01 第一章 植物的细胞和组织.docx

第1页：第一章绪论与细胞学说

本章为植物生物学的开篇章节，主要讲授植物细胞的化学组成、基本结构、新陈代谢、细胞繁殖以及植物的组织类型，教学方式以课堂讲授与实验相结合，重点讲解植物细胞的基本结构、细胞分裂方式与植物组织的分类。

细胞的发现

1665年英国人罗伯特·虎克（R. Hook）观察软木片，发现软木由许多形似蜂窝的“小室”构成，称其为 cell，原意为小室；当时所观察到的实际上是死细胞的空腔，细胞内的其他结构为后来的学者陆续发现。

细胞学说

德国植物学家施莱登于1838年提出所有植物体都由细胞构成；德国动物学家施旺于1839年在动物研究中证实上述结论，并首次提出“细胞学说”（Cell theory），明确指出一切动物和植物皆由细胞组成。

细胞的全能性

细胞是生物体结构和功能的基本单位，是生命活动的基本单位，也是生物个体发育和系统发育的基础，具有遗传上的全能性。

细胞的化学组成

• 无机化合物：水、无机盐
• 有机化合物：蛋白质、核酸、脂类、糖类

第2页：细胞质与细胞器

质膜

又称生物膜，具有选择透性，能控制细胞内外物质的交换。电镜下横断面呈“暗—明—暗”三条平行带，暗带为蛋白质分子，明带为脂类物质，称为单位膜。

胞基质

电镜下无特殊结构的细胞质部分，细胞器与细胞核包埋其中；含小分子化合物（水、无机盐、溶解气体、糖类、氨基酸、核苷酸）与大分子化合物（蛋白质、RNA、酶类），处于不断运动状态，称为胞质运动。

细胞器

散布于细胞质内、具有一定结构和功能的原生质微结构，包括质体、线粒体、高尔基体、内质网、核糖体、溶酶体、圆球体、微体、微管微丝和液泡。

主要细胞器的功能

• 质体：按色素分为叶绿体、有色体和白色体，在发育过程中可相互转化
• 线粒体：双层单位膜，内膜形成“嵴”，是呼吸作用场所，被称为“细胞的动力工厂”
• 高尔基体：由一层单位膜围成的扁平泡囊叠合而成，与细胞分泌作用有关
• 内质网：分粗糙内质网（合成蛋白质）与光滑内质网（合成运输脂类和多糖），并与细胞壁形成有关
• 核糖体：由RNA和蛋白质组成，是细胞中蛋白质合成的中心

第3页：液泡与细胞核结构

本页继续介绍溶酶体、圆球体、微体、微管与微丝、液泡以及细胞核的结构与功能。

• 溶酶体：仅具一层单位膜，内含高浓度水解酶，膜破裂后引起细胞自溶现象
• 圆球体：一层单位膜包被的小圆颗粒，是积累脂肪的场所，大量积累后变为透明油滴
• 微体：分过氧化物酶体（参与乙醇酸循环）与乙醛酸循环体（油料种子萌发时把脂肪转化为糖类）
• 微管与微丝：微管直径约20—25nm，参与支架作用、纺锤丝组成与鞭毛运动；微丝直径约5—6nm，主要成分为具收缩功能的蛋白

液泡

植物细胞中最显著的内部结构，由液泡膜包围，膜内为细胞液，主要成分为水及溶于其中的碳水化合物、脂肪、蛋白质、无机盐、有机酸、植物碱和花青素等；无机盐浓度高时可析出单晶、复晶、针晶等结晶。

液泡的功能

①产生膨压，维持组织硬度；②贮存代谢产物（盐、糖、单宁、花青素等）；③参与物质循环；④具溶酶体性质，可更新细胞器。

细胞核

由核膜（双层膜，上有核孔）、核仁（合成和贮藏RNA的场所）与核质（含染色质，主要成分为DNA和组蛋白）组成；功能是储存和传送遗传信息，控制整个细胞的生命活动。

第4页：细胞壁的层次与化学组成

细胞壁是包围在原生质体外面的坚韧外壳，为植物体特有结构。具有细胞壁、中央液泡和质体，是植物细胞区别于动物细胞的三大结构特征。

细胞壁的层次

• 胞间层：由相邻细胞向外分泌的果胶构成，胶粘柔软，将相邻细胞粘连在一起
• 初生壁：细胞生长增大体积时形成，成分为纤维素、半纤维素和果胶质，壁薄、有弹性，可随细胞生长而扩大
• 次生壁：细胞停止增大后在初生壁内表面加厚形成，主要成分为纤维素并含木质素，壁厚质坚，机械强度大；具次生壁的细胞成熟后即为死细胞

纹孔

次生壁上未被覆盖的中断部分，分为单纹孔和具缘纹孔两类；初生壁上的凹陷区域称初生纹孔场。

胞间连丝

穿过细胞壁、沟通相邻细胞原生质体的细丝；初生纹孔场上的胞间连丝以传递有机物和信息为主，次生壁上的纹孔以传递水分为主。

细胞壁的其他化学成分

角质与角质化（疏水，防止水分散失）、栓质与栓质化（坚韧性更强）、木质与木质化（硬度大，加强机械强度）、矿质与矿质化（碳酸钙和硅化物，增加支持能力）。

第5页：后含物与原核真核细胞比较

后含物

细胞原生质体代谢作用的产物，可在细胞生活的不同时期产生和消失，有的是贮藏物，有的是废物；种类包括糖类、蛋白质、脂肪及其相关物质，以及结晶状态的无机盐和丹宁、树脂、树胶、橡胶、植物碱、有机酸等；存在于原生质体中（主要在液泡）或细胞壁上。

细胞的新陈代谢

• 自由能与ATP：自由能指恒温条件下系统中物质用于作功的能量，ATP是细胞内的“能量货币”
• 酶：由活细胞产生、具高效催化活性和专一性的特殊蛋白质，全酶＝酶蛋白＋辅基（辅酶），受抑制剂与激活剂影响
• 细胞呼吸：以葡萄糖为底物，经糖酵解、丙酮酸氧化脱羧、柠檬酸循环和氧化磷酸化释放能量并产生CO₂
• 水的理化性质：比热容最大、气化热最高、介电常数高，是良好的溶剂

第6页：水势构成与细胞吸水

水分在植物生命活动中的作用

• 水是细胞的重要组成成分
• 水是代谢过程的反应物质
• 水是各种生理生化反应和运输物质的介质
• 水分能保持植物的固有姿态
• 水在植物生态环境中起着特别重要的作用

质壁分离

植物细胞由于液泡失水而使原生质体与细胞壁分离的现象；将其放入清水或水势较高的溶液中，原生质体恢复原状的过程称质壁分离复原。

渗透作用

水分从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动的现象；成熟细胞的原生质层相当于半透膜，与液泡液、细胞外溶液共同构成渗透系统。

水势

水势即偏摩尔体积水的化学势差，纯水自由能最大、水势最高。具液泡的成熟细胞水势组成为 Ψw＝Ψπ＋Ψp。

• 溶质势（渗透势）：因溶质颗粒存在而引起的水势降低值，恒为负值
• 压力势：因细胞壁压力引起的水势增加值，一般为正值，质壁分离时为零，剧烈蒸腾时可为负值
• 衬质势：因胶体亲水性和毛细管束缚而引起的水势降低值，恒为负值，具液泡细胞可忽略不计
• 吸水方式：渗透吸水、吸涨吸水（亲水胶体吸水膨胀）与代谢性吸水（利用呼吸释放的能量吸水）
• 矿质吸收：被动吸收（不耗代谢能，顺电化学势梯度）与主动吸收（耗呼吸能量，逆电化学势梯度，具选择性和累积作用），另有胞饮作用

第7页：细胞周期与有丝分裂

胞饮作用

物质吸附于质膜上，通过膜的内折而转移到细胞内，从而吸收物质及液体的过程。

细胞周期

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全过程，分为间期与分裂期；间期包括DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）和DNA合成后期（G2期），分裂期（M期）分前、中、后、末四个时期。

有丝分裂

又称间接分裂，是最普遍的分裂方式，分为核分裂与胞质分裂。前期染色质凝缩成染色体、核仁解体、核膜破裂并形成纺锤体；中期染色体排列到赤道板上；后期两条染色单体分开移向两极；末期形成两个子核并完成胞质分裂，成膜体中的泡囊聚集融合形成细胞板，进而形成胞间层和初生壁。

有丝分裂的特点

一个母细胞分裂成两个基本相同的子细胞，子细胞染色体数目、形状和大小一致，遗传信息与母细胞基本相同，保持了物种染色体组型和遗传的稳定性。

无丝分裂

又称直接分裂，过程简单，无染色体和纺锤丝形成，耗能少、速度快，方式有横缢、纵缢、出芽、碎裂等，常见于低等植物及胚乳发育、愈伤组织形成和不定根产生等过程。

第8页：减数分裂与细胞分化

生殖细胞形成时染色体数目减半，精卵结合后恢复到原来数目，从而避免后代染色体数目一代代加倍。

减数分裂Ⅰ（前、中、后、末四期）

• 前期Ⅰ：细线期（染色质聚集成细线状染色体）、偶线期（同源染色体联会）、粗线期（染色单体片段互换即“交叉”）、双线期（同源染色体开始分离）、终变期（观察染色体形态和数目的最佳时期）
• 中期Ⅰ：成对的同源染色体排列在赤道面上
• 后期Ⅰ：同源染色体分开移向两极，每极染色体数目减半
• 末期Ⅰ：染色体聚集成团，核仁核膜重新出现

减数分裂Ⅱ：与有丝分裂相似，但不进行染色体加倍，最终形成四个子细胞，聚在一起称四分体。

减数分裂的意义

染色体数目减少一半，保证物种染色体数目恒定；通过同源染色体交叉实现遗传物质重组，使后代遗传性更丰富、变异更大，对环境适应和进化的可能性也更大。

细胞生长

细胞体积与重量的增加，以及细胞内物质合成和各种细胞器发育的过程。

细胞分化

细胞通过内部结构、外部形态和生理上的变化而造成的结构与功能特化；所有组织都是细胞分化的结果，细胞分化与组织形成是生物由单细胞向多细胞进化的关键。

第9页：分生组织的类型

组织

在个体发育中，具有相同来源的同一类型或不同类型细胞群组成的结构和功能单位；由一种类型细胞构成的称简单组织，由多种类型细胞构成的称复合组织。

器官

由不同的组织按一定规律构成。

分生组织

一群具有持续分裂能力的细胞，细胞小、排列紧密、无细胞间隙、细胞壁薄、细胞核大、无明显液泡。

按在植物体上的位置分

• 顶端分生组织：植物生长的源泉，包括原分生组织和初生分生组织
• 侧生分生组织：包括维管形成层和木栓形成层，使根、茎加粗生长，分别形成次生维管组织与周皮
• 居间分生组织：穿插于成熟组织之间，保持一定时间的分生能力，使器官迅速伸长，如禾本科植物茎节基部、葱韭叶基部、花生子房柄

按来源的性质分

• 原分生组织：来源于种子内的胚，位于根茎枝的先端生长点
• 初生分生组织：由原分生组织衍生，包括原表皮层、基本分生组织和原形成层，产生初生构造
• 次生分生组织：由已成熟的细胞重新恢复分裂能力形成，如木栓形成层、束间形成层

第10页：保护组织与薄壁组织

保护组织分布于植物体表，对植物体起保护作用，防止病虫害和机械损伤，并能控制气体交换、防止水分过度散失。

表皮

由原表皮分化而来，通常为一层细胞，细胞扁平、排列紧密、外壁增厚并形成角质膜；双子叶植物气孔由两个肾形保卫细胞构成，单子叶植物气孔器由两个哑铃形保卫细胞和一对副卫细胞构成，地下表皮无气孔器。

周皮

由木栓层、木栓形成层和栓内层组成，木栓层细胞壁厚且高度栓化，具不透水、绝缘、隔热特性；周皮形成时产生皮孔，作为气体交换的通道。

薄壁组织

细胞壁薄、有细胞间隙的生活细胞，是植物体组成的基础，具有潜在的分生能力，与创伤愈合、再生和嫁接愈合有关。

薄壁组织的类型

• 吸收组织：根尖外层表皮，部分细胞外壁突出形成根毛，吸收水分和矿物质
• 同化组织：含大量叶绿体，进行光合作用，多见于叶肉和幼茎、幼果表层
• 贮藏组织：贮藏淀粉、蛋白质、脂肪等营养物质，如水稻、小麦种子的胚乳细胞
• 通气组织：细胞间隙发达，形成气腔或气道，多见于水生和沼泽植物
• 传递细胞：细胞壁内突生长、胞间连丝发达，有利于短途运输

第11页：机械组织与导管类型

机械组织是巩固、支持植物体的组织，共同特点是细胞壁局部或全部加厚。

厚角组织

细胞壁为纤维素和果胶质，为活细胞、含叶绿体，不木质化，呈不均匀增厚（多在角隅处），分布于双子叶植物地上部分幼嫩器官的表皮下。

厚壁组织

细胞壁含纤维素和木质素，为死细胞，次生壁全面增厚，具层纹和纹孔，成熟后细胞腔变小；分为纤维（两端尖细的细长细胞）和石细胞（等径或不规则分枝状，壁极厚并形成管状纹孔道）。

输导组织

植物体内担负物质运输的主要组织，分为运输水分和无机盐的木质部与运输有机物质的韧皮部。

导管分子的五种类型

• 环纹导管：环状木化增厚的次生壁，其余未加厚部分保持伸延性
• 螺纹导管：次生壁呈螺旋状加厚
• 梯纹导管：木化增厚呈横条突起，似梯形
• 网纹导管：木化增厚呈网状，“网眼”为未增厚的初生壁
• 孔纹导管：壁大部分木化增厚，未加厚部分形成纹孔

环纹与螺纹导管出现较早、口径小、输水能力弱，存在于原生木质部；梯纹、网纹与孔纹导管直径更大、输导效率高，出现于后生木质部和次生木质部。

第12页：筛管、管胞与组织系统

管胞

两端斜尖、直径较小、壁较厚、不具穿孔的管状死细胞，以偏斜的两端相互穿插连接，水溶液通过侧壁纹孔沟通，机械支持能力强而输导能力不及导管。

筛管和伴胞

筛管由多数薄壁长棱柱状活细胞纵向连接而成，成熟后胞核消失；上下横壁形成筛板，其上有筛孔，细胞质成丝状联络索通过筛孔上下相连，构成同化产物运输通道。每个筛管旁有一个或数个细长的薄壁细胞，称伴胞。

筛胞

细长末端尖斜的细胞，壁上筛域特化程度不大，无筛板，小孔孔径较小，原生质丝也很细。

分泌组织

能产生分泌物质的细胞或细胞组合；外分泌结构将分泌物排到体外（腺毛、腺鳞、蜜腺），内分泌结构将分泌物贮藏在体内（分泌细胞、分泌腔、分泌道、乳汁管）。

维管植物的三大组织系统

• 皮系统：包括表皮和周皮，覆盖于植物体各器官表面，是连续的保护层
• 维管系统：包括韧皮部和木质部，贯穿整个植物体，连接生长区、发育区与养料制造和储藏区
• 基本系统：包括各类薄壁组织、厚角组织和厚壁组织，是植物体各部分的基本组成

植物整体结构表现为：维管系统包埋于基本系统之中，外面覆盖着皮系统。