(完整版)植物细胞和组织

第一章植物细胞和组织

第一节植物细胞

一、概述

1．概念

世界上的植物种类繁多,千差万别，但就其结构来说，所有的植物体都是由细胞构成的。

细胞不仅是植物结构单位,也是功能单位。

细胞并不是生命有机体（包括植物）唯一的结构单位，如病毒。

2．发现

一般细胞都很小,要用显微镜才能看到。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。

二、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。原生质有着相似的基本成分。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%。

水的作用：游离水作为溶剂而参加代谢过程；作为原生质结构的一部分；影响代谢活动；调节原生质温度变化，维持原生质正常的生命活动。

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

组成原生质的物质有：

蛋白质

核酸

脂类

糖类

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）。DNA的双螺旋结构。

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。

细胞表面的蜡、木栓层。．

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。

人们日常所食用的五谷以及水果中都可以见到这些物质的踪影。原生质中的蛋白质，核酸，多糖等生物大分子，分散在原生质所含的水溶液中，形成胶体。失去水分为凝胶，吸收水分则为溶胶。

三、植物细胞的形态、结构和功能

植物细胞一般都很小，不同种类的细胞，大小差异悬殊。

植物细胞的形态多种多样，常见的多为球形、多面体形、椭圆形、长柱形及长棱性等。

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。

（一）原生质体

1. 细胞膜

流体镶嵌模型

生活在细胞原生质外表，都有一层膜包围，称为细胞膜或质膜。细胞膜由磷脂和蛋白质组成，其功能是维持胞内环境的稳定，调节、控制物质或信息在细胞内外的运输。

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。

2．细胞质

细胞质是细胞核外围的原生质。可分为胞基质和细胞器。

（1）胞基质是包围细胞器的细胞质部分。它是一种化学成分很复杂的胶体物，

在光学显微镜下是近于透明、均匀一致的。

生活的细胞中，胞基质处于不断流动状态，称做胞质运动，有两种：旋转运动和循环运动。（2）细胞器细胞器是细胞质内具有特定结构和功能的亚细胞结构。

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（Chloroplast）、有色体（Chromoplast）和白色体（leucoplast）三种主要类型。

⑴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：叶绿体外有光滑平滑的双层单位膜，内膜向内叠成内囊体，存在基粒片层和基质片层。

在个体发育上，叶绿体来自前质体，由前质体发育成叶绿体。

⑵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。⑶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

内膜形成线粒体是双层单位膜构成，电镜观察，线粒体是进行呼吸作用的主要细胞器。．

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。

③核糖核蛋白体

生活的细胞中都存在核糖核蛋白体，它是合成蛋白质的主要场所，存在于胞基质，内质网等处。

核糖体由蛋白质和RNA组成，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。

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，称为粗面内质网，有的没有，成为光滑型内质网。

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。

⑥液泡

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。具渗透调节、贮藏和消化等功能。

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衰老的细胞。

⑧微体

微体也由单位膜包围成，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。

⑨微管和微丝

微管与微丝微管普遍存在于植物细胞中，它是由两种不同的微管蛋白围成的长管状结构。直径约25nm。除了微管之外，植物细胞中还有比微管更细的直径约6～8nm的微丝。微管与微丝在细胞内形成了错综复杂的立体网架，它们对维持细胞的形状、细胞壁的建造、细胞分裂时纺锤丝的构成和染色体的移动、胞质运动和物质运输等都起着重要作用。

3.细胞核

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、核仁和核质。核膜为双层膜、上有核孔。核孔是物质进出细胞核的通道。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。（二）细胞壁

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。1．细胞壁的结构

细胞壁的结构和成分由于功能不同，生长和分化过程中形成的。细胞壁是在细胞分裂、．

变化很大。细胞壁可以分为：

胞间层

初生壁

次生壁

（1）胞间层

由相邻的两个细胞向外分泌的果胶构成，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。

（2）初生壁

初生璧是细胞生长（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

初生壁的特点是壁薄、有弹性、可随细胞的生长而扩大面积。但有时初生壁也局部增厚。如柿胚乳细胞，能储藏营养物质，供种子萌发需要。

（3）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厚的壁层，次生壁主要成分为纤维素，此外还有木质素、半纤维素、果胶质等。

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。

（4）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。形成纹孔时相邻两个细胞壁上的纹孔往往精确地发生，形成纹孔对。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、具缘纹孔

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。

（5）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，但也传递病毒。

电子显微镜研究表明，构成细胞壁的物质分为构架物质和衬质两类。

构架物质主要是纤维素；衬质则有果胶质、半纤维素、水和蛋白质等

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：

①木化

木质是三种醇类化合物脱氢形成的高分子聚合物，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。

②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，其它叶的横切面，示角质层较薄。．

③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。

④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。

⑤粘液化

细胞壁粘液化细胞壁中的果胶质和纤维素变成粘液或树胶的变化，称做粘液化。粘液化多发生于果实和种子的表层。种子细胞壁吸水膨胀，变成粘液，可保持水分，使种子与土壤颗粒紧密接触，有利于种子萌发。

（三）植物细胞的后含物

植物细胞在代谢过程中，产生的代谢中间产物，贮藏物质和废物等，这些称为后含物。

1.常见的贮藏物质有：淀粉、脂肪、蛋白质。

（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，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。

（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）脂肪和油

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。

人工做的蓖麻种子，含有脂肪的染色层。

2.生理活性物质

（1）维生素

维生素是细胞产生的小分子有机物，不同植物或器官中所含种类和数量不同，它们对植物的正常生长发育是不可缺少的。

（2）激素

植物体内较普遍存在的激素有五类：即生长素(IAA)、赤霉素类(GA)、细胞分裂素(CK)、脱落酸(ABA)、乙烯(ETH)。激素对细胞的分裂、生长和分化、器官的建成、向性、花粉粒萌发、受精作用、种子的休眠和萌发等都直接或间接起着促进和调节作用。(3)抗菌素和杀菌素

许多放线菌和真菌能产生抑制或杀死某些微生物的物质，这类物质统称抗菌素，如青霉素、链霉素、土霉素等。一些高等植物，如蒜、葱、辣椒、萝卜等能产乍杀死微生物的物质，这类物质称做植物杀菌素，如大蒜素能杀死白喉菌和霍乱菌。

3．其他物质

晶体在植物细胞内，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。晶体常认为是代谢的废物。

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，维管组丹宁．

织以及未熟的果肉细胞中。丹宁被认为有保护作用。

色素植物细胞中的色素，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。

糖类液泡中含有多种糖类．主要有葡萄糖、果糖和蔗糖。

有机酸细胞液中含有的有机酸，多数是植物代谢的中间产物，常见的有草酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸等。

植物碱是一类含氮有机化合物，种类很多，常因植物种类而异，如咖啡、茶叶中含有咖啡碱；

烟草中含有烟碱(尼古丁)等。

三、植物细胞的繁殖

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和细胞的自由形成等不同的方式。本章只介绍有丝分裂和无丝分裂。

1.细胞周期及其概念

持续分裂的细胞，从结束第一次分裂开始，到下一次分裂完成为止的整个过程，称为细胞周期。细胞周期可进一步分为间期和分裂期。间期又可分为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（M期或D期），分为前、中、后、末四个时期。

2.有丝分裂

有丝分裂又称为间接分裂，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。

核分裂时，在形态上表现为一系列变化，分为前期、中期、后期和末期等四个时期。通常在核分裂后期的终了或末期过程中，可见到胞质分裂。

有丝分裂各期的特点如下：

（1）前期：核内的染色质凝缩成染色体，核仁解体，核膜破裂以及纺锤体开始形成。

（2）中期：中期是染色体排列到赤道板上，纺锤体完全形成时期。

（3）后期：后期是各个染色体的两条染色单体分开，分别由赤道移向细胞两极的时期。

（4）末期：为形成二子核和胞质分裂的时期。

染色体分解，核仁、核膜出现，赤道板上堆积的纺锤丝，称为成膜体。

减数分裂3.包括二次连续的核分裂

（1）第一次分裂四个时期:前、中、后、末

前期Ⅰ比有丝分裂时间长，分5个阶段

细线期：核内出现细线状染色体

偶线期：同源染色体两两配对

同源染色体：来自父本和母本的相似染色体，即具有相同形态和相似的基因

粗线期：染色体缩短变粗，同源染色体中每条染色体形成两染色单体，但着丝点仍相连，此时在非姐妹染色体的染色单体之间发生交叉交换遗传物质（片段互换，基因互换）

双线期：染色体继续螺旋缩短，紧密配对的同源染色体开始相互分离，但发生交换地方，仍连在一起，呈现X、Y、0、8等形状。

终变期：染色体更为缩短，此时易于记数，核仁、核膜消失，纺锤丝出现：

中期I ：各成对染色体（同源染色体）移向细胞中央（赤道面上）纺锤体形成。

后期I ：同源染色体分离，分别移向两极，每一级的染色体数目减半。

：染色体解螺旋，形成染色体，核膜、核仁出现，子核形成。子核为单倍体。I 末期

（2）第二次分裂：为染色体的分离，分裂过程为前、中、后、末各期，整个分裂的结果，产生四个子细胞，暂时不分开，称四分体。子细胞即为小孢子

4.无丝分裂

无丝分裂，是指间期核不经任何有丝分裂时期，直接地分裂，形成差不多的两个子细胞。

可分为许多类型，如：横溢、出芽等。

第一章植物细胞和组织

第二节植物组织

一、植物组织的概念

高等植物的植物体是由多细胞组成的。多细胞植物，为了适应环境，其体内分化出许多生理功能不同、形态结构相应发生变化的细胞组合，这些细胞组合之间有机配合，紧密联系，形成各种器官。这些形态结构相似，担负一定生理功能的细胞组合，称为组织。

二、植物组织的分类

(一) 分生组织

位于植物的生长部位，具有持续或周期性分裂能力的细胞群，称为分生组织。分生组织的细胞排列紧密，细胞壁薄，细胞核相对较大，细胞质浓，细胞器丰富。根据分生组织在植物体内的位置不同，可将分生组织分为顶端分生组织、侧分生组织和居间分生组织三类：

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。

此外，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：

原分生组织位于根尖和茎尖的顶端，由一群胚性的原始细胞组成，能长期地保持分裂能力。初生分生组织由原分生组织的细胞分裂而来，一方面初生分生组织的细胞可继续分裂，另一方面开始初步分化，逐渐向成熟组织过渡。初生分生组织有原表皮、基本分生组织和原形成层三种。次生分生组织也就是侧分生组织，由已分化成熟的薄壁组织细胞恢复分裂能力转变而来，有维管形成层和木栓形成层两类：

(二) 成熟组织

分生组织分裂产生的细胞，经生长、分化后，逐渐丧失分裂能力，形成各种具有特定形态结构和生理功能的组织，这些组织称为成熟组织。根据生理功能的不同，成熟组织可再分为数种。1．保护组织

保护组织覆盖于植物体的外表，由一至几层细胞组成，主要有防止水分过分蒸发，抵抗病虫害的侵袭等作用。植物体内的保护组织有初生保护组织-表皮和次生保护组织-周皮两种。

（1）表皮

表皮由原表皮分化而来，通常是一层细胞组成的，但也有少数植物有几层细胞构成的复表皮除表皮细胞外，在幼茎和叶上还有气孔器、表皮毛或腺毛等结构。表皮细胞行状表皮。．

扁平，排列紧密，无细胞间隙，细胞的外壁增厚，形成角质膜。气孔器由2个保卫细胞围成，禾本科植物的保卫细胞旁侧还有一对副卫细胞。表皮毛有多种类型，它们能增强表皮的保护作用；腺毛则有分泌作用。

（2）周皮

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。木栓层细胞之间无细胞间