植物細(xì)胞生理基礎(chǔ)

植物細(xì)胞生理基礎(chǔ)第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.1細(xì)胞與生物分子1.1.1植物生命的分子基礎(chǔ)第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)單元

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

細(xì)胞是組成生物體的基本結(jié)構(gòu)單元，是生物體進(jìn)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(xì)胞學(xué)說、能量守恒和轉(zhuǎn)換定律、達(dá)爾文進(jìn)化論一起譽(yù)之為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)

胞

的

基

本

構(gòu)

成第4頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五植物體的組成第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.1.2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6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.1.2.2水的理化性質(zhì)與細(xì)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8頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五（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9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五（3）水是很好的溶劑

第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五（5）水是無色透明液體

（6）水的不可壓縮性細(xì)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(guān)系。第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.1.3高等植物細(xì)胞的特點根據(jù)細(xì)胞的進(jìn)化程度，可將其分為兩大類型：原核細(xì)胞(prokaryoticcell)和真核細(xì)胞(eukaryoticcell)。第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)菌和藍(lán)藻是原核細(xì)胞的典型代表真核生物(eukaryote)，包括了絕大多數(shù)單細(xì)胞生物與全部的多細(xì)胞生物每個人體內(nèi)大約有500種不同細(xì)菌，人類消化道就含有將近2.04公斤細(xì)菌第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞的大小第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五植物細(xì)胞的模式圖第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五大液泡、葉綠體和細(xì)胞壁是植物細(xì)胞區(qū)別于動物細(xì)胞的三大結(jié)構(gòu)特征第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五植物細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)

第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2細(xì)胞壁與生物膜1.2.1細(xì)胞壁1.2.1.1細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)典型的細(xì)胞壁是由胞間層(intercellularlayer)、初生壁(primarywall)以及次生壁(secondarywall)組成。第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五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20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五細(xì)胞在分裂時，最初形成的一層是由果膠質(zhì)組成的細(xì)胞板(cellplate)，它把兩個子細(xì)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21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2.1.2細(xì)胞壁的化學(xué)組成構(gòu)成細(xì)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22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.纖維素

纖維素(cellulose)是植物細(xì)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(xì)胞壁中的纖維素是自然界中最豐富的多糖第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五2.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(xì)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(xì)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(xì)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24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五6.礦質(zhì)

細(xì)胞壁的礦質(zhì)元素中最重要的是鈣。

細(xì)胞壁的形成

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

第25頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2.1.3細(xì)胞壁的功能1.維持細(xì)胞形狀，控制細(xì)胞生長

2.物質(zhì)運輸與信息傳遞

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

第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2.2胞間連絲1.2.2.1胞間連絲的結(jié)構(gòu)這種穿越細(xì)胞壁、連接相鄰細(xì)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27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五A.兩個相鄰細(xì)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(xì)胞壁示意圖

第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2.2.2胞間連絲的功能1.物質(zhì)交換相鄰細(xì)胞的原生質(zhì)可通過胞間連絲進(jìn)行交換，使可溶性物質(zhì)(如電解質(zhì)和小分子有機(jī)物)、生物大分子物質(zhì)(如蛋白質(zhì)、核酸、蛋白核酸復(fù)合物)甚至細(xì)胞核發(fā)生胞間運輸。

2.信號傳遞通過胞間連絲可進(jìn)行體內(nèi)信息傳遞，物理信號、化學(xué)信號則可通過共質(zhì)體傳遞。第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2.3生物膜生物膜(biomembrane)是指構(gòu)成細(xì)胞的所有膜的總稱。一種處于細(xì)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(xì)胞質(zhì)中構(gòu)成各種細(xì)胞器的膜，叫內(nèi)膜(endomembrane)。第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2.3.1生物膜的化學(xué)組成在真核細(xì)胞中，膜結(jié)構(gòu)占整個細(xì)胞干重的70%～80%。生物膜由蛋白質(zhì)、脂類、糖、水和無機(jī)離子等組成。第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2.3.2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(rèn)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(qiáng)調(diào)膜的不對稱性和流動性。（2）板塊鑲嵌模型第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.2.3.3生物膜的功能1.分室作用細(xì)胞的膜系統(tǒng)不僅把細(xì)胞與外界環(huán)境隔開，而且把細(xì)胞內(nèi)的空間分隔，使細(xì)胞內(nèi)部的區(qū)域化

2.代謝反應(yīng)的場所細(xì)胞內(nèi)的許多生理生化過程在膜上有序進(jìn)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(jìn)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(xì)胞作出相應(yīng)的反應(yīng)。第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3植物細(xì)胞的亞微結(jié)構(gòu)植物細(xì)胞除原生質(zhì)膜及外圍的細(xì)胞壁外，內(nèi)有眾多形狀、大小不一的細(xì)胞器。各自具有特定的生理功能，并協(xié)同完成許多復(fù)雜的生理過程和代謝反應(yīng)。第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.1微膜系統(tǒng)微膜系統(tǒng)(micro-membranesystem)包括細(xì)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(xì)胞質(zhì)中，在結(jié)構(gòu)上連續(xù)、功能上關(guān)聯(lián)的，由膜組成的細(xì)胞器總稱。第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.1.1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(xì)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37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五質(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38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.1.2線粒體（1）線粒體的結(jié)構(gòu)線粒體是進(jìn)行呼吸作用的細(xì)胞器，呈球狀、棒狀或細(xì)絲狀.線粒體的結(jié)構(gòu)模式圖

第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.1.3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(xì)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(xì)胞核外被膜相連，外與質(zhì)膜相連，穿插于整個細(xì)胞質(zhì)中，并且還可通過胞間連絲與鄰近細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連。第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五植物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能區(qū)模型圖

第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五按內(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42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.1.4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43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五（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(guān)部位。A.木糖葡萄糖的集運B.果膠多糖的集運第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五生物大分子的裝配

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

第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.1.5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(xì)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46頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五（2）溶酶體的功能消化作用；

吞噬作用；

自溶作用

；第47頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.1.6液泡（1）液泡的結(jié)構(gòu)液泡是植物細(xì)胞特有的，由單層膜包裹的囊泡。第48頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五（2）液泡的功能轉(zhuǎn)運物質(zhì)；吞噬和消化作用；調(diào)節(jié)細(xì)胞水勢；吸收和積累物質(zhì)；賦予細(xì)胞不同顏色；

第49頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.1.7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50頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.2微梁系統(tǒng)細(xì)胞骨架(cytoskeleton)是指真核細(xì)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(xì)胞骨架不僅在維持細(xì)胞形態(tài)、保持細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有序性方面起重要作用，而且還與細(xì)胞運動、物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞、細(xì)胞分裂和分化、基因表達(dá)等生命活動密切相關(guān)。第51頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.2.1微管（1）微管的結(jié)構(gòu)

存在于細(xì)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52頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五（2）微管的功能控制細(xì)胞分裂和細(xì)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(xì)胞板的形成與生長也有微管的參與保持細(xì)胞形狀參與細(xì)胞運動與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸?shù)?3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.2.2微絲（1）微絲的結(jié)構(gòu)微絲(microfilament)比微管細(xì)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(xì)胞質(zhì)的環(huán)流。參與物質(zhì)運輸和細(xì)胞感應(yīng)

第54頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.2.3中間纖維（1）中間纖維的結(jié)構(gòu)柔韌性很強(qiáng)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55頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五2.中間纖維的功能

(1)支架作用

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

有人認(rèn)為中間纖維與細(xì)胞發(fā)育、分化、mRNA等的運輸有關(guān)。第56頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.3微球系統(tǒng)微球系統(tǒng)(microspheresystem)包括細(xì)胞核內(nèi)的核粒與細(xì)胞質(zhì)中的核糖體，它們承擔(dān)并控制著遺傳信息的貯存、傳遞和表達(dá)等功能。第57頁，共62頁，2023年，2月20日，星期五1.3.3.1染