植物细胞学基础

第一章植物细胞学基础

教学目标：

1. 了解细胞学的发张、植物细胞的形态与大小；

2. 理解植物细胞各部分的结构和功能；

3. 掌握真核细胞的一般构造与功能；

4. 熟悉植物细胞分裂分化特点；

5. 掌握有丝分裂个过程的细胞特点；

6. 了解有丝分裂与减速分裂的生物学意义及区别。

技能目标：

能够识别真核细胞各部分的结构。

教学要求：

要求掌握植物细胞的结构、功能及有丝分裂过程和意义，理解植物体的复杂结构和生命活动，是以细胞结构的复杂性、细胞内部生理活动的多样性和相关性为基础的。

第一节植物细胞

一、细胞学的发展简史

1. 植物细胞的概念

细胞是构成生物有机体的结构单位，又是功能和遗传的基本单位。生物有机体除了病毒外，都是由细胞构成的。最简单的生物有机体仅由一个细胞构成，各种生命活动都在一个细胞内进行。复杂的生物有机体可由几个到亿万个形态和功能各异的细胞组成，例如海带、蘑菇等低等植物以及所有的高等植物。多细胞生物体中的所有细胞，在结构和功能上密切联系，分工协作，共同完成有机体的各种生命活动。植物的生长、发育和繁殖都是细胞不断地进行

生命活动的结果。因此，掌握细胞的结构和功能，对于了解植物体生命活动的规律有着重要的意义。

2. 细胞学的发展简史

1665年，英国学者虎克（Robrt Hooke）用自制的显微镜发现了细胞。1838年，德国植物学家施莱登（M.J.Schleiden）再研究的基础上指出细胞是构成植物体的基本单位。1839年，德国动物学家施旺（Th. Schwan）提出一切植物和动物都是由细胞组成的，所有的细胞都是通过细胞分裂，融合而来的；一个细胞可以分裂形成组织和器官等观点，从而创立了细胞学说，奠定了细胞学的基础。20世纪初，光学显微的发明是细胞的主要结构得以发现，到20世纪30、40年代，电学显微镜的发明，使细胞学的进步有了飞跃。近代，细胞学的研究从超微结构发展到了分子水平。

二、植物细胞的形状和大小

1. 植物细胞的形状

植物细胞的形状理论上典型的未经分化的薄壁细胞是四面体。由于适应不同的功能（形态与功能相适应），因此，出现了多种多样的形状。有球形、椭圆形、多面体、纤维形、长柱形等。细胞的形状主要决定于担负的生理功能及其所处的环境条件。例如，种子植物导管细胞，在长期适应输导水分和无机盐的情况下，细胞呈长筒形，并连接成相通的“管道”；又如起支持作用的纤维细胞，一般呈长梭形，并聚集在一起，加强支持的作用。细胞形状的多样性，也体现了功能决定形态，形态适应于功能这样一个规律。

2. 植物细胞的大小

植物细胞一般是很小的，最小的球菌细胞直径只有0.5μm在种子植物中一般的细胞直径为10-100μm，但也有少数的细胞肉眼可以直接看到。例如番茄和西瓜果肉细胞，直径可达1mm，棉花种子的表皮毛可长达75 mm，麻茎中垢纤维细胞可达550 mm。绝大多数的细胞体积都很小。

细胞小的原因：

（1）受细胞核所能控制的范围的制约；

（2）有利物质的交换（相对表面积大）和转运。

细胞大小变化的一般规律：

（1）生理活跃的常常小，而代谢活动弱的细胞则往往较大；

（2）受外界条件的影响，水、肥、光、温、化学药剂等。

三、植物细胞的基本结构

植物细胞虽然大小不一，形状多样，但一般都具有相同的基本结构，即都由原生质体和细胞壁组成。

一个细胞内原生质分化而来的结构总称为原生质体。在光学显微镜下，原生质体可以明显地分为细胞核的细胞质。细胞核呈一个折光较强、黏滞性较大的球状体，与细胞质有明显的分界。细胞质是细胞膜以内细胞核以外的其余部分，在内部还分化出一定的结构。其中有的光学显微镜下可以看到，有的必须借助电子显微镜下才可以看到。人们把在光学显微镜下呈现的细胞结构称为显微结构，而把电子显微镜下看到的更为精细的结构称为亚显微结构或超微结构，同样细胞壁也有一定内部结构。

以真核细胞为例，生活的植物细胞由原生质体和细胞壁两大部分组成（见下图）。

植物细胞的组成

（一）原生质体

1. 细胞质和膜系统

（1）细胞质

细胞质是由原生质分化形成，在成熟的细胞中，细胞质介于细胞壁和液泡之间。它包括质膜、细胞器和胞基质三部分。

A. 质膜

质膜是包围在细胞质表面的一层薄膜。质膜主要是由脂类物质和蛋白质组成，此外还有少量的糖类等。

在电子显微镜下观察，质膜呈现明显的三层结构，两侧呈两个暗带，中间夹有一个明带。三层总厚度约7.5nm，其中两侧暗带各为2.0nm，中间明带约3.5nm。明带的主要成分是类脂，而暗带的主要成分是蛋白质。这种由三层结构组成为一个单位的膜，称为单位膜。根据近来来的研究，提出“膜的流动镶嵌模型”。认为脂质双分子层构成膜的骨架，蛋白质结合在脂质双分子层的内外表面，嵌入脂质双分子层或者贯穿整个双分子层。膜及其组成物质是高度地动态的、易变的。脂质和蛋白质都有一定的流动性，合膜的结构处于不断变动状态。

质膜的主要功能是控制细胞与外界环境物质交换。这是因为质膜具有“选择透性”。质膜的选择性使细胞能从周围环境为断取得所需要的水分、盐类和其他必需物质，而又阻止有害物质的进入。同时，细胞也能把代谢废物排泄出去，而又不使内部有用的成分任意流失，从而使细胞具有一个适宜而相对稳定的内环境。此外，质膜还具有接受胞外信息和细胞识别的功能。

B. 细胞器。

细胞器是细胞质中具有一定形态结构和生理功能的亚单位。植物细胞中有多种细胞器。如：质体、线粒体、高尔基体、核糖体、溶酶体、圆球体、微体等细胞器。

C. 胞基质。胞基质存在于细胞器外围，是一具有弹性和黏滞性能的透明胶体溶液。胞基质的化学万分很复杂，含有水无机盐和溶于水中的气体等小分子，以及脂类、葡萄糖、蛋白质、氨基酸、酶、核酸等中的细胞器，在细胞内作有规律的持续的流动，这种运动称胞质运动。胞基质是细胞内进行各种生化活动的场所，同时还不断为细胞器行使动能提供必需的营养原料。

（2）膜系统

细胞质紧贴细胞壁的膜状结构叫质膜。细胞内各种膜统称为膜系统。如：细胞膜、质膜、核膜等。

2. 质体

质体：质体是植物细胞所特有的细胞器，它与碳水化合物的合成与贮藏有密切关系。根据所含色素及生理机能的不同，质体可分叶绿体、有色体和白色体三种类型。

（1）白色体

白色体不含色素，呈无色颗粒状。存在于植物体各部分的贮藏细胞中，白色体结构简单，虽然也有双层膜包被，但基质没有膜的结构，不形成基粒，仅有少数不发达的片层。白色体的功能是积累贮藏营养物质。其中积累淀粉的白色体叫造粉体，积累蛋白质的白色体叫造蛋白体，积累脂类的白色体叫造油体。

（2）叶绿体

叶绿体存在于植物的所有绿色部分的细胞里，叶绿体大多数呈扁椭圆形，一个细胞内有十几个至几百个不等，叶绿体含叶绿素和类胡萝卜素两类色素。由于叶绿素的含量较高，叶绿体呈绿色。在电镜下可以看到叶绿体外面是由两层单位膜组成的被膜，其内部也有膜形成