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植物细胞和组织_植物学

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植物细胞和组织_植物学的内容简介:

第一节植物细胞
一、细胞的发现及细胞学说
1.1665年,英国人虎克观察软木切片, 发现并命名了细胞,实际上他看到的只是 植物细胞的细胞壁。 (右图为英国光学仪器修理师虎克用自制显微镜观察到的细胞,其实为植物的细胞壁和空腔.) 2.1831年,布朗发现了细胞核 1846年,Mohl提出了原生质(protoplasm) 3.1880年,汉斯坦提出了原生质体(protoplast) 原生质:是一种物质 原生质体:是一种结构 4.1838-1839年德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出了细胞学说(Celltheory)。 细胞学说的主要内容: 1)植物和动物的组织都是有细胞组成的。 2)所有的细胞是由细胞分裂或融合而来。 3)卵和精子都是细胞。 4)一个细胞可以分裂而形成组织。 意义:十九世纪自然科学的三大发现之一,是一切生物的基础。 光学显微镜的分辨率:0.2um,放大倍数为1200倍电镜:1A,放大倍数为100万倍

二、细胞生命活动的物质基础--原生质
概念: 构成细胞的生活物质称为原生质。 原生质是细胞生命活动的物质基础。 (一)原生质的化学组成 原生质的基本成分可分为无机物和有机物两大类。 1.无机物和水 2.有机物 1)蛋白质: 高分子化合物,由AA组成,是原生质的结构物质。 2)核酸: 是遗传物质,由核苷酸组成。 每个核苷酸由一个含氮碱基、一个五碳糖和一个磷酸分子组成。 3)脂类: 概念:凡经水解后产生脂肪酸的物质就属于脂类。 作用: 1.组成原生质的成分之一。 2.氧化放热,提供细胞生命活动所需的能量。 3.角质、栓质和腊质起了保护细胞的作用。 4)糖类 细胞中最重要的糖分为单糖、双糖和多糖。 作用:结构物质、能源、合成其他有机物的原料。 5)生理活性物质 有酶、激素、抗菌素等。 (二)原生质的物理性质和生理特性 1.原生质的物理特性 原生质是一种亲水胶体,具有一定粘度和弹性,在光学显微镜下表现为半透明的、不均匀的状态。 失水 溶胶状态凝胶状态 吸水

三、植物细胞的形状和大小
1、形状:形状多样。 2、大小:受遗传和环境的影响。

四、植物细胞的形态、结构和功能
植物细胞的基本结构,包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核。其中细胞膜,细胞质,细胞核均是由原生质特化而来,总称原生质体。 细胞壁是植物细胞特有的结构,动物细胞不具有细胞壁。 (一)细胞膜 1.概念: 植物细胞的细胞质外包有一层与细胞壁紧密相连的薄膜,称为质膜,又叫细胞膜。由磷脂和蛋白质组成。 2.组成与结构: 质膜主要是由脂类(磷脂)和蛋白质构成。用电镜观察可看到质膜是由内外两条暗带中间夹着一条明带组成。 中间明带是脂质双分子层的疏水尾部,两条暗带是脂磷双分子层的亲水头部和蛋白质分子层。这种膜叫单位膜。 关于质膜的结构模型,今年来提出了液态镶嵌模型(流动镶嵌模型),认为质膜是以脂质双分子层作为基本骨架,蛋白质分子镶嵌在脂质双分子层中的结构。组成膜的脂类和蛋白质在膜中的分布都是不对称和不均匀的。 3生理功能 质膜有多种生理功能: a.质膜是选择透性膜,对物质进出细胞有选择性,所以起屏障作用,维持稳定的胞内环境,有选择性地使物质通过或排除废物。 b.质膜还能接受外界刺激和信号,引起细胞内代谢与功能的变化,调节细胞的生命活动。 c.质膜参与细胞的相互识别;参与细胞类物质向细胞内分泌,对细胞壁的形成也有关系。 d.能向细胞内形成凹陷,增大接触面积,有利于各种生化反应的进行。 总之,质膜对细胞的生命活动有重要作用。

(二)细胞质及其细胞器 细胞质是质膜以内,细胞核以外的原生质。细胞质进一步分为胞基质和细胞器。细胞器是细胞内具有特定结构和功能的亚细胞结构(微结构、微器官),胞基质是包围 细胞器的细胞质部分,在光学显微镜下是近透明、均匀一致的胶体状态。 细胞器悬浮在胞基质中,为胞基质提供支持骨架。胞基质为维持细胞器实体的完整性提供必要的离子环境,为细胞器施行功能提供必要的物质。 胞基质 胞质运动:生活细胞的胞基质,在细胞内经常流动称为胞质运动。 包括循环运动和旋转运动两种方式。 细胞器 1.质体 质体是与碳水化合有关的细胞器,是绿色植物细胞特有的细胞器 质体的功能:质体是合成和积累同化产物的细胞器 在幼期的细胞内,如根尖和茎端分生组织细胞、及卵细胞中,其质体尚未分化成熟,称为前质体,随细胞的长大和分化,前质体逐渐分化为成熟的质体。 分化成熟的质体可根据其颜色和功能的不同分为:叶绿体、白色体、有色体。 1)叶绿体 色素:叶绿素占绝对优势,还含有少量的类胡萝卜素(叶绿素被破坏后,如秋天或旱季,叶片颜色呈 现黄色或橘红色) 存在位置:主要分布在叶片(叶肉细胞)中。 2)有色体(杂色体) 色素:主要含类胡萝卜素。 结构:双层膜 功能:有利于传粉,积累脂类和淀粉。 存在位置:主要存在于花瓣、果实中 叶片中含量较少 3)白色体 白色体是不含可见色素的无色的质体,包括合成淀粉的造粉体、合成脂肪的造油体和合成储藏蛋白质的造蛋白体。主要存在于幼嫩器官中,分布在细胞核周围。 主要功能:积累代谢产物 2线粒体 结构:双层膜结构,具嵴 功能:有氧呼吸的场所。 3.核糖核蛋白体 又叫核蛋白体、核糖体,是非膜细胞器 组成:RNA(60%)、蛋白质(40%)RNA为rRNA(ribosomalRNA) 结构:由两个近球形而大小不等的亚单位 结合而成的 多聚核糖体:多个核糖体与mRNA分子的长链结合,成为链珠状复合体,称为多聚核糖体。

4.内质网(ER)endoplasmicreticculum 分类:光滑型内质网(SmoothERsER) 与类脂、激素的合成有关 粗糙型内质网(RoughERrER)与蛋白质的合成有关 内质网功能: 5.高尔基体(Golgibody) 又叫高尔基复合体(Golgicomplex)  结构: 1)扁平囊泡 2)高尔基小泡 3)高尔基大泡 高尔基体的主要功能: 1)具分泌作用,可分泌粘液、树脂 2)为细胞提供一个内部运输系统,能运输糖类、脂类和蛋白质等; 3)同时还可以合成纤维素、半纤维素等物质; 4)高尔基体的活动与细胞膜的形成有直接关系。 6.液泡 单层膜细胞器。 功能: 1)液泡能够调节渗透,维持细胞正常的渗透压和紧张度; 2)参与细胞内分解、消化活动; 3)液泡能参与细胞内物质积累与移动。 液泡内的液汁叫细胞液。 花青素存在于液泡中,如早晚花色变化与细胞液中的花青素有关,主要通过pH值的变化来变换颜色: 7.溶酶体(单层膜) 含多种水解酶,酸性磷酸酶为其特有酶。 功能:溶酶体在细胞内起着消化作用,它可以分解和消化从外界进入细胞的物质(异体吞噬)。溶酶体可以破坏和消化细胞自身的局部细胞质或某些细胞器(自体吞噬),甚至可以分解和消化整个细胞(细胞自溶)使细胞死亡。 8.圆球体 半单位膜细胞器,含脂肪酶。 功能:它是细胞积累脂肪的场所,当大量积累脂肪后,可发育为脂肪体。 9.微体 分类:过氧化物酶体和乙醛酸循环体 1)过氧化物酶体:与光呼吸有关,与叶绿体、线粒体共同参与光呼吸。 10.细胞骨架:非膜细胞器 微管、微丝、居间纤丝三者合称为微梁系统。 可在光学显微镜下观察到的质体(包括叶绿体、有色体和白色体)、线粒体、液泡和必须在电镜下才能观察到的核糖体、内质网、高尔基体、溶酶体、圆球体、微体、微管和微丝等。 在结构上,质体和线粒体(细胞核)具有双层膜结构,内质网、高尔基体、溶酶体、圆球体、微体、液泡具有单层膜结构,核糖体、微管和微丝为无膜结构。

(三)细胞核 位置:在幼期细胞中,一般位于细胞中央,细胞生长时,由于液泡的增大和合并,在形成中央大液泡后,核位于细胞的一侧。 大小:细胞幼嫩时,核较大。 在光学显微镜下,间期核可分为核膜、核仁、和核质。 1.核膜 概念:细胞核的被膜,双层膜结构。 核孔 双层膜在一定间隔愈合形成小孔。核孔是细胞核与细胞质间的物质交换的通道。 2.核仁 核仁是没有被膜的匀质小球体。 化学组成:RNA、DNA和蛋白质(80%)。原纤维成分(伸展状态的RNA)、 颗粒成分(球状RNA分子团)。 核仁的功能: 核仁是细胞核内制造核糖体亚单位的部位(核糖体RNA合成的地方),即是合成rRNA(rRNA占RNA的80%)。 3.核质 概念:细胞核内,核仁于核膜间的物质称为核质。 核质可分为染色质和核液两部分。 1)染色质成分 核酸,组蛋白(主要为组蛋白:H2AH2BH3H4)、非组蛋白和少量RNA。 染色质是核酸和蛋白质的复合体--核蛋白组成的复杂的物质结构。 2)染色质的结构 核小体--是染色质的基本单位 结构为:DNA双螺旋,绕4种组蛋白(H2AH2BH3H4)各2个分子的八聚体1.75周的扁球体, 细胞核的功能: 传递和控制生物的遗传性状,调节细胞内物质的代谢途径,对细胞生长、细胞壁的形成、有机物质的合成以致细胞的 (四)细胞壁 细胞壁是植物细胞特有的结构,它是由原生质体分泌的物质构成的固体结构,具有一定的硬度和弹性,一般认为是无生命的。 细胞壁的结构和化学组成 细胞壁由外向内可分为胞间层、初生壁、次生壁三部分。 1)胞间层(又叫中层、果胶层) 概念:是由相邻的两个细胞向外分泌果胶物质构成的。 化学组成:果胶质--是一种多糖,胶粘,柔软,具可塑性。 2)初生壁 概念:初生壁是新细胞在生长过程中(或生长停止前),由原生质体分泌的壁物质在胞间层两侧表面积累而形成的壁层。 位置:中层内侧 3)次生壁 概念:次生壁是细胞生长停止后,在初生壁内表面增加的壁层。 位置:初生壁内侧 主要成分是:纤维素 2、细胞壁的特化 1)木化 概念:木质素渗入细胞壁的过程,叫做木化。 使细胞壁变硬,起支持作用。 2)角化 角化是细胞外壁为角质所浸透,并常在细胞外壁堆积形成角质层的过程。 3)栓化 概念:栓化是木栓质(脂类化合物)渗入细胞壁引起的变化。使细胞壁不透水、不透气,起保护作用。 4)矿化 概念:细胞壁渗入矿物质(二氧化硅)而引起的变化。 5)粘液化 概念:细胞壁中的果胶质和纤维素变成粘液或树胶的变化。

3.纹孔和胞间连丝 1)纹孔 概念:细胞在形成次生壁时,并不是全面均匀的增厚,在一些位置上不沉积次生壁物质,这种在次生壁层中未增厚的区域称为纹孔。 2)胞间连丝 概念: 胞间连丝是穿过细胞壁, 连接相连细胞的细胞质 细丝. 4.细胞壁的生长 细胞壁的生长包括:增大面积,形成初生壁的生长;增加厚度,形成次生壁的生长。 细胞形成次生壁的增厚生长,常以敷着和内填两种方式进行 五、植物细胞后含物 后含物的概念:植物细胞在生长,分化成熟过程中,由于新陈代谢的活动产生的中间产物、废物和储藏物质统称为细胞后含物。 1.储藏营养物质 常见的储藏营养物质有淀粉、蛋白质和脂类。 1)淀粉 通常颗粒状,称淀粉粒,具有脐和轮纹。 淀粉粒通常分为单粒、复粒和半复粒。 单粒只有一个脐和围绕脐的许多轮纹。 复粒有两个以上的脐,每个脐各有轮纹围绕。 半复粒是外围有共同轮纹的复粒。 2)蛋白质 贮藏蛋白质常以结晶或无定型的形式存在,结晶的蛋白质具有晶体和胶体二重性,称为拟晶体,无定型蛋白质常呈颗粒状,以糊粉粒的形式存在于细胞中,遇碘呈黄色。 3)油和脂肪 由造油体合成的。 遇苏丹三或苏丹四染色呈橙红色。 4)晶体 5)丹宁和色素 六、植物细胞的繁殖 生物或细胞形成新个体或新细胞的过程,称为繁殖。植物细胞的繁殖过程包括细胞生长、DNA复制、细胞分裂。 植物细胞分裂主要有三种方式:有丝分裂、减数分裂和无丝分裂。

1.细胞周期:持续分裂的细胞,从结束一次分裂开始,到下一次分裂完成为止的整个过程。 2.染色质:间期细胞核中遗传物质,由 DNA和蛋白质组成,伸展成细丝状。 3.染色体:有丝分裂间期,DNA复制形成两条染色单体,经缩短变粗形成染色体。 5.异源染色体:形状大小和基因排列顺序不同的一对染色体。 6.染色体组:一个细胞核中,含有各种染色体的一整套。 8.单倍体:含有正常体细胞的一半染色体的个体。 9.二倍体:含有两个染色体组的个体。 10.多倍体:含有三个或三个以上染色体组的个体。 有丝分裂 细胞周期 一个细胞周期可分为间期和分裂期。 1.间期:准备物质和能量 间期包括:DNA合成前期(G1,活跃地合成RNA、蛋白质和磷脂),DNA合成期(S,DNA增加一倍,染色体复制),DNA合成后期 或有丝分裂准备期(G2,合成微管蛋白和 储存能量)。 2.分裂期  有丝分裂的基本过程:核分裂、胞质分裂 通常将分裂期再分为前期、中期、后期、末期4个时期。 1)前期 特征:核内的染色质凝缩成染色体—进入前期的标志。 核仁消失 核膜解体--前期结束的标志 纺锤体开始形成 2)中期 特征:染色体排列在细胞中央的赤道板上 染色体最粗、最短 纺锤体非常清晰 核膜的破裂,标志着前期的结束 而进入中期。 概念:所有染色体的着丝点都排在中部平面上,这个面称为赤道面。每个染色体的两条染色单体,各有一个着丝点,分别和某一极的纺锤丝相连,这样,所有的纺锤丝形成了一个纺锤状的构想,因此,称为纺锤体。 3)后期 特征:染色体从着丝点分开,并分别从赤道面移向两极。(每条染色体的两条染色单体分开后,就称为独立的子染色体) 4)末期 特征:形成两个子核,母细胞分裂为两个子细胞。 a.子核形成:核膜重现,核仁出现,染色体解螺旋。 b.细胞质分裂: 成膜体:细胞分裂的末期(时期),子核间 (位置),纺锤丝构成的筒状构形(结构). 有丝分裂的意义: 保持了遗传性状的稳定性。

七、植物细胞的生长和分化
细胞的生长和分化是两个主要的发育过程: 1、细胞的生长 2、分化 概念:植物体内来源相同的众多细胞,在形态结构和生理功能上变得互不相同的这种变化过程,叫细胞分化。 即为形态、结构、功能的特化。 内容:细胞分化包括生理生化和形态结构两 方面的变化. 产生结果:产生了在形态结构和生理 功能上互不相同的细胞群,从而形成了 各种组织. 1、细胞的全能性 概念:植株的大多数生活细胞,在适当条件下都能由单个细胞分裂、生长和分化形成一个完整植株的现象或能力。 2、极性和细胞不等分裂 极性是植物细胞分化中的一个基本现象,是指器官、组织、细胞沿着一个轴向的一端之间,存在的结构和生理上的差异。

第二节植物组织

一、植物组织的概念
凡形态结构相似,担负一定生理功能的细胞群,即称为组织. 在个体发育中同一类型的细胞群,为简单组织。 在个体发育中不同一类型的细胞群,为 复合组织。

二、植物组织的类型
植物体内的组织根据其发育程度、生理功能和形态结构的不同,可分为分生组织、成熟组织(保护组织、薄壁组织、机械组织、输导组织、分泌结构)维管组织和维 管束. 根据发育程度分为:分生组织和成熟组织. (一)分生组织 概念:种子植物体内的生长部位,具有持续性或周期性分裂能力的细胞群,称为分生组织。 特征:分生组织的细胞排列紧密,细胞 壁薄,细胞核相对较大,细胞质丰富,含线 粒体、高尔基体、核糖体等细胞器.通常 缺乏储藏物质和晶体,只有极小的前液泡 和前质体. (二)成熟组织 概念:由分生组织分裂产生的大部分细胞,经过生长、分化,逐渐丧失分生的性能,形成各种具有也形态结构核定生理功能的组织,这些组织称为成熟组织。又称为永久组织。 1、保护组织 功能:保护作用,可以防止水分的过渡蒸腾,抵抗风、雨、病虫害的侵袭以及某些机械损害,借以维持植物体内正常的生理活动。 分类:初生保护组织--表皮 次生保护组织--木栓层 1)表皮:一般为单层生活细胞 来源:由初生分生组织的原表皮分化而来  细胞类型:表皮细胞(不含叶绿素)、特化为气孔器的保卫细胞和副卫细胞,表皮毛 或腺毛。

细胞特征:细胞形状扁平,排列紧密,无细胞间隙,细胞中含有大的液泡,一般没有叶绿体,但有时可有白色体、有色体及晶体存在。 气孔器的功能:调节水分的蒸腾和气体交换,加强有机体和外界环境的联系。 开闭原理:由保卫细胞调节,保卫细胞在靠近气孔口的一边壁加厚,当保卫细胞吸水,细胞体积增大,向外膨胀,将厚壁拉开,气 孔就张开,当保卫细胞失水,体积缩小, 两端薄壁部分收缩,气孔即关闭. 2)周皮--复合组织 木栓层 组成:由木栓形成层向外分裂出来的细胞 所组成.(木栓形成层向内分裂产生栓内层) 细胞特征:细胞扁平,无细胞间隙,高 度栓化,不易透水、透气,为良好的保 护组织. 木栓形成层、木栓层、栓内层共同构 成周皮。 在周皮形成时,出现的一些能让水分、 气体交换的孔状结构叫皮孔。 周皮概念 来源:木栓形成层分裂形成。 组成:木栓层、木栓形成层、栓内层。 属于次生保护组织。 皮孔:来源--木栓形成层 存在于--周皮 概念:在周皮下,产生新的木栓形成层(而不形成周皮),形成许多疏松薄壁组织, 冲破原有周皮,形成的孔状结构叫皮 孔,这些薄壁组织称为补充组织. 2、基本组织(又叫营养组织、薄壁组织) 分布:在植物体内分布很广,根、茎、叶、花、果实中均含这种组织。 功能:担负吸收、同化、储藏、通气、 传递等营养功能,所以又称营养组织 (短距离运输靠基本组织,长距离运输 靠输导组织). 组成:由生活的薄壁细胞所组成,所以又称薄壁组织。 细胞特征:初生壁(细胞壁薄) 潜在分裂能力强 具有细胞间隙,并且发达--基 本组织可塑性大 分类:吸收组织、同化组织、储藏组织、通 气组织、传递组织. 1)吸收组织 功能:从外界吸收水分和营养物质,并将吸入的物质转送到输导组织。 如:根尖的根毛区,通过根毛和皮层进行 吸收与传导的生理功能。 2)同化组织 主要存在部位:植物体绿色部分,主要在叶片的叶肉内。 功能:行使光合作用,制造有机物质。细胞特征:含有大量叶绿体,产生明显的 液泡以及发达的细胞间隙。 3)贮藏组织 存在部位:根、茎、种子,如马铃薯的块茎(块状结构)。 储藏物质有蛋白质、淀粉、糖类及油。 4)贮水组织 适应干旱的生长环境。 5)通气组织 存在于水生植物和湿性植物中 细胞特征:胞间隙非常发达,形成大的气腔,或互相贯通成气道。

功能:蓄积大量空气,有利于呼吸时 气体的交换。 6)传递细胞 是特化的薄壁细胞,具有胞壁向内生长的特性,行使物质短途运输的生理功能。 特征:细胞壁内突生长--作用是扩大吸收面积,短途运输。 细胞质膜紧贴这种多褶的胞壁内突物,是细胞的吸收、分泌、以及于外界交换物质的面积大大地增加,有利于对物质的吸收和传递。 壁膜器就是指传递细胞壁膜紧贴内凹生长形成的多褶的细胞壁向内生长物形成的。 3.机械组织 主要功能:巩固和支持植物体,具有抗压、抗张和抗曲挠的性能。 分类:根据细胞壁作不同程度的加厚,可在分为厚角组织和厚壁组织。 厚角组织:生活细胞,细胞壁是初生壁. 厚壁组织:死细胞,细胞壁是次生壁. 1)厚角组织 细胞特征:细胞稍纵向引长,两端方形或偏斜,细胞壁增厚不均,彼此重叠连接成束。 厚角组织细胞仍具有生活的原生质体,常含有叶绿素,有一定的潜在分裂能力。 细胞壁组成成分:主要是纤维素,也含有果胶质和半纤维素。 功能:既能支持器官,又能适应于器官的生长。 存在部位:厚角组织普遍存在于尚在生长或经常摆动的器官中及有棱角的部位。 2)厚壁组织 特征:这类组织的细胞壁呈较均匀的木质化增厚,细胞腔很小,成熟细胞一般没有生活的原生质体。 功能:加强了器官的坚韧性。 分类:通常可再分为石细胞和纤维两类。 A.石细胞 分布:果实的核,如:梅核、桃核、梨等 B.纤维 分为韧皮纤维和木纤维: 韧皮纤维:分布于韧皮部内(树皮)。 木纤维:分布于木质部内(木材),木材大部分是木纤维。 4.输导组织 运输水分和无机盐的组成成分为导管和管胞;运输同化产物的组成成分为筛管和筛胞。 木质部:细胞类型--导管分子(死细胞)、管胞、木薄壁细胞、木纤维。 韧皮部:细胞类型--筛管分子(活细胞)、伴胞、筛胞、韧皮薄壁细胞、韧皮纤维。 1)导管 2)管胞 裸子植物中,无导管和木纤维,因为管胞具有导管和木纤维的特征和功能。 裸子植物中,只有管胞和木薄壁细胞。 浸填体: 存在位置--在导管分子和管胞中 结构--突起结构 作用--堵塞导管 3)筛管分子 无细胞器、细胞核 筛板:筛管分子相连的端壁 筛域:筛板上具筛孔的凹陷区域 4)筛胞 裸子植物只有筛胞,无筛管分子 胼胝质(体): 位置--筛板上 物质--胼胝质(多糖物质)沉积 5.分泌结构 分类:分为外分泌和内分泌两类 1)腺毛 腺鳞2)排水器 内分泌:乳汁管

(三)微管组织和维管束和维管系统 木质部和韧皮部或两者之一称为维管组织。 木质部包括导管、管胞、木纤维、木薄壁细胞等组成分子。 韧皮部包括筛管、伴胞、韧皮纤维、韧皮薄壁细胞等组成分子。 由木质部和韧皮部共同组成的束状结构为维管束,是由形成层分化产生的几种组织构成的复合组织。 一株植物或器官的全部维管组织称为维管系统。 根据排列位置分为: 1.并生排列:韧皮部在外,木质部在内,呈内、外并生排列状态。外韧维管束,双韧维管束(内、外两方并存有维管束)。 2.同心圆排列:木质部与韧皮部呈同心圆围绕排列。周韧维管束,周木维管束。 据有无形成层分为: 1.有限维管束:维管束内全部为初生木质部和初生韧皮部,没有形成层,不能产生次生组织,如大多数单子叶植物的维管束。 2.无限维管束:初生木质部和初生韧皮部之间有形成层,能分裂产生次生组织,如裸子植物和大多数双子叶植物的维管束。

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