1、第一章植物细胞的结构与功能细胞是研究生物体生命活动的起点细胞是一切生物结构和功能的基本单位，一个植物是由亿万个细胞组成，相互联系又相互制约的有机整体，研究植物的生命活动规律首先要了解细胞的基本结构，内部发生的各种代谢反应，结构和功能的关系，即生命活动是怎样在细胞中进行的。1. 细胞是一命起源和进化的基本单位（origin and veolution of life）约三十亿年前，地球上由生物小分子聚合形成生物大分子出现超分子复合物，而后出现了原始的原核生物。约二十亿年前，开始有兰藻，固氮菌等，开始进行光合放氧约十五十亿年前，出现原始的真核生物，而后出现多细胞生物，由低等到高等，动物、植物、人，
2、从进化上看，从原核细胞到真核细胞，从单细胞生物到多细胞生物。2. 细胞是生物基本结构单位（structural unit）一个细胞就有了高度的分化，单个细胞就可以成为一个独立的生物。多细胞生物由许多细胞组成，如初生婴儿约有 1012个细胞，无论多高大的树木也都是由一个个细胞有机结合而成的。3. 细胞是生命的基本功能单位（functional unit）细胞有一套完整的代谢装置，能独立完成许多代谢活动，即使高度分化的细胞，也是各司其职，有其独特的生理功能。4细胞是生命全生长发育的基本单位（unit of growth and development）由一个受精卵细胞不断分裂生长分化，可长成一个完
3、整的植株，一个高大的动物。5. 细胞是生物遗传的基本单位（genetic unit）每一个生活的藻壁细胞具有全套的遗传基因信息，在一定条件下可以长成一完整的生物，且完全具有这种生物的特征，细胞分裂时，把遗传信息全套复制，分配在两个子细胞中.总之，细胞虽小，却有复杂，精细的结构，而且是一个自动控制系统，就像一个大工厂，当然细胞之间，细胞和整体和环境之间都是密不可分的。讨论细胞的共性：（1）表面都有生物膜包围，维持相对稳定的内环境。（2）有两种核酸：DNA、RNA，贮存和表达遗传信息（病毒只有其中的一种） 。（3）都有核糖体蛋白质合成， （原核细胞是 70S 的，真核细胞是 80S） 。（4）细胞
4、以一分为二的分裂方式增殖。（5）细胞的各种结构均由生物大分子组成，所有生物体在化学组成上有共同性。地球上最简单的能独立生活的细胞是枝原体，有膜、核酸、核糖体。植物细胞的发现：1665 年 英国学者 Hooke 首次描述植物细胞。软木塞有许多小室，叫 Cell1838 年，1839 年 德国的植物学家 Schleiden 创立 细胞学说（cell theory）动物学家 Schwann此后 生物学家对细胞的结构、功能了解得越来越详细。研究发现 除病毒、类病毒，所有已知的生物体都是由细胞构成的。单细胞生物 细胞是生物体结构和功能的基本单位多细胞生物因此 学习细胞生理的有关知识是了解植物生命活动规律
5、的必要基础。1十七世纪（1665 年）Robert Hook 观察软木塞有许多小室，叫 Cell，他首次把细胞作为有机体的结构单位。21831 年 Brown 在兰科植物的表皮细胞中发现了细胞核31839 年（德）Schleiden 和 schwann 提出的细胞学说（Cell Theory）指出，一切动物和植物皆由细胞组成，它们是依照一定的规律排列在动植物体内。恩格斯认为 19 世纪科学上的三大发现之一， （细胞学说，能量转换和达尔文主义） ，“由于细胞的发现，即发现细胞是一个单位，整个植物体和动物体都是这一单位的繁殖和分化而发育起来的，这一发现不仅使我们相信一切高等生物都是按着一个共同的规
6、律发育和生工的，而且它还指出细胞具有变异的能力，从而说明了引起生物体物种变异的道路，由于这种变异，生物体才能实现一个比起单位的个体发育返重大的过程”41840 年捷 Purkinge 、 1846 年德 Venmohi、1861 年，德 Schultge 观察到细胞的内含物质，叫原生质体（Protoplast）5. 1866 年 Haeckel 质体1883 年 Schimper 叶绿体1897 年 Garnier 描述了内质网1898 年 Bende 线粒体1898 年 Golgi 高尔基体实验技术不断提高，手段日趋先进，对细胞的研究逐渐深入，不仅仅停留在结构上，超微结构上，更多的在功能上研
7、究，而且和胚胎学遗传学等其它学科结合，其内容不断丰富。特别是电镜技术，超速离心，放射自显影，超微量分析，生化，组化，组培，细胞工程等技术的发展，使在细胞，亚细胞，分子水平上的研究飞速发展。研究方法（Research Techniques）1形态结构观察（morphological character and structure）利用各种光学显微镜（普通、相差、偏光、荧光、暗视野、倒置）和电子显微镜（透射、扫描、冰冻蚀刻）等对细胞超微结构进行直接观察，光学的分辨力可达 0.25mm（2500 ） ，电镜的已突破 1（resolving power）随目前电镜朝高分辨力、多功能、易操作、自动化方向
8、发展及应用计算机来控制，就可以使一些细胞内的生化过程在分子形态水平上直接展现，如 RNA 和蛋白质的生物合成等。2生化分析（biochemical analyse）组织化学，细胞化学，免疫细胞化学，显微光谱分析，放射自显影，离心等技术（一般，高速冷冻离心 1-3 万 rpm，超速离心 3 万以上）可对细胞内各种成分进行定量定位测定。3. 生理测定（physiological assay）膜电位，细胞电泳技术等，可了解细胞的许多动态变化。4. 其它实验技术细胞培养与细胞杂交（cell hybzidigation） ，显微操作技术（micromamiulative techmique） ，细胞融合
9、，基因工程改造细胞，染色体分析，单克隆抗体制作，分子杂交技术研究细胞的生长分化， 细胞生物化学，细胞免疫学等。5植物细胞组分的分级分离（cell fractionation）细胞的可溶部分胞质溶胶，可溶性酶类。g（离心力）=1.1110 -5（R）（rmp） 2R=半径，中轴到离心管远端距离，rmp=每分钟转数除分级分离外，还有密度梯度离心（density gradiant cantrifugation）用蔗糖、氯化铯、氯化铷等加入溶剂中，或从 5-10%，-10-60%，不同浓度的蔗溶液分层。分离和纯化各细胞器，细胞中的生的大分子，研究细胞器和各种细胞组分的化学性质和功能，一般分三步进行。（
10、1）匀浆（homogenization）材料放在匀浆溶液中用匀浆器使之间浆化，低温下进行，缓冲、等渗，加抗环血酸或硫醇类保护物质（2）分级离心 fractionation差速离心：不同转速高又离心分离密度梯度离心 用蔗糖或氯化铯在离心管中做成浓度梯度，加入样品，各种颗粒离心溶分在各浓度带上。（3）生化分析第一节 植物细胞的结构与组成一、植物细胞的化学组成水 85-95%蛋白质 7-10%脂类 1-2%核酸： DNA 0.4% RNA 0.7%其它有机物 0.4-1%无机物 1-1.5%可见细胞内水分含量高，是生命活动的最好介质，在干物质中，蛋白质含量最高，正如恩格斯说：“生命是蛋白体存在的形式
11、” 。1. 水（water）水在细胞内需以二种状态存在：自由水细胞内未与细胞组分结合，能自由活动的水，是参与代谢过程的有效水分，它的含量直接影响各种生理生化活动，影响细胞代谢旺盛与否。束缚水与细胞组分紧密结合而不能自由活动的水。是通过水的分子偶极引力而松散地结合在蛋白质分子上，半固定的水。还有一些水分子是通过氢链结结在蛋白质分子之间，这些水是参与了原生质的组成，组成蛋白质分子的每个氨基酸约可吸引 2.6 个水分子。当然，细胞中大部分水是作为溶剂或介质，由于水的一些理化特性如高的比热，汽化热等使细胞能维持一个较稳定的内部生理环境。原生质的含水量和所有生命活动、逆境生理联系，特别是自由水与束缚水含
12、量的变化对于原生质胶体状态起决定性作用，因而直接影响原生质的生理活动。2蛋白质（protein）它是原生质的主要成分，是决定细胞结构及其功能的主要物质，是生命的基础。蛋白质生物大分子特性如下：（1）蛋白质分子的异质性（heterogeneity）它由 20 种氨基酸组成，由其数量，种类，排列顺序的变化则可形成无限多蛋白质分子，这为生命在结构与功能上的千差万别提供了可能。如不同生物来源的细胞色素 C，仅仅是一百多个氨基酸中几个氨基酸的有或无，或排列次序上的稍微差异，说明组成蛋白质结构的氨基酸种类，数量，位置的固定与变异，正是生物的共性与个性在进化中所出现的生化差异，蛋白质分子的多样性就是生物在进
13、化道路上向各自的种类发展的一种反应。（2）蛋白质分子构象（conformation）蛋白质分子都有各自的立体空间结构，这就是蛋白质的构象。蛋白质分子在一定情况下，这种空间的立体结构会发生变化，从而改变了整个分了的性质，这种现象叫变构现象，这是蛋白质表现其生物功能中的一种普遍而又十分重要的现象。如核糖核酸酶是一个球蛋白，必须保持它特定的构象才有活性，如用巯基乙醇处理使-S-S-还原成SH 时，结构松散，酶失去活性，把巯基乙醇透析掉，SH 再氧化成为-S-S-又恢复了其构象，则又有了活性。（3）结合蛋白质（conjugated protein）细胞内常由蛋白质与非蛋白质部分结合形成复合蛋白，这些复
14、合蛋白具有特殊的功能。（a）蛋白质与核酸结合核蛋白（nucleoprotein） ，是核糖体，核仁，染色体的重要组成，在遗传信息的贮存与传递中具有特殊功能。（b）脂蛋白 （lipopiotein）（c）糖蛋白 （glycoprotein）蛋白质与碳水化合物结合在生物体识别中有特殊作用（d）色素蛋白（chromoprotein）蛋白质与色素结合， 叶绿蛋白进行光合作用，与血红素组成过氧化氢酶与 cyt C 结合，在生物氧化中十分重要。蛋白质的这些特性是与生命活动的多样性和复杂性相适应的。3核酸（nucleic acid）由核苷酸组成，分二大类：DNA：A、C、G、TRNA：A、C、G、U每个细胞
15、中 DNA 含量约 10-10010-12克，主要集中在核中，少量在线粒体和叶绿体中。RNA 分三种：rRNA、tRNA、mRNA贮存和传递遗传信息。4脂类（lipoid）（1）真脂：是甘油三酯（triacylglycerols） ，一般是细胞中的贮藏物质（2）磷脂：（Phosphatipid）有极性头部和非极性尾部（亲水基团和疏水基因） ，这样同一分子上两种性质的基因在空间上总是对立分开，定向排列，构成生物膜，形成一较整齐的界面，它对膜的性质及功能起着重要的作用。（3）糖脂和硫脂（glycolipid, sulfolipid）糖脂甘油分子上一个羟基通过糖苷键与一个六碳糖结合。主要是半乳糖。硫
16、脂糖脂分子的六碳糖中又带一个硫酸酯。叶绿体层膜中含大量糖脂和硫脂。5糖类（sugar）重要的三碳糖：甘油醛，二羟丙酮，是 C 代谢的重要中间物。四碳糖：赤藓糖五碳糖：核糖，脱氧核糖核酸组分，木糖，核酮糖，木酮糖。六碳糖：葡萄糖，果糖七碳糖：景天庚酮糖重要的双糖是蔗糖和麦芽糖，蔗糖是糖运输的主要形式：叁糖多糖：淀粉，纤维素，贮藏物和壁成分。代谢物，运输，贮藏，和蛋白质结合的糖蛋白起识别作用，作为信号分子的寡聚糖。6生物大分子（biomacromolecule）的特点（1）由其组成可分二大类单一生物分子组成大分子：如淀粉，纤维素等，结构简单，功能也较普通。非单一生物分子组成：如核酸，结构复杂，生理
17、功能特殊化，执行生命活动的一定功能；（2）生物大分子相互组合，构成结构上，功能上更复杂的超分子复合物（Super molecular complex）如膜结构包括：蛋白质，核酸，脂类，糖。酶复合体包括：蛋白质，维生素等。正是它们的巧妙组装，构成了细胞的生命状态。（3）某些生物大分子在细胞内周转率很高，半衰期短，如核酸仅几秒24 小时（细菌繁殖很快）说明生命代谢的活跃。（4）生物大分子，特别是核酸蛋白质的遗传特性DNARNAProtein具有相当的稳定性和特殊性，保持物种属性。（5）由一些生物大分子在细胞内组成有特殊功能的酶系统，有几亿到几十亿，在细胞内有一定的分布，结构，推动生活细胞所有的生物
18、化学变化有序地进行。从组成细胞的生物大分子的特点（本质和功能上）来认识生命的特点（高级运动形式，复杂，多样，精致，调控适应）一、细胞概述细胞种类 细胞膜：磷脂双分子层和镶嵌蛋白质形态 核酸：RNA 和 RNA结构 各异，基本共同点 核榶体：合成蛋白质的场所功能 分裂方式：一分为二，遗传物质分裂前复制，分裂时均匀分配到两个子细胞中（一） 、原核细胞和真核细胞的区别细胞的进化程度，细胞可分为两大类型：原核细胞（prokaryotic cell）：细菌、蓝藻；支原体、衣原体、立克次体、放线菌等，由原核细胞构成的有机体称为原核生物（prokaryote）原核细胞体积小，直径 0.210m，无典型细胞核
19、，即无核膜将遗传物质与细胞质分开，只有环状 DNA 分子形成的拟核（nucleoid） ，细胞器简单：只有核糖体和类囊体。原核细胞是以无丝分裂（amitosis）方式繁殖真核细胞（eukaryotic cell）：大多数单细胞生物和全部的多细胞生物，由真核细胞构成的有机体为真核生物（eukaryote） 。真核细胞体积大，直径 10100m，细胞结构区域化，即核质被核膜包围，有细胞核、细胞器（cell organelle） 、细胞器间由膜形成的内膜系统。真核细胞的染色体由线状 DNA 和蛋白质组成，细胞分裂以有丝分裂（reduction mitosis）为主。原核细胞 真核细胞大小 小（1-1
20、0mm） 大（10-100mm壁 有壁 有壁核 无核膜、核仁，有裸露的 DNA，不与 RNA 蛋白质结合称拟核有核仁、核膜，几条染色体 DNA 与 RNA蛋白质连在一起。内膜系统 简单，无内质网，高尔基体 复杂，有核膜。内质网和高尔基体细胞器 有核糖体，无其它细胞器 有线粒体、叶绿体、溶酶体细胞骨架 无 有微丝、微管分裂方式 二分体分裂，无有丝分裂 进行有丝分裂光合呼吸 在质膜上进行 光合在叶绿体，呼吸在线粒体体核糖体 70s 80s遗传信息转录在细胞质 转录在核，翻译在细胞质(二)、植物细胞与动物细胞的区别动、植物细胞亚显微结构图总结如下表 细胞壁 （植物细胞特有）细胞膜基质线粒体质体(植物
21、细胞特有)高尔基体内质网中心体(主要存在于动物细胞中)核糖体细胞质 细胞器液泡(植物细胞特有)细胞细胞核高等植物细胞的特点：一株绿色植物中不同组织器官的细胞：大小、形态、细胞器的分化程度、数目等都不相同。对于一个成熟的植物细胞：中央大液泡细胞质细胞核叶绿体线粒体内质网(内连核膜、外接细胞质膜)原生质体：细胞器、细胞基质以及细胞质膜称为原生质体(protoplast)细胞壁胞间连丝：细胞的原生质膜突出，穿过细胞壁与另一个细胞的原生质膜连在一起，构成相邻细胞的管状通道。这就是胞间连丝(protoplasma)细胞核、线粒体和质体具有双层细胞膜(cell membrane)，三者均有各自的遗传物质，
22、都可以进行自我繁殖。线粒体和质体的遗传物质可编码自身所需的部分蛋白质，大部分的蛋白质需要核遗传物质编码，然后在胞质中形成肽链再进入线粒体或质体。有的细胞器，如微管、核榶体，没有膜包裹，有明显的形状，行使独特的生理功能。其余细胞器则以单层膜与细胞质分开。二、原生质的性质原生质是构成细胞的生活物质，是细胞生命活动的基础。原生质成分中水含量最高，蛋白质、核糖、碳水化合物和脂类是有机物质的主体。细胞是植物体进行生命活动的基本单位，细胞生理功能的实现，是与细胞内各种无机和有机小分子、基本生物分子、生物大分子等的特点有关。基本生物大分子(biomolecule)：环境中较简单的无机分子，如 CO2、H 2
23、O、N 2等，经过细胞的同化作用首先形成的单体分子。这些单体分子包括：20 种氨基酸5 种含氮的杂环化合物(嘌呤及嘧啶的衍生物)2 种单糖(葡萄糖和核糖)1 种脂肪酸(棕榈酸)1 种多元醇(甘油)1 种胺类化合物(胆碱)这些基本生物分子可以相互转变，或进一步转变为其它的生物分子，如植物体内已有100 多种氨基酸，但都是组成蛋白质的 20 种氨基酸的衍生物。70 多种单糖都是来源于葡萄糖，多种脂肪酸都是由棕榈酸转变而来。这些单体分子可以聚合成低聚物，甚至生物大分子(biomacromolecule)。不同种类的生物大分子可以聚合成超分子复合体(supermolecular complex)。原生
24、质的化学组成决定原生质具有液体和胶体的特性，同时具有液晶态的特性，在生命活动中起着重要而复杂多变的作用。(一)、原生质的物理特性1、 张力： 原生质中含有大量的水分，使其具有液体的某些性质，如大的表面张力(surfacee tension)。使液体表面有自动收缩到小的趋势，所以没有细胞壁的原生质体呈球形。2、 粘性和弹性：粘性(plasticity)和弹性(elasticity) 原生质的粘性和弹性隨植物生育期和外界环境的改变而发生变化。当粘性增加、代谢活动降低时，植物与外界发生交换的物质减少，抗逆性增加；反之植株生长旺盛，抗逆性减弱。如越冬的休眠芽和成熟的种子粘性大，抗逆性强，而处于旺盛生长
25、和开花期的植物，原生质粘性低，抗逆性弱。原生质的弹性与抗逆也有很大关系：弹性越大，对抗外界机械压力的能力越大，抗逆性越强。 因此原生质粘性大、弹性大的植物，对干旱、低温等不良环境的抗性也强。3、流动性：原生质流动是一种复杂的生理现象，在同一个细胞内，可以观察到不同的细胞器沿相反的方向同时流动，但其机理不太清楚。但可以明确的是：原生质的流动在一定的温度范围内随着温度的升高而加速，而且受呼吸作用的影响，当缺氧或加入呼吸抑制剂时，原生质流动就减慢或停止。在显微镜下就很容易观察到原生质的流动。(二)、原生质的胶体特性胶体(colloid)：是物质的一种分散状态。1100nm 大小的颗粒分散于另一种物质
26、中，就会形成胶体构成原生质的蛋白质、核酸等生物大分子的直径均符合胶粒大小范围，所以其水溶液具有胶体的性质。1. 带电性和亲水性： 原生质胶体主要有蛋白质组成，蛋白质表面的氨基与羧基发生电离，使蛋白质表面形成一层带电荷的吸附层。在此吸附层外又有一层带电量相等，符号相反的扩散层。这样就在原生质胶体颗粒外面开成一个双电层。双电层的存在对于维持胶体的稳定性起重要作用。蛋白质是亲水化合物，在其表面可吸附一层水合膜，此水合膜可以使胶体系统更加稳定。蛋白质是两性电解质，在两性电离状态下，原生质具有缓冲能力，对细胞内代谢有重要作用。当处于其等电点时，蛋白质表面的净电荷为零，溶解度减小。就会破坏原生质胶体的稳定
27、性，降低原生质的粘度、弹性、渗透压以及传导性。植物原生质胶体的等电点通常在 pH4.65.0 之间。2扩大界面： 原生质胶体颗粒的体积虽然大于分子或离子，但其分散度高，比表面积(表面积与体积之比)大。表面积越大，表面能也越大，所以可以在表面吸引很多分子。这就称为吸附作用(absorption)。吸附在细胞生理中有特殊作用，因为它能增强对离子的吸收、使受体与信号分子结合等等。已证明：许多化学反应都在界面上发生。因此细胞内的空间虽小，但其内部界面大，有利于对各种分子和离子的吸附和富集，同时也为新陈代谢过程中各种生化反应扩大场所。3凝胶作用： 胶体有两种存在状态：溶胶(Sol) 凝胶(Gel)溶胶是
28、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，凝胶转变为溶胶的过程称为溶胶作用。引起这种转变的因素主要为温度。温度越低，胶粒动能越小，胶粒部分水膜变薄，胶粒间相互形成网状结构，水分子处于网眼结构的空隙中，这时胶体即呈凝胶状态；温度升高，胶粒动能增大，分子运动速度加快，胶粒间的联系消失，网状结构不再存在，胶粒均匀分布，呈自由活动状态，此时胶体即为溶胶。原生质也存在溶胶和凝胶两种状态。 当原生质处于溶胶状态时，粘性小，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，对不良环境
29、抵抗力高，有利于植物度过逆境。4.吸胀作用：凝胶有强大的吸水力，凝胶吸水膨胀的现象称为吸胀作用(imbibition)。种子就是靠这种吸胀作用在土壤中吸水萌发。(三)、原生质的液晶性质液晶态(Liquid crystalline state)是物质介于固态与液态之间的一种状态，它既有固体结构的规则性，又有液体的流动性；光学性质上象晶体，力学性质上象液体。从微观来看，液晶态是某些特定分子在溶剂中有序排列而成的聚集态。在植物细胞中，有不少分子如磷脂、蛋白质、核酸、叶绿素、类胡萝卜素与多糖等在一定的温度范围内都可以形成液晶态。一些较大的颗粒如核仁、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
30、关。如膜的流动性是生物膜具有液晶特性的缘故：温度过高，膜从液晶态 液态，流动性增大，膜透性增大，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。第二节 细胞壁的结构与功能细胞壁(Cell wall)是植物细胞外围的一层壁，具有一定的弹性和硬度，界定细胞外形和大小。一、细胞壁的组成典型的细胞壁： 胞间层(intercellular layer)初生壁(Primary wall)次生壁(secondary wall)细胞在分裂时，最初形成的一层为细胞板(cell plate)：由果胶质组成。它将两个子细胞分开，这一层就叫胞间层，也叫做中层(middle lamella)。随着
31、子细胞的生长，原生质向外分泌纤维素，纤维素定向交织成网状，后分泌的半纤维素、果胶质及结构蛋白填充在网眼之中，形成质地柔软的初生壁。很多细胞只有初生壁：分生组织细胞、胚乳细胞等；而某些特化的细胞，如纤维细胞、管胞、导管等在生长接近定型时，在初生壁内侧沉积纤维素、木质素等次生壁物质，且层与层之间经纬交错，这一层即为次生壁。次生壁质地的厚薄与形状的差异，分化出不同的细胞，如薄壁细胞、厚壁细胞、石细胞等。二、细胞壁的化学组成细胞壁：多糖(90%)：纤维素，半纤维素和果胶类物质。次生壁中有大量的木质素。蛋白质(10%)酶类脂肪酸1纤维素构成细胞壁的主要成分。100010000 个 -D-葡萄糖残基以 -
32、1,4 糖苷鍵形成无分支的长链MW50000-400000Da 之间-D-葡萄糖残基间形成大量的氢键，相邻分子间的氢键使分子平行地连在一起，这些纤维素分子链具有相同的极性，排列成立体晶格状，称为分子团，也叫微团(micell)。微团组合成微纤丝(microfibril)，微纤丝又组成大纤丝(macrofibril)。因而纤维素的这种结构非常牢固，使细胞壁具有高强度和抗化学降解的能力。2半纤维素半纤维素(hemicellulose)指除纤维素和果胶物质以外的溶于碱的细胞壁多糖类的总称。半纤维素的结构较复杂，在化学结构上与纤维素无关。不同来源的纤维素，组成成分也不尽相同：有的只有一种单糖缩合而成，
33、如聚甘露糖和聚半乳糖；有的有几种单缩合而成，如木聚糖、阿拉伯糖、半乳聚糖等。半纤维素覆盖在微纤丝之上并通过氢键将微纤丝交联成复杂的网络，形成细胞壁内高层次上的结构。3果胶类果胶物质(pectic substances)是由半乳糖醛酸组成的多聚体。胞间层基本上由果物质组成，果胶使相邻的细胞粘合在一起。根据其结合情况及理化性质，又可分为三类：果胶酸、果胶和原果胶。 (1)、果胶酸（pectic acid）：100 个半乳糖醛酸通过 1，4键连接成的直链。水溶性，易与钙形成果胶酸钙的凝胶，主要存在于中层中。（2） 、果胶（pectin）：是半乳糖醛脂及少量的半乳糖醛酸通过1，4糖苷键连接成的长链高分
34、子化合物；MW25kD50kD，每条链含 200 个以上的半乳糖醛酸残基；溶于水，存在于中层和初生壁中，也有存在于细胞质或液泡中。（3） 、原果胶（protopectin）：分子量比果胶酸和要胶高，主要存在于初生壁中。不溶于水，但在稀酸和原果胶酶的作用下转变为可溶性的果胶。果胶物质分子间形成钙桥而成交联成网状结构，作为细胞间的中层起粘合作用，允许水分子自由通过。果胶物质形成的凝胶具有粘性和弹性。钙桥：使细胞壁衬质的流动性降低。酯化程度增大，形成钙桥的机会少，细胞壁的弹性就增加。3、 木质素（lignin）：由苯基丙烷衍生物的单体所构成的聚合物。木本植物成熟的木质部中，木质素占 18%38%主要
35、分布于纤维、导管和管胞中增加细胞壁的抗压强度，如木质化的导管和管胞 木本植物坚硬的茎杆，作为水和无机盐的输导组织。4、 蛋白质与酶：伸展蛋白（extensin）：富含羟脯氨酸，300aa。酶：数十种，多为水解酶类，其余为氧化还原酶类。5、 矿质：Ca 2+，细胞壁为植物细胞最大的钙库钙调素（calmodulin, CaM）在细胞壁中发现。三、细胞壁的形成细胞分裂时 母细胞的赤道板上 不规则排列分泌囊泡（secretory vesicles）from 高尔基体和内质网，富含组成细胞壁的各种糖类 沿着与赤道板垂直方向的微管运动，逐渐整齐地排列成片，形成成膜体（phragmoplast） 。成膜体的
36、囊泡 连接 形成细胞的质膜。囊泡中的内含物 连接 细胞板 中层的雏形。细胞板形成后，高尔基体小泡 造壁物质 释放至质膜外 充实新形成的壁。果胶质和少量纤维素不时地掺入 形成中层 中层两侧有纤维素和半纤维素等物质的沉积 形成质地柔软的初生壁，此时两个子细胞形成。初生壁内侧，纤维素分子定向、分层沉积经纬交错加固，是增强植物体支持能力的重要基础。四、细胞壁的功能1、 持细胞的生长，控制细胞的生长2、 物质运输和信息传递3、 防御与抗性五、胞间边连丝1、 胞间连丝的结构细胞板尚未完全形成时，内质网片段或分支以及部分原生质丝留在尚未合并的成膜体的小囊泡之间，以后便成为两个子细胞的管状联络通道，这种穿越细
37、胞壁、连接相邻细胞原生质（体）的管状通道称为胞间联丝（plasmodesma） 。由于胞间连丝是组织的原生质体具有连续性，因而将由胞间连丝把原生质连成一体的体系称为共质体（symplast） 。而将细胞壁、质膜与细胞壁间的间隙以及细胞间隙等空间称为质外体（apoplast） 。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。胞间连丝 数量、分布与细胞的类型、所处的位置和细胞的生理功能密切相关。2、 胞间连丝的功能 （1） 、物质交换 可溶性物质、生物大分子、细胞核发生胞间运输（2） 、信号传递 物理信号、化学信号第三节 生物膜的结构与功能生物膜（biomembrane） 构成细胞的所有膜的
38、总称。按位置分为： 质膜：原生质膜 内膜（endomembrane）在细胞质中，构成各种细胞器的膜质膜可由内膜转化而来生物膜将细胞区域化有利于酶的催化反应，生物膜的功能多种多样，如物质的代谢、能量转换、信息传递等。一、生物膜的化学组成：真核细胞中，膜结构占整个细胞干重 7080%。生物膜的组成：蛋白质、脂类、糖、无机离子等；其中：蛋白质占 6065%，脂类占 2540%，糖占 5%。蛋白质与脂类的比例，不同的细胞、细胞器或膜层相差较大。但在生物膜中脂类分子比蛋白质分子多，它是以双分子层构成生物膜的基本结构，蛋白质则镶嵌于其中。（一） 、膜蛋白根据蛋白质与膜脂相互作用的方式及其在膜中的排列部位，
39、可将膜蛋白分为两类：外在蛋白（extrinsic protein）：水溶性球蛋白，通过静电、离子鍵等非共价键与膜脂相连，分布在膜的内外表面。内在蛋白(intrinsic protein)：又叫嵌入蛋白或整合蛋白，为水不溶性，分布在脂质双分子层中，有的横跨全膜，称跨膜蛋白（transmembrane protein） ；有的全部埋入疏水区，有的与外在蛋白结合以多酶复合体形式与膜脂结合。最近，新的膜蛋白，即膜脂蛋白，蛋白部分不直接嵌入膜，而是其中的脂肪酸插入脂质双分子层中。生物膜的主要功能就是由膜蛋白来执行的。（二） 、膜脂植物细胞中，生物膜中的脂类主要为复合脂类（complex lipids）
40、。包括：磷脂、糖脂、硫脂等。磷脂（phospholipid）：含有磷酸基的复合脂。植物细胞膜中重要的磷脂属于甘油磷脂：磷脂酰胆碱（卵磷脂，phosphatidylcholine）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂， phosphatidylethanolamine）另外还有：磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine）磷脂酰甘油（phosphatidylglycerol）磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol）等。磷脂分子的结构：疏水基团 疏水尾部亲水基团 极性头部糖脂（glycolipid）： 甘油脂中甘油分子上有一个OH 以糖苷键与一分子六碳糖结合的产物。硫脂（sulpholopi
41、d）：糖脂分子中的六碳糖上又带一个硫酸根基团。糖脂和硫脂也具有极性的头部和尾部。这两种脂类在叶绿体膜中含量多。膜上的脂类都是两性分子，在水相中可自发形成脂双层，即亲水的头部在水相，疏水的尾部朝中央，这就上脂类装配。脂类分子可以横向扩散，很少翻转（不易从一个单分子层转移到另一单分子层） 。脂双层具有自我装配、自我闭合和流动性三大特点，是生物膜理想的基本结构。膜脂上的脂肪酸：饱和脂肪酸不饱和脂肪酯：双键，顺式和反式的互变使不饱和脂肪酸易于弯曲和转动，使膜结构较松散，不僵硬。与植物的抗逆性有关，通常，不饱和脂肪酸的含量和不饱和的程度，决定植物的抗逆程度。（三） 、膜糖生物膜中的糖主要是低聚糖链，分布
42、于质膜的外单分子层。多数与膜蛋白共价结合，少数与膜脂结合，分别形成糖蛋白和糖脂。由于单糖间的结合方式、排列顺序、种类、数量有无分支等的差别，所形成的低聚糖链种类多，因此在细胞表面有多种特异图像，因此细胞间可进行相互识别和交换信息。二、生物膜的结构生物膜的结构有许多假说和模型，介绍两种：（一） 、流动镶嵌模型（fluid mosaic model）1972 年 S.J. Singer and G. Nicolson 提出：液态的脂质双分子层中镶嵌着可移动的蛋白质，内在蛋白嵌合在磷脂双分子层中，内在蛋白及其聚合体可横穿膜层，两端极性部分伸向水相，中间疏水部分与脂肪酸呈疏水结合。外在蛋白与膜两侧的极
43、性部分结合。此模型的特点：膜的不对称性和流动性。不对称性主要是由脂类和蛋白质分布有不对称。膜的流动性包含两个方面：脂类分子是液晶态，可动，可随温度改变，液晶态 液态膜脂双分子层中的蛋白质是流动的，在脂分子层中侧向扩散，不能翻转扩散。保证膜能经受一定程度的形变，不致破裂，使膜中的成分按需要调整或组合，合理分布，有利于表现膜的多种功能，它允许膜互相融合，而不失去膜的通透性。流动镶嵌模型 得到的支持较广泛，但有局限性。（二） 、板块镶嵌模型（plate mosaic model）1977 年，M.K. Gain and White 提出：生物膜脂物质可在环境温度或其它化学成分变化的影响下，或由于膜中
44、同时存在不同的脂质，蛋白质间、蛋白质与脂质间的相互作用，使膜脂的局部经常处于一种“相变”状态，即一部分脂区由液晶态 晶态，而另一部分则由晶态液晶态。因此整个生物膜可看成不经组织结构、不同大小、不同性质、不同流动性、可移动的“板块”所组成，板块间可相互转化。板块镶嵌模型有利于说明膜功能的多样性及调节机制的复杂性，是对流动镶嵌模型的补充和发展。三、生物膜的功能1、 分室作用 细胞与外部环境隔开、细胞内的空间隔开，使细胞内部区域化(compartmentation)。即形成各种细胞器，从而使细胞的代谢活动“按室进行” 。各区域内有特定的 pH、电位、离子强度和酶系等。同时由于内膜系统的存在，又将各细
45、胞器联系起来，共同完成各种连续的生理生化反应，如光呼吸过程则由叶绿体、过氧化物体和线粒体三者协同完成的。2、 代谢反应的场所 细胞内许多生理生化过程在膜上有序进行。如光合作用的光能吸收，电子传递和光合磷酸化、呼吸作用的电子传递及氧化磷酸化过程分别在叶绿体的光合膜和线粒体内膜上进行的。3、 物质交换 生物膜具有选择透性，可控制膜内外的物质交换。如质膜可通过扩散、离子通道、主动运输及内吞外排等方式控制物质进出细胞。细胞器上的膜也能以类似的方式进行小范围的物质交换。4、 识别功能 质膜上的多糖链 外表面，它象“触角”一样能识别外界物质，可接受外界的某种刺激或信号，使细胞作出相应的反应。如花粉与柱头的
46、识别，且膜上存在多种受体（receptor） ，能感应刺激、传导信息、调控代谢。第四节 植物细胞亚微结构与功能一、细胞核细胞核是遗传与代谢的调控中心，除成熟的筛管细胞外，所有活的植物细胞都有细胞核，其形状和大小因物种和细胞类型有较大差别，分生组织细胞的核呈圆球状，已分化的细胞，因有中央大液泡，核呈扁平状，并帖近质膜。（一） 、核的化学组成主要由核酸和蛋白质组成，并有少量的脂类和无机离子。核酸：DNA、RNA核中的蛋白质：碱性蛋白：精氨酸和赖氨酸，不含色氨酸，本身带正电，与带负电的 DNA 双螺旋结合，如染色质。与碱性蛋白结合的 DNA 不能行使转录功能。酸性蛋白：带负电，富含天门冬氨酸和谷氨酸
47、，还含色氨酸，它可解除碱性蛋白对基因的阻遏作用，这种调控具有组织特异性。（二） 、核的结构和功能处于分裂间期的细胞核：核膜、染色体、核基质和核仁四部分。1 核膜（nuclear membrane）：两层单位膜组成，外膜与内质网相连。核膜将核与胞质分开，核膜上有核孔（nuclear pore） ，核孔是由蛋白质构成的复杂结构，叫核孔复合体，它是核、质进行物质、信息交换的主要通道。2 染色质： 染色质被碱性染料着色的物质，是真核细胞在间期核中的 DNA、碱性蛋白、酸性蛋白及少量 RNA 共同组成的线状复合体。在细胞分裂前，DNA 与组蛋白结合，并多次盘绕、卷曲、折叠形成染色体（chromosome
48、） 。染色质与染色体是在细胞周期不同阶段可以互相转变的形态结构。碱性蛋白与 DNA 形成染色质的基本结构单位 核小体（nucleosome） 。每个核小体包含 200bp 的 DNA 片断和 8 个组蛋白分子（即碱性蛋白） 。在核小体的结构中，8 分子组蛋白形成紧凑的小圆，DNA 缠绕其上，各个核小体由一段 DNA 片断（称作连接线）和一个组蛋白相连。整个 DNA 分子就由多个核小体形成念珠状链。核小体念珠状链进一步盘旋、折叠形成染色单体（chromatid）和染色体。从 DNA 到形成染色体的过程中，其长度被压缩了 8001000 倍。3 核基质（nuclear matrix）：间期细胞核内
49、，染色质和核仁之外的非染色或染色很浅的基质。基质呈凝胶态时，称核质（nucleoplasm）基质呈液态时，称核液（karyolymph）主要为核内提供稳定的环境，为核内物质的运输和可溶性代谢产物提供必要的介质。4 核仁（nucleolus）：细胞核内有一至几个核仁，无界膜包围，电镜下可分出颗粒区和纤维区。核仁随细胞分裂周期有消失和重建的过程，核仁可合成rRNA 和蛋白质。总之，细胞核是一命遗传物质 DNA 的存在与复制的场所，它控制着基因表达、生物遗传、调控细胞代谢与生长发育。二、叶绿体与线粒体叶绿体（chloroplast）植物细胞内两类能量转换细胞器，都为封闭的双层膜结构。线粒体（mitochondria）（一） 、质体和叶绿体质体（plastid）由前质体（proplastid）分化发育而成，主要有：淀粉体（amyloplast）：合成和分解淀粉叶绿体：含有叶绿素等色素，光合作用的细胞器杂色体：因所含色素不同而呈现不同的颜色，存在于花瓣、果实和根中。不同的质体间可相互转化（二） 、线粒体进行呼吸作用的细胞器，呈球状
