1.本章重点::是真核细胞的一般结构及植物细胞的后含物。细胞壁和细胞后含物是植物细胞独有的构造,对其结构和化学组成应重点掌握。
2.本章难点:植物细胞分裂、分化及植物体生长、发育概念的把握,以及这四个概念之间的关系;植物细胞有丝分裂各时期的特点和植物细胞所处分裂期的判断。
1)掌握真核植物细胞的一般构造、细胞壁的基本构造及化学组成、细胞膜的结构及特点、细胞质的结构及细胞器的种类及功能、细胞核的结构和功能。
2)正确辨别植物细胞分裂、分化的特点;植物细胞有丝分裂的过程及各时期的细胞形态特征;搞清植物体生长、发育的内因。
3)了解细胞学说的基本内容;真核和原核细胞,动物和植物细胞之间的区别。
德国植物学家施莱登(1838)和动物学家施旺(1839)共同提出了细胞学说,细胞学说被称为十九世纪自然科学的三大发现之一。
受精现象(1875)、动植物细胞有丝分裂(1880)、动植物减数分裂(1883、1886)、植物受精现象(1888)、线粒体( 1894 )、高尔基体( 1898 )、被子植物双受精现象相继发现。
1900年 孟德尔遗传定律的(重新)发现(1865)
1924年 孚尔根等首次介绍了DNA反应的方法。
1934年 本斯米等用超速离心机将细胞内线粒体分离出来。
1953年,DNA双螺旋结构的模型发现,奠定了分子生物学基础。
1961年,通过尼伦堡等人的研究,确立了每一种氨基酸的“密码”。
DNA双螺旋结构的阐明被认为是20世纪以来自然科学的重大突破之一,使细胞的研究进入一个新的现代细胞学阶段,使细胞的研究从超微水平发展到分子水平阶段,并相应产生许多新兴分枝学科如细胞分子生物学,细胞工程学以及带有综合特点的细胞生物学等。分子水平的研究,目的是认识讨论生命活动的本质和规律,从单纯观察发展到用实验方法来研究细胞,使人类进入有目的的改造细胞的阶段
游离的生长在疏松组织中的细胞---球形、椭圆形 (皮层细胞、髓);
起保护作用的细胞--- 多面体,彼此嵌合紧密(表皮细胞);
起支持和疏导作用的细胞---圆柱形、纺锤形(韧皮部、木质部细胞)。
高等植物细胞直径:数μm—数十个μm,多数15—30 μm。
最小细胞,如枝原体,直径0.1—0.15 μm。
少数大细胞,如番茄果肉、西瓜瓤细胞直径可达1mm,肉眼可见,最长的棉花纤维细胞长可达650mm。
(3)细胞质内无内质网、线粒体、高尔基体等细胞器的分化。
(4)细胞质内有游离的质粒(plasmid),是裸露的核外DNA,可遗传。
枝原体、细菌、放线菌、蓝藻等低等植物由原核细胞构成。
(1)大小:比细菌小,比Pr大,介于100—3000Å之间。
(4)生活方式:不能在非生命物质上生长而需在活的有机体上生存,能感染细菌、动物和植物形成动植物病害。
因此,病毒是简单原始的生命形式,细胞是生物有机体发展到一定阶段的产物。
(一)原生质protoplasm —泛指细胞内有生命的物质,是细胞结构和生命活动的物质基础。(组成成分,名称)
一般旺盛生长的幼苗及嫩叶中含水量较高,(60-90%),衰老的叶子含水量低,休眠种子含水量最低,只占鲜重的10—14 %。
组成:Pr是以氨基酸为单位构成的长链分子,分子量很大,可从五千到百万以上。
②酶Pr:催化作用(专化性 、高效性、多样性:植物中有2000多种)
组成:由小分子的单位一核苷酸相连形成的长链分子,
两种类型:脱氧核糖核酸 (DNA):分布于细胞核中
包括一大类不溶于水而溶于有机溶剂的脂肪性物质,如油、脂肪、磷脂、蜡、角质、栓质和固醇等,它们都是长链化合物,但分子链比核酸短的多。
②形成角质、木栓质、蜡,参与细胞壁形成(脂类具疏水性,不透水)。
类型:单糖:核糖(五碳糖)、脱氧核糖(五碳糖)、葡萄糖(六碳糖)
(6)其它生理活动物质:酶 、维生素、 激素、抗菌素
大量元素:C、H、O、N占植物鲜重大,约99%以上,另外还有K、P、Ca、S、Fe等
微量元素:B、Cu、Mn、Zn、Na、Cl等十几种
(1)无色半透明半流动状态的粘稠液体,比重比水大。
(3)原生质胶粒带有电荷,它使原生质具很大的吸水力及对物质的吸附作用, 如胶体破坏,原生质也就丧失活性,失去生命特性。
具有生命现象,即具新陈代谢的能力(同化--光和;异化--呼吸)。
——指活细胞中细胞壁以内各种结构的总称(结构名称)。
1、质膜(plasmalemma;plasma membrane)
A、主要成分:磷脂(55—57%)和蛋白质,厚约80Å
(1)使细胞与外环境隔离,保持相对稳定的细胞内环境;
2、胞基质(cytoplasmic matrix)
A、定义:在电子显微镜下,看不出特殊结构的细胞质部分称胞基质。
B、主要成分:水、无机盐等小分子;脂类、糖类、氨基酸、核苷酸等中等分子;Pr、脂蛋白、RNA、多酶等生物大分子。
C、在生活的细胞中,胞基质做有规律的持续流动:1)转动式运动2)循环式运动
3、细胞器(organelle):细胞质基质内具有一定形态、结构和功能的小单位 。
绿色植物特有的一类合成或积累同化产物的细胞器,被双层膜,由前质体(ptoplastid )发育而来。
A、白色体(leucoplast ):不含色素,多存在于幼嫩细胞、贮藏组织和一些植物表皮中,并根据贮藏物质的不同分为造粉体(amyloplast)造油体(elaioplast)和造蛋白体
B、有色体(chromoplast):内含大量胡萝卜素和叶绿素而呈现黄、红或橙色,这类质体常存在于花瓣、果实或一些植物的根(胡萝卜)中。
C、叶绿体(chloroplast):存在于植物绿色的薄壁细胞中、主要是叶肉细胞中。所含数量因细胞而异,从十多个到数百枚不等。
胡萝卜素(橙黄)、叶绿素(黄) 这些色素都分布在内部片层上。
结构:叶绿体呈球形、卵形,其内有基粒(granum)及基质(stroma 或matrix)片层
功能:(1)光合作用(2)合成自身的DNA、RNA、Pr(3)酶集中的场所
功能:进行呼吸作用,是细胞的“动力厂”,含自身的DNA,能独立合成Pr。
3)、内质网(endoplasmic reticulum)
结构:以各种形状沿伸、扩展,形成各种管、泡、腔交织的复杂网状管道系统。
粗面内质网:膜表面附着许多核糖体小颗粒,合成Pr酶。
功能:(1)合成、包装和运输一切代谢产物、Pr酶、脂类、糖;
(3)提供细胞空间的支持骨架、增加细胞的表面积;
(4)通过胞间连丝中内质网的活动,保持细胞间的联系。
4)、高尔基体(dictyosome或Golgi-body )
结构:由一叠由单层膜围成的扁囊组成,扁囊边缘收缩形成膜质小泡,通过缢缩断裂,小泡从扁囊上脱离下来。
结构:由一单层膜组成,膜内含有多种水解酶,以酸性磷酸酶为特有的酶。
功能:(1)消化作用;(2)自身吞噬;(3)自溶作用。
结构:由一单层膜组成,膜内除含水解酶外,还有脂肪酶
(1)过氧化物酶体(peroxisome):高等植物叶肉细胞中,与叶绿体、线粒体配合,参与乙醇酸循环,把乙醇酸转化为己糖(光呼吸)。
(2)乙醛酸循环体(glyoxysome):油粒种子萌发时,与圆球体、线粒体配合,把储存的脂肪转化为糖类。
微管microtubule:微管Pr围成直径20-30nm的长管结构。
组 微丝microfilaments:由肌动Pr和肌球Pr组成的直径约为5-6nm的细长丝。
成 中间纤维intermediate fiber:直径约10nm。
微梁microtrabeculae:直径3-5nm的很细很短的纤维。
功能:形成错综复杂的立体网络系统,共同起着细胞支架以及连接细胞内各种结构,使其能执行各自的功能。
核膜 (nuclear membrane):双层膜,上有核孔
核仁(nucleolus):呈小球体,折光性强,是RNA与某些Pr合成的基地,是装配核糖
核质 (nucleoplasm) 染色体(chromosome)
核液(nucleochylema):核内无明显结构的基质
三、后含物(内含物)(ergastic substance)
定义:细胞生长过程中,原生质体不断进行新陈代谢活动产生的各种代谢产物,叫后含物。是一些非原生质、无生命的有机或无机物质。
类型:就其存在的部位来讲:有的存在于细胞液(cell sap)中;
就其对细胞生命过程中的作用来讲:贮藏的营养物质
细胞内含物的种类和含量随植物种类、部位、生长发育时期和环境条件不同而异。
A、淀粉粒(starch grain):一般由造粉体转化而成,围绕一至多个脐形成轮纹。不同植物淀粉粒形状不同,可作为商品检验和生药鉴定的依据。
糊粉粒(aleurone grain)(无定形) 胡桃、花生、大豆、蓖麻种子中含量多。
C、脂类:高能量贮藏物质,以油滴状态存在于细胞质中,遇苏丹III滴染立即呈现橙黄或桔红色。
2、生理活动物质:酶、维生素(vitamin)、植物激素(Hormone)
功能:保证cell内一切生化反应正常进行,调节控制植物
植物激素:生长素、赤霉素、细胞分裂素 (促进生长发育)
B、有机酸:草酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸等,如果实酸味。
单宁(tannin) :一种缺 N的有机化合物,有涩味,遇铁盐呈现蓝色以至黑色,可用于制革、防腐、印染、医药、钻井等方面。
D、精油:挥发性芳香物质,是一种烃,具杀菌作用,可制香水。
E、类黄酮(flavonoid):花色素、黄酮醇和查耳酮与植物颜色有密切关系。花色素常见的有花青素(cyanidin)、花翠素、花葵素等。
花青素:植物体内普遍存在,通常溶解在细胞液中。花青素的颜色与细胞液的PH值有关,酸→红,中→紫,碱→蓝。
F、植物碱:一种含 N的有机化合物,种类很多(6000),因植物种类不同而异。咖啡、茶叶→咖啡碱;烟草→烟碱;罂粟→罂粟碱;黄莲素、三棵针牙膏→小檗碱,半夏、乌头→半夏碱(哑药),许多植物碱是重要的医药。
G、无机盐类和结晶体:有的呈溶解态,有的呈结晶体,如草酸钙结晶
四、细胞壁cell wall:包围在植物细胞原生质体外面的一个坚韧的外壳
3)有Pr,参与细胞生长、调控,细胞识别等生理活动。
组成:1.纤维素2.半纤维素3.果胶多糖4.蛋白质:占细胞壁干重的5%-10%
5.细胞壁的其他化学成分:木质、角质、栓质、矿质等。
1、胞间层(intercellular layer)(中层):主要成分为果胶质
3、次生壁(secondary wall):分内、中、外三层
4、纹孔(pit):细胞壁增厚时,并非全面均匀增厚,其中常留有不增厚的部分称纹孔。实际上并非真正的孔,而是一些薄壁的区域。
类型:具缘纹孔(bordered pit)、单纹孔(simple pit)、半具缘纹孔(half
5、胞间连丝(plasmodesmata):是连接相邻两个植物细胞的细胞器,是植物细胞间物质和信息交流的直接通道,行使水分、营养物质、小的信号分子以及大分子的胞间运输功能。
微纤丝(microfibril)——电镜下能够观察到的纤维状细丝。
光镜下可见在次生壁的外、中、内三层中,微纤丝的排列方向互不一致,增加了细胞壁的坚固性。
A、木化(lignifacation):+木质(亲水性物质)加强机械支持作用,可透水。例:导管、管胞、木纤维。
B、角化(cutinication):+角质(脂类化合物)不易透水,多为表皮cell,防止水分过度蒸腾和微生物的侵袭。同时角质还在表皮细胞外堆积成层,叫角质层(cuticle)。
C、栓化(suberization):+栓质(脂类化合物)富于弹性,如软木塞。不透水透气,多为死细胞。一般分布在植物茎、秆、枝及老根的外层,以防止水分蒸腾,保护细胞受恶劣条件的侵袭。
D、矿化:+矿质(Ca、SiO2)多见于茎、叶的表皮细胞。矿化细胞硬度大,增加植物的支持力,并保护植物不受动物的侵害,如甜秆表皮细胞。
有分裂能力的细胞,从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的一个完整过程。
典型的细胞周期可包括间期和细胞分裂期(mitosis)两部分
间期包括一个DNA合成期(S期synthesis)及S期前后两个间隙期(G1期gap1,G2期gap2)。
有丝分裂是一个连续的过程,根据染色体形态的变化特征可分为前期(prophase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和末期(telophase)。
特点:在间期每个染色体复制成两条相同的染色单体,在分裂时有规律地分配到两个子细胞核中。
三、减数分裂(meiosis):高等植物中发生在大、小孢子形成时期(单核胚囊和单核花粉粒形成时期)包括两次连续的分裂,其中DNA只复制一次,染色体仅仅分裂一次,经过分裂形成4个子细胞,每个子细胞染色体数目比母细胞减少一半。
1、细线期:diakinesis 2、偶线期:diplotene 3、粗线期pachytene 4、双线期diplotene 5、终变期diakinesis
前期II、中期II、后期II、末期II:减数分裂和有丝分裂的比较
细胞进行无丝分裂时,核仁先行分裂,继而细胞核延长并缢裂成两部分,接着细胞质也拉长并分裂,形成两个子细胞。整个过程看不到染色体的变化。无丝分裂还有出芽、碎裂等不同方式。
1.植物细胞的初生壁和次生壁有何区别,在各种细胞是否都存在?
1.本章重点:是组织的基本概念和不同组织种类的区别,分生组织、成熟组织、复合组织、组织系统的特征及它们之间的关系。
2.本章难点:维管束的种类及对不同维管束类型的判断,不同维管束的组织构成特点及空间排列形式。
3.基本要求:熟练掌握植物组织的概念;组织的分类和各类组织的结构特点;搞清各类组织在植物体中的分布。
(一)细胞生长:细胞体积和重量的增长。受遗传因子的控制,也受环境条件的影响。
(二)细胞分化(cell differentiation):指同源cell逐渐变为结构、功能、生化特征相异的细胞的过程(功能上、结构上的特化)。
(三) 细胞的“全能性”及细胞分化、脱分化的本质。
(1)cell全能性:在一个有机体内每个生活cell 均具有同样的或基本相同的成套的遗传物质,而且具有发育成完整有机体或分化为任意细胞所必须的全部基因。
(2) 细胞分化、脱分化(dedifferentiation)的本质
1、组织(tissue):个体发育中来源相同、功能相同、形态结构相似的细胞群,称组织。不同的组织结合成器官:根、茎、叶、花、果实、种子。
3、组成植物组织的细胞,其形态结构与生理功能相适应。
根据生理功能的不同,形态构造的差异,植物组织分为:分生组织、薄壁组织、保护组织、输导组织、机械组织、分泌组织
一、 分生组织:meristematic tissue或meristem
分布:胚胎全部,成熟植物体的特定部位 (根尖、茎尖)。
按来源、发展分为:原分生组织,初生分生组织,次生分生组织。
按发生部位分为:顶端分生组织,侧生分生组织,居间分生组织。
特点:(1)都是活cell、壁薄、核小、形大、液泡大、细胞间隙大;
(2)cell分化程度浅,具潜在的转化能力,具较大的可塑性。
1、同化组织(assimilating tissue ):含叶绿体,能进行光合作用。
2、贮藏组织(storage tissue):贮积大量营养物质
贮水组织(aqueous tissue ):贮积大量的水分。如旱生多汁植物:仙人掌、芦荟、景天;盐生肉质植物:猪毛菜
3、吸收组织(absorptive tissue):根毛cell、胚子叶表皮层
4、通气组织(aerenchyma ):贮存大量气体,细胞间隙特别发达,有的形成通气腔,通气道。如湿生、水生植物。
5、传递cell(transfer cell):具有内突生长的细胞壁和发达的胞间连丝,具短途运输功能。
三、保护组织(protective tissue)
(1)表皮cell:最主要的组成成分。都是活cell、壁薄、一般不含叶绿素,彼此嵌合紧密,除气孔外没有缝隙。外壁具有角质层,有的植物表皮具蜡被。
(2)气孔器(stomatal apparatus):调节水分平衡和气体交换的结构,有一对特化的保卫细胞和它们之间的空隙、孔下室以及与保卫细胞胞(guard cell )相连的副卫细胞共同组成。
(3)表皮毛(epidermic hair):由表皮cell分化而来,具保护、分泌、吸收等功能。形态多种多样。
用途:有经济价值,如棉花和木棉的纤维;一些植物的表皮毛能分泌芳香油、树脂、樟脑等物质。
(二)周皮(periderm):仅存在于具次生增粗的器官。
木栓层(phellem)(数层cell壁栓化的死cell)
1)周皮 木栓形成层(phellogen)(平周分裂)
栓内层(phelloderm)(生活的薄壁cell)
2)皮孔(lenticell ):在气孔或气孔群下方产生。
四、输导组织(conducting tissue)运输植物体内的水分和营养物质。
(一)管状分子-导管分子(vessel element )与管胞(tracheid):位于木质部
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(1)都是死 cell,成长管状,胞壁增厚,木质化。
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导管类型:环纹(annular)、螺纹(spiral)、梯纹(scalariform)网纹(reticulated)、纹孔(pitted)
(二)筛分子--筛管分子(sieve element)和筛胞(sieve cell)(活细胞)
筛孔(sieve pore):在筛管形成过程中,相连两个cell的横壁上形成的许多小孔。
伴胞(companion cell):核大,具丰富的细胞质和细胞器,与筛管由同一细胞分裂而来,其间胞间连丝发达。
筛管的寿命:一般为1—2年;竹类等单子叶常为多年。
胼胝体(callosity):在筛板上不断积累胼胝质(callose)形成的垫状物,使筛管失去疏导功能。有些植物可恢复疏导功能。
五、机械组织(mechanical tissue )
1、纤维(fiber):木纤维:分布于木质部;较短;木化程度高;脆、易断。
韧皮纤维(phloem fiber):分布于木质部以外;较长;木化程度低;韧性强。
2、石细胞(stone cell):常等径 ,源于薄壁cell木化程度高,细胞腔极小,壁上常出现同心层纹或形成分枝的纹孔道。石cell常成群聚生,梨果肉、 坚果内果皮中含量丰富。
六、分泌组织(secretory structure )
1、腺毛(glandular hair):表皮毛的一种,分泌精油或粘液
2、蜜腺(nectary):分布于花、叶、茎的表皮cell或表皮及其内层cell中。
现存有花植物中18.8%种属虫媒花植物,均具蜜腺,与植物传粉有关。
3、盐腺(salt gland):将过多的盐分以盐溶液状态排出体外。
溶生(lysigenous )分泌腔:具分泌能力的厚壁cell因细胞壁溶解形成的腔 。如棉茎
裂生(schizogenous)分泌腔:具分泌能力的细胞群因胞间层溶解,细胞分离而形成的腔。桉树属
5、分泌道(secretory canal ):树脂道、漆树道属裂生分泌道。
无节乳汁管(nonarticulate laticifer):一个cell发育形成,后分枝。
有节乳汁管(articulate laticifer ):多个cell发育而成,端壁消失。
乳汁成份:橡胶、Pr、淀粉、糖、酶、植物碱、有机酸、盐、脂类、单宁等物质。
在种子和蕨类植物的器官中,有一种以输导组织为主体,由输导、机械、薄壁等几种组织组成的复合组织,称为维管组织。
维管组织在器官中呈分离的束状结构存在时,称为维管束。如叶片上的叶脉、柑桔果皮的桔络、丝瓜的瓜络。
韧皮部(phloem):筛管、伴胞、韧皮薄壁cell、韧皮纤维
束中形成层(fascicular cambium)
木质部(xylem):导管、管胞、木薄壁cell、木纤维
但不同类群植物所含组成分子不同,裸子植物中无导管、木纤维、筛管、伴胞而仅以管胞和筛胞行使其功能。
有限维管束(closed bundle):无形成层
无限维管束(open bundle):有束中形成层,大多数双子叶植物
外韧维管束(collateral bundle):绝大多数植物
双韧维管束(bicollateral bundle):葫芦科 、茄科植物
周木维管束(amphivasal bundle) 某些单子叶植物
周韧维管束(amphicribral bundle)蕨类植物
辐射维管束 木质部和韧皮部成辐射状相间排列。 (初生根)
皮系统(dermal tissue system):表皮、周皮
维管系统(vascular tissue system):韧皮部、木质部
基本组织系统(fundamental/ ground tissue system:
1.本章重点:种子的基本组成,种子萌发的条件和过程以及幼苗类型。
2.本章难点:正确理解种子萌发的过程及其环境条件对种子萌发的作用机制。
掌握种子的基本结构、萌发条件及有关概念;明确单子叶植物和双子叶植物种子,有胚乳和无胚乳种子的区别;幼苗的基本类型。
了解种子萌发的基本过程,植物生产中不同植物种子的特性和播种要求。
2、胚(embryo) 胚轴(hypocotyl )
假种皮(aril):种皮外包有一层肉质被套,与种皮来源不同。如荔枝、龙眼、卫矛。
1无胚乳种子(exalbuminous seed):子叶提供营养
2有胚乳种子(albuminous seed ):
1、种子萌发(seed germination)及其条件:
具萌发力的种子,在适宜的条件下,胚由休眠状态转入活动状态,开始萌发形成幼苗(seedling),这个过程称为种子萌发。先生根,后抽茎长叶。
大多数植物种子成熟后,即使在适宜的萌发的条件下,也不立即萌发,往往需经过一段或长或短的休眠,这种现象称为~。
3、 影响休眠的因素:1) 胚发育不良——后熟作用
寿命:指种子在一定条件下保持生活力的最大期限。一般几年—十几年,甚至百年以上。最短几天。
A、子叶出土幼苗(epigaeous seedling):下胚轴迅速生长,把子叶、上胚轴和胚芽推出土面。大多数裸子植物和双子叶植物。
B、子叶留土幼苗(hypogaeous seedling):下胚轴不伸长,只上胚轴和胚芽迅速向上生长,形成幼苗的主茎,子叶留土(吸收、贮藏营养)。
1.本章重点:在于根尖和茎尖的分区及结构,根和茎的初生结构和次生结构,被子植物和裸子植物、单子叶植物和双子叶植物茎结构的异同点、木材三切面,不同类型植物叶片的、解剖结构,以及环境条件与植物叶片结构的相关性。
2.本章难点:是明确营养器官解剖结构在不同类型植物上的表现和差异,各个营养器官在结构和功能上的密切联系等。
熟练掌握营养器官的外部形态及生理功能,根尖和茎尖分区及结构,不同类型植物营养器官的解剖结构,特别是根和茎的初生结构和次生结构。
明确木材三切面的结构特点,营养器官解剖结构在不同类型植物上的特点和差异;环境条件与植物叶片结构的相关性。
了解根、茎、叶变态器官的内部构造,根瘤和菌根的形成及在植物生长中的作用;根茎过渡区、叶迹、枝迹等的概念,各个营养器官在结构和功能上的密切联系等。