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植物生理学学习指南_第一章 植物细胞的结构与功能
第一章 植物细胞的结构与功能
［内容提要］
细胞是构成生物体结构和功能的基本单位，可分为原核细胞和真核细胞两大类，它是由水分、蛋白质、核酸、多糖和脂类等成分组成，但决定细胞生命特性的主要是蛋白质和核酸等生物大分子。细胞的生物大分子组成决定了原生质是一个稳定的胶体系统，原生质具有亲水胶体的各种特征。
植物细胞外具刚性的细胞壁，由胞间层、初生壁、次生壁所构成，这是植物细胞与动物细胞在结构上最显著的差别之一。生物膜是细胞结构的基本形式。磷脂双分子层构成了生物膜的基本骨架，其中镶嵌的各种膜蛋白决定了膜的大部分功能。目前较流行的生物膜结构模型是“流动镶嵌模型”。细胞内部是复杂的膜系统，由内膜系统分隔形成具有特殊结构和功能的各种细胞器。细胞内部分室分工，保证了细胞有序的生化反应。细胞的精细结构与其所承担的功能是相适应的。
细胞核是细胞遗传与代谢的调控中心。叶绿体和线粒体是植物细胞内能量转换的细胞器，它们与细胞核都具有双层被膜。微管和微丝等构成了细胞骨架，在细胞运动和物质运输方面起重要作用。内质网参与了细胞内与细胞间的物质运输，交换和信息传递。高尔基体参与多种生物大分子的合成、运输以及细胞膜、细胞壁的组建。过氧化物体是光呼吸的场所，乙醛酸体参与脂代谢以及将脂肪转变为糖类的作用。溶酶体与液泡参与细胞内物质的分解和细胞的自溶反应。此外，液泡还具有物质贮藏、调控细胞水分平衡以及参与细胞多种代谢和信号转导的作用。
植物细胞具有全能性，即任一生活细胞都包含有发展成完整植株的全部遗传信息，在适当的条件下可以培养成完整的植株，这是组织培养的理论基础。但在自然条件下，植物细胞核DNA中贮存的大部分遗传信息(基因)不能表达，由于它们受内、外部因子的调控，其基因的表达具有“时”、“空”特异性，从而使得植株具有不同的器官和组织，在空间上才能婀娜多姿。
细胞按有无核可分为原核细胞和真核细胞两类。高等植物的个体常由亿万个细胞构成，每个细胞都具有原生质体与细胞壁，是植物体结构与功能的基本单位，植物体的各种代谢活动几乎都是在细胞内进行的。
［学习要点］一、细胞的化学组成
原生质是构成细胞生命活动的主要部分，除了最大量的水外，便是丰富的生物大分子以及其它有机物与无机物。核酸、蛋白质、脂类和糖类是决定细胞结构和功能的主要成分。
原生质的物理特性：有很大的张力，有粘性和弹性，具流动性等。
胶体特性：由于胶体颗粒小，分散度高，故比表面积大，可以扩大生化反应的活动场所。胶体颗粒呈现双电层，对维持其稳定性起了重要作用。原生质胶体还可以发生凝胶作用与溶胶作用，因而有溶胶和凝胶两种状态，二者可相互转变。原生质胶体还具亲水性等。
液晶性质：液晶态是物质介于固态和液态之间的一种状态，它既有固体结构的有序性，又有液体的流动性。生物膜在一定温度范围内，才能处于液晶态，低于某种温度，就从液晶态变为晶态。如果温度过高，膜又会从液晶态变为液态。
二、细胞的亚微结构与功能
(一)植物细胞与动物细胞的主要区别
1.具有明显的细胞壁；
2.具有光合作用的细胞器—叶绿体，以及其它质体；
3.中央具有一个大液泡。
(二)植物细胞组分的结构特点与主要功能
1、细胞壁 分三层：胞间层、初生壁、次生壁。
主要成分：纤维素、半纤维素、果胶质、结构蛋白，此外还有酶，木质素，矿质等。
功能：构成植物的骨架，保护细胞的结构与功能，运输、防御。
2、细胞浆 即细胞质基质，是细胞质的衬质，蛋白质，酶，其它有机物与无机离子等。
功能：糖酵解；磷酸戊糖途径；光合细胞内蔗糖的合成；脂肪酸的合成等
3、内质网 单层膜，有粗糙型(RER)，和光滑型(ER或SER)，粗糙型上有许多核糖体。
功能：蛋白质与脂质的合成，物质的运输贮藏，细胞内的通讯与传递
4、高尔基体 单层膜、囊泡状，内含多种酶。
功能：分泌成壁物质和成膜物质，合成
5、溶酶体 单层膜，小球粒，内含多种水解酶。
功能：膜破裂时水解物质，消化作用，“自溶”现象。
6、液泡 单层膜，成熟的细胞体积特别大，内含多种酶，贮藏物，代谢废物，次生物质等。
功能：水解大分子，供细胞消化吸收；贮藏溶质；构成细胞的渗透系统，维持细胞的膨胀状态。
7、微体 单层膜，包括过氧化物体与乙醛酸体。
功能：过氧化物体与叶绿体、线粒体一起完成光呼吸过程(乙醇酸循环)。乙醛酸体内进行脂肪酸氧化，乙醛酸循环，使脂肪转化为糖。
8、细胞核 具双层膜，尚有染色体，核仁，核液等。
功能：DNA、RNA的合成；贮存、传递和表达遗传信息。
9、核糖体 由RNA和蛋白质组成，分大、小两个亚基。
功能：蛋白质合成场所。
10、质体 双层膜，分为无色体、有色体(包括叶绿体)等，各种质体间可互相转化。
功能：叶绿体是光合作用的场所；其它质体可积累或合成淀粉、脂肪、蛋白质等。
11、细胞骨架 微管由微管蛋白组成，管状；微丝由收缩蛋白组成，丝状；中间纤维
功能：微管可控制成壁物质向壁沉积时的有序排列；有丝分裂时形成纺缍体；细胞质的骨骼。
微丝利用ATP提供能量推动原生质流动。二者都与细胞的运动有关。
中间纤维起支架作用，参与细胞发育与分化。
12、线粒体 双层膜，内膜向内折叠成嵴；含与呼吸作用有关的酶类。
功能：呼吸作用场所(三羧酸循环，电子传递，氧化磷酸化等)。
13、胞间连丝 相邻细胞间质膜突出连续而成。
功能：相邻细胞物质与信息的传递。
14、圆球体 又叫油体，半层膜。
功能：参与脂类代谢；含多种水解酶。
15、膜 包括质膜，内膜系统等，详见后述
功能：选择透性，控制物质，能量交换等，详见后述。
三、生物膜与细胞的内膜体系
