植物细胞和组织 (1)

第二章????植物细胞和组织

第一节、植物细胞的形态

一、植物细胞的概念

１、细胞的发现： 1665年英国人胡克（ROBRT HOOKE）用自制的复式显微镜观察了软木的结构（木栓），发现软木是由蜂巢式的小室构成，定名为细胞（CELL）。胡克看到的细胞实际上是一个没有任何内容物的细胞空壳。

２、细胞学说的建立：十九世纪，约1840年前后。德国植物学家莱登以植物为材料，德国动物学家施旺以动物为材料进行研究证明。①所有的植物和动物是由细胞组成的；②所有的细胞都是细胞分裂一融合而来；③精和卵都是细胞；④一个细胞可以分裂形成组织和器官。

从而发表了细胞学说，确认细胞是一切动植物体的基本结构单位。

细胞学说的建立说明了动、植物有机界的统一性。恩格斯曾给予高度的评价，把它列为十九世纪自然科学的三发现之一。

植物细胞：细胞是组成植物体结构和功能的基本单位。

二、植物细胞的形状和大小

1. 植物细胞的形状

植物细胞的形状是多样的，有球状体、多面体、纺锤形和柱状体等单细胞植物体或分离的单个细胞，因细胞处于游离状态，常常近似球形。

在多细胞植物体内，细胞是紧密排列在一起的，由于相互挤压，使大部分的细胞成多面体。根据力学计算和实验观察指出，在均匀的组织中，一个典型的、未经特殊分化的薄壁细胞是十四面体。然而这种典型的十四面体细胞，在植物体中是不易找到的，只有在根和茎的顶端分生组织中和某些植物茎的髓部薄壁细胞中，才能看到类似的细胞形状，这是因为细胞在系统演化中适应功能的变化而分化成不同的形状。种子植物的细胞，具有精细的分工，因此，它们的形状变化多端，例如输送水分和养料的细胞（导管分子和筛管分子），呈长柱形，并连接成相通的“管道”，以利于物质的运输；起支持作用的细胞（纤维），一般呈长棱形，并聚集成束，加强支持的功能；幼根表面吸收水分的细胞，常常向着土壤延伸出细管状突起（根毛），以扩大吸收表面。这些细胞形状的多样性，都反映了细胞形态与其功能相适应的规律。

2. 植物细胞的大小

一般讲来，植物细胞的体积是很小的。最小的球菌细胞直径只有μm ，在种子植物中，一般的细胞直径为 10—100μm 。有人估计一张叶片可含 4000 万个以上的细胞，那么，可以想像，一棵大树上全部叶片的细胞总数，可以达到惊人的数字，还不包括根、茎等部分，这样，就可对细胞的大小，有一个粗略的印象。

由于细胞如此之小，因此，肉眼一般不能直接分辨出来，必须借助于显微镜。少数植物的细胞较大，如番茄果肉、西瓜瓤的细胞，由于储藏了大量水分和营养，直径可达 1mm ，肉眼可以分辨出来；棉种子上的表皮毛，可以延伸长达 75mm ；苎麻茎中的纤维细胞，最长可达 550mm ，但这些细胞在横向直径上仍是很小的。

细胞体积之所以小，主要受两个因素的影响。其一，是细胞核在细胞生命活动中起重要作用，它指挥和控制着细胞质中很多活动的进行，因此，细胞核和细胞质体积之间的关系，对细胞显得非常重要。然而，一个细胞核所能控制的细胞质的量是有一定限度的，细胞的大小受细胞核所能控制的范围的制约；其二，是在细胞生命活动的过程中，必须与周围环境（包括相邻的细胞）不断地进行物质交换，同时，进入细胞的物质，在内部也有一个扩散传递的问题，细胞体积小，它的相对表面积就大，这对物质的迅速交换和转运都比较有利。

在同一植物体内，不同部位细胞的体积有明显的差异，这种差异往往与各部分细胞的代谢活动及细胞功能有关。一般讲，生理活跃的细胞常常较小，而代谢活动弱的细胞，则往往较大，例如根、茎顶端的分生组织细胞，就比代谢较弱的各种储藏细胞明显的要小。

微米，过去单位符号用μ，现改用μm ；纳米，过去单位符号用 mμ（毫微米），现用 nm ；（埃）是习惯使用而应废除的单位，现改用 10-1nm （ = ）。

细胞的大小也受许多外界条件的影响，例如水肥供应的多少光照的强弱、温度的高低或化学药剂的使用等，都可以使植物细胞大小发生变化。例如，植物种植过密时，植株往往长得细而高，这主要是因为它们的叶相互遮光，导致体内生长素积累，引起茎杆细胞特别伸长的缘故。

三、植物细胞的结构

植物细胞由原生质体（ protoplast ）和细胞壁（ cell wall ）两部分组成。原生质体是由生命物质——原生质（ protoplasm ）所构成，它是细胞各类代谢活动进行的主要场所，是细胞最重要的部分。细胞壁是包围在原生质体外面的坚韧外壳，长期以来，人们认为它是植物细胞的非生命部分，但近期，越来越多的研究证明，细胞壁和原生质体之间有着结构和机能上的密切联系，尤其是在幼年的细胞中，二者是一个有机的整体。

（一）细胞壁

细胞壁是包围在植物细胞原生质体外面的一个坚韧的外壳。它是植物细胞特有的结构，与液泡、质体一起构成了植物细胞与动物细胞相区别的三大结构特征。

细胞壁的功能是对原生质体起保护作用。此外，在多细胞植物体中，各类不同的细胞的壁，具有不同的厚度和成分，从而影响着植物的吸收、保护、支持、蒸腾和物质运输等重要的生理活动。有人将细胞壁比喻成植物的皮肤、骨骼和循环系统。

一般认为，细胞壁在本质上不是一种生活系统，它是由原生质体分泌的非生活物质所构成的，但是细胞壁与原生质体又保持有密切的联系。在年幼的细胞中，细胞壁与原生质体紧密结合，即使用较高浓度的糖溶液，也不能引起质壁分离。现在已经证明，在细胞壁（主要是初生壁）中亦含有多种具有生理活性的蛋白质，它们可能参与细胞壁的生长、物质的吸收、细胞间的相互识别以及细胞分化时壁的分解等过程，有的还对抵御病原菌的入侵起重要作用。

1．细胞壁的层次细胞壁根据形成的时间和化学成分的不同分成三层：胞间层

（intercel-lular layer）、初生壁（Primary wall）和次生壁（secondary wall）。

(1)胞间层又称中层，存在于细胞壁的最外面。它的化学成分主要是果胶（pectin），这是一种无定形胶质，有很强的亲水性和可塑性，多细胞植物依靠它使相邻细胞彼此粘连在一起。果胶很易被酸或酶等溶解，从而导致细胞的相互分离。例如某些组织成熟时，体内的酶分解部分胞间层，形成细胞间隙。许多果实，如番茄、苹果、西瓜等成熟时，果肉细胞的胞间层被溶解，致使细胞发生分离，果肉变得软而“面”。有些真菌能分泌果胶酶，溶解植物组织的胞间层而侵入植物体内。麻类植物的茎浸入水中的沤麻过程，也是利用微生物分泌酶分解纤维的胞间层使其相互分离。

(2)初生壁初生壁是在细胞停止生长前原生质体分泌形成的细胞壁层，存在于胞间层内侧。它的主要成分是纤维素、半纤维素和果胶。现已证明，在初生壁中也含有少量结构蛋白，这些蛋白质成分与壁上的多糖紧密结合。初生壁的厚度一般较薄，约1—3μm，质地较柔软，有较大的可塑性，能随着细胞的生长而延展。许多细胞在形成初生壁后，如不再有新壁层的积累，初生壁便成为它们永久的细胞壁。

(3)次生壁次生壁是细胞停止生长后，在初生壁内侧继续积累的细胞壁层。它的主要成分是纤维素（cellulose），含有少量的半纤维素（hemicellulose），并常常含有木质（lignin）。次生壁较厚，一般约5—10μm，质地较坚硬，因此，有增强细胞壁机械强度的作用。在光