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植物学Botany衡阳师范学院生命科学系曹丽敏第一章植物细胞和组织重点、难点1．重点（1）细胞学说、原生质的概念；（2）构成细胞各种化合物的含量、存在形式和生理作用；（3）细胞结构和功能；（4）细胞质中细胞器的结构功能；（5）染色质（体）的结构和功能；（6）真核细胞和原核细胞的区别；（7）细胞分裂的意义和方式；（8）有丝分裂的过程、特点和意义。2．难点（1）细胞的结构和功能；（2）染色质与染色体的成分和两者的相互关系及细胞有丝分裂过程中，染色体和DNA的变化。在学习过程中要注意运用比较的方法，围绕染色体的均等分配这一中心，在染色体、DNA、细胞核、纺锤体等方面去掌握有丝分裂各个时期的主要变化。植物细胞是构成植物体的基本单位是生命活动（功能）的基本单位根据质膜外有无细胞壁和细胞质内有无叶绿体，将细胞分为：植物细胞动物细胞根据细胞的结构特点和进化关系，将细胞分为：原核细胞真核细胞第一节植物细胞的形态结构一、细胞的发现及其意义二、植物细胞的形状和大小三、植物细胞的结构与功能四、植物细胞的后含物五、原核细胞与真核细胞一、细胞的发现及其意义细胞是生物体的形态结构和生命活动的基本单位。单细胞植物如衣藻、细菌等。多细胞植物的个体中的所有细胞，在结构和功能上密切联系，分工协作，共同完成个体的各种生命活动。病毒、类病毒虽具有生命现象，但不具细胞结构。它只是外有一层由蛋白质组成的外壳，内面有核酸组成芯子，称病毒粒子。1665年，英国学者罗伯特·虎克(胡克）（RobertHooke1635---1703年）用自己制造的显微镜观察软木切片，看到有很多像蜂窝一样的小室，就称为细胞。其实，软木是由死细胞构成的，只有细胞壁，没有原生质。细胞的发现光学显微镜技术此技术在细胞学研究中起了重要作用，至今仍离不开第一台有科研价值的显微镜是英国学者虎克（RobertHooke)目前使用的显微镜有普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜和电子显微镜等。电子显微镜电子显微镜是一种高度精密分析的仪器，利用高速运动的电子束代替光线，用磁透镜代替光学显微镜的玻璃透镜，使电子束汇聚折射、偏转而成像的一种显微镜。电子显微镜的基本原理是在一个高度的真空系统中，用电子枪发射电子束，通过被研究的样品，经电子透镜聚焦放大，在荧光屏上显示一放大的物像。它的放大倍数比光学显微镜高出几百倍，目前通用电子显微镜的放大倍数可达80万倍以上，其分辨率为1.4-2埃。可看到病毒、单个分子等。广泛用于生物学、医学、金属物理学、高分子化学、微电子学等各个领域的研究工作。显微镜的发明打开了微观世界的大门光学显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜施莱登（1804～1881）德国植物学家。细胞学说的创立者之一。1838年，施莱登在他的《植物发生论》一文中证明，植物形态的最基本单位是细胞，最简单的植物是由一个细胞构成的，大多数植物是由细胞和细胞的变态构成的。他与德国动物学家施旺共同奠定了细胞学说的基础。1839-1863年在耶拿大学任植物学教授。著作有《植物学概论》等。施旺（1810～1882）德国动物学家，解剖学教授。细胞学说的创立者之一，1839年，施旺概括了施莱登的成就，并在他的《关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究》中指出：“细胞是有机体。整个动物和植物都是细胞的集合体。它们按照一定的规律排列在动植物体内。”这样，施旺就将施莱登的观点扩大到了动物体，相继证实了细胞是生命的单位。动、植物都是由细胞构成的。与德国植物学家施莱登共同奠定了细胞学说的基础。1.所有的植物和动物组织由细胞构成。2．所有的细胞来自其他的细胞，不是由于细胞分裂就是细胞融合。3．卵和精子是细胞。4．单个细胞可分裂而形成组织。恩格斯高度评价了细胞发现的意义，认为这是19世纪科学上三大发现之一。细胞学说它从细胞水平提供了有机界统一的证据，证明动植物有着细胞这一共同的起源，动植物的产生，成长，和构造的秘密被揭开了，从而为十九世纪自然哲学领域中辩证唯物主义战胜形而上学的唯心主义，提供了一个有力的证据，为近代生物科学的发展接受有机界进化的观念准备了条件。如果没有细胞学说，达尔文主义也很难胜利完成。细胞学说建立的意义：真核细胞三大结构体系遗传信息表达系统:染色质(体)、核糖体、mRNA、tRNA等等细胞骨架系统:胞质骨架、核骨架生物膜系统:质膜、内膜系统（细胞器）二、植物细胞的形状和大小•（一）形状：理论上：薄壁细胞是十四面体，由于适应不同功能，形状多样：球形、多面体、立方体、长形等•（二）大小：一般很小，但也有较大差异•最小：球菌直径0.5um。•最大：苎麻纤维细胞长550mm。•种子植物中一般直径10—100um较大的如番茄果肉，西瓜瓤细胞达1mm，肉眼可见。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。如何加以利用？植物学常用单位1cm=10mm=10000μm=10000000nm（纳米）=10000000A微米，过去单位符号用μ，现改用μm；纳米，过去单位符号用mμ（毫微米），现用nm；（埃）是习惯使用而应废除的单位，现改用10-nm（=0.1nm）。分辨率是指能分辨出的相邻两个物点间最小距离的能力，这种距离称为分辨距离。分辨距离越小，分辨率越高。一般规定∶显微镜或人眼在25cm明视距离处，能清楚地分辨被检物体细微结构最小间隔的能力，称为分辨率。人眼的分辨率是100μm光学显微镜的最大分辨率是0.2μm分辨率(resolution)利用各种显微镜进行观察的技术肉眼的分辨率：0.2mm光镜的分辨率：0.2um电镜的分辨率：0.2nm纳米技术纳米（nanometer，nm）：一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，千分之一微米。大约是三、四个原子的宽度。碳纳米管纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳米电子学、纳米材科学、纳米机械学等。纳米科学技术被认为是世纪之交出现的一项高科技。纳米科学技术（nanotechnology）：知识拓展一种全新的骨置换材料将取代现有冰冷的金属和脆弱的塑料等材质，用几乎可以以假乱真的效果为病人送去福音。这种高科技产物———纳米人工骨，近日已由四川大学生物医学工程学科博士生导师李玉宝教授研制成功，并顺利通过国家863项目组验收。纳米人工骨作为几乎与人骨特性相当的“类人骨”，具有广泛的应用前景。李教授纳米人工骨的研制成功，目前在国际上尚属首例，其成果已可进入产业化实施阶段。《人民日报海外版》(2001年01月02日第九版)生物学家研制出可以乱真的“纳米人骨”知识拓展德医学专家借助磁性纳米微粒治疗癌症德国柏林“沙里特”临床医院尝试借助磁性纳米微粒治疗癌症，并在动物试验中取得了较好的疗效。据最新一期俄《科学与生活》月刊报道，这家医院的研究人员利用磁性纳米微粒治疗癌症的做法是：将一些极其细小的氧化铁纳米微粒注入患者的肿瘤里，然后将患者置于可变的磁场中。受磁场的影响，患者肿瘤里的氧化铁纳米微粒升温到４５至４７摄氏度，这一温度足以烧毁癌细胞。由于肿瘤附近的机体组织中不存在磁性微粒，因此这些健康组织的温度不会升高，也不会受到伤害。报道说，这种治疗癌症的新方法在老鼠身上进行的实验获得了初步成功，研究人员计划下一步进行人体试验。知识延伸植物体的细胞由原生质体protoplast和细胞壁cellwall两部分组成。原生质体protoplast：细胞中有生命活动的物质（构成生活细胞的除细胞壁以外所包含的各部分）。包括质膜、细胞质和细胞核。细胞质又包括细胞器和胞基质原生质protoplasm：构成原生质体的主要物质称为原生质，由水、无机盐等无机物及糖类、蛋白质、脂质、核酸、维生素等有机物组成。原生质是生命活动的物质基础，细胞内的一切代谢活动都在原生质内进行。后含物：细胞中的贮藏物质或代谢产物。三、植物细胞的结构与功能细胞的显微及超微结构•显微结构（microstructure）指在光学显微镜（最大放大倍数为1000～1500倍，分辨力极限约为0.2微米）下观察到的结构。光镜电镜电镜•超微结构（ultrastructure）指在电子显微镜下观察到的结构，也称亚显微结构。电镜下的细胞细胞化学成分水:85%无机盐:1.5%蛋白质:10%脂质:2%糖类:0.4%DNA:0.4%RNA:0.7%植物细胞模式图液泡细胞核内质网微管质膜细胞壁线粒体叶绿体微丝高尔基体植物细胞特有的细胞结构:细胞壁（CellWall)、叶绿体（Chloroplast)、大液泡（Vacuole)植物细胞的结构组成细胞壁质膜(plasmamembrane)细胞质细胞器(organelle)(cytoplasm)胞基质(cytoplasmicmatrix)植物细胞原生质体核膜(nuclearenvelop)(protoplast)细胞核核质(nuclearplasm)(nuclear)核仁(nucleolus)（后含物）（一）原生质体(protoplast)细胞质(cytoplasm)细胞核(nuclear)细胞器(organelle)细胞膜或质膜1.细胞核（nuclear）控制着蛋白质的合成，控制着细胞的生长和发育。间期核通常呈圆球形。在幼小细胞中，核居于细胞中央。直径约10-20m在真核细胞中，除高等植物成熟的筛管以及哺乳类成熟的红细胞外，都含有细胞核。在细胞的生活周期内，细胞核有两个不同时期：分裂间期和分裂期。核液呈透明状，其中有RNA聚合酶、核糖体小亚基和一些小分子RNA等。遗传信息表达系统•核膜•染色质和染色体•核仁•核糖体•细胞核•核液核膜•核外膜（outernuclearmembrane）：面向胞质，附有核糖体颗粒，与内质网相连。•核内膜（innernuclearmembrane）：面向核质，表面无核糖体颗粒，膜上有特异蛋白，为核纤层提供结合位点。•核孔（nuclearpore）：在内外膜的融合处形成环状开口，又称核孔复合体，直径400-1000埃。是选择性双向亲水通道.•核膜是双层膜，是细胞核与细胞质的界膜。核仁•一般核中有1个核仁，但也有不少细胞有两上以上核仁。核仁中的成分有蛋白质、RNA和DNA。核仁的结构也十分复杂，是合成RNA的场所。核仁的结构与功能（１）纤维中心（２）致密纤维组分（３）颗粒组分核仁是rRNA基因储存、rRNA合成、加工和核糖体亚单位的装配场所.染色质与染色体•染色体（chomosome）：是指细胞在有丝分裂或减数分裂过程中，由染色质聚缩而成的棒状结构。•染色质(chromatin)：是指间期细胞核内易于被碱性染料（如洋红、龙胆紫等）染色的物质，由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量RNA组成。实质上就是间期核内伸展开来的DNA-蛋白质纤维。光镜下常呈颗粒状、块状、细丝状、交织成网状的结构。染色质的分类(1)间期染色质按其形态表现和染色性能可分为两种类型:•常染色质:间期核内染色质丝折叠压缩程度低的染色质,处于常染色质状态是基因转录的必要条件。•异染色质:间期核中染色质丝折叠压缩程度高,处于凝集状态，碱性染料染色时着色深的染色质。染色质的分类(2)染色质按其功能的不同还可分为：•活性染色质:具有转录活性的常染色质。•非活性染色质:不进行转录的染色质，包括异染色质和部分常染色质。染色质的基本结构单位染色体短臂着丝粒长臂DNA染色单体中期形态稳定，由两条姐妹染色单体组成，彼此以着丝粒相连中期染色体分类图示中着丝粒染色体两臂长度相等或基本相等近端着丝粒染色体具有微小短臂端着丝粒染色体近中着丝粒染色体染