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01.植物细胞


生物奥林匹克竞赛辅导

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生物奥林匹克竞赛考试范围
Ⅰ、细胞生物学(25%) 细胞的结构和功能:化学成分、细胞器、细胞代谢、蛋白质合成、 生物膜的特点、有丝分裂和减数分裂、微生物学、生物技术 Ⅱ、植物解剖和生理(重点是种子植物)(15% ) 组织和

器官的结构和功能、光合作用、呼吸作用和气体交换、水分、 矿物质和同化物的运输、生长和发育、生殖(包括蕨类和苔藓) Ⅲ、动物解剖和生理(重点是脊椎动物)(15%) 组织和器官的结构和功能、消化和营养、呼吸作用、血液循环、排 泄、调节(神经的和激素的)、生殖和发育、免疫 Ⅳ、动物行为学(5%) 行为的体系、行为的原因、争斗行为、学习行为 Ⅴ、遗传学与进化(15%) 突变和渐变、孟德尔遗传、多等位性、重组、伴性遗传、哈迪一温 伯格定律、演化的机理 Ⅵ、生态学(15%) 生态系统、食物关系、能流、生物地球化学循环、演替、种群结构 和动态、生物圈和人 Ⅶ、生物系统学(10%)

植物形态解剖

植 物 细 胞

在自然界,各种各样的植物,都是由细胞构 成的。细胞不仅是植物结构单位,也是功能单位。 1665年,英国人Hooke用他改进的显微镜观察 软木的结构,发现并命名了细胞。 德 国 植 物 学 家 Schleiden.M.J, 和 动 物 学 家 Schwan.T,于1838年,提出细胞学说。 细胞学说内容: 1. 植物和动物的组织由细胞构成 2. 所有的细胞由细胞分裂或融合而成 3. 卵和精子都是细胞 4. 一个细胞可分裂形成组织

电子显微镜

原生质的化学组成
构成细胞的生活物质为原生质,它是 细胞活动的物质基础。 1、水和无机物 原生质含有大量的水,一般占全重 的60-90%。幼嫩植株含水60-90%。 种子 (成熟的)含水10-14%。 除水之外,原生 质中还含有无机盐及许多呈离子状态的元 素,如铁、锌、锰、镁、钾、钠、氯等。

2、有机化合物 ①蛋白质 蛋白质分子由20多种氨基酸组成。由于氨 基酸的数量、种类、排列顺序不同,形成各种蛋 白质。蛋白质可以作为原生质的结构蛋白,而且 还以酶的形式起重要作用。例如,使物质分解的 淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等。 ② 核酸 生活的原生质都含有核酸,核酸都和蛋白质 结合形成核蛋白。核酸由核苷酸构成。单个的核 苷酸由一个含氮碱基、一个五碳糖和一个磷酸分 子组成。核酸根据含糖不同,可分为含有核糖的 核糖核酸(RNA)和含有脱氧核糖的脱氧核糖核酸 (DNA)。

③脂类 凡是经水解后产生脂肪酸的物质属于脂类。 在植物体内,有的作为结构物质,例如磷脂 和蛋白质结合,构成细胞的各种膜。有些脂类 形成角质,木栓质和蜡,参与细胞构成。 ④糖类 糖类是光合作用的同化产物,参与构成原 生质和细胞壁。细胞中最重要的糖可分为: 单糖 例如:葡萄糖、核糖 双糖 例如:蔗糖、麦芽糖 多糖 例如:纤维素、淀粉

原生质中除上述四大类物质以外, 还含有极微量的,但生理作用很大的有 机物,称为生理活跃物质,如: 酶、维 生素、激素、抗菌素。 原生质中的蛋白质,核酸,多糖 等生物大分子,均匀地分散在原生质所 含的水溶液中,形成胶体。原生质失去 水分为凝胶,吸收水分则为溶胶。

植物细胞的基本结构
不同植物其细胞的大小不同,最小 的细胞是支原体,直径仅有0.1微米左 右;西瓜瓤细胞直径约1毫米;苎麻茎 纤维细胞长可达550毫米。植物细胞的 形状也多种多样,有长管状、球状等, 植物细胞的形状取决于其生理功能。 植物细胞虽然大小不同,形状多样, 但是一般有相同的基本结构。

1、细胞膜 生活的细胞原生质外表,都有一层膜包围,称 为细胞膜或质膜。质膜横断面在电镜下呈现“明-暗明"三条平行带,暗带为蛋白质分子组成,明带为脂 类物质组成,称为单位膜。

细胞膜的电镜照片

2、细胞质:
位于细胞膜和细胞核之间,可分为胞基质 和细胞器。胞基质是包围细胞器的细胞质部分。 细胞质内的细胞器种类很多。 ①质体 质体是植物细胞特有的细胞器,幼期未 分化成熟的,成为前质体。 分化成熟的质体可根据其颜色和功能不 同,分为叶绿体、有色体和白色体三种主要类 型。

叶绿体 高等植物的叶绿体主要存在于叶 肉细胞内,含有叶绿素。电镜观察表明: 叶绿体外有光滑的双层单位膜,内有单 层膜结构的基粒片层组成的基粒。基粒 内的某些片层薄膜向外伸展,连接不同 基粒,称为基质片层。

叶绿体结构模式图

叶绿体的电镜照片

有色体 有色体含有类胡萝卜素。类胡萝卜素包括:叶 黄素(黄色)、胡萝卜素(红色),部分植物的花瓣, 成熟的果实,胡萝卜的贮藏根,衰老叶片都存在有色 体。有色体的形状有球形和不规则形状。

白色体 白色体不含色素,存在于甘薯、马铃薯等植 物的地下贮藏器官中。按照功能不同,可以分为: 造粉体、造油体和造蛋白质体。在植物发育过程中, 质体可以相互转化。

②线粒体 线粒体是进行呼吸作用的主要细胞器。电镜观察, 线粒体是双层单位膜构成, 内膜形成片状或管状的 内褶,称为嵴。内膜及其所在的嵴的内表面,均匀地 分布有形似大头针的结构,称为电子传递粒。

线粒体的结构

线粒体的电镜照片

③核糖体 生活的细胞中都存在核糖体,它是合成蛋白质 的主要场所,存在于胞基质,内质网等处。核糖体结 构上为两个近半球形而大小不等的亚单位结合而成的, 常几十个到几百个聚合在一起,成为多聚核糖体。

单核糖体模型

多聚核糖体电镜图

④内质网 细胞内存在内质网,它是由膜围成的扁平的囊、槽、 池或管,形成互相沟通的网状系统。 内质网的外表面有的结合有核糖体,称为粗面型内 质网(rER),有的没有,成为光滑型内质网(sER)。

内质网结构

内质网透射电镜照片

⑤高尔基体 高尔基体是一叠由平滑的单位膜围成的囊组成。 高尔基体是动态结构,有形成面和成熟面,与细胞壁 的形成有关。

高尔基模式图

高尔基体透射电镜照片

⑥液泡 液泡是由单位膜构成的细胞器。液泡的膜称为液 泡膜,液汁称为细胞液。幼期细胞,液泡很小,但随 着细胞生长,液泡长大。小液泡逐渐合并为大液泡, 位于细胞中央。 液泡的功能为:渗透调节、贮藏和消化

洋葱根尖的细胞液泡演进过程

⑦溶酶体 溶酶体是分解蛋白质、核酸、多糖的细胞器, 由单层单位膜构成,内含多种水解酶,可分解从外面 进入到细胞内的物质,也可消化局部细胞器或整个细 胞。

溶酶体图解

⑧微体 微体也由单位膜包围的。呈球形,在植物细胞 中,已明确的两种微体是过氧化物酶体和乙醛酸循环 体。过氧化物酶体常和叶绿体,线粒体结合在一起, 执行光呼吸。乙醛酸循环体存在于油料植物种子中, 脂肪经它含的几种酶逐步分解。

叶肉细胞内的过氧化物体 乙醛酸循环体外形图

⑨微管 普遍存在细胞中,由两 种结构不同的球状蛋白--微管 蛋白组成。 在细胞内,微管有多方位 的功能: ①质内分布起支架作用, 使细胞维持一定形状。 ②参与分裂纺锤丝。 ③对细胞的生长和分化起 作用。 ④影响胞内物质的运输和 胞质运动。 ⑤参与构成低等植物的纤 毛,鞭毛。

各种类型的微管

3、细胞核 是生活细胞中最显著的结构,细胞内的遗传物 质DNA,几乎都存在于核内,为细胞的控制中心。 细胞核的形态多种多样。细胞核的结构,随细 胞周期的改变而变化,可分为分裂期和间期。间期 核可分为核膜、核仁和核质。核膜为双层膜、上有 核孔,核孔的物质进入并非自由,而是受某些机制 调节。核仁常有一个或几个,是细胞内形成核蛋白 亚体的部位。形状因不同部位而不同。 核质可分为着色的物质--染色质和不着色的部 分--核液。染色体为核酸和蛋白质的复合体 。

4、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,一般认为是无生命的。 构成细胞壁的物质分为构架物质和衬质两类。 构架物质:纤维素 衬质:果胶质,半纤维素,水,蛋白质 ①细胞壁的结构 细胞壁是在细胞分裂、生长和分化过程中形成 的。由于功能不同,壁在结构和成分上变化很大。 细胞壁可以分为:胞间层、初生壁、次生壁三部 分,除此以外细胞壁上还有纹孔和胞间连丝。

胞间层 由相邻的两个细胞向外分泌果胶物质构成, 果胶为多糖物质,胶粘而柔软,能将相邻两个细 胞粘连在一起。胞间层将细胞粘起,细胞幼时, 呈现柔软。 初生壁 初生璧是细胞增长体积时所形成的壁层,由 相邻细胞分别在胞间层两面沉积壁物质而成。初 生壁的成分是:纤维素、半纤维素、果胶质。 它的特点薄、有弹性、可随细胞的生长而扩 大面积。初生壁一般薄,但有时也局部成显著均 匀增厚。如柿胚乳,成为储藏营养物质,供种子 萌发需要。

次生壁 次生壁是在细胞停止增大体积后,在初 生璧内表面增加后的壁层,次生壁主要成分 为:纤维素,此外还有:木质素。 次生壁厚,一般为5-10μm,质地坚 硬,机械强度大。植物细胞一般有初生壁, 但不都产生次生壁,只有那些在生理上分化 成熟后原生质体消失的细胞,才在分化过程 中产生次生壁,如纤维、导管、管胞等

柿胚乳细胞示厚的初生壁

示次生壁

纹孔

细胞壁形成次生壁时并非全面地增厚。在 一些位置上不沉积次生壁物质,这种未增厚的 区域成为纹孔。相邻两个细胞壁上的纹孔往往 精确地发生,形成纹孔时,纹孔对中间的胞间 层和两侧的初生壁,合称纹孔膜。由次生壁围 成的纹孔腔穴,叫做纹孔腔。 纹孔可以分为: 单纹孔:简单,纹孔口和底同大,纹孔腔 为上下等径,圆筒形。 具缘纹孔:在纹孔腔周围向细胞内延伸。

胞间连丝 胞间连丝是 穿过细胞壁的细 胞质细丝。相邻 细胞一般有胞间 连丝相连,使整 个植物体连成统 一整体,传递物 质和信息,也传 递病毒。

②细胞壁的特化 有些细胞由于在植物体中担负的功能不 同,原生质常分泌一些性质不同的物质,增 加到细胞壁中,或存在于细胞壁的外表面, 使细胞壁的组成物理性质和功能发生变化。 常见特化有:木化、角化、栓化、矿化。

木化 木化指木质素渗透到细胞壁中,加大细 胞壁的硬度,增强细胞的支持力量。

纤维细胞图示木化

角化
角化是指细胞外壁为角质所渗透,在外表 形成膜。为脂类化合物,不透水,但可透光。

夹竹桃叶的横切面,示厚的角质层

栓化
栓化为木栓质(脂类化合物)渗入细胞壁 引起的变化。栓化后,细胞失去透水、通气能 力。原生质体最终解体成为死细胞。

桃茎横切,示木栓层的栓化细胞

矿化 细胞壁渗入矿物质而引起的变化,最常见 的矿物质有碳酸钙和二氧化硅等。矿化能增强 细胞壁的机械强度,提高抗倒伏和抗病虫能力。

水稻等禾本科植物叶表皮有硅质锯齿

植物细胞的后含物

植物细胞在代谢过程中,不仅为 生长分化提供营养物质和能量,同时 还能产生代谢中间产物,贮藏物质和 废物等。这些称为后含物。

1、淀粉 淀粉是植物细胞中最普遍的贮藏物质。贮藏的淀粉常呈 颗粒状,称为淀粉粒。光合作用产生的葡萄糖在叶绿体中聚合 成同化淀粉转成可溶性糖类,运输到造粉体中,由造粉体将它 们再合成为贮藏淀粉。 在淀粉粒中,中间有脐,围绕脐形成许多同心的层次-轮纹。淀粉有单粒、复粒和半复粒。单粒为有一个脐和许多轮 纹围绕。复粒有2个以上脐和各自轮纹。半复粒是在复粒基础张 上外围有共同的轮纹。 淀粉粒主要存在于种子的胚乳,甘薯、萝卜等地下肉质 根。

光镜下的淀粉粒(未染色)

光镜下的淀粉粒(染兰色)

2、蛋白质 贮藏蛋白质以多种形式存在于细胞质中。 禾本科植物籽粒糊粉层中,存在糊粉粒。蓖麻、 油桐的胚乳糊粉粒内,除无定形蛋白质外,还含有蛋 白质拟晶体和非蛋白质的球状体。 3、油和脂肪 植物细胞中,油和 脂肪或多或少都存在,但 通常是存在油料植物种子 或果实中,由造油体合成。 如花生、大豆、油菜的 子叶,蓖麻的胚乳,都含 有大量脂肪,可用苏丹Ⅲ 染色 。

植物含油和脂肪模式图, 人工做的蓖麻种子,含有脂肪的染色层

4、丹宁和色素 丹宁是一类酚类化合物,存在于细胞质、 液泡和细胞壁中,在叶、周皮,维管组织以 及未熟的果肉细胞中。被认为有保护作用。 用刀切开苹果后变黑,证明有单宁。 植物细胞中的色素,除存在于质体中的 叶绿素、类胡萝卜素,还有存在于液泡中的 一类水溶色素,称为花色素苷和黄酮或黄酮 醇,在部分植物的花瓣以及果实细胞中有这 类色素。花色素苷显示出颜色因细胞液的pH 值而异。

5、晶体和硅质小体 在植物细胞内,常可见到各种形状的晶体,晶 体常为草酸钙的,形状多样,常沉积在液泡内。晶 体常认为是排泄的废物。 禾本科、莎草科植物茎,叶表皮细胞内常含 有二氧化硅的晶体。

各种类型的晶体

禾本科含有二氧化硅晶体


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