第一章植物细胞学基础教学目标：1. 了解细胞学的发张、植物细胞的形态与大小；2. 理解植物细胞各部分的结构和功能；3. 掌握真核细胞的一般构造与功能；4. 熟悉植物细胞分裂分化特点；5. 掌握有丝分裂个过程的细胞特点；6. 了解有丝分裂与减速分裂的生物学意义及区别。

技能目标：能够识别真核细胞各部分的结构。

教学要求：要求掌握植物细胞的结构、功能及有丝分裂过程和意义，理解植物体的复杂结构和生命活动，是以细胞结构的复杂性、细胞内部生理活动的多样性和相关性为基础的。

第一节植物细胞一、细胞学的发展简史1. 植物细胞的概念细胞是构成生物有机体的结构单位，又是功能和遗传的基本单位。

生物有机体除了病毒外，都是由细胞构成的。

最简单的生物有机体仅由一个细胞构成，各种生命活动都在一个细胞内进行。

复杂的生物有机体可由几个到亿万个形态和功能各异的细胞组成，例如海带、蘑菇等低等植物以及所有的高等植物。

多细胞生物体中的所有细胞，在结构和功能上密切联系，分工协作，共同完成有机体的各种生命活动。

植物的生长、发育和繁殖都是细胞不断地进行生命活动的结果。

因此，掌握细胞的结构和功能，对于了解植物体生命活动的规律有着重要的意义。

2. 细胞学的发展简史1665年，英国学者虎克（Robrt Hooke）用自制的显微镜发现了细胞。

1838年，德国植物学家施莱登（M.J.Schleiden）再研究的基础上指出细胞是构成植物体的基本单位。

1839年，德国动物学家施旺（Th. Schwan）提出一切植物和动物都是由细胞组成的，所有的细胞都是通过细胞分裂，融合而来的；一个细胞可以分裂形成组织和器官等观点，从而创立了细胞学说，奠定了细胞学的基础。

20世纪初，光学显微的发明是细胞的主要结构得以发现，到20世纪30、40年代，电学显微镜的发明，使细胞学的进步有了飞跃。

近代，细胞学的研究从超微结构发展到了分子水平。

二、植物细胞的形状和大小1. 植物细胞的形状植物细胞的形状理论上典型的未经分化的薄壁细胞是四面体。

由于适应不同的功能（形态与功能相适应），因此，出现了多种多样的形状。

有球形、椭圆形、多面体、纤维形、长柱形等。

细胞的形状主要决定于担负的生理功能及其所处的环境条件。

例如，种子植物导管细胞，在长期适应输导水分和无机盐的情况下，细胞呈长筒形，并连接成相通的“管道”；又如起支持作用的纤维细胞，一般呈长梭形，并聚集在一起，加强支持的作用。

细胞形状的多样性，也体现了功能决定形态，形态适应于功能这样一个规律。

2. 植物细胞的大小植物细胞一般是很小的，最小的球菌细胞直径只有0.5μm在种子植物中一般的细胞直径为10-100μm，但也有少数的细胞肉眼可以直接看到。

例如番茄和西瓜果肉细胞，直径可达1mm，棉花种子的表皮毛可长达75 mm，麻茎中垢纤维细胞可达550 mm。

绝大多数的细胞体积都很小。

细胞小的原因：（1）受细胞核所能控制的范围的制约；（2）有利物质的交换（相对表面积大）和转运。

细胞大小变化的一般规律：（1）生理活跃的常常小，而代谢活动弱的细胞则往往较大；（2）受外界条件的影响，水、肥、光、温、化学药剂等。

三、植物细胞的基本结构植物细胞虽然大小不一，形状多样，但一般都具有相同的基本结构，即都由原生质体和细胞壁组成。

一个细胞内原生质分化而来的结构总称为原生质体。

在光学显微镜下，原生质体可以明显地分为细胞核的细胞质。

细胞核呈一个折光较强、黏滞性较大的球状体，与细胞质有明显的分界。

细胞质是细胞膜以内细胞核以外的其余部分，在内部还分化出一定的结构。

其中有的光学显微镜下可以看到，有的必须借助电子显微镜下才可以看到。

人们把在光学显微镜下呈现的细胞结构称为显微结构，而把电子显微镜下看到的更为精细的结构称为亚显微结构或超微结构，同样细胞壁也有一定内部结构。

以真核细胞为例，生活的植物细胞由原生质体和细胞壁两大部分组成（见下图）。

植物细胞的组成（一）原生质体1. 细胞质和膜系统（1）细胞质细胞质是由原生质分化形成，在成熟的细胞中，细胞质介于细胞壁和液泡之间。

它包括质膜、细胞器和胞基质三部分。

A. 质膜质膜是包围在细胞质表面的一层薄膜。

质膜主要是由脂类物质和蛋白质组成，此外还有少量的糖类等。

在电子显微镜下观察，质膜呈现明显的三层结构，两侧呈两个暗带，中间夹有一个明带。

三层总厚度约7.5nm，其中两侧暗带各为2.0nm，中间明带约3.5nm。

明带的主要成分是类脂，而暗带的主要成分是蛋白质。

这种由三层结构组成为一个单位的膜，称为单位膜。

根据近来来的研究，提出“膜的流动镶嵌模型”。

认为脂质双分子层构成膜的骨架，蛋白质结合在脂质双分子层的内外表面，嵌入脂质双分子层或者贯穿整个双分子层。

膜及其组成物质是高度地动态的、易变的。

脂质和蛋白质都有一定的流动性，合膜的结构处于不断变动状态。

质膜的主要功能是控制细胞与外界环境物质交换。

这是因为质膜具有“选择透性”。

质膜的选择性使细胞能从周围环境为断取得所需要的水分、盐类和其他必需物质，而又阻止有害物质的进入。

同时，细胞也能把代谢废物排泄出去，而又不使内部有用的成分任意流失，从而使细胞具有一个适宜而相对稳定的内环境。

此外，质膜还具有接受胞外信息和细胞识别的功能。

B. 细胞器。

细胞器是细胞质中具有一定形态结构和生理功能的亚单位。

植物细胞中有多种细胞器。

如：质体、线粒体、高尔基体、核糖体、溶酶体、圆球体、微体等细胞器。

C. 胞基质。

胞基质存在于细胞器外围，是一具有弹性和黏滞性能的透明胶体溶液。

胞基质的化学万分很复杂，含有水无机盐和溶于水中的气体等小分子，以及脂类、葡萄糖、蛋白质、氨基酸、酶、核酸等中的细胞器，在细胞内作有规律的持续的流动，这种运动称胞质运动。

胞基质是细胞内进行各种生化活动的场所，同时还不断为细胞器行使动能提供必需的营养原料。

（2）膜系统细胞质紧贴细胞壁的膜状结构叫质膜。

细胞内各种膜统称为膜系统。

如：细胞膜、质膜、核膜等。

2. 质体质体：质体是植物细胞所特有的细胞器，它与碳水化合物的合成与贮藏有密切关系。

根据所含色素及生理机能的不同，质体可分叶绿体、有色体和白色体三种类型。

（1）白色体白色体不含色素，呈无色颗粒状。

存在于植物体各部分的贮藏细胞中，白色体结构简单，虽然也有双层膜包被，但基质没有膜的结构，不形成基粒，仅有少数不发达的片层。

白色体的功能是积累贮藏营养物质。

其中积累淀粉的白色体叫造粉体，积累蛋白质的白色体叫造蛋白体，积累脂类的白色体叫造油体。

（2）叶绿体叶绿体存在于植物的所有绿色部分的细胞里，叶绿体大多数呈扁椭圆形，一个细胞内有十几个至几百个不等，叶绿体含叶绿素和类胡萝卜素两类色素。

由于叶绿素的含量较高，叶绿体呈绿色。

在电镜下可以看到叶绿体外面是由两层单位膜组成的被膜，其内部也有膜形成的一系列结构，许多圆盘状的类囊体相互重叠，形成一个个柱状体单位，称为基粒。

在基粒之间有基粒间膜（基质片层）相连接。

叶绿体色素及许多光合作用有关的酶，定位于基粒体层上，基质不含色素，但也具有另一些酶类。

基粒和基质分别完成光合作用中不同的化学反应。

叶绿体的主要功能是吸收太阳光能进行光合作用。

光合作用的实质是将光能转化为化学能的过程。

叶绿体是由前质体分化发育而来，在光照条件下，前质体的内膜内折，逐渐形成基粒，发育为成熟的叶绿体。

但在黑暗的条件下，内膜形成由小管组成的立体网络结构，称为前片层体，即黄化质体。

在获得光照后，这种结构成又可发育成正常的叶绿体。

（3）有色体有色体含有胡萝卜素和叶黄素。

由于两者的比例不同而呈现红黄之间的各种颜色。

有色体存在于植物的花瓣、果实的细胞中或植物的其他部分。

有色体的形状多种多样，例如红辣椒果皮中有的有色体呈颗粒状，旱金莲花瓣中的有色体呈针状。

有色体能积聚淀粉和脂类，在花和果实中具有吸引昆虫和其他动物传粉及传播种子的作用。

3. 线粒体线粒体是动、植物细胞中普遍存在的一种细胞器，除了细菌、蓝藻和厌氧真菌外，生活细胞中都有线粒体。

线粒、很小，在光学显微镜下，呈线状或颗粒状。

内膜有许多管状或片状突起，称为嵴。

在内膜与嵴的内表面上均匀分布着许多圆形小颗粒，叫做电子传递粒（ETP），这些电子传递粒含有三磷酸腺苷（ATP酶），能催化ATP的合成。

内外膜之间的空隙及嵴之间的腔内，充满着液态基质，基质中含有许多与呼吸作用有关的酶、脂类、蛋白质、核糖体等。

线粒体的主要功能是细胞进行呼吸作用的场所。

呼吸作用是将光合作用所合成的复杂有机物分解成二氧化碳和水，同时放出能量的过程。

细胞内的糖、脂肪和氨基酸的最终氧化是在线粒体内进行的，释放的能量供细胞生命活动的需要。

因此，线粒体被称为细胞能量的“动力站”。

4. 核糖核蛋白体（也称核糖体、核蛋白体）生活细胞中都含有核糖体。

分布在粗糙面内质网上或分散在细胞质中。

叶绿体基质中或线粒体中也有核糖体。

核糖体的化学万分是核酸和蛋白质，其中核酸约占40%，蛋白质占60%。

在细胞质中，它们可能游离状态存在，也可以附着于粗糙型内质网的膜上。

核糖体是合成蛋白质的主要场所。

是细胞的一个极重要的成分。

所以，蛋白质合成旺盛的细胞，尤其中快速增殖的细胞中，往往含有更多的核糖体颗粒。

在蛋白质合成活动旺盛的细胞中，常可在电镜下见到核糖体串在一起形成一个聚合体，称为多核蛋白体或多核糖体。

5. 内质网内质网存在于细胞中，由膜构成的网状管道系统。

管道的各种形状延伸和扩展，成为各类管、泡、囊或池，形成相互沟通的网状系统。

在电镜下，内质网为二层平行的膜，中间夹有一个窄的空间。

每层膜的厚度约为5.0nm，二层膜之间距离只有40.0~70.0nm。

内质网有二种类型：一种是在膜的外表附着有许多核糖体，称为粗糙内质网。

另一种在膜的外表面则没有核糖体附着，称为光滑型内质网。

细胞中二种类型内质网的比例及它们的总量，随着细胞的种类、发育时期、细胞功能及外界条件的不同而异。

内质网的功能，一般认为它是一个细胞内的蛋白质、类脂和多糖的合成、贮藏及运输系统。

粗糙型内质网合成和转运蛋白质，光滑型内质网能合成和转运类和多糖。

6. 高尔基体高尔基体本是一由系列扁平的囊和小泡组成。

扁平囊由间层膜围成，直径约0.5~1μm，中央似盘底，边缘或多或少出现穿孔。

当穿孔扩大时，囊的边缘便显得像网状的结构。

在网状部分的外侧，局部区域膨大，形成小泡，小泡从高尔基体上囊上分离出去。

高尔基体主要是对粗糙内质网运平的蛋白质进行加工、浓缩、贮存和运输，排出细胞。

高尔基体参与细胞壁的形成，即高尔基体能合成纤维、半纤维素等构成细胞壁的物质，在有丝分裂时，参与新壁的构成。

高尔基尔体还具有分泌作用，如根冠细胞中的高尔基体能分泌黏液。

7. 液泡液泡是植物细胞中的显著特征之一。

在幼小的植物细胞中，有多个的分散小液泡，细胞成长过程中，这些小液泡，占据细胞中央很大空间，将细胞质和细胞核挤成一薄层而紧贴着细胞壁使细胞质与环境有较大的接触面，有利于物质交换和细胞的代谢活动。