中国农业大学植物生理学本科课件 第一章 植物细胞
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(完整版)2.植物生理学课件 第一章 植物细胞
高尔基体的主要功能是将内质网合成的蛋 白质特别是糖蛋白进行加工、分类与包装，然 后分别送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。 高尔基体在细胞壁的建造中有重要的作用。
液泡
液泡（vacuole）是植物细胞特有的， 由单层膜包裹的囊泡。随着细胞的成熟， 原液泡通过吞噬细胞质和水合作用逐渐扩 大并融合在一起最终形成中央大液泡（可 占细胞体积的80% ~ 90%）。
力。
细胞的膜系统
生物膜是指构成细胞的所有膜的 总称。生物膜系统包括质膜和内膜 （内膜系统）。
一、质膜
质膜（plasma membrane）也称
细胞膜，是指包围着原生质的一层界膜。
1、质膜的主要化学组成
（1）膜脂：主要包括磷脂、糖脂和胆固 醇三类。磷脂是构成膜脂的基本成分， 约占整个膜脂的50%以上。糖脂在膜 脂中的含量一般在5%以下。
共质体和质外体
共质体（symplast）: 植物体活细胞的 原生质体通过胞间连丝形成了连续的整体， 称为共质体。
质外体（apoplast）: 质膜以外的胞间 层、细胞壁及胞间隙，彼此形成了连续的 整体，称为质外体。
共质体与质外体都是植物体内物质运输 和信息传递的通路。
分为外核膜和内核膜。
(2) 染色体：染色质是细胞分裂间期遗传物质
存在的形式。染色体是指细胞在有丝分裂过 程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。
(3) 核仁：是细胞核内生产核糖体的机器。
线粒体
线粒体(mitochondrion)，是由双层 膜组成的囊状结构，其形状大小随细胞 类型不同而异。线粒体的外膜平滑，内 膜向内皱摺伸入而成为嵴。
3、其它：钙、凝集素等。
细胞壁的结构
细胞壁可分为初生壁（primary wall）、 次生壁（secondary wall）和中胶层
液泡
液泡（vacuole）是植物细胞特有的， 由单层膜包裹的囊泡。随着细胞的成熟， 原液泡通过吞噬细胞质和水合作用逐渐扩 大并融合在一起最终形成中央大液泡（可 占细胞体积的80% ~ 90%）。
力。
细胞的膜系统
生物膜是指构成细胞的所有膜的 总称。生物膜系统包括质膜和内膜 （内膜系统）。
一、质膜
质膜（plasma membrane）也称
细胞膜，是指包围着原生质的一层界膜。
1、质膜的主要化学组成
（1）膜脂：主要包括磷脂、糖脂和胆固 醇三类。磷脂是构成膜脂的基本成分， 约占整个膜脂的50%以上。糖脂在膜 脂中的含量一般在5%以下。
共质体和质外体
共质体（symplast）: 植物体活细胞的 原生质体通过胞间连丝形成了连续的整体， 称为共质体。
质外体（apoplast）: 质膜以外的胞间 层、细胞壁及胞间隙，彼此形成了连续的 整体，称为质外体。
共质体与质外体都是植物体内物质运输 和信息传递的通路。
分为外核膜和内核膜。
(2) 染色体：染色质是细胞分裂间期遗传物质
存在的形式。染色体是指细胞在有丝分裂过 程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。
(3) 核仁：是细胞核内生产核糖体的机器。
线粒体
线粒体(mitochondrion)，是由双层 膜组成的囊状结构，其形状大小随细胞 类型不同而异。线粒体的外膜平滑，内 膜向内皱摺伸入而成为嵴。
3、其它：钙、凝集素等。
细胞壁的结构
细胞壁可分为初生壁（primary wall）、 次生壁（secondary wall）和中胶层
植物生理学ppt课件ppt
植物的生殖过程
植物的生殖过程包括配子形成、受精和 胚胎发育等阶段。在配子形成阶段，花 药和胚珠分别产生精子和卵细胞；在受 精阶段，精子和卵细胞结合形成受精卵 ；在胚胎发育阶段，受精卵经过一系列 细胞分裂和分化，最终形成成熟的种子 。
VS
植物的发育过程
植物的发育过程包括营养生长期、生殖生 长期和衰老期等阶段。在营养生长期，植 物主要进行细胞分裂和扩大，形成各种组 织和器官；在生殖生长期，植物进行开花 、结实等生殖过程；在衰老期，植物逐渐 失去生理功养的吸收与利用
矿质营养的种类
植物所需的矿质营养包括氮、磷、钾、钙、镁、硫等大量元素和 铁、锰、锌、铜、硼、钼等微量元素。
矿质营养的吸收方式
植物通过根系吸收土壤中的矿质营养，主要通过质流和扩散作用进 入根部细胞。
矿质营养的运输和利用
吸收的矿质营养通过木质部导管向上运输到叶片和其他组织，参与 植物的光合作用、呼吸作用等生理过程。
植物在不同环境条件下，能够通过生理调节来适应水分和 矿质营养的变化，以保证正常的生长和发育。
05
植物的生长与发育
植物生长的概念与特点
植物生长的概念
植物生长是指植物通过吸收和利用环境中的水分、养分和光照等资源，实现细 胞分裂、扩大和组织分化等过程，从而增加其体积和质量的过程。
植物生长的特点
植物生长具有持续性和阶段性，不同生长阶段具有不同的生长特点。例如，在 营养生长期，植物主要进行细胞分裂和扩大，而在生殖生长期，植物则主要进 行开花、结实等生殖过程。
根部吸收的水分通过木质部导管向上运输到叶片，同时水分也在其他组
织间进行横向运输。
02
水分吸收的主要方式
被动吸水和主动吸水。被动吸水是指在蒸腾作用下，水分通过渗透作用
植物与植物生理第一章植物细胞.ppt
第一章植物细胞
一、植物细胞的发现 二、植物细胞的结构和功能 三、植物细胞的繁殖 四、植物细胞的生长与分化、死亡
第一章植物细胞 在20世纪初期，细胞的各主要显微结构均已 查明。 二十世纪的30-40年代以前，细胞学与生物
一植、物细植胞物是细化所本植学了单胞物的解位体的结，。细1植8合认结胞物3发8（（，识学体年构世对到12现说的德纪））和细细的基国细到第英胞胞功要本植胞1一国结是点结物能6构生的世台的：构学的与物发纪复胡。家功体基施现工式克能结本莱是业显 （的构登单和生微R关和指o欧产镜b系功位出e开能洲的的r。细t始的1巨制胞5H有基是作ook
第一章植物细胞
二、植物细原胞生质的体结是指构除和细胞功壁能以外构成生活
细胞的各部分，或者说是指活细胞中
植物细胞的细基胞本壁结以内构各种结构的总称。原生质
体包括了由原生质组成在形态构造上
1、细胞壁进一步分化的细胞质、细细胞胞质核、内质
网、线粒体、质体、核糖体、高尔基
2、原生质体体等各部分
细胞核
质膜结构： 第一章植物细胞
在电子显微镜下观察，质膜呈
二、植物细胞的结构和功能 细现胞明质显膜的的三主层要结功构能，概两括侧如呈下两：
使定个三暗细的质的暗层带胞内带总各膜一的环，厚为内 境： 层中度2外。薄包.间约0环n膜在夹7m境.，，细有5分n中所胞一m隔间，个以原开明其明，又生带中带为称质约两。生侧体细命外胞活面膜动.提供相对稳
在30所同-4有年0在年动，大1代植德发66，物国展5由组动年相于织物首联透都学次系射是家描电由施的述子细旺，了显胞在特微构动植别镜成物物是的中细和研证胞制实 单1、细细胞胞植的物发，现成一功个，细以所细胞电有胞代（磁细是透表透木胞动镜镜了栓来物制代自一体）造替其的个，了与它基个命玻光细本体名璃胞结学，透为构技镜一c。术e，切l的l突生a破发。命了展光 活细2、胞动细完，胞成包学。括说新学提用陈显示，代6微了使0谢年镜细人卵单细术1植着1、代88的胞们和个胞物一33末生99（（比局一能精细遗都定年年直可，长限个直基3L子胞传是的施首接能）e扫性新接发（e都可的这规旺次相有描荷u。的观是分全育些则指提Mw电关细兰ae应研察细裂能有排出出、ln子用究到。胞的ph胞形性机列：了繁io显于领生没学成列ge体在“微植殖细hk生域物组的动细有 诞文i）镜物胞等物，-）织集植胞超显 生虎和问组是学乃均合物学微微 。世克织意有的至由物体说结并培镜机大研细，内”一构被养体究胞就利他。（。个广技。中立不的们并C泛e动，体按于1马应、1、尔 复胞彼3为倍、杂之此用有现了左细的间协许细自检右（胞高有作多胞己查）世H学设小，等了 ，a布，界n计室不的s的并植机 共上并，过J质观发第物能 同生制入a制状，n量察一展物和和和 保，s造如胡6s，到台的应完0形证e一的蜂克年亲了n显结用善在t功态了个显窝发代自血微h构，。1能e微，现结有个，磨细6镜o。人0基r镜称的构机组制胞体4是y随类年本）观为只培透、荷的体由着对发单，“察是技镜池兰现细分的无明位即c栎死术，塘眼代胞e工生数的。l树的→装水镜细化的l。，命细a软细细配滴商胞观研”相活，木胞胞胞了中詹是察究这塞壁互 动全组高的森组仪和是切。能倍原成依 。成器探人片性显生有和讨存，类时:微动机设会，细证第发镜物体备更明一现（、的的加细次其人3结研深胞0发中类0构、
一、植物细胞的发现 二、植物细胞的结构和功能 三、植物细胞的繁殖 四、植物细胞的生长与分化、死亡
第一章植物细胞 在20世纪初期，细胞的各主要显微结构均已 查明。 二十世纪的30-40年代以前，细胞学与生物
一植、物细植胞物是细化所本植学了单胞物的解位体的结，。细1植8合认结胞物3发8（（，识学体年构世对到12现说的德纪））和细细的基国细到第英胞胞功要本植胞1一国结是点结物能6构生的世台的：构学的与物发纪复胡。家功体基施现工式克能结本莱是业显 （的构登单和生微R关和指o欧产镜b系功位出e开能洲的的r。细t始的1巨制胞5H有基是作ook
第一章植物细胞
二、植物细原胞生质的体结是指构除和细胞功壁能以外构成生活
细胞的各部分，或者说是指活细胞中
植物细胞的细基胞本壁结以内构各种结构的总称。原生质
体包括了由原生质组成在形态构造上
1、细胞壁进一步分化的细胞质、细细胞胞质核、内质
网、线粒体、质体、核糖体、高尔基
2、原生质体体等各部分
细胞核
质膜结构： 第一章植物细胞
在电子显微镜下观察，质膜呈
二、植物细胞的结构和功能 细现胞明质显膜的的三主层要结功构能，概两括侧如呈下两：
使定个三暗细的质的暗层带胞内带总各膜一的环，厚为内 境： 层中度2外。薄包.间约0环n膜在夹7m境.，，细有5分n中所胞一m隔间，个以原开明其明，又生带中带为称质约两。生侧体细命外胞活面膜动.提供相对稳
在30所同-4有年0在年动，大1代植德发66，物国展5由组动年相于织物首联透都学次系射是家描电由施的述子细旺，了显胞在特微构动植别镜成物物是的中细和研证胞制实 单1、细细胞胞植的物发，现成一功个，细以所细胞电有胞代（磁细是透表透木胞动镜镜了栓来物制代自一体）造替其的个，了与它基个命玻光细本体名璃胞结学，透为构技镜一c。术e，切l的l突生a破发。命了展光 活细2、胞动细完，胞成包学。括说新学提用陈显示，代6微了使0谢年镜细人卵单细术1植着1、代88的胞们和个胞物一33末生99（（比局一能精细遗都定年年直可，长限个直基3L子胞传是的施首接能）e扫性新接发（e都可的这规旺次相有描荷u。的观是分全育些则指提Mw电关细兰ae应研察细裂能有排出出、ln子用究到。胞的ph胞形性机列：了繁io显于领生没学成列ge体在“微植殖细hk生域物组的动细有 诞文i）镜物胞等物，-）织集植胞超显 生虎和问组是学乃均合物学微微 。世克织意有的至由物体说结并培镜机大研细，内”一构被养体究胞就利他。（。个广技。中立不的们并C泛e动，体按于1马应、1、尔 复胞彼3为倍、杂之此用有现了左细的间协许细自检右（胞高有作多胞己查）世H学设小，等了 ，a布，界n计室不的s的并植机 共上并，过J质观发第物能 同生制入a制状，n量察一展物和和和 保，s造如胡6s，到台的应完0形证e一的蜂克年亲了n显结用善在t功态了个显窝发代自血微h构，。1能e微，现结有个，磨细6镜o。人0基r镜称的构机组制胞体4是y随类年本）观为只培透、荷的体由着对发单，“察是技镜池兰现细分的无明位即c栎死术，塘眼代胞e工生数的。l树的→装水镜细化的l。，命细a软细细配滴商胞观研”相活，木胞胞胞了中詹是察究这塞壁互 动全组高的森组仪和是切。能倍原成依 。成器探人片性显生有和讨存，类时:微动机设会，细证第发镜物体备更明一现（、的的加细次其人3结研深胞0发中类0构、
植物生理学第1章
第一章 植物的细胞生理
一、重点： 生物膜的结构及功能 二、难点： 生物膜的流动镶嵌结构模型
第一节 植物细胞概述 一、高等植物细胞的特点
（一）原核细胞和真核细胞的区别
根据细胞的进化程度：
{ 真核（eukaryotic cell）：除细菌和蓝藻以外的
低等和高等植物。
原核（prokaryotic cell）：细菌、蓝藻等。
第四节
第三节 细胞壁 植物细胞的亚显微结构与功能
液泡的主要生理功能：
渗透调节的作用 类似溶酶体的作用
代谢库的贮存所
一些生化反应的场所（ETH的生物合成等）
第五节
植物细胞的信号转导 遗传信息系统
植物的生长发育受控于 环境信号系统 遗传信息系统：核酸和蛋白质为主，决定了生长
发育的潜在模式；
（三）主要功能
1.稳定细胞形态，控制细胞生长扩大 2.参与胞内外信息的传递 3.防御功能 4.识别作用
二、胞间连丝
（一）定义
指贯穿细胞壁的胞间层，连接相邻细胞的原 生质细丝。
共质体：通过胞间连丝结合在一起的原生质体
质外体：包括质膜以外的细胞壁、细胞间隙及死细胞的细胞腔。
（二）功能
1 物质运输 2 信息传递
植物细胞对水力学信号（水压的变化）也很敏感。 例如，玉米叶片木质部压力的微小变化就能迅速影响 叶片的气孔开度，木质部压力的降低几乎立即引起气 孔的开放，反之亦然。
（三）胞间信号的传递
当环境信号刺激的作用位点与效应位点在植物不同部位时， 胞间信号就要作长距离的传递。 高等植物胞间信号的长距离传递，主要有以下几条途径：
（二）结构特点
典型的高等植物细胞壁是胞间层、初生壁、 次生壁所组成。
胞间层（中层）：位于相邻细胞的细胞壁之间。主要成 分是果胶质，使相邻的细胞彼此粘连。
一、重点： 生物膜的结构及功能 二、难点： 生物膜的流动镶嵌结构模型
第一节 植物细胞概述 一、高等植物细胞的特点
（一）原核细胞和真核细胞的区别
根据细胞的进化程度：
{ 真核（eukaryotic cell）：除细菌和蓝藻以外的
低等和高等植物。
原核（prokaryotic cell）：细菌、蓝藻等。
第四节
第三节 细胞壁 植物细胞的亚显微结构与功能
液泡的主要生理功能：
渗透调节的作用 类似溶酶体的作用
代谢库的贮存所
一些生化反应的场所（ETH的生物合成等）
第五节
植物细胞的信号转导 遗传信息系统
植物的生长发育受控于 环境信号系统 遗传信息系统：核酸和蛋白质为主，决定了生长
发育的潜在模式；
（三）主要功能
1.稳定细胞形态，控制细胞生长扩大 2.参与胞内外信息的传递 3.防御功能 4.识别作用
二、胞间连丝
（一）定义
指贯穿细胞壁的胞间层，连接相邻细胞的原 生质细丝。
共质体：通过胞间连丝结合在一起的原生质体
质外体：包括质膜以外的细胞壁、细胞间隙及死细胞的细胞腔。
（二）功能
1 物质运输 2 信息传递
植物细胞对水力学信号（水压的变化）也很敏感。 例如，玉米叶片木质部压力的微小变化就能迅速影响 叶片的气孔开度，木质部压力的降低几乎立即引起气 孔的开放，反之亦然。
（三）胞间信号的传递
当环境信号刺激的作用位点与效应位点在植物不同部位时， 胞间信号就要作长距离的传递。 高等植物胞间信号的长距离传递，主要有以下几条途径：
（二）结构特点
典型的高等植物细胞壁是胞间层、初生壁、 次生壁所组成。
胞间层（中层）：位于相邻细胞的细胞壁之间。主要成 分是果胶质，使相邻的细胞彼此粘连。
植物生理ppt课件
植物对盐碱环境的适应
植物对温度变化的适应
通过调节细胞膜流动性、增加热休克 蛋白合成等方式适应温度变化。
通过提高渗透压、积累有机酸、合成 抗盐蛋白等方式适应盐碱环境。
2023
PART 04
植物的光合作用与呼吸作 用
REPORTING
光合作用的过程与机理
总结词
光合作用是植物通过叶绿体将光能转化为化学能的过程，它分为光反应和暗反 应两个阶段。
增加细胞内糖分和脂肪含量
在寒冷条件下，一些植物会增加细胞内的糖分和脂肪含量 ，以提高细胞的抗冻能力。
调节膜脂组成
植物通过调节膜脂的组成来适应低温环境，如增加不饱和 脂肪酸含量、降低膜流动性等。
产生抗冻蛋白
一些植物在低温条件下会产生抗冻蛋白，这些蛋白能够与 冰晶结合，防止细胞内冰晶形成，从而保护细胞结构不受 破坏。
2023
PART 05
植物的生长与发育
REPORTING
植物生长的调控机制
激素调节
植物激素如生长素、赤霉素、细 胞分裂素等对植物生长具有重要 调节作用，影响细胞分裂、伸长
和分化。
营养物质
植物通过吸收土壤中的水分、矿物 质等营养物质，调节自身生长和发 育。
环境因素
光照、温度、湿度等环境因素通过 影响植物激素的合成与代谢，进而 调控植物生长。
植物生理学的重要性
植物生理学是农业、林业、园艺等学 科的基础，对于解决粮食、环境、资 源等问题具有重要意义，同时对于人 类健康和生态平衡也有重要影响。
植物生理学的研究内容和方法
研究内容
植物生长发育与调控、光合作用 与呼吸作用、水分和营养吸收与 运输、植物激素与信号转导等。
研究方法
实验研究、数学建模、计算机模 拟、同位素标记等。
植物对温度变化的适应
通过调节细胞膜流动性、增加热休克 蛋白合成等方式适应温度变化。
通过提高渗透压、积累有机酸、合成 抗盐蛋白等方式适应盐碱环境。
2023
PART 04
植物的光合作用与呼吸作 用
REPORTING
光合作用的过程与机理
总结词
光合作用是植物通过叶绿体将光能转化为化学能的过程，它分为光反应和暗反 应两个阶段。
增加细胞内糖分和脂肪含量
在寒冷条件下，一些植物会增加细胞内的糖分和脂肪含量 ，以提高细胞的抗冻能力。
调节膜脂组成
植物通过调节膜脂的组成来适应低温环境，如增加不饱和 脂肪酸含量、降低膜流动性等。
产生抗冻蛋白
一些植物在低温条件下会产生抗冻蛋白，这些蛋白能够与 冰晶结合，防止细胞内冰晶形成，从而保护细胞结构不受 破坏。
2023
PART 05
植物的生长与发育
REPORTING
植物生长的调控机制
激素调节
植物激素如生长素、赤霉素、细 胞分裂素等对植物生长具有重要 调节作用，影响细胞分裂、伸长
和分化。
营养物质
植物通过吸收土壤中的水分、矿物 质等营养物质，调节自身生长和发 育。
环境因素
光照、温度、湿度等环境因素通过 影响植物激素的合成与代谢，进而 调控植物生长。
植物生理学的重要性
植物生理学是农业、林业、园艺等学 科的基础，对于解决粮食、环境、资 源等问题具有重要意义，同时对于人 类健康和生态平衡也有重要影响。
植物生理学的研究内容和方法
研究内容
植物生长发育与调控、光合作用 与呼吸作用、水分和营养吸收与 运输、植物激素与信号转导等。
研究方法
实验研究、数学建模、计算机模 拟、同位素标记等。
《植物生理学》第一章 细胞生理ppt课件
第二节 细胞壁的结构与功能
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。
一、细胞壁的组成
典型的细胞壁的组成： 胞间层(intercellular layer)、 初生壁(primary wall) 次生壁(secondary wall)
细胞壁的亚显微结构图解
细胞在初生壁内产生次生壁
有明显的膜包裹，形成 界限分明的细胞核 高度分化，形成多种细 胞器
有丝分裂
A模式图
B显微结构
大液泡 叶绿体 细胞壁 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(protoplasm)是构成细胞的生活物质， 是细胞生命活动的物质基础。
组成原生质的各类物质的相对数量
1.带电性与亲水性 2.扩大界面 3.凝胶作用 4.吸胀作用
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。
物质 水
蛋白质 DNA RNA 脂类 其他有机物 无机物
含量（%） 85 10 0.4 0.7 2 0.4 1.5
平均分子量
18ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ36000
107 4.0 ×105
700 250 55
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)，因而裸露的原生 质体呈球形。
植物生理学 第一章细胞信号转导
磷 酸 的 供 体 和 受 体 分 别 是 ATP 或 GTP 和ADP或GDP。
蛋白质的磷酸化与脱磷酸化作用在细 胞信号转导中有级联放大信号的作用。
蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用及在 植物体的分布情况，目前了解得还不太 深入。
nATP 蛋白质
蛋白激酶
nADP 蛋白质-nPi
Байду номын сангаас蛋白磷酸酶
nPi
H2O
蛋白质的可逆磷酸化反应
DAG--活化蛋白激酶C
PI PI激酶 PIP PIP激酶 PIP2
IP3--从内质网和液
泡释放Ca2+
IP3是水溶性的，可从质膜扩散到细胞质， 然后与内质网或液泡膜上的IP3-Ca2＋通道结 合，使通道打开。
Ca2＋迅速释放到细胞质，使胞质中Ca2＋ 升高，引起生理反应。
IP3→促使Ca2＋库释放Ca2＋→增加细胞 质Ca2＋的信号转导，称为IP3/Ca2＋信号传递 途径。
举例：信号转导途径：
信号 受体
反应
手触摸含羞草后小叶合拢 手触摸就是刺激（信号）， 小叶合拢就是反应。偶联 刺激到 反应之间的生化 和分子途径就是这个反应 的信号转导途径。 （ signaling pathway）
胞外 信号
一、胞间信号的传递
温度
湿度
物
气体
理 胞内
光
信 信号
号
电
重力
病原微生物
污染
G蛋白是连接受体发生跨膜信号转换的 重要物质之一。
GTP结合蛋白（简称G蛋白），根据其亚基组 分以及相对分子质量大小的不同分为两大类：
异源三体G蛋白（heterotrimeric Gprotein） 三种亚基（、、）构成
小G蛋白（small G protein）或称 单体G蛋白（monomeric G protein）
蛋白质的磷酸化与脱磷酸化作用在细 胞信号转导中有级联放大信号的作用。
蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用及在 植物体的分布情况，目前了解得还不太 深入。
nATP 蛋白质
蛋白激酶
nADP 蛋白质-nPi
Байду номын сангаас蛋白磷酸酶
nPi
H2O
蛋白质的可逆磷酸化反应
DAG--活化蛋白激酶C
PI PI激酶 PIP PIP激酶 PIP2
IP3--从内质网和液
泡释放Ca2+
IP3是水溶性的，可从质膜扩散到细胞质， 然后与内质网或液泡膜上的IP3-Ca2＋通道结 合，使通道打开。
Ca2＋迅速释放到细胞质，使胞质中Ca2＋ 升高，引起生理反应。
IP3→促使Ca2＋库释放Ca2＋→增加细胞 质Ca2＋的信号转导，称为IP3/Ca2＋信号传递 途径。
举例：信号转导途径：
信号 受体
反应
手触摸含羞草后小叶合拢 手触摸就是刺激（信号）， 小叶合拢就是反应。偶联 刺激到 反应之间的生化 和分子途径就是这个反应 的信号转导途径。 （ signaling pathway）
胞外 信号
一、胞间信号的传递
温度
湿度
物
气体
理 胞内
光
信 信号
号
电
重力
病原微生物
污染
G蛋白是连接受体发生跨膜信号转换的 重要物质之一。
GTP结合蛋白（简称G蛋白），根据其亚基组 分以及相对分子质量大小的不同分为两大类：
异源三体G蛋白（heterotrimeric Gprotein） 三种亚基（、、）构成
小G蛋白（small G protein）或称 单体G蛋白（monomeric G protein）
植物生理学第一章 ppt课件
溶液Ψπ和溶液摩尔浓度的关系： Ψπ= － iRCT
i：溶质的解离常数 R: 气体常数（0 .082大气压/升. 摩尔. 度) T：绝对温度（273+t) C：摩尔浓度
（4）压力势（Pressure potential） 用Ψp 表示
具有一定刚性的细胞壁对细胞内容物施加 的压力而引起细胞内水势的变化值。
第一章 植物的水分代谢
第一节 植物对水分的需要
一、植物含水量 二、植物体内水分存在状态和作用
植物水分代谢（Water metabolism)： 水分的吸收，运输，蒸腾
一、植物含水量（Water content) 1、不同植物含水量不同
2、不同环境中的植物含水量不同 3、不同组织和器官含水量不同
水的自由能差。
用ψw表示 单位：大气压、巴、兆帕 1Mpa=10 bar, 1 大气压=1.013 巴 标准状况下，纯水的水势为零
Vw，m ：偏摩尔体积，指在恒温恒压、 其它组分不变的条件下，加入1摩尔的水所 引起的体积增量。
如：纯水的摩尔体积是18cm3,将其 加入极大体系的80%乙醇中，最终体积 是16cm3，水的偏摩尔体积是多少？ （16cm3）
一般情况下，压力势为正值； 质壁分离时，压力势为零； 剧烈蒸腾时，压力势为负值。
2、细胞的水势构成：
Ψw=Ψπ + Ψp + Ψg
⑴重力势：水分因重力下移于相反力量相等时 的力量。
⑵细胞体积和Ψw、Ψπ、Ψp的关系
①初始质壁分离时，V=1.0，
Ψp= 0， Ψw = Ψs = -2.0MPa
②充分膨胀时，V=1.5，
三、渗透作用 1、细胞和土壤溶液构成一个渗透系统 （1）渗透系统（Osmotic system) 用半透膜将两种不同浓度溶液分开
i：溶质的解离常数 R: 气体常数（0 .082大气压/升. 摩尔. 度) T：绝对温度（273+t) C：摩尔浓度
（4）压力势（Pressure potential） 用Ψp 表示
具有一定刚性的细胞壁对细胞内容物施加 的压力而引起细胞内水势的变化值。
第一章 植物的水分代谢
第一节 植物对水分的需要
一、植物含水量 二、植物体内水分存在状态和作用
植物水分代谢（Water metabolism)： 水分的吸收，运输，蒸腾
一、植物含水量（Water content) 1、不同植物含水量不同
2、不同环境中的植物含水量不同 3、不同组织和器官含水量不同
水的自由能差。
用ψw表示 单位：大气压、巴、兆帕 1Mpa=10 bar, 1 大气压=1.013 巴 标准状况下，纯水的水势为零
Vw，m ：偏摩尔体积，指在恒温恒压、 其它组分不变的条件下，加入1摩尔的水所 引起的体积增量。
如：纯水的摩尔体积是18cm3,将其 加入极大体系的80%乙醇中，最终体积 是16cm3，水的偏摩尔体积是多少？ （16cm3）
一般情况下，压力势为正值； 质壁分离时，压力势为零； 剧烈蒸腾时，压力势为负值。
2、细胞的水势构成：
Ψw=Ψπ + Ψp + Ψg
⑴重力势：水分因重力下移于相反力量相等时 的力量。
⑵细胞体积和Ψw、Ψπ、Ψp的关系
①初始质壁分离时，V=1.0，
Ψp= 0， Ψw = Ψs = -2.0MPa
②充分膨胀时，V=1.5，
三、渗透作用 1、细胞和土壤溶液构成一个渗透系统 （1）渗透系统（Osmotic system) 用半透膜将两种不同浓度溶液分开
植物生理学
受體︰指位於細胞質膜上能與化學信號 物質特異地結合，並能將胞外信號轉換為 胞內信號，發生相應細胞回應的物質。
質膜表面有三種類型受體：
1、G蛋白偶聯受體 (G-protein-linked receptor) 2、 酶聯受體 (enzyme -linked receptor)
3、離子通道偶聯受體 (ion-channel-linked receptor)
B、物理信號（physical signals）︰ 指細胞感受環境刺激後產生的具有傳遞 訊息功能的物理因子，如︰電波、水力 學信號等。
胞間物理信號電波長距離傳遞途徑 是維管束，短距離傳遞則透過共質體及 質外體。敏感植物動作電波的傳播速度 可達200 mm‧s-1 。
2、跨膜信號轉換
（1）受體（receptor）︰
圖1-14. 表皮細胞覆蓋初級植物體.
圖1-15. 豌豆屬葉下表皮細胞之氣孔電顯圖.
圖1-16. 次生細胞璧是由木質部第一次形成細胞組成，經
常以環狀及螺旋型堆積著.
圖1-17. 木本開花植物在光學顯微鏡下放射假導管及導管(85倍).
圖1-18. 菸草植物篩版構造類細胞璧分子合成模式是由雙醣重複組成
B、肌醇磷脂信號系統 質膜中有三種肌醇磷脂︰磷脂 肌醇（PI）、磷脂酰肌醇 – 4 –磷酸 （PIP）、磷脂酰肌醇 – 4，5 – 二磷酸 （PIP2）。
刺激信號與膜受體結合 受體激活 信號傳遞給G蛋白 磷脂酶C （PLC）水解PIP2產生肌醇三磷酸 （IP3）和二酰甘油（DG） IP3通過 調節Ca2+傳遞信息 DG 通過激活蛋 白激酶C（PKC）傳遞信息。
其分子途徑分為三個階段︰
1、 胞外刺激信號傳遞
2、 膜上信號轉換
3、胞內信號傳遞及蛋白質可逆磷酸化
質膜表面有三種類型受體：
1、G蛋白偶聯受體 (G-protein-linked receptor) 2、 酶聯受體 (enzyme -linked receptor)
3、離子通道偶聯受體 (ion-channel-linked receptor)
B、物理信號（physical signals）︰ 指細胞感受環境刺激後產生的具有傳遞 訊息功能的物理因子，如︰電波、水力 學信號等。
胞間物理信號電波長距離傳遞途徑 是維管束，短距離傳遞則透過共質體及 質外體。敏感植物動作電波的傳播速度 可達200 mm‧s-1 。
2、跨膜信號轉換
（1）受體（receptor）︰
圖1-14. 表皮細胞覆蓋初級植物體.
圖1-15. 豌豆屬葉下表皮細胞之氣孔電顯圖.
圖1-16. 次生細胞璧是由木質部第一次形成細胞組成，經
常以環狀及螺旋型堆積著.
圖1-17. 木本開花植物在光學顯微鏡下放射假導管及導管(85倍).
圖1-18. 菸草植物篩版構造類細胞璧分子合成模式是由雙醣重複組成
B、肌醇磷脂信號系統 質膜中有三種肌醇磷脂︰磷脂 肌醇（PI）、磷脂酰肌醇 – 4 –磷酸 （PIP）、磷脂酰肌醇 – 4，5 – 二磷酸 （PIP2）。
刺激信號與膜受體結合 受體激活 信號傳遞給G蛋白 磷脂酶C （PLC）水解PIP2產生肌醇三磷酸 （IP3）和二酰甘油（DG） IP3通過 調節Ca2+傳遞信息 DG 通過激活蛋 白激酶C（PKC）傳遞信息。
其分子途徑分為三個階段︰
1、 胞外刺激信號傳遞
2、 膜上信號轉換
3、胞內信號傳遞及蛋白質可逆磷酸化
01-第一章-植物细胞的结构和功能-植物生理学
动植物细胞的比较
（一）原核细胞和真核细胞
原核细胞(prokaryotic cell)
一般体积很小，直径为0.2～10μm不等，没有典型的 细胞核，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DNA分子构成的拟核体 (nucleoid)。 除核糖体、类囊体外，一般不存在其它细胞器，原核 细胞以无丝分裂(amitosis)方式进行繁殖。 真核细胞(eukaryotic cell) 体积较大，直径约10～100μm，其主要特征是细胞结 构的区域化，即核质被膜包裹，有细胞核和结构与功 能不同的细胞器(cell organelle)； 多种细胞器之间通过膜的联络形成了一个复杂的内膜 系统。 真核细胞的染色体由线状DNA与蛋白质组成，细胞分裂 以有丝分裂(reduction mitosis)为主。 由原核细胞构成的有机体称为原核生物(prokaryote) 由真核细胞构成的有机体称为真核生物(eukaryote)包 括了绝大多数单细胞生物与全部的多细胞生物。
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
凝胶作用 溶胶作用
凝胶
原生质胶体同样也存在溶胶与凝胶两种状态。 当原生质处于溶胶状态时，粘性较小，代谢活跃，生长旺盛，但抗 逆性较弱； 当原生质呈凝胶状态时，细胞生理活性降低，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。
第一节 植物细胞的结构与组成
一、细胞的概述
1) 2) 3) 4) 尽管细胞种类繁多，形态、结构与功能各异，却有基 本的共同点： 所有的细胞表面均有由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构 成的生物膜，即细胞膜； 所有细胞都有两种核酸，即DNA和RNA，它们作为遗传 信息复制与转录的载体； 除个别特化细胞外，作为合成蛋白质的细胞器——核 糖体，毫无例外地存在于一切细胞内； 细胞的增殖一般以一分为二的方式进行分裂，遗传物 质在分裂前复制加倍，在分裂时均匀地分配到两个子 细胞内，这是生命繁衍的基础和保证。
植物生理学——植物细胞
植物生理学——植物细胞## Plant Physiology Plant Cells.Introduction.Plant cells are the basic unit of life in plants. They are responsible for all of the plant's functions, from photosynthesis to reproduction. Plant cells are similar to animal cells in many ways, but they also have some unique features that allow them to thrive in their environment.Cell Structure.Plant cells have a cell wall, which is a rigid structure that surrounds the cell membrane. The cell wall protects the cell from its surroundings and helps to maintain its shape. The cell membrane is a thin layer of lipids that surrounds the cell wall and controls the movement of materials into and out of the cell.The cytoplasm is the gel-like substance that fills the cell. It contains all of the cell's organelles, which are small structures that perform specific functions. The nucleus is the largest organelle in the cell, and it contains the cell's DNA. The mitochondria are responsible for producing energy for the cell, and the chloroplasts are responsible for photosynthesis.Plant Cell Functions.Plant cells perform a variety of functions, including:Photosynthesis: Plants use sunlight to convert carbon dioxide and water into glucose, which is a sugar that the plant uses for energy.Respiration: Plants use oxygen to break down glucose and produce energy.Transport: Plants transport water and nutrients from the roots to the leaves and other parts of the plant.Reproduction: Plants can reproduce sexually or asexually.Plant Cell Adaptations.Plant cells have a number of adaptations that allow them to thrive in their environment. These adaptations include:The cell wall: The cell wall protects the cell from damage and helps to maintain its shape.The vacuole: The vacuole is a large, fluid-filled space that helps to maintain the cell's turgor pressure.The chloroplasts: The chloroplasts are responsible for photosynthesis, which allows plants to convert sunlightinto energy.## 植物生理学——植物细胞。
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A 棉花纤维 B 梨果实石细胞 C 厚角细胞 D 保卫细胞
细胞壁：植物细胞的质膜外一层并不很厚但 却坚硬的壁。
•高等植物细胞壁不仅是一个机械的支架， 而且更重要的是一个有代谢活性的动态结 构，它参与细胞的生长，分化，识别，抗 病和物质运输等生命活动过程。
3.1 细胞壁的化学组成与结构 3.2 细胞壁的发生 3.3 细胞壁的次生变化 3.4 细胞壁的功能
间 期 周 质 微 管
纤维素微 纤丝的组 织与定向
微管可能 参与纤维 素微纤丝 的定向。
The relationship between terminal complexes with microtubule
Overview of CSC intracellular trafficking.
Wightman R, Turner S. Plantphysiol 2010;153:427-432
3.1 细胞壁的化学组成与结构
细胞壁（初生壁）的成分： ①. 纤维素（cellulose） ②. 半纤维素（hemicellulose） ③. 果胶类物质 (Pectic substance) ④. 蛋白质 ⑤. 矿质 ⑥. 其它化学成分
①.纤维素（cellulose）
1）、成分
纤维素，以微纤丝的 (microfibril)形式存在，约占 初生壁的20%－30%。
纤维素分子是由 （1－4）糖苷键连接的D-葡 聚糖组成的高分子聚合物，并通过分子内氢键 使其形成一种类螺旋状的结构。这种纤维素分 子链不分支、不溶于水。
2）、纤维素的合成
在质膜上的莲座 （rosette）部位进 行。莲座是纤维素 合酶复合体 （cellulose synthetase complex）
微纤丝周围充满着衬质(matrix）， 衬质包括半纤维素和果胶质。
微纤丝与半纤维素和果胶质的关系
3.1.2 细胞壁的结构及组成
初 生 壁 、 次 生 壁 和 胞 间 层
A. Diagram of the cell wall organization; B. Cross section of pine tracheid in which three distinct layers in the secondary wall are visible.
CesA1, CesA3, CesA6 ---primary cell wall. CesA4, CesA7,and CesA8 – secondary cell walls.
微纤丝的结构形成的示意图
相同的极性 微团
β-1，4葡聚糖→链状纤维素分子 →微纤丝 →大纤丝→细胞壁。
3）、 微纤丝的组装 微管指导微纤丝的排列方向
植物细胞周期中微管列阵
间
期 周 质 微 管
早 前 期 微 管
带
纺 锤 体 微 管
成 膜 体 微 管
2.1.2 微管的功能
1). 控制细胞分裂和细胞壁的形成 2). 保持细胞形状 3). 参与细胞运动和物质运输
2.2 微丝 (Microfilament)
2.2.1 微丝的结构与特性 微丝是由单体肌动蛋白（actin，42kD,
第一章 植物细胞
Chapter 1 Plant Cell
Schematic diagram of plant cell
研究细胞结构与功能方法
(1)形态结构观察 morphological character and structure
(2)生化分析 biochemical analyze (3) 生理测定 physiological assay (4)细胞组分的分级分离 cell fractionation
1.2 液泡的功能
(1)转运物质 (2)吞噬和消化作用 (3)调节细胞水势
植物细 胞液泡
(4)吸收和积累物质
(5)赋予细胞不同颜色
酸性时呈红色 碱性时呈蓝色
2. 细胞骨架 (cytoskeleton)
2.1 微管 (microtubule, MT) 2.2 微丝 (microfilament, MF) 2.3 中间纤维 (intermediate filament, IF）
伸展蛋白（extensin）： Lamport 等人于1960年发现，在细 胞壁中有富含羟脯氨酸的糖蛋白， 约占初生壁干重的5 10% 。
功能：可被伤害和病虫害所诱导； 与植物细胞抵抗逆境有关。
AFM images of self-assembling extensins.
Lamport D et al. Plantphysiol 2011;156:11-19
蛋白质和 修饰壁的
3.3 细胞壁的功能（结合成分与结构进行讨论）
支撑和保护细胞
纤维素微纤丝的骨架作用，半纤维素的支撑作用， 结构蛋白的网络作用，果胶的粘合作用以及各组分 之间的相互交联，使细胞壁具有很强的刚性。
48h
Mutant
果胶甲脂酶 pectin methylesterase
④蛋白质(protein) 占5% 10% •参与细胞壁结构的蛋白质:
如伸展蛋白（extensin)
•与细胞壁组建或调节壁特性有关的酶 类：如纤维素酶、过氧化物酶类
•识别或调节蛋白：如糖蛋白（凝集素， lectin)、扩张蛋白（expansin）
Localization of Microtubules and the CesA Protein IRX1(CESA8) in Developing Xylem Vessels.Confocal image showing the localization of α-
tubulin (green) and IRX1 (red)
AFM-原子力显微镜
凝集素(lectin)： 一类存在于细胞壁中能与多糖
结合或使细胞凝集的蛋白，主要 为糖蛋白，对糖基结合具有专一 性。
功能：参与植物对细菌、真菌 和病毒的防御作用；在细胞识别 中起重要作用。
扩张蛋白（expansin）
调节蛋白，可以使热失活的细胞壁恢复在酸性条 件下伸展的蛋白质。
• 微管的聚合需要微管蛋白二聚体达到一定 的浓度方可进行，这个浓度称为微管聚合 的临界浓度。
• 微管在体外的聚合还需要镁离子、GTP和 适当的缓冲体系。微管的聚合对温度十分 敏感，通常在低温（4℃）下微管发生解聚， 而在高温（37℃）下微管聚合。这一特性 也被用于微管蛋白的分离和纯化。
微管的聚合过程
概念
细胞骨架（cytoskeleton）
•真核细胞中由蛋白聚合而成的三维的纤维状网 架体系。
•包括微丝、微管和中间纤维。 •在细胞空间结构的维持、细胞分裂、细胞生长、
细胞物质运输，细胞壁合成等许多生命活动 中都具有非常重要的作用。
2.1 微管 (Microtubule)
2.1.1 微管的形态结构
•第一个发现的纤维素合成酶基因，CESA1(RSW1)
•参与初生壁合成的基因：CESA1，CESA3，CESA6, 有时还 结合CESA2，CESA5 或 CESA9。
•参与次生壁合成的基因：CESA4，CESA7，CESA8。
•Most plant cell wall matrix polysaccharides are first synthesized within the cell in the Golgi and subsequently deposited into the wall by exocytosis.
•Cellulose is synthesized at the plasma membrane by a very large membrane-bound complex known as the cellulose synthase complex (CSC).
•Three different CesA proteins interact as subunits within a cellulose synthase complex:
1
2
莲坐通过质膜的冷冻蚀刻和旋转投影成像
1. 绿藻水绵的莲坐聚集。 2. 水芹，正在增厚的细胞壁下的膜上，聚集
很多的莲坐。
尿〔核〕苷二磷酸
蔗糖合酶 纤维素合酶复合体
蔗糖＋＝ UDPG+果糖
纤 维 素 合 酶
（1 4）连接 的D-葡聚糖链
纤维素在质膜纤维素合酶 复合体上进行合成的分子模型
根据序列同源性，在模式植物拟南芥中有10个CESA 基因。
Eckardt N. Plantcell 2003;15:1685-1687
②半纤维素（hemicellulose） 约占 20% 25% 异质多聚糖(中性和酸性)
③果胶（pectin） 约占10% 35% 异质多聚糖 ( – 1,4 –D –半乳糖醛酸)
WT
Mutant
12h
WT
24h Mutant
“应力松弛”
木聚糖
expansin
纤维素微纤丝
松弛－生长－拉紧
Microfibril separation via loosening the cross-linking glycans by expansins
扩张蛋白的已知特性
• 不能水解纤维素、半纤维素、果胶和细胞壁 的其他成分，它的作用是打开纤维素微纤丝 与木葡聚糖或其它半纤维素多糖间的氢键等 非共价键。
375aa)聚合成的直径7-8nm的螺旋丝状结构。 又称F-actin. 相应地单体肌动蛋白又称G-actin。
微丝是一动 态的结构
Actin filament in central cell of Torenia fournieri(蓝猪耳) labeled with phalloidin-FITC
Confocal Microscopy
1. 细胞的膜系统 2. 细胞骨架 3. 细胞壁的结构与功能 4. 胞间连丝 5. 植物细胞信号转导概述
细胞壁：植物细胞的质膜外一层并不很厚但 却坚硬的壁。
•高等植物细胞壁不仅是一个机械的支架， 而且更重要的是一个有代谢活性的动态结 构，它参与细胞的生长，分化，识别，抗 病和物质运输等生命活动过程。
3.1 细胞壁的化学组成与结构 3.2 细胞壁的发生 3.3 细胞壁的次生变化 3.4 细胞壁的功能
间 期 周 质 微 管
纤维素微 纤丝的组 织与定向
微管可能 参与纤维 素微纤丝 的定向。
The relationship between terminal complexes with microtubule
Overview of CSC intracellular trafficking.
Wightman R, Turner S. Plantphysiol 2010;153:427-432
3.1 细胞壁的化学组成与结构
细胞壁（初生壁）的成分： ①. 纤维素（cellulose） ②. 半纤维素（hemicellulose） ③. 果胶类物质 (Pectic substance) ④. 蛋白质 ⑤. 矿质 ⑥. 其它化学成分
①.纤维素（cellulose）
1）、成分
纤维素，以微纤丝的 (microfibril)形式存在，约占 初生壁的20%－30%。
纤维素分子是由 （1－4）糖苷键连接的D-葡 聚糖组成的高分子聚合物，并通过分子内氢键 使其形成一种类螺旋状的结构。这种纤维素分 子链不分支、不溶于水。
2）、纤维素的合成
在质膜上的莲座 （rosette）部位进 行。莲座是纤维素 合酶复合体 （cellulose synthetase complex）
微纤丝周围充满着衬质(matrix）， 衬质包括半纤维素和果胶质。
微纤丝与半纤维素和果胶质的关系
3.1.2 细胞壁的结构及组成
初 生 壁 、 次 生 壁 和 胞 间 层
A. Diagram of the cell wall organization; B. Cross section of pine tracheid in which three distinct layers in the secondary wall are visible.
CesA1, CesA3, CesA6 ---primary cell wall. CesA4, CesA7,and CesA8 – secondary cell walls.
微纤丝的结构形成的示意图
相同的极性 微团
β-1，4葡聚糖→链状纤维素分子 →微纤丝 →大纤丝→细胞壁。
3）、 微纤丝的组装 微管指导微纤丝的排列方向
植物细胞周期中微管列阵
间
期 周 质 微 管
早 前 期 微 管
带
纺 锤 体 微 管
成 膜 体 微 管
2.1.2 微管的功能
1). 控制细胞分裂和细胞壁的形成 2). 保持细胞形状 3). 参与细胞运动和物质运输
2.2 微丝 (Microfilament)
2.2.1 微丝的结构与特性 微丝是由单体肌动蛋白（actin，42kD,
第一章 植物细胞
Chapter 1 Plant Cell
Schematic diagram of plant cell
研究细胞结构与功能方法
(1)形态结构观察 morphological character and structure
(2)生化分析 biochemical analyze (3) 生理测定 physiological assay (4)细胞组分的分级分离 cell fractionation
1.2 液泡的功能
(1)转运物质 (2)吞噬和消化作用 (3)调节细胞水势
植物细 胞液泡
(4)吸收和积累物质
(5)赋予细胞不同颜色
酸性时呈红色 碱性时呈蓝色
2. 细胞骨架 (cytoskeleton)
2.1 微管 (microtubule, MT) 2.2 微丝 (microfilament, MF) 2.3 中间纤维 (intermediate filament, IF）
伸展蛋白（extensin）： Lamport 等人于1960年发现，在细 胞壁中有富含羟脯氨酸的糖蛋白， 约占初生壁干重的5 10% 。
功能：可被伤害和病虫害所诱导； 与植物细胞抵抗逆境有关。
AFM images of self-assembling extensins.
Lamport D et al. Plantphysiol 2011;156:11-19
蛋白质和 修饰壁的
3.3 细胞壁的功能（结合成分与结构进行讨论）
支撑和保护细胞
纤维素微纤丝的骨架作用，半纤维素的支撑作用， 结构蛋白的网络作用，果胶的粘合作用以及各组分 之间的相互交联，使细胞壁具有很强的刚性。
48h
Mutant
果胶甲脂酶 pectin methylesterase
④蛋白质(protein) 占5% 10% •参与细胞壁结构的蛋白质:
如伸展蛋白（extensin)
•与细胞壁组建或调节壁特性有关的酶 类：如纤维素酶、过氧化物酶类
•识别或调节蛋白：如糖蛋白（凝集素， lectin)、扩张蛋白（expansin）
Localization of Microtubules and the CesA Protein IRX1(CESA8) in Developing Xylem Vessels.Confocal image showing the localization of α-
tubulin (green) and IRX1 (red)
AFM-原子力显微镜
凝集素(lectin)： 一类存在于细胞壁中能与多糖
结合或使细胞凝集的蛋白，主要 为糖蛋白，对糖基结合具有专一 性。
功能：参与植物对细菌、真菌 和病毒的防御作用；在细胞识别 中起重要作用。
扩张蛋白（expansin）
调节蛋白，可以使热失活的细胞壁恢复在酸性条 件下伸展的蛋白质。
• 微管的聚合需要微管蛋白二聚体达到一定 的浓度方可进行，这个浓度称为微管聚合 的临界浓度。
• 微管在体外的聚合还需要镁离子、GTP和 适当的缓冲体系。微管的聚合对温度十分 敏感，通常在低温（4℃）下微管发生解聚， 而在高温（37℃）下微管聚合。这一特性 也被用于微管蛋白的分离和纯化。
微管的聚合过程
概念
细胞骨架（cytoskeleton）
•真核细胞中由蛋白聚合而成的三维的纤维状网 架体系。
•包括微丝、微管和中间纤维。 •在细胞空间结构的维持、细胞分裂、细胞生长、
细胞物质运输，细胞壁合成等许多生命活动 中都具有非常重要的作用。
2.1 微管 (Microtubule)
2.1.1 微管的形态结构
•第一个发现的纤维素合成酶基因，CESA1(RSW1)
•参与初生壁合成的基因：CESA1，CESA3，CESA6, 有时还 结合CESA2，CESA5 或 CESA9。
•参与次生壁合成的基因：CESA4，CESA7，CESA8。
•Most plant cell wall matrix polysaccharides are first synthesized within the cell in the Golgi and subsequently deposited into the wall by exocytosis.
•Cellulose is synthesized at the plasma membrane by a very large membrane-bound complex known as the cellulose synthase complex (CSC).
•Three different CesA proteins interact as subunits within a cellulose synthase complex:
1
2
莲坐通过质膜的冷冻蚀刻和旋转投影成像
1. 绿藻水绵的莲坐聚集。 2. 水芹，正在增厚的细胞壁下的膜上，聚集
很多的莲坐。
尿〔核〕苷二磷酸
蔗糖合酶 纤维素合酶复合体
蔗糖＋＝ UDPG+果糖
纤 维 素 合 酶
（1 4）连接 的D-葡聚糖链
纤维素在质膜纤维素合酶 复合体上进行合成的分子模型
根据序列同源性，在模式植物拟南芥中有10个CESA 基因。
Eckardt N. Plantcell 2003;15:1685-1687
②半纤维素（hemicellulose） 约占 20% 25% 异质多聚糖(中性和酸性)
③果胶（pectin） 约占10% 35% 异质多聚糖 ( – 1,4 –D –半乳糖醛酸)
WT
Mutant
12h
WT
24h Mutant
“应力松弛”
木聚糖
expansin
纤维素微纤丝
松弛－生长－拉紧
Microfibril separation via loosening the cross-linking glycans by expansins
扩张蛋白的已知特性
• 不能水解纤维素、半纤维素、果胶和细胞壁 的其他成分，它的作用是打开纤维素微纤丝 与木葡聚糖或其它半纤维素多糖间的氢键等 非共价键。
375aa)聚合成的直径7-8nm的螺旋丝状结构。 又称F-actin. 相应地单体肌动蛋白又称G-actin。
微丝是一动 态的结构
Actin filament in central cell of Torenia fournieri(蓝猪耳) labeled with phalloidin-FITC
Confocal Microscopy
1. 细胞的膜系统 2. 细胞骨架 3. 细胞壁的结构与功能 4. 胞间连丝 5. 植物细胞信号转导概述