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第一节植物细胞的基本结构

花匠小妙招
2024-11-30 03:50

     本章的目的要求是了解细胞的形状和大小。掌握细胞的结构，了解细胞主要部分的生理功能。熟悉细胞壁的层次，了解纹孔及胞间连丝，掌握细胞壁的特化，掌握本质化、木栓化的鉴别方法，了解角质化、粘液质化和矿质化。
     掌握细胞后含物的种类。掌握淀粉粒、草酸钙结晶的形态及鉴别方法。了解菊糖、蛋白质、脂肪、脂肪油和碳酸钙结晶。
     第一节植物细胞的基本结构
     植物细胞——是构成植物体的形态结构和生命活动的基本单位。
     形状：多样，随植物种类，存在植物体的部位和执行机能不同而异。
     ①游离或排列疏松——呈类圆形、椭园形和球形。
     ②排列紧密——多面体形或其他形状
     ③支持作用——壁常增厚，纺锤形、圆柱形等
     ④输导——长管状
     一、原生质体Protoplast
     是细胞内有生命物质的总称，包括细胞质、细胞核、质体、线粒体、高尔基体、核糖体、溶酶体等，是细胞的主要部分，细胞的一切代谢活动都在这里进行。
     1、细胞质：（1）质膜：具选择透性和渗透现象
     （2）细胞器：质体、线粒体、液泡系、内质网、高尔基体、核糖核蛋白体、溶酶体。
     细胞器：是细胞中具一定形态结构、成分和特定功能的微器官，也称拟器官。
     光镜可观察到：质体、线粒体、液泡系
     电镜观察：内质网、高尔基体、核糖核蛋白体、溶酶体。
     质体：具有一定形态结构、成分和功能的，并且是植物特有的细胞器。
     质体Plastid——叶绿体chloroplast、有色体chromoplast
     白色体leucoplast 直径约数微米
     叶绿体：叶、茎及长果绿色部分，根一般不含。含四种色素，A、B、胡萝卜素、叶黄素。
     有色体：色素主要是胡萝卜素、叶黄素。呈黄、橙红或红色（色素两者比例不同，颜色各异）。功能是聚集淀粉和脂类，在花与果实中吸收昆虫和动物传粉和传种。
     白色体：不含色素，无色，形状：圆形，椭圆形、纺锤形。
     位置：不暴光的组织（块茎、块根），也有在叶中。
     功能：积累贮藏物质，造粉体——合成淀粉，蛋白质体——合成蛋白质，造油体——合成脂肪和脂肪油。
     △叶色与叶绿素关系：
     叶色与四种色素比例有关，叶绿素占绝对优势，叶呈绿色，叶绿素下降，叶呈黄或橙黄色，阴生植物与阳生植物叶绿素A与B的含量有别。
     阳生植物，叶绿素含量小，A/B值大，充分利用直射光下的红光
     阴生植物，叶绿素含量大，A/B值小，充分利用散射光下的蓝紫光
     叶素素A在红光部分吸收带宽，B则在蓝紫光部分吸收带较宽
     紫外←紫、蓝、绿、黄、橙、红→红外
     400nm 800nm
     △有色体与色素的区别
     有色体有一定形状，细胞质中，黄色、橙色、橙红色、脂溶性、不受PH影响
     花色素（花青素、花黄素）均匀分布细胞液中，红色，蓝色，紫色，水溶性，随PH变化。
     △质体比较表

     △质体转化关系
     胡萝卜、白萝卜→变绿
     番茄果实由白→绿→红
     辣椒由绿→红
     线粒体mitochondria—
     形状：颗粒状、棒状、丝状或有分枝的细胞器
     大小：比质体小，一般直径0.5-1.0um，长约1-2um，光镜下仅见外形
     结构：两层膜
     功能：是细胞中物质氧化（呼吸作用）的中心。
     液泡vacuole
     植物特有。变化：先小而多，随细胞成长，变大，融合占细胞90%
     功能：调节细胞渗透压，在维持细胞质内环境的稳定方面起着主要作用。
     组成：液泡膜、细胞液——糖类、盐类、生物碱、苷、单宁、有机酸、挥发油、色素、树脂、草酸钙结晶。
     2、细胞核nucleus
     数目：高等植物通常单核，藻类、菌类有双核、多核，花粉囊绒毡层在成熟期也有双核，乳管有多核。
     大小：直径一般10-20um，苏铁受精卵核达1mm，真菌有的核仅1um。
     组成：核膜nuclear membrane
     核液nuclear sap
     核仁nucleolus
     染色质chromatin—当细胞核行将分裂时→螺旋状扭曲的染色质丝→棒状染色体chromosome，含有DNA、Pr、RNA
     二、细胞后含物和生理活性物质
     是细胞代谢过程中的产物，属非生命物质
     一类是后含物——为贮藏物质或废弃物质，以成形或非成形形式分布在细胞质或液泡内。
     另一类是生理活性物质——是对细胞内生物化学反应和生理活动起调节作用，含量少、效能高。
     1、后含物ergastic substance
     细胞在代谢过程中产生的非生命物质统称。
     （1）淀粉Starch——是由葡萄糖分子聚合而成的长链化合物。
     产生：叶绿素（光合作用）→淀粉（分解）→葡萄糖（转运）→贮藏细胞（造粉体）→淀粉粒
     分布：薄壁细胞中，尤以各类贮藏器官更为集中，如种子胚乳、子叶、块根、块茎、球茎、根茎等更为丰富。
     淀粉粒结构形成：造粉体在形成淀粉粒时，由一个中心开始，由内向外层层沉积，中心即脐点（hilium），层层沉积，出现层纹（annular striation lamellae），因淀粉沉积时，直链淀粉与支链淀粉相互交替分层沉积，二者亲水性有异，遇水膨胀不一，显示折光上差异，而在光镜下观察到层纹。若用酒精脱水，层纹随之消失。
     形状：圆球形、卵圆形、或多角形、棒状（大戟），骨状等。
     大小：小者约3-5μm（大米），大者70-100μm（马铃薯）
     脐点位置与形状：位置居中（小麦、蚕豆），偏于一侧（马铃薯），
     形状有点状，裂隙状、分叉状、星状、可能由于淀粉粒脱水，脐点往往出现辐射状裂缝。
     类型：单粒淀粉simple starch grain——单脐点（极少数2个以上，如川贝），层纹环绕脐点。
     复粒淀粉compound starch grains——由若干分粒组成，每一变粒具2－多个脐点，每脐点有各自层纹环绕。
     半复粒淀粉half compound starch grains——有2－多个脐点，每脐点除有各自层纹外，同时有共同的层纹。
     成分：直链淀粉含水量较高，遇I显蓝色，支链淀粉含水量较低，遇I显紫红色，一般植物淀粉粒两类均有，则呈蓝紫色，糯米几乎全为支链——水装片。
     偏光显微镜观察——已糊化淀粉粒无偏光，未糊化有偏光。
     各种植物淀粉粒在类型、形状、大小、脐点位置等方面各具特征，可根据有无和形态，鉴定药材。
     （2）菊糖inulin
     成分：由果糖分子聚合而成，溶于水，不溶于酒精。
     观察时先将材料浸入乙醇中，一周后观察（切片）。
     分布：菊科，桔梗科，龙胆科，百合科部分植物，山茱萸果皮。
     形态：球形、半球形、扇形结晶存在于细胞内。
     检验：加10%α-萘酚的乙醇溶液，再加硫酸，显紫红色，并很快溶解。
     （3）蛋白质Protein
     贮藏Protein是化学性质稳定的非生命物质，在cell中呈固体状态，它与构成原生质体的活性protein完全不同。一般以糊粉粒aleurone grain状态存在于细胞中。
     糊粉粒——有一定的形态结构，外面有一层单位膜包裹，里面为无定形的蛋白质，基质或蛋白质基质中还含有蛋白质的拟晶体，球状体及草酸钙结晶。
     拟晶体：具有晶体和胶体二重性，因此称拟晶体，新教材直称蛋白质晶体。拟晶体有不同形状，但常呈方形。
     分布——在种子胚乳和子叶细胞中含有丰富的蛋白质。有时形成特殊的1－数层细胞（糊粉层）。
     检验——①在盛有Pr溶液试管里加数滴浓硝酸并微热，可见黄色沉淀析出，冷却片刻再加过量氨液，沉淀变为橙黄色，称Pr黄色反应。
     ②Pr遇碘液显棕色或黄棕色。
     ③Pr溶液加硝酸汞试液，显砖红色。
     ④Pr加硫酸铜和苛性碱的水溶液则显紫红色。
     马铃薯剥皮后会损失Pr，其方形蛋白质拟晶体存在块茎近外围的薄壁cell中。
     薄壁Cell淀粉中常夹有立方体的Pr拟晶体。
     小麦种子胚乳cell含有大量构造简单的球形糊粉粒，外有一层Pr膜，因而是无定形的Pr。
     葡萄种子细胞中，有1个大的和几个小的糊粉粒，其中大者内含草酸钙结晶。
     （4）脂肪fat和脂肪油fat oil
     成分：由脂肪酸和甘油结合而成的脂。
     形态：在常温下呈固体或半固体的称为脂，呈液体的称为油。
     分布：通常呈小滴状分散在细胞质里，不溶于水，易溶于有机溶剂。常存在于种子里，有的种子所含脂肪可达种子干重45%—60%。
     功能：是贮藏营养物质中最为经济的形式，在氧化时能放出较多的能量。
     检验：①加苏丹Ⅲ试液显橘红色、红色或紫红色。
     ②加紫黄试液显紫红色；
     ③加四氧化锇显黑色。
     （5）晶体Crystal——草酸钙结晶和碳酸钙结晶
     ①草酸钙结晶Calcium oxalate crystal
     作用：草酸被钙中和，减少草酸对植物的毒害
     形状：无色透明，簇、针、方、砂、柱等形状
     单晶Solitary crystal——又称方晶或块晶，通常正方、长方、斜方，八面体、三棱形等，单独存在，也有呈双晶twin crystals（茛菪）。
     针晶acicular crystal——两端尖锐的针状，在cell中多成束存在，称针晶束raphides，多存在于含粘液的细胞中，如半夏、黄精、玉竹等，也有分散，如苍术。
     簇晶Cluster crystal；rosette aggregate——晶体由许多八面体、三棱形单晶聚集而成，通常呈球状或三角状星状，如人参、大黄、椴树、天竺葵叶、菊花等。
     砂晶micro-crystal；crystal sand——晶体呈细小的三角形，箭头状或不规则状，通常密集于细胞腔中。因此聚集砂晶的细胞颜色较暗，易与其它细胞区别，茄科植物。
     柱晶Columnar crystal；styloid——晶体呈长柱形，长度为直径的四倍以上，形如柱状，如射干等鸢尾科植物，淫羊藿叶、紫鸭跖草等。
     ②碳酸钙结晶Calcium carbonate crystal
     位置——多存在于叶表皮cell中，是cell壁的特殊瘤状突起上聚集了大量碳酸钙或少量的硅酸钙而形成，通常呈钟乳状，又称钟乳体cysyolith。
     分布——桑科、爵床科、荨麻科
     ③石膏结晶——柽柳叶
     靛蓝结晶——菘蓝科
     橙皮甙结晶——吴茱萸、薄荷叶
     芸香甙结晶——槐花。
     检验：草酸钙结晶不溶于稀醋酸，加稀盐酸溶解而无气泡产生，遇1—20%硫酸溶液则溶解而形成针状的硫酸钙结晶析出。
     碳酸钙结晶加醋酸或稀盐酸溶解，同时有CO2气泡产生，可与草酸钙区别。
     2、生理活性物质——生化的内容、略。
     三、细胞壁cell wall
     细胞壁，质体，液泡是植物cell与动物cell不同的三大结构特征。
     1、分层——胞间层，初生壁、次生壁
     ①胞间层intercellular layer（又称中层middle lamella）：是相邻2细胞共有的薄层。
     形成：细胞分裂时，细胞中部纺锤丝的赤道而产生细胞板，将cell分隔为二，并在cell板上形成由果胶pectin类物质所组成的结构，称胞间层或中层，其两边分别形成初生壁。
     分离：胞间层粘连两个细胞，若果胶分解，细胞互相之间即分离，一为自身分离，如果实成熟变软，另一为细菌产生果胶酶，如沤麻。
     人为分离——硝酸和氯酸钾混合液、氢氧化钾或碳酸钠溶液作解离剂，解离组织，便于鉴定。
     细胞间隙intercellular space——细胞生长分化时，胞间层部分溶解所致。起通气和贮藏气体。
     ②初生壁primary wall，一般厚1-3μm
     形成——细胞生长时，原生质分泌的纤维素、半纤维素、果胶质增加在胞间层内方形成。在细胞生长叶，初生壁还可进行填充生长（伸长）和附加生长（增厚）。
     ③次生壁secondary wall，一般厚而坚韧，5-10μm
     形成—细胞停止生长后，原生质分泌的纤维素、半纤维素及少量木质素使壁加厚。
     复合中层—具次生壁细胞，初生壁很薄，2相邻细胞的初生壁与胞间层共同结构被称为复合中层，有时也包括初形成的次生壁。
     次生壁分层—在较厚次生壁中，一般分为内、中、外3层，中层较厚。较厚的具次生壁的厚壁细胞可具5层结构。
     2、纹孔Pit与胞间连丝Plasmodesmata
     纹孔——次生壁加厚时，有的地方未增厚，只有胞间层和初生壁，此薄区域即纹孔。
     纹孔对——相邻细胞在相同部位出现纹孔，称纹孔对pit pair
     纹孔膜——纹孔对之间的薄膜，即复合中层。
     纹孔腔——两侧次生壁未加厚的腔穴。
     纹孔口——纹孔腔通往细胞壁的开口
     初生纹孔场——初生壁上凹陷的地方，又称原纹孔。
     胞间连丝——初生纹孔场上集中分布许多小孔，许多纤细的原生质丝通过此彼此联系。（在壁其它部位也存在少量的胞间连丝）
     ①纹孔对类型
     单纹孔simple pit——未加厚处圆筒形，次生壁厚时成孔道或沟。
     具缘纹孔bordered pit——纹孔周围次生壁，向细胞腔内呈架拱状隆起，形成纹孔的缘部。有的具塞，正面观2圆或3个同心圆。
     半缘纹孔half bordered pit——是薄壁细胞与管胞或导管间的纹孔，一边形似单纹孔，另一边呈架拱状隆起的纹孔缘，三塞。2圆。
     ②细胞壁的特化
     通常：cell壁主要是由纤维素构成，具韧性和弹性。
     纤维素遇氧化铜氨液能溶解。
     加氯化锌碘试液，显蓝色或紫色。
     木质化lignification——壁内填充和附加了木质素，硬度增强，细胞群机械力增加。又能透水，可防腐。
     常见细胞：管胞、导管、木纤维、石细胞等。
     显色反应：间苯三酚+盐酸，显红色或紫红色。
     加氯化锌碘液显黄色或棕色。
     木栓化suberization——壁内增加木栓质suberin，不透气和水。
     死细胞，具保护作用，木栓层
     显色反应：苏丹Ⅲ橘红色或红色。
     苛性钾加热，木栓质溶解成黄色油滴状。
     角质化cutinization——原生质体产生的角质填充于壁中使之角质化，并常积聚壁表面成无色透明角质层（cuticle），可防水分过度蒸发和微生物侵害。
     显色反应：苏丹Ⅲ橘红色或红色，遇碱液加热能较持久保持。
     粘液质化mucilagization——壁中果酸质，纤维素变成粘液。粘液化所形成的粘液在细胞表面常呈固体状态，吸水膨胀呈粘滞状态，车前、芥菜、亚麻种子等表皮细胞中。
     显色反应：加玫红酸钠酒精溶液可染成玫瑰红色，加钙红试液可染成红色。
     矿质化mineralization——壁中含硅质或钙质，如禾本科的茎、叶，木贼茎均含大量硅酸盐。
     硅质化细胞壁加硫酸或醋酸无变化。
     ③细胞的壁向和细胞分裂方向