1、植物学,教材,1. 植物生物学,周云龙主编,高等教育出版社 2. 植物学，陆时万、徐祥生主编，高等教育出版社,第一节 植物与植物生物学,绪言,植物与其它生物最主要的区别：,植物与其它生物最主要的区别：,1. 具有细胞壁 2. 植物含有叶绿素，可以进行光合作用。 3. 固着生活 4. 植物体内通常保留着有永久的分生组织，在植物个体发育过程中，可以一直不断地分裂、生长、分化。,第二节 植物在生物分界中的地位,林奈的两界系统 海克尔的三界系统 魏泰克的四界、五界系统,植物在生物分界中的地位,两界：植物界、动物界 三界：+原生生物界 四界：+原核生物界 五界：+真菌界,第一章 植物细胞与组织,第一节
2、植物细胞的结构 第二节 植物细胞的分裂、分化和死亡 第三节 植物组织,第一节 植物细胞的结构,一、概述1. 植物细胞的基本概念在自然界，存在各种各样的美丽植物，有大树、小草，千姿百态，这成千上万种植物在显微镜下，都可以看到是细胞构成的。细胞不仅是植物结构单位，也是功能单位。,2. 显微镜的历史,罗伯特胡克制造的显微镜（1665）,罗伯特胡克观察 到的细胞,1665,列文虎克和他的显微镜（约1680）,列文虎克观察到的“小动物”,3. 细胞学说 德国植物学家Schleiden和动物学家Schwan于1838年提出细胞学说。 细胞学说内容： A 植物和动物的组织由细胞构成; B 所有的细胞由细胞分
3、裂或融合而成;,20世纪三十、四十年代,电子显微镜研制成功,放大倍数从光镜的1200倍扩大到几十万倍。,扫描式电子显微镜SEM,透射式电子显微镜TEM,人们借助电子显微镜，在自然界中发现了比细胞更简单的生命有机体病毒。病毒是目前已知的最小的生命单位,它们只是由蛋白质外壳包围遗传物质核酸所组成。,二、植物细胞的形态结构,（一）植物细胞的形态,不同植物其细胞的大小不同，西瓜瓤细胞直径约1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。,（二）植物细胞的基本结构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。显微结构(microscopic structu
4、re)：由细胞壁和原生质体构成，后者又由质膜(plasmalemma)、细胞质（cytoplasm）和细胞核（nucleus）构成。亚显微结构(submicroscopic structure)：在电子显微镜下显示的细胞结构称为亚显微结构或超微结构。,细胞结构全图,1. 细胞壁植物细胞区别于动物细胞的特征之一, 是植物细胞特有的结构。,(1) 细胞壁的化学成分主要成分：多糖和蛋白质（结构蛋白等）；其它：角质、栓质、木质素、矿物质。多糖主要是纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicellulose)和果胶类化合物。,(2) 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
5、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(intercellular layer)：果胶为主 初生壁(primary wall)：纤维素，半纤维素和果胶次生壁(secondary wall)：纤维素为主，常常含有木质，少量半纤维素除此以外细胞壁上还有纹孔和胞间连丝。,A.初生壁、初生纹孔场和胞间连丝植物细胞初生壁的厚薄不均匀，有的地方厚些，有的地方薄些。初生纹孔场(primary pit field)： 在初生壁上具有一些明显的凹陷区域。胞间连丝(plasmodesmata)是穿过细胞壁，沟通相邻细胞的原生质细丝。,B次生壁与纹孔、纹孔对植物细胞的次生壁不是完全连续的，有的
6、地方有中断，使得次生壁上有一些“小孔”：纹孔(pit) 纹孔对(pit pair) 细胞壁上的纹孔通常与相邻细胞壁上的一个纹孔相对，二个相对的纹孔合称纹孔对。单纹孔，具缘纹孔,C. 细胞壁的亚显微结构大纤丝(macrofibril)： 微纤丝(microfibril)：基本单位 微团(micelle)： 纤维素分子,(3) 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。,2. 细胞膜 生活在细胞原生质外表，都有一层膜包围，称为细胞膜（cell m
7、embrane）或质膜（plasma membrane）。 质膜横断面在电镜下呈现“暗-明-暗”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。,电镜下膜结构图,流体镶嵌模型,质膜亚显微结构立体模式图,细胞膜的结构特点：流动性； 细胞膜的功能特点：选择透过性。功能：物质交换；细胞识别；信号传递等。,3. 细胞质 位于细胞膜和细胞核之间，可分为细胞基质和细胞器。细胞质基质是包围细胞器的细胞质部分。,细胞骨架 三类蛋白质纤维：微管、微丝(microfilament)和中间纤维共同构成细胞的支架，维持细胞的形状。此外： 微管还参与细胞壁的形成和生长；微丝还与支持和网络各类细胞器以及
8、细胞的运动有关； 中间纤维还具有信息功能。,细胞骨架,微管：宽约24nm的中空长管状纤维。 微丝：实心的纤维，宽约4-7nm。 中间纤维：一类直径介于微管与微丝之间（8-11nm）的中空管状纤维。,4. 细 胞 核 为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。,(1) 细胞核的形态各种细胞内都有细胞核，其形态多种多样。,(2) 结构与功能细胞核的结构，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(nucleolus)和核质。核膜为双层膜，上有核孔。核仁常有一个或几个，是细胞内形成核蛋白亚体的部位。,（三）植物细胞的后含物后含物(er
9、gastic substance)：植物细胞中的贮藏物质和代谢产物。常见的后含物有：淀粉、脂肪、蛋白质。,1. 淀 粉贮藏的淀粉呈颗粒状，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。,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
10、菜的子叶，蓖麻的胚乳，都含有大量脂肪，可用苏丹染色。,植物含油和脂肪模式图， 人工蓖麻种子，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，丹宁具有保护作用。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。花色素苷显示出的颜色因细胞液的pH值而异。,5. 晶体和硅质小体晶体常为草酸钙，形状多样，常沉积在液泡内。晶体被认为是排泄的废物。禾本科的植物茎、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,第二节 植物细胞的分裂、分
11、化和死亡,一、细胞分裂植物细胞通过分裂进行繁殖。繁殖是生物或细胞形成新个体或新细胞的过程。植物细胞的分裂包括无丝分裂、有丝分裂和减数分裂等不同的方式。,1细胞周期 (cell cycle)持续分裂的细胞，从一次分裂结束到下一次分裂完成为止的整个过程，称为细胞周期。细胞周期可分为DNA合成前期（G1期），DNA合成期（S期），DNA合成后期或有丝分裂准备期（G2期），分裂期。,从增殖的角度，细胞分为三种状态：,周期细胞 细胞周期中运转的细胞，如分生组织细胞;G0期细胞 暂时脱离细胞周期的细胞，适当刺激即可重新进入细胞周期，进行增殖;终端分化细胞 不可逆的脱离细胞周期的细胞，已丧失分化能力，保持生
12、理机能。,2有丝分裂 (mitosis)有丝分裂，它是一种最普遍而常见的分裂方式。有丝分裂为连续分裂，一般分为核分裂和胞质分裂。,3无丝分裂 (amitosis) 无丝分裂，是指间期核不经任何有丝分裂时期，直接分裂，形成两个子细胞。,特点：细胞分裂时，核内不出现染色体。不能保证遗传的稳定性。分裂方式： 横缢式分裂最为常见。 意义： 普遍存在的一种细胞分裂方式，其意义仍在探讨中。,4减数分裂 (meiosis) （1）概念由来： 在减数分裂过程中，细胞连续分裂两次，但染色体只复制一次，因而，同一母细胞分裂成4个，子细胞的染色体数只有母细胞的一半。在种子植物中，减数分裂发生在花粉母细胞形成单核花粉
13、粒（小孢子）和胚囊母细胞形成单核胚囊（大孢子）时期。,（2）减数分裂过程,减数分裂前期 细线期(leptotene): 染色质螺旋卷曲，出现细丝状。偶线期(zygotene): 同源染色体两两配对联会。粗线期(pachytene): 染色体缩短变粗。双线期(diplotene): 联会的同源染色体开始分离。终变期(diakinesis): 染色体缩至最小长度，纺锤丝出现。,中期：染色体排列在赤道面上，纺缍体形成。 后期：每对同源染色体分开，分别进入细胞两极， 两极的染色体数目只有原来的一半。 末期：染色体解螺旋变为染色质，核膜出现，赤道面形成细胞板，将母细胞一分为二，二分体 形成。,从减数分裂
14、到减数分裂，细胞没有进行DNA复制，不存在间期或极短的间期，便进入减数分裂。减数分裂实际是一次普通的有丝分裂。最终形成4个单倍体的子细胞。,（3）减数分裂的意义：可保持遗传的稳定性、丰富遗传的变异性。精、卵细胞结合形成合子，恢复了二倍体；同时，由于同源染色体的联会与交叉，使遗传物质发生交换与重组，提供了新的变异。,二、植物细胞生长与分化1植物细胞的生长概念：细胞生长指细胞体积的增长包括细胞纵向的延长和横向的扩展。,2. 细胞分化(cell differentiation) （1）概念个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能上发生改变的过程称为细胞分化。,（2）植物细胞的全能性（totipoten
15、cy）指植物体的每一个活细胞都有一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力。,（3）细胞分化的意义细胞功能趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。分化是进化的表现。,三、细胞死亡 （一）细胞死亡的两种形式 1. 坏死性死亡（necrosis） 由于某些外界因素，如物理、化学损伤和生物侵袭造成的非正常死亡。 2. 细胞凋亡（apoptosis） 又称细胞编程性死亡（programmed cell death）。细胞在一定生理或病理条件下，遵循自身的程序，主动结束其生命的过程。,（二）细胞凋亡的特征 1. 产生核酸内切酶，凝胶电泳检测呈现DNA梯状条带； 2. 染色质凝集于核膜边缘； 3.
16、 核皱缩变形，继而核裂解成膜围绕的碎片； 4. 细胞质浓缩； 5. 内质网膨胀成泡状； 6. 线粒体衰退较晚； 7. 细胞质和细胞器的自溶作用表现强烈。,第三节 植物组织,植物组织,1. 组织 定义、分类 2. 器官 定义、分类,植物组织的类型： 1、分生组织(meristematic tissue) 2、成熟组织(mature tissue)保护组织 基本组织 机械组织 输导组织 分泌结构,顶端分生组织,侧生分生组织,居间分生组织,1、 顶端分生组织 顶端分生组织存在于根尖和茎尖的分生区部位，由短轴或近于等径的胚性细胞构成，细胞排列紧密，能较长时期地保持旺盛的分裂能力。,2、 侧分生组织 侧
17、分生组织包括维管形成层和木栓形成层，它分布于植物体的周围，平行排列于所在器官的边缘。侧分生组织细胞的形状为长轴形和等径状，其功能是使植物体变粗。,3、 居间分生组织居间分生组织分布于成熟组织之间，进行一段时间的分裂活动后失去分裂能力，完全分化为成熟组织。例如，水稻、小麦的节间基部都有居间分生组织存在。 也可根据来源将分生组织分为原分生组织、初生分生组织和次生分生组织三类。,成熟组织(permanent),分生组织衍生的大部分细胞，逐渐丧失分裂能力，进一步生长和分化，形成的其它各种组织。 按功能分为： 保护组织(protective tissue) 基本组织(parenchyma) 机械组织(m
18、echianical tissue) 输导组织(conducting tissue) 分泌结构(secretory tissue),保护组织,覆盖于植物体表起保护作用，包括表皮(epidermis)和周皮(periderm). 表皮：幼嫩部分的表皮层细胞。一层板状细胞，排列紧密，无细胞间隙（除气孔外）,保护组织表皮,表皮外常覆盖有角质膜。角质和蜡质 角质膜角质和纤维素,次生保护组织周皮,存在于加粗生长的根和茎的表面。木栓层 木栓形成层 周皮栓内层 皮孔(lentical):周皮上的通气结构,周皮是次生分生组织形成的，它由木栓层、木栓形成层和栓内层组成。,薄壁组织(parenchyma)也称基本
19、组织(ground tissue),进行各种代谢活动的主要组织。 具薄的细胞壁，较少特化，细胞常呈等径的多面体，具生活的原生质体，具有限的分裂能力。具发达的细胞间隙。,薄壁组织,同化组织 贮藏组织 贮水组织 通气组织,薄壁组织传递细胞(transfer cell),细胞壁具有内突生长，与物质迅速传递密切相关的一类特化的薄壁细胞。,机械组织,厚角组织(collenchyma):细胞的初生壁具不均匀的增厚。在细胞的角隔上增厚特别明显。故称厚角组织。 化学成分：纤维素、果胶和半纤维素。 具生活的原生体，具分裂潜能。 分布于茎、叶柄、叶片和花柄等部位的表皮下，连续成筒或分离成束。生长茎和叶的支持组织。
20、,厚壁组织,具均匀增厚的、常木质化的次生壁，成熟后原生质体死亡。石细胞(sclereid or stone cell) 纤维(fiber),输导组织,木质部(xylem):运输水分和无机盐。韧皮部(phloem)：运输有机营养。,木质部,导管 管胞 木纤维 木薄壁细胞,木质部,导管(vessel):许多导管分子纵向连接成细胞列，通过穿插孔直接沟通，这样的导管分子连称为导管。 环纹导管 螺纹导管 梯纹导管 网纹导管 孔纹导管,韧皮部,筛管 伴胞 韧皮纤维 韧皮薄壁细胞,输导组织韧皮部,组成分子：筛管分子(sieve-tube element)和筛胞(sieve cell)、伴胞(companio
21、n cell) 、薄壁细胞和纤维。 筛管分子：只具初生壁，主要成分为果胶和纤维素。端壁具筛孔，该端壁称为筛板(sieve plate), 上下邻接的筛管分子的原生质体通过筛孔密切相连。 筛域(sieve area)：筛分子的细胞壁上簇生小孔的区域。 筛管：筛管分子通过筛板连接成纵向的细胞行列。 胼胝质(cellose)：分布于联络索周围的葡聚糖。,输导组织韧皮部,筛管分子具生活的原生质体，缺乏细胞核，成熟时液泡膜破裂。细胞膜、内质网、线粒体、质体存在。但缺乏核糖体、高尔基体、微管和细胞核。 P-蛋白：成熟筛管分子中沿细胞壁分布并通过筛域或筛板上的筛孔的蛋白质体系。,分泌结构,腺毛 树脂道 乳汁管 分泌腔 油细胞,
