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植物生理学

作者:(当代)
栏目:科普.生活
类别:现代
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书籍节选

书籍章节作者介绍
  细胞中所有的生活物质称为原生质(protoplasm)。植物细胞除去细胞壁而得到的原生质球状体称为原生质体。原生质体主要由细胞质(cytoplasm)、细胞核(nucleus)和液泡(vacuole)组成。
  1.细胞质
  细胞质的成分包括质膜、细胞质基质、内膜系统、细胞骨架、核糖体、线粒体和质体等。
  (1)细胞质基质。细胞质在光学显微镜下,它是均匀一致的透明质;在电镜下,可看到许多不同类型的细胞器,细胞质除去这些细胞器,就是细胞质基质(cytoplasmicmatrix),亦称细胞浆(cytosol)。从生物化学的角度讲,它是细胞质的可溶相,是经过超速离心后所留下的上清液部分。细胞质基质的化学成分有水、无机离子、溶解的气体、糖类、脂类、氨基酸、核苷酸、蛋白质和RNA等。
  过去认为细胞质基质是无色透明均一的胶体物质。但通过研究,现在发现细胞质基质也存在一些亚显微结构。在电镜下,可看到细胞质基质含有许多纤维,这些纤维维持细胞的形态和运动,也提供细胞器的固着点。这些纤维包括微管、微丝和中间纤维。它们都是蛋白质,并相互联结成主体的网络,形成所谓细胞骨架(cytoskeleton),称为微梁系统(microtubule system)。
  蛋白质是细胞质基质的主要成分,因此细胞质基质具有胶体性质,如界面扩大、亲水性以及溶胶化与凝胶化等性质。一般情况下,植物细胞的原生质呈溶胶状态,在环境条件改变时,可由溶胶变为凝胶状态,比如,休眠的种子和芽的原生质呈凝胶状态。
  细胞质基质是植物细胞进行代谢活动的重要场所,比如,呼吸代谢的糖酵解、磷酸戊糖途径,脂肪的分解与脂肪酸的合成,光合细胞的蔗糖合成,硝酸盐的还原以及C4植物叶肉细胞固定二氧化碳等都是在细胞质基质中进行的;由核糖体合成的许多蛋白质亦在此进行。另外,细胞质基质可提供细胞器所需要的离子环境和反应底物。细胞质基质的的流动有利于物质的吸收和运转。
  (2)膜系统。膜系统包括质膜和内膜。质膜包围着细胞质,它调节物质进出细胞,参与调控植物代谢和生长发育中的许多过程,具有很重要的意义。内膜系统包括内质网、高尔基体、核膜、液泡膜、微体和溶酶体等。
  内质网(endoplasmic reticulum,ER)是由一层单位膜构成的囊状、泡状和管状的网膜系统。根据其膜外表面有无核糖体存在,可分为粗糙内质网和光滑内质网两种类型。内质网与核膜相连通,并与高尔基体在结构与功能上有密切关系。粗糙内质网可合成蛋白质。光滑内质网除有运输由粗糙内质网所合成的蛋白质的功能外,还可合成脂类和固醇。内质网还是细胞内和细胞间物质与信息交流或运输的通道。
  高尔基体(Golgibody)是由许多扁平的囊泡构成、包着单层膜的细胞器,意大利学者C.Golgi于1898年发现,故名。它位于内质网和质膜之间。高尔基体与细胞的分泌机能有关,能够收集和排出内质网所合成的物质,它也是凝聚某些酶原颗粒的场所。高尔基体还参与多糖和糖蛋白的合成,因此与细胞壁和细胞膜的形成有关。
  核膜是细胞核与细胞质之间的界膜,由两层膜构成。其外膜与内质网有相连部位,可进行物质交换。核膜上有许多核孔,蛋白质。核酸等大分子可从中通过。
  液泡膜是包着液泡的单层膜,可控制液泡中溶质的进出,从而调节细胞的水势。
  微体(microbody)是由单层膜包裹成的球状细胞器,是由内质网的小泡形成的,主要有过氧化体和乙醛酸体。过氧化体与叶绿体和线粒体一道完成光呼吸作用。乙醛酸体能将脂肪酸转变为糖类。
  溶酶体(lysosome)是泡状结构,外面包着一层单位膜,其内部没有特殊的结构,含有能够水解糖类、脂类、蛋白质与核酸等几十种酸性水解酶类。溶酶体是细胞内溶解大分子物质的细胞器,它既可分解由外界进入细胞的物质,如分解异物,消除病菌等;也可消化细胞内原来存在的物质,如解体的线粒体和其他细胞器的碎片。因此它具有防御与营养的功能。
  (3)线粒体。线粒体(mitochondrion)是由双层膜组成的囊状结构,其形状、大小随细胞类型和生理状态而变化,一般呈球状、杆状或管状,长径约1~5μm,短径约1.5~1.0μm。线粒体的外膜平滑;内膜向内皱褶伸入而成为嵴,使其表面积大大增加,有利于呼吸过程中的酶促反应。内膜所包围的物质,称为基质或介质,呈透明胶体状,化学成分主要有可溶性蛋白、脂类、核糖体、核酸和多种酶。在内膜上,分布着许多颗粒,这些颗粒与ATP的合成有关(图1—6)。
  线粒体的外膜含磷脂多,通透性大,物质容易进出。内膜含蛋白质较多,通透性小,有利于一些酶促反应的进行,离子和分子的通过要有特殊的载体帮助才行。
  线粒体是细胞进行呼吸作用的主要场所。已经证明,三羧酸循环、氨基酸代谢和脂肪酸分解中的各种酶存在于线粒体基质中;而电子传递和氧化磷酸化的酶系则存在于线粒体的内膜上。线粒体基质中还含有DNA、RNA及合成蛋白质所需的各种酶,可合成蛋白质。
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