1 植物细胞的结构与功能

植物细胞的结构与功能知识整理，主要内容有细胞壁、原生质体、后含物组成、结构与功能。

植物细胞的结构与功能

• 细胞壁
  • 化学组成
    • 多糖、蛋白质（最重要），木质素等酚类化合物、脂类化合物（角质、栓质、蜡）、矿物质（草酸钙、碳酸钙、硅的氧化物）
    • 初生壁由多糖和蛋白质构成。多糖主要是纤维素、半纤维素、果胶类化合物。蛋白质包括结构蛋白、酶、凝集素等。
  • 初生壁的结构
    • 纤维素和交联聚糖构成的网络（交联聚糖主要是半纤维素和木葡聚糖，一部分单子叶植物则是阿拉伯木糖葡糖醛酸内酯）
      • 纤维素-交联聚糖
    • 纤维素—交联聚糖网络浸埋在由果胶多糖构成的第二个网络中
      • 果胶多糖
    • 结构蛋白网络
  • 次生加厚
    • 次生壁：细胞停止生长或部分停止生长的形成，位于初生壁之内，均匀或部分加厚。纤维素占比高，维纤丝常定向排列。常含有木质素等成分，呈现不同层次。质地坚硬，具抗张强度。
    • 初生纹孔场、纹孔、纹孔对、盲纹孔、单纹孔、具缘纹孔。
    • 纹孔是细胞壁较薄的区域，有利于细胞间的沟通和水分的运输，胞间连丝较多地出现在纹孔内，有利于细胞间物质交换。
    • 初生壁和次生壁的主要区别不在于厚薄，而是初生壁是细胞生长时形成的壁层，它可随细胞生长而伸展；而次生壁是细胞停止生长以后所沉积的壁层。
  • 次生变化
    • 木质化
    • 栓质化
    • 角质化
    • 矿质化
  • 局部降解
  • 细胞壁在细胞生命活动中的作用
    • 机械支持
    • 调控生长：植物细胞的生长最主要的是基于原生质的增加。原生质体外面有细胞壁的限制，没有细胞壁相应的延伸，细胞的生长是不可能的。
    • 物质运输：质外体运输、共质体运输
    • 细胞识别
    • 防御功能：细胞壁对于微生物和昆虫的侵染不仅是被动的物力屏障，而且是主动低于的前哨。
    • 参与调节细胞分化
• 原生质体
  • 细胞（质）膜
    • 细胞膜包围在原生质体表面。细胞内还含有构成各种细胞器的膜，称为细胞内膜，这些细胞器在结构、功能及发生上密切联系，构成一个系统，称为内膜系统。相对于内膜，质膜也称外周膜。外周膜和细胞内膜统称为生物膜。
    • 生物膜结构
      • 膜脂
        • 磷脂>50%
        • 糖脂<5%
        • 固醇
        • 功能：细胞信号转导、吞噬作用、稳定膜结构等
      • 膜蛋白
        • 外在蛋白/周边蛋白：易于提取
        • 内在蛋白：不易提取
      • 糖类
      • 特点
        • 不对称性
        • 不均匀性
        • 流动性
    • 功能
      • 物质的跨膜运输
      • 信号转换
      • 细胞识别
      • 纤维素合成和维纤丝的组装
  • 细胞质
    • 细胞质基质
      • 为细胞器执行功能提供必需的物质供给和介质环境
      • 作为缓冲系统调节胞内的pH值，维持细胞正常的生命活动
      • 基质中含有多种酶，是一些生化反应进行的场所
    • 细胞器
      • 线粒体
        • “动力工厂”。储藏在糖、脂肪、蛋白质等营养物质中的能量在线粒体中经氧化磷酸化作用转化为ATP，一部分以热能的形式散失。
        • 结构
          • 双层膜，囊状结构
          • 由外膜、内膜、膜间隙、基质组成
          • 内膜向腔内突出形成嵴，使内膜面积增加。嵴表面有许多圆球形颗粒，称为基粒，是ATP合酶，是一个多组分的复合物，是氧化磷酸化的关键装置。
      • 质体
        • 植物细胞特有细胞器。不同类型的质体都由前质体发育而来。
        • 前质体
          • 存在于合子和分生组织细胞中，体积小，双层膜，结构简单。基质中有少量类囊体、小泡和质体小球、DNA、RNA、核糖体和可溶性蛋白。
          • 细胞分化时，前质体逐渐转变为其他类型的质体
        • 叶绿体
          • 光合作用
          • 主要存在于叶肉细胞内，茎的皮层细胞、保卫细胞、花和未成熟的果实中也有。
          • 结构
            • 呈透镜形，从侧面看，一面凸，另一面为凹、凸或平面。
            • 双层膜，外膜通透性强，内膜具有较强的选择透性，是细胞质和叶绿体基质之间的功能屏障。
            • 类囊体—基粒—基粒类囊体、基质类囊体。类囊体膜上游有将光能转化为化学能所需的全部功能组分，这些组分分别组装在若干膜蛋白复合物中。类囊体的存在使叶绿体中内膜总面积大大超过了叶绿体表面积，利于光合效率提高。
          • 黑暗中被子植物种子生长发芽成黄化植物，质体缺乏叶绿素成为黄化质体；黄化植物暴露在光照下，黄化质体转变为叶绿体，叶子变绿。
        • 白色体
          • 无色素
          • 造粉（质）体：储存淀粉，糖类临时“仓库”。可溶性单糖和双糖数量超过细胞代谢利用程度时，合成淀粉，储存在造粉质体中；植物需要可溶性糖时，可将淀粉水解为单糖，供细胞生命活动之需。主要分布在储藏组织中，如子叶、胚乳、块茎、块根等。
          • 蛋白质体（造蛋白体）：储存蛋白质。在分生组织、表皮和根冠等细胞中可见。
          • 造油体：储存脂类物质。脂类物质在基质中呈小球块。
          • 有的白色体在光照下可转变为叶绿体；有的不行，如吊竹梅。
        • 有色体
          • 缺乏叶绿素而含有类胡萝卜素的质体
          • 主要从叶绿体和前质体转化、发育而成，有时也可从造粉体转变而来。
        • 质体可相互转化；质体的分化可逆转；质体的分化和转化与环境条件有关；质体的发育受所在细胞控制，不同基因的表达决定着该细胞的质体类型。
      • 内质网
        • 单层膜，网状系统
        • 粗面内质网
          • 膜的外表面有核糖体
          • 蛋白质合成、修饰、加工、转移
        • 滑面内质网
          • 膜上无核糖体
          • 与脂类和糖类的合成关系密切
      • 高尔基体
        • 单层膜，扁囊堆+囊泡
        • 多糖（如细胞壁内非纤维素多糖）合成；糖蛋白合成、加工、分泌；膜的转化、形成细胞器，如溶酶体；参与植物细胞壁的形成
      • 液泡系
        • 液泡
          • 单层膜，内含细胞液，液泡膜具选择透性
          • 液泡的发生与内质网和高尔基体有关
          • 调节细胞水势和膨压；参与细胞内物质的积累与移动，调节pH；参与多种新陈代谢过程；隔离有害物质，避免细胞受害；防御作用
        • 溶酶体
          • 内含多种水解酶，具有囊泡状结构
          • 主要由高尔基体和内质网出芽生成
          • 正常消化，分解消化细胞吞入或储存的大分子，供细胞利用；自体吞噬，吞噬老化细胞器或需要废弃的物质，进行消化降解；自溶作用，破裂使细胞自身溶解死亡，利于个体发育
        • 微体
          • 单层膜
          • 过氧物酶体（过氧化酶体）
            • 存在于绿色细胞中，含多种氧化酶
            • 参与绿色细胞中由叶绿体、过氧化物酶体和线粒体合作完成的光呼吸
          • 乙醛酸循环体
            • 存在于油料植物的萌发种子中
            • 储存在子叶和胚乳中的脂类物质转化为糖类才能满足种子萌发之需
      • 核糖体
        • RNA+蛋白质，大小两个亚基
        • 合成蛋白质，将氨基酸装配成肽链
        • 几乎生存在一切生活细胞内
        • 真核细胞内，很多核糖体附着在内质网膜表面，构成粗面内质网；还有不少游离在细胞质中。附着内质网的核糖体合成膜蛋白和分泌性蛋白，如抗体等；游离核糖体主要合成结构蛋白、基质蛋白与酶等。
      • 细胞骨架
        • 微丝
          • 肌动蛋白组成的直径6-8nm的细丝
          • 参与细胞质流动、染色体运动、叶绿体运动、胞质分裂、物质运输以及与膜有关的一些重要生命活动，如内吞作用和外排作用等，
        • 微管
          • 微管蛋白+少量微管结合蛋白，微管蛋白是构成微管的主要蛋白质
          • 在维持细胞性状、控制细胞壁内微纤丝方向、细胞内物质运输和分泌、细胞分裂面的确定、染色体运动及构成纤毛和鞭毛等方面有重要作用
        • 中间纤维
          • 直径8-10nm柔韧性很强的蛋白质丝，中空管状
          • 细胞形态形成和维持、细胞内颗粒运动、细胞器间连接和细胞核定位
      • 胞间连丝
        • 胞间连丝是连接相邻两个植物细胞的跨细胞的细胞器，是植物细胞间物质和信息的直接通道，行使水分、营养物质、小的信号分子以及大分子的胞间运输功能。
        • 胞间连丝的通透性能在很多情况下是很高的，对物质、能量的细胞间转移和植物的生长发育都有重要作用。胞间连丝是共质体运输的桥梁。
  • 细胞核
    • 核被膜
      • 两层膜。外膜表面附着大量核糖体，内质网常与外膜相连。内膜和染色质紧密接触
      • 核被膜上有排列规则的核孔，常称为核孔复合体，是沟通核质与细胞质的通道，充满液体。核孔将复制、转录、染色体构成等所需的组蛋白、DNA聚合酶、RNA聚合酶等运输到核内，把翻译所需的RNA、核糖体亚单位等从核内运到细胞质。
    • 染色质
      • 间期细胞核内DNA、组蛋白、非组蛋白和少量RNA组成的线性复合物，是间期细胞核遗传物质的存在形式，被碱性染料染色后强烈着色。
      • 染色体是真核细胞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。染色质按形态与染色性能分为常染色质和异染色质，碱性染料染色时，前者染色浅，后者染色深，二者可以相互转化。
      • 染色体由染色质经多级盘绕、折叠、压缩、包装形成
    • 核仁
      • 真核细胞间期核中最明显的结构，在细胞周期中表现出周期性的消失与重建。一般细胞核有核仁一两个，也有多个的。
      • 核仁中有大量固体物质，蛋白质占干重的80%，RNA占10%左右，DNA较少，脂类含量极少，还有碱性磷酸酶、ATP酶等酶系。
      • 核仁是rRNA合成加工和装配核糖体亚单位的重要场所
    • 核基质
      • 核内充满着一个以蛋白质成分为主的网络状结构，称为核基质，也称核骨架
      • 核骨架为细胞核内组分提供了结构支架，使核内的各项活动得以有序进行，可能对DNA复制、基因表达、染色体构建等起作用
• 后含物
  • 储藏营养的物质
    • 淀粉
      • 植物细胞内仅次于纤维素的最丰富的糖类，除叶绿体中短期储存的淀粉以外，储藏在种子。块根和块茎储藏组织的淀粉都是在造粉质体中形成。
      • 直链淀粉，对水的亲和力大，在光镜下表现出折光上的差异，遇碘呈蓝色
      • 支链淀粉，对水的亲和力小，遇碘呈红紫色
    • 蛋白质
      • 主要储存于种子内，无活性，较稳定。
      • 为萌发种子和幼苗提供氮源，常以无定形或结晶状态存在于造蛋白体内，或储存于液泡中而成为糊粉粒。
    • 脂类
      • 含有很高的能量，是植物细胞内主要的储藏物质之一
      • 常呈小滴、小球散布于细胞质基质内，或于造油体中，大量存在于油料植物的种子或果实内，子叶、花粉等细胞内也可见到。
  • 晶体
    • 一些植物细胞液泡内可见到各种形状的晶体
    • 一般认为晶体是新陈代谢产生的废物，随落叶、树皮脱落而被清除
  • 植物次生物质
    • 酚类化合物
      • 在许多植物的叶、维管组织、周皮、未成熟果实、种皮上均有分布。存在于细胞质、液泡或细胞壁中。
      • 阻止其他生物侵害，可强烈吸收紫外线，使植物免受紫外线伤害
    • 类黄酮
      • 常见的有花青素
      • 使植物的一些器官呈现各种颜色，吸引动物以利传粉和受精，还有免受紫外线灼伤、防止病原微生物侵袭等功能。
    • 生物碱
      • 主要分布于生长活跃的组织、表皮和表皮下组织、维管束鞘和有节乳管中
      • 可使植物免受其他生物的侵害
    • 萜
      • 抗癌药物紫杉醇、强心药毛地黄毒苷、工业原料橡胶
    • 生氰糖苷
      • 能产生氢氰酸
      • 有些植物细胞遭受破坏时，生氰糖苷在有关酶的作用下产生氢氰酸，它是呼吸作用的抑制剂，可使侵害它的生物致死。
    • 非蛋白氨基酸
      • 不被植物用作合成蛋白质的氨基酸
      • 可作为蛋白质氨基酸的竞争性底物而影响氨基酸的吸收和蛋白质的合成，因而表现出抑制性效应，可减缓种子萌发，阻止花粉管生长等。对动物有很大毒性，对植物自身有防御作用。