植物细胞的结构功能

一张思维导图带你学习植物细胞的结构功能，包括植物细胞的基本结构、植物细胞后含物、细胞的基本概念、细胞的基本分类、植物细胞基本特征等。

植物细胞的结构功能

• 植物细胞的基本结构
  • 细胞壁
    • 化学成分
      • 主要成分，多糖和蛋白质。真菌感染，机械损伤能引起伸展蛋白增加，积极参与细胞的新陈代谢。在细胞形成次生壁常有木质素，角质，栓质矿物质。
    • 层次结构
      • 胞间层
        • 相邻两个细胞共有，先进行木化。
      • 初生壁
        • 与植物愈伤组织的形成，植株和器官再生有关。
      • 次生壁
        • 纤维素含量高，添加木质素，硬度显著增强。
    • 生长和特化
      • 内填方式和附着生长：前者壁物质插入原有结构，后者附着在内表面。
        • 木质化
          • 木质素填充到细胞壁中的变化称为木质化。
        • 角质化
          • 角质膜，防止水分蒸发，机械损伤和微生物入侵
        • 栓质化
          • 根凯式带是质外体运输的途径
        • 矿质化
          • 细胞壁中增加矿质的变化
    • 细胞中的作用
      • 维持细胞形状
      • 调控细胞生长
      • 机械支持
      • 维持细胞水分平衡
      • 参与细胞识别
      • 植物细胞天然屏障
    • 纹孔，胞间连丝
      • 初生纹孔场
        • 初生纹孔场中集中分布有一些小孔，其上有胞间连丝穿过
      • 胞间连丝
        • 穿过细胞壁上的小孔连接相邻细胞的细胞质丝，细胞壁其他部位也有分布，水分子以及小分子可从这里穿过
      • 纹孔
        • 纹孔是细胞壁较薄的区域，有利于细胞间的沟通和运输，胞间连丝较多出现在纹孔内，有利于细胞间物质交换
  • 原生质体
    • 细胞膜
      • 化学组成
        • 暗明暗，功能活动旺盛的膜蛋白质含量高
      • 分子结构
        • 流动镶嵌模型除了强调脂类分子与蛋白质分子的镶嵌关系外，换强调了膜的流动性脂类分子恶意侧向扩散，旋转运动，左右摆动，穿层蛋白质分子也可以做侧向和旋转运动
      • 功能
        • 物质跨膜运输
          • 简单扩散，促进扩散，主动运输，内吞作用，外排作用
        • 细胞识别
        • 信号转换
          • 钙离子与钙结合蛋白，如钙凋素，激活基因表达或酶活性，促进生理生化反应和调节生命活动。
    • 细胞核
      • 形态及分布
        • 大多具一个核，成熟筛管细胞无细胞核，部分种子植物胚乳的发育早期有多个细胞核。
      • 超微结构
        • 核被膜
          • 包括核膜和核膜以内的核纤层，核孔在核膜上有规则分布，具有复杂结构，常称为核孔复合体。
        • 染色质
          • 间期细胞核内遗传物质的存在形式，基本单位核小体。
        • 核仁
          • 椭圆形或圆形的颗粒状结构，没有膜包围，是r RNA合成加工和装配核糖体亚单位的重要场所。
        • 核基质
          • 由纤维蛋白组成的网络状结构。
      • 功能
        • 是细胞内遗传物质主要存在的部位，因此，间期细胞核的主要功能是储存和复制DNA，合成和转运RNA，在细胞遗传中起重要作用。细胞核还是细胞的控制中心，它可以通过控制蛋白质合成，对细胞生理活动起调控作用。
    • 细胞质
      • 细胞器
        • 质体
          • 叶绿体
            • 含有叶绿素，叶黄素，胡萝卜素，进行光合作用的质体。
          • 有色体
            • 积累脂类，吸引动物。
          • 白色体
            • 不含任何色素的质体。
        • 线粒体
          • 进行呼吸作用的主要场所，将一系列转化为能量-ATP
        • 内质网
          • 通信系统，蛋白质，脂类运送到各个部分，粗面（膜外表面附有核糖体）与蛋白质的合成，修饰，加工和运输有关。光面与脂类，糖类，激素合成有关。
        • 核糖体
          • 内质网膜表面的合成的是膜蛋白，分泌性蛋白，游离在细胞质中合成的是结构蛋白，酶和基质蛋白。
        • 高尓基体
          • 与植物细胞分泌作用有关的细胞器，在生长迅速的细胞中，分泌组织细胞中，高尓基体数量较多。
            • 参与植物细胞中多糖合成和分泌， 糖蛋白合成，加工和分泌
        • 液泡
          • 将细胞质挤到周边，利于细胞新陈代谢。其功能：
            • 参与细胞内物质转运与储藏。
            • 参与细胞内物质的生化循环
            • 调节细胞水势与膨压
            • 与植物抗寒，抗旱有关
            • 隔离有害物质，避免细胞受害
            • 防御作用
        • 溶酶体
          • 正常的分解与消化
          • 自体吞噬
          • 自溶作用
        • 圆球体
          • 多存在于油料植物种子中，如蓖麻，花生，油菜。
        • 微体
          • 过氧化物体
            • 光呼吸的底物乙醇酸被氧化为乙醛酸的过程
          • 乙醛酸循环体
            • 与圆球体和线粒体配合，通过一系列反应把脂类转化为糖类以满足需求。
      • 细胞骨架
        • 微管
          • 阿尔法微管蛋白和贝塔微管蛋白以及微管结合蛋白组成，低温，化学药剂，秋水仙素等明显抑制其聚合，紫杉醇促进装配。
            • 相当于细胞的内骨骼，维持细胞形状。
            • 参与细胞壁形成和生长。
            • 与细胞运动及细胞器运动有直接关系。
            • 为细胞内长距离物质的定向运输提供轨道，并参与物质运输。
        • 微丝
          • 参与维持细胞形状，细胞质流动，染色体运动，胞质分裂，物质运输，膜有关的生命活动，如内吞和外排。
        • 中间纤维
          • 其聚合不可逆，在细胞形态形成和维持，细胞内颗粒运动，细胞连接及细胞器和细胞核定位等方面有重要作用。
      • 细胞质基质
        • 细胞质基质处于不断运动状态，能带动细胞器，做有规则持续的流动，称为胞质运动。
• 植物细胞后含物
  • 储藏的营养物质
    • 淀粉
      • 质体合成，淀粉粒在形态上有三个类型，单粒淀粉粒，只有一个脐点，复粒淀粉粒，两个以上脐点，分别有各自轮纹，半复粒淀粉粒，两个以上，除了有各自，还有一个共同的轮纹。
    • 蛋白质
      • 储藏蛋白没有生命，比较稳定，一种是结晶状，另一种是糊粉粒。
    • 脂类
      • 含能量最高，体积小的储藏物质。
  • 晶体
    • 根据形状可以分为单晶，针晶，簇晶；普遍分布，在液泡中形成。
  • 植物次生物质
    • 酚类化合物及其衍生物
      • 类黄酮是一种十五碳化合物，水溶性色素，与植物成色有关。
    • 生物碱
      • 植物的防御物质，大多数生物碱对动物有毒，可使植物免受其他生物侵害，重要生态学功能。
    • 非蛋白氨基酸
      • 游离形式存在，起防御作用。
    • 功能：对植物适应不良环境或抵御病原物侵害，吸收传粉媒介以及植物的代谢调控具有重要意义。
• 细胞的基本概念
  • 细胞是代谢和功能的基本单位
    • 独立的，高度有序的，能够进行 自我调控的代谢功能体系。
  • 细胞是有机体生长发育的基础
    • 生长发育的基本单位。
  • 细胞是遗传的基本单位
    • 具有遗传上的全能性，是一个独立的单位。
• 细胞的基本分类
  • 根据细胞在结构，代谢 和遗传活动上的差异。
    • 原核细胞
      • 遗传信息载体为环状DNA，DNA不与或很少与蛋白质结合，没有分化出以膜为基础的具有特定结构和功能的细胞器。
    • 真核细胞
      • 具有典型的细胞核结构，DNA为线状，分化出以膜为基础的多种细胞器。细胞壁为纤维素和果胶。
• 物质基础—原生质
  • 生活细胞中所有有生命活动的物质的总称， 是生活细胞内半透明胶体状物质。（分类）
    • 无机物
      • 水
        • 水分子的重要特性在于其电荷分布不对称，表现出电极性，典型的极性分子。水具有较强的内聚力和吸附力，水的内聚力使植物体导管内形成连续水柱，保证水分正常运输。
      • 无机盐
        • 某些酶需要在某种离子一定浓度下才能保持活性。细胞中的各种离子有一定的缓冲能力。
    • 有机化合物
      • 蛋白质
        • 蛋白质参与基因表达，起着调节生命活动的作用。酶分布在细胞特定位置，细胞内生化反应的催化剂，在细胞代谢中起重要作用。
      • 核酸
        • DNA和RNA，细胞质中含有少量DNA，分布于线粒体与叶绿体中。基本单位：核苷酸。
      • 脂类
        • 难溶于水，易溶于有机溶剂，构成生物膜主要成分，还能构成植物体表面的保护层，如角质，木栓质等
          • 重要脂类，磷脂是双性脂类，植物体一些器官表面，存在非极性化合物，如腊等，防止水分散失，病菌入侵。
      • 糖类
        • 与蛋白质结合成糖蛋白，葡萄糖不仅是能量代谢的关键单糖，也是构成多糖的主要单体。
  • 它的性质
    • 理化性质
      • 胶体性质
        • 溶胶和凝胶以及它们之间的转化
      • 黏性和弹性
        • 生长旺盛时，黏性低，反之则反。
        • 证明弹性存在：把原生质从细胞中拉出一条线，如令其突然折断，折断部分立即缩回，弹性大，抗旱性强。
      • 液晶性质
        • 液晶态：某些特定分子，在溶剂中有序排列而成的聚集态
    • 生理特性
      • 具有生命现象，同化作用和异化作用。
• 植物细胞基本特征
  • 现状大小：细胞体积越小，相对表面积越大。细胞大小受细胞核所能控制范围的制约。
  • 与动物细胞主要区别：相邻细胞之间有胞间连丝，是细胞间独特的通信连接结构。
• 分裂，生长，分化，死亡。
  • 细胞分裂
    • 细胞周期
      • 指从一次细胞分裂结束到下一次细胞分裂结束之间细胞经历的全部过程，可划分为分裂间期或分裂期。
        • 分裂间期
          • 间期细胞核结构完整，细胞进行着一系列复杂的生理代谢活动，特别是DNA的复制，同时积累能量，为后面做准备。
            • G1期：合成一定数量的RNA 和一些专一性蛋白质。
            • S期：细胞核DNA的复制期，组蛋白等染色体蛋白的合成，细胞体积增大，细胞器，内膜结构，和其它细胞成分迅速增加。
            • G2期：合成纺锤体和微管蛋白，合成一种蛋白质激酶，引起细胞进入分裂期。
        • 分裂期
          • 由核分裂和胞质分裂两个阶段构成。
        • 周期时间
          • 几个小时到几十个小时不等。
        • 周期细胞，G0期细胞，终端分化细胞
          • 1指在细胞周期中运转的，2指暂时脱离的，如茎皮层细胞，3指不可逆的脱离，如韧皮部的筛管分子。
    • 有丝分裂
      • 主要发生在植物根尖，茎尖及生长快的幼嫩部分的细胞中。
        • 染色体和纺锤体
          • 染色体的结构
            • 是有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，由染色质聚缩成的棒状结构。
          • 纺锤体
            • 由微管聚集成束的细丝，
        • 有丝分裂过程
          • 前期
            • 膜仁消失显两体（核膜核仁消失， 染色体纺锤体出现。
          • 中期
            • 形定数晰赤道齐（染色体数目确定， 着丝点整齐的排列在赤道板上。
          • 后期
            • 点裂数增均两极（着丝点分裂， 染色体数目加倍，移向细胞两极。
          • 末期
            • 两消两现重开始（染色体纺锤体消失， 重现核膜核仁，细胞壁生成。）
    • 减数分裂
      • 前期1
        • 细线期
        • 偶线期
        • 粗线期
        • 双线期
        • 终变期
      • 中期1
      • 后期1
      • 末期1
    • 无丝分裂
      • 各种方式，如横缢，纵缢，出芽等。无丝分裂没有纺锤丝和染色体，消耗能量少，分裂速度快，但遗传物质一般不能平均分配到子细胞中，所以其遗传不稳定。
  • 细胞生长，分化
    • 细胞生长
      • 原生质体和细胞壁生长，前者的显著变化是液泡化程度的增加，后者表面积增加和厚度增加，细胞大小受环境和遗传因素影响。
    • 细胞分化
      • 遗传基因选择性表达的结果。
      • 外界环境条件的诱导，如光照，温度和湿度等。
      • 在植物体中存在的位置，以及细胞间的相互作用。
      • 细胞的极性化是细胞分化的首要条件。
      • 激素或化学物质。
    • 细胞全能性
      • 细胞和组织培养技术。
  • 细胞死亡
    • 特征
      • 核DNA断解成片段
    • 意义
      • 植物根冠边缘不断死亡来维持数量恒定，胚胎发育过程中胚柄的消失也是在消除无用细胞，超敏性反应通过舍弃一部分来保证整个机体安全。