到微纤丝组成的构架中去。 初生壁的微纤丝交织成疏松的网状，网眼中有水、果胶质、半纤维素、木质素、角质，呈溶解状态，使初生壁柔软，具有弹性。 次生壁的微纤丝排列近于平行，方向不一致，风外层垂直于中轴，中层与中轴成一定交角。 纹孔pit：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：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。 纹也是细胞壁的薄壁区域，是细胞间物质交换区域。 胞间连丝plasmodemata：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。 细胞间隙intercellular space：在细胞生长过程中，细胞壁的中胶层（胞间层）部分溶解，形成一些空隙，称为细胞间隙。具物质运输、通气、贮藏气体的作用。 共质体运输：通过胞间连丝的物质运输称为共质体运输； 质外体的运输：通过细胞壁和胞间隙的物质运输称为质外体运输。 植物细胞的后含物ergastic substance：细胞的代谢过程中产生的非原生质量产物，存在于细胞质、液泡、细胞器中。这些后含物有的是废物，有的是可再被利用的储藏物质。主要有淀粉、蛋白质、脂类和结晶等。 淀粉starch：以淀粉的形式贮藏在细胞质中，最常见的是块根、块茎、种子的胚乳或子叶中。 来源于质体：白色体，白色体积累淀粉时，先形成一个核心，然后逐层地积累淀粉，在核心外有无数个同心圆——轮纹。在光学显微镜下光暗相间的轮纹是直链淀粉和支链淀粉交替形成的，由于光吸收率不一致，显出明暗。 淀粉有三种形态： 单粒：只有一个核心，外有很多轮纹。 复粒：有两个或两个以上的核心，每个核心有各自的轮纹。 半复粒：两个或两个以上的核心，每个核心有少数几圈单独的轮纹，外有各核心共同轮纹环绕。 用碘液，淀粉变紫蓝色。 根据淀粉的形态，可以检验淀粉食品，药物，如淮山，全部淀粉粒均为单粒。 蛋白质protein：和作为原生质组成成份不同，后含物中的蛋白质是无生命的，化学性质稳定，无定形或以结晶形式存在。 液泡中的蛋白质：豆科、油料作物的种子，以糊粉粒aleurone grain形式存在，糊粉粒由小液泡演变而来，小液泡内含有蛋白质，慢慢失支水分，每个小液泡变成坚硬、无定形的蛋白质颗粒，称为糊粉粒，在蛋白质膜（液泡膜）内有珠晶体、拟晶体和无定形胶层，构成糊粉粒。马铃薯的蛋白质在表皮下，呈方晶状。 禾本科植物的胚乳：蛋白质包裹成小颗粒。小麦、水稻的胚乳的最外层细胞，含有很多糊粉粒，这些细胞组成糊粉层aleurone layer，精米，精面粉中无糊粉层，失去了蛋白质。糊粉层遇碘变黄色。 脂类和油类fat and oil：脂类物质常存在于胚、胚乳、贮藏器官中，油料植物种子中成小滴分散在细胞质中，遇苏丹III变红色。 结晶crytals：通常为草酸钙结晶：单晶、针晶、簇晶、可作分类鉴定的特征。在液泡中形成：草酸钙结晶的有：菜心、芥兰，碳酸钙结晶的有桑，草酸镁结晶的有：狗尾草，硫酸钙结晶的有柽柳。醋酸钙结晶的有 蓼科植物。 其他后含物：维生素、生长素等。柿花中有B1。 原核细胞prokaryotic cell与真核细胞eukaryotic cell 生物界的发展是从简单——复杂，从低级——高级。 从细胞学的观点看可分为原核生物prokaryote和真核生物eukaryote。 原核细胞prokaryotic cell：有细胞构造，有核质，无真正的细胞核，无内膜系统，有少数内膜片层，无高尔基体、质体等细胞器，有原始核，能进行无丝分裂。 细胞较细小，1-10μm； 有核质，无核膜； 1条染色体，只有DNA； 细胞质并未分化，只有少量的光合膜片，有光合色素； 细胞分裂只有无丝分裂一种； 细胞壁主要成份为肽聚糖。 原核生物：产生于32——37亿年前。具有原核的细胞称原核细胞： 真核细胞：有核膜，有真正的细胞核，有高尔基体，质体等细胞器，分裂方 式多种多样，有丝分裂，无丝分裂，减数分裂。 为10-100μm； 核质有核膜包围； 有多条染色体，由DNA、RNA和蛋白质联合而成； 有各种细胞器（具膜或不具膜的）； 细胞分裂方式多种：无丝分裂、有丝分裂、减数分裂； 细胞壁主要成份是纤维素。