植物细胞结构和功能
单元自测
问答题
1．为什么说真核细胞比原核细胞进化？
答：原核细胞没有明显的由核膜包裹的细胞核，只有由若干条线型DNA 构成的拟核体，细胞体积一般很小，质膜与细胞质的分化简单，除核糖体外，没有其它亚细胞结构，主要以无丝分裂方式繁殖。而真核细胞有明显的由两层核膜包裹的细胞核，细胞体积较大，细胞质高度分化形成了各种大小不一和功能各异的细胞器，各种细胞器之间通过膜的联络形成了一个复杂的内膜系统，细胞分裂以有丝分裂为主。由于真核细胞出现复杂的内膜系统和高度分化的细胞器，使细胞结构区域化，代谢效率提高，遗传物质稳定，能组成高等的真核生物。两者相比，真核细胞显然要比原核细胞进化得多。
2．典型的植物细胞与动物细胞的最主要差异是什么？这些差异对植物生理活动有什么影响？ 答：典型的植物细胞中存在大液泡和质体，细胞膜外还有细胞壁，这些都是动物细胞所没有的，这些结构特点对植物的生理活动以及适应外界环境具有重要的作用。例如大液泡的存在使植物细胞与外界环境构成一个渗透系统，调节细胞的吸水机能，维持细胞的挺度，另外液泡也是吸收和积累各种物质的场所。质体中的叶绿体使植物能进行光合作用；而淀粉体能合成并贮藏淀粉。细胞壁不仅使植物细胞维持了固有的形态，而且在物质运输、信息传递、抗逆防病等方面起重要作用。
3．原生质的胶体状态与其生理代谢有什么联系？
答：原生质胶体有溶胶与凝胶两种状态，当原生质处于溶胶状态时，粘性较小，细胞代谢活跃，分裂与生长旺盛，但抗逆性较弱。当原生质呈凝胶状态时，细胞生理活性降低，但对低温、干旱等不良环境的抵抗能力提高，有利于植物度过逆境。在植物进入休眠时，原生质胶体从溶胶状态转变为凝胶状态。
4．高等植物细胞有哪些主要细胞器？这些细胞器的结构特点与生理功能有何联系？
答：高等植物细胞内含有叶绿体、线粒体、微管和微丝、内质网、高尔基体、液泡等细胞器。这些细胞器在结构与功能上有密切的联系。
(1)叶绿体 具有双层被膜，其中内膜为选择透性膜，这对控制光合作用的底物与产物输出叶绿体以及维持光合作用的环境起重要作用。类囊体是由封闭的扁平小泡组成，膜上含有叶绿体色素和光合电子传递体，这与其具有的光能吸收、电子传递与光合磷酸化等的光反应功能相适应。而C02同化的全部酶类存在于叶绿体间质，从而使间质成为C02固定与同化物生成的场所。由于叶绿体具有上述特性，使它能成为植物进行光合作用的细胞器。
(2)线粒体 是进行呼吸作用的细胞器，也含有双层膜，外膜蛋白质含量低，因而透性较大，有利于线粒体内外物质的交流，内膜蛋白质含量高，且含有电子传递体和ATP 酶复合体，这使内膜不仅通透性小，而且可在其上能进行电子传递和氧化磷酸化，并保证各种代谢的正常进行。
(3)微管 是由微管蛋白组装成的中空的管状结构，在细胞中能聚集与分散，组成早前期带、纺缍体等多种结构。它在保持细胞形状、细胞内的物质运输、细胞分裂和细胞壁合成中起重要作用。
(4)微丝 由收缩蛋白构成，类似于肌肉中的肌动蛋白，呈丝状，主要为胞质运动提供动力。
(5)内质网 大部分呈膜片状，由两层平行排列的单位膜组成，内质网相互联通成网状结构，穿插于整个细胞质中，既提供了细胞空间的支持骨架，又起到了细胞内的分室作用，另外内质网是细胞内的物质合成、运输和贮藏系统，也是细胞间物质与信息的传递系统。
(6)高尔基体是由膜包围的液囊垛叠而成，除参与物质集运外，也参与某些生物大分子的装配，并可分泌成壁物质和其它物质。
(7)液泡 随着细胞的生长，常融合成一个大的中央液泡，其内糖、酸等溶质具有渗透势，这
对调节水分平衡、维持细胞的挺度具有重要作用。另外液泡膜上有ATP 酶、离子通道和多种载体，能选择性地吸收和积累各种物质。
5．生物膜在结构上的特点与其功能有什么联系？
答：生物膜主要由蛋白质和脂类组成，膜中脂类大多为极性分子，其疏水尾部向内，亲水头部向外，组成双脂层，蛋白质镶嵌在膜中或分布在膜的表面。脂性的膜不仅把细胞与外界隔开，而且把细胞内的空间区域化，从而使细胞的代谢活动有条不紊地“按室分工”。膜上的蛋白质有的是酶，有的是载体或通道，还有的是能感应刺激的受体，因而生物膜具有进行代谢反应、控制物质进出以及传导信息等功能。膜中蛋白质和脂类的比值因膜的种类不同而有差异，一般来说，功能多而复杂的生物膜，其蛋白质的种类以及与脂类的比值大，反之，膜的功能简单，其所含蛋白质的种类与数量就少。如线粒体内膜以及类囊体膜的功能复杂，要进行电子传递和磷酸化作用，因而其蛋白质种类和数量较多，而且其中许多蛋白质与其它物质组成了蛋白复合体。
关于膜的结构有流动镶嵌、板块镶嵌等模型。流动镶嵌模型的结构特点是强调膜的不对称性和流动性，不对称性主要指脂类和蛋白质分布的不对称；而流动性则指组成膜的脂类双分子层或蛋白质都是可以流动或运动的。膜的流动性保证了生物膜能经受一定程度的形变而不致破裂，这也可使膜中各种成分按需要重新组合，使之合理分布，有利于表现膜的多种功能。更重要的是它允许膜互相融合而不失去对通透性的控制，确保膜分子在细胞分裂、膜动运输、原生质体融合等生命活动中起重要的作用。板块镶嵌模型的结构特点是强调整个生物膜是由不同组织结构、不同大小、不同性质、不同流动性的可移动的膜块所组成，不同流动性的区域可同时存在，各膜块随生理状态和环境条件会改变与转化，这种板块镶嵌模型有利于说明膜功能的多样性及调节机制的复杂性。
6．细胞内部的区域化对其生命活动有何重要意义？
答：细胞内的区域化是指由生物膜把细胞内的空间分隔，形成各种细胞器，这样不仅使各区域内具有的pH 值、电位、离子强度、酶系和反应物不同，而且能使细胞的代谢活动“按室进行”，各自执行不同的功能。同时由于内膜系统的存在又将多种细胞器联系起来，使得各细胞器之间能协调地进行物质、能量交换与信息传递，有序地进行各种生命活动。
7．植物细胞的胞间连丝有哪些功能？
答：植物细胞胞间连丝的主要生理功能有两方面：一是进行物质交换，相邻细胞的原生质可通过胞间连丝进行交换，使可溶性物质（如电解质和小分子有机物）、生物大分子物质（如蛋白质、核酸、蛋白核酸复合物）甚至细胞核发生胞间运输。二是进行信号传递，物理信号（电、压力）和化学信号（生长调节剂）都可通过胞间连丝进行共质体传递。
8．细胞周期各阶段有何特点？
答：G 1-期是从有丝分裂完成到DNA 复制之前的时期，主要进行mRNA 、tRNA 、rRNA 和蛋白质的合成，为DNA 复制作准备。
S 期是DNA 复制时期，主要进行DNA 及有关组蛋白的合成。此期中DNA 的含量增加一倍。 G 2期为DNA 复制完毕到有丝分裂开始的一段间隙，主要进行染色体的精确复制，为有丝分裂作准备。
M 期是细胞进行有丝分裂的时期，此期染色体发生凝缩、分离并平均分配到两个子细胞中。细胞分裂按前期、中期、后期和末期的次序进行，分裂后子细胞中的DNA 含量减半。
9．植物细胞的基因表达有何特点？
答：（1）植物是真核生物，其细胞的DNA 含量和基因数目远远多于原核细胞，蛋白质或RNA 的编码基因序列往往是不连续的，大多数基因都含有内含子。DNA 与组蛋白结合，以核小体为基本单位，形成染色体或染色质，遗传物质分散到多个DNA 分子上。
（2）植物细胞的基因为单顺反子，无操纵子结构，有各自的调控序列，而且基因表达有明显的“时”与“空”的专一性。另外，植物基因表达比动物更容易受环境因子（如光、温、水分）
的影响，环境因子会引起植物基因表达的改变。
（3）植物细胞中有三种RNA 聚合酶参与基因的表达，RNA 聚合酶Ⅰ负责rRNA 的合成，RNA 聚合酶Ⅱ负责形成mRNA ，RNA 聚合酶Ⅲ负责tRNA 和小分子RNA 的合成。植物细胞中的DNA 通过组蛋白阻遏等机制，使大部分基因不能表达，又借在转录等水平上的各级复杂调节机制，使得在特定组织和特定发育阶段中有相应基因进行适度表达，产生与组织结构和代谢功能相适应的蛋白质或酶。
10．你怎样理解植物细胞的程序化死亡？
答：细胞程序化死亡(programmed cell death,PCD) 是一种主动的受细胞自身基因调控的衰老死亡过程，与通常意义上的细胞衰老死亡不同，在PCD 发生过程中，通常伴随有特定的形态变化和生化反应，如细胞核和细胞质浓缩、DNA 降解等。它是多细胞生物中某些细胞所采取的主动死亡方式。在细胞分化、过敏性反应和抗病抗逆中有特殊作用，如维管束中导管的形成、性别分化过程中单性花的形成、感染区域及其周围病斑的形成等，这些都是细胞程序化死亡的表现。
植物细胞结构和功能
单元自测
问答题
1．为什么说真核细胞比原核细胞进化？
答：原核细胞没有明显的由核膜包裹的细胞核，只有由若干条线型DNA 构成的拟核体，细胞体积一般很小，质膜与细胞质的分化简单，除核糖体外，没有其它亚细胞结构，主要以无丝分裂方式繁殖。而真核细胞有明显的由两层核膜包裹的细胞核，细胞体积较大，细胞质高度分化形成了各种大小不一和功能各异的细胞器，各种细胞器之间通过膜的联络形成了一个复杂的内膜系统，细胞分裂以有丝分裂为主。由于真核细胞出现复杂的内膜系统和高度分化的细胞器，使细胞结构区域化，代谢效率提高，遗传物质稳定，能组成高等的真核生物。两者相比，真核细胞显然要比原核细胞进化得多。
2．典型的植物细胞与动物细胞的最主要差异是什么？这些差异对植物生理活动有什么影响？ 答：典型的植物细胞中存在大液泡和质体，细胞膜外还有细胞壁，这些都是动物细胞所没有的，这些结构特点对植物的生理活动以及适应外界环境具有重要的作用。例如大液泡的存在使植物细胞与外界环境构成一个渗透系统，调节细胞的吸水机能，维持细胞的挺度，另外液泡也是吸收和积累各种物质的场所。质体中的叶绿体使植物能进行光合作用；而淀粉体能合成并贮藏淀粉。细胞壁不仅使植物细胞维持了固有的形态，而且在物质运输、信息传递、抗逆防病等方面起重要作用。
3．原生质的胶体状态与其生理代谢有什么联系？
答：原生质胶体有溶胶与凝胶两种状态，当原生质处于溶胶状态时，粘性较小，细胞代谢活跃，分裂与生长旺盛，但抗逆性较弱。当原生质呈凝胶状态时，细胞生理活性降低，但对低温、干旱等不良环境的抵抗能力提高，有利于植物度过逆境。在植物进入休眠时，原生质胶体从溶胶状态转变为凝胶状态。
4．高等植物细胞有哪些主要细胞器？这些细胞器的结构特点与生理功能有何联系？
答：高等植物细胞内含有叶绿体、线粒体、微管和微丝、内质网、高尔基体、液泡等细胞器。这些细胞器在结构与功能上有密切的联系。
(1)叶绿体 具有双层被膜，其中内膜为选择透性膜，这对控制光合作用的底物与产物输出叶绿体以及维持光合作用的环境起重要作用。类囊体是由封闭的扁平小泡组成，膜上含有叶绿体色素和光合电子传递体，这与其具有的光能吸收、电子传递与光合磷酸化等的光反应功能相适应。而C02同化的全部酶类存在于叶绿体间质，从而使间质成为C02固定与同化物生成的场所。由于叶绿体具有上述特性，使它能成为植物进行光合作用的细胞器。
(2)线粒体 是进行呼吸作用的细胞器，也含有双层膜，外膜蛋白质含量低，因而透性较大，有利于线粒体内外物质的交流，内膜蛋白质含量高，且含有电子传递体和ATP 酶复合体，这使内膜不仅通透性小，而且可在其上能进行电子传递和氧化磷酸化，并保证各种代谢的正常进行。
(3)微管 是由微管蛋白组装成的中空的管状结构，在细胞中能聚集与分散，组成早前期带、纺缍体等多种结构。它在保持细胞形状、细胞内的物质运输、细胞分裂和细胞壁合成中起重要作用。
(4)微丝 由收缩蛋白构成，类似于肌肉中的肌动蛋白，呈丝状，主要为胞质运动提供动力。
(5)内质网 大部分呈膜片状，由两层平行排列的单位膜组成，内质网相互联通成网状结构，穿插于整个细胞质中，既提供了细胞空间的支持骨架，又起到了细胞内的分室作用，另外内质网是细胞内的物质合成、运输和贮藏系统，也是细胞间物质与信息的传递系统。
(6)高尔基体是由膜包围的液囊垛叠而成，除参与物质集运外，也参与某些生物大分子的装配，并可分泌成壁物质和其它物质。
(7)液泡 随着细胞的生长，常融合成一个大的中央液泡，其内糖、酸等溶质具有渗透势，这
对调节水分平衡、维持细胞的挺度具有重要作用。另外液泡膜上有ATP 酶、离子通道和多种载体，能选择性地吸收和积累各种物质。
5．生物膜在结构上的特点与其功能有什么联系？
答：生物膜主要由蛋白质和脂类组成，膜中脂类大多为极性分子，其疏水尾部向内，亲水头部向外，组成双脂层，蛋白质镶嵌在膜中或分布在膜的表面。脂性的膜不仅把细胞与外界隔开，而且把细胞内的空间区域化，从而使细胞的代谢活动有条不紊地“按室分工”。膜上的蛋白质有的是酶，有的是载体或通道，还有的是能感应刺激的受体，因而生物膜具有进行代谢反应、控制物质进出以及传导信息等功能。膜中蛋白质和脂类的比值因膜的种类不同而有差异，一般来说，功能多而复杂的生物膜，其蛋白质的种类以及与脂类的比值大，反之，膜的功能简单，其所含蛋白质的种类与数量就少。如线粒体内膜以及类囊体膜的功能复杂，要进行电子传递和磷酸化作用，因而其蛋白质种类和数量较多，而且其中许多蛋白质与其它物质组成了蛋白复合体。
关于膜的结构有流动镶嵌、板块镶嵌等模型。流动镶嵌模型的结构特点是强调膜的不对称性和流动性，不对称性主要指脂类和蛋白质分布的不对称；而流动性则指组成膜的脂类双分子层或蛋白质都是可以流动或运动的。膜的流动性保证了生物膜能经受一定程度的形变而不致破裂，这也可使膜中各种成分按需要重新组合，使之合理分布，有利于表现膜的多种功能。更重要的是它允许膜互相融合而不失去对通透性的控制，确保膜分子在细胞分裂、膜动运输、原生质体融合等生命活动中起重要的作用。板块镶嵌模型的结构特点是强调整个生物膜是由不同组织结构、不同大小、不同性质、不同流动性的可移动的膜块所组成，不同流动性的区域可同时存在，各膜块随生理状态和环境条件会改变与转化，这种板块镶嵌模型有利于说明膜功能的多样性及调节机制的复杂性。
6．细胞内部的区域化对其生命活动有何重要意义？
答：细胞内的区域化是指由生物膜把细胞内的空间分隔，形成各种细胞器，这样不仅使各区域内具有的pH 值、电位、离子强度、酶系和反应物不同，而且能使细胞的代谢活动“按室进行”，各自执行不同的功能。同时由于内膜系统的存在又将多种细胞器联系起来，使得各细胞器之间能协调地进行物质、能量交换与信息传递，有序地进行各种生命活动。
7．植物细胞的胞间连丝有哪些功能？
答：植物细胞胞间连丝的主要生理功能有两方面：一是进行物质交换，相邻细胞的原生质可通过胞间连丝进行交换，使可溶性物质（如电解质和小分子有机物）、生物大分子物质（如蛋白质、核酸、蛋白核酸复合物）甚至细胞核发生胞间运输。二是进行信号传递，物理信号（电、压力）和化学信号（生长调节剂）都可通过胞间连丝进行共质体传递。
8．细胞周期各阶段有何特点？
答：G 1-期是从有丝分裂完成到DNA 复制之前的时期，主要进行mRNA 、tRNA 、rRNA 和蛋白质的合成，为DNA 复制作准备。
S 期是DNA 复制时期，主要进行DNA 及有关组蛋白的合成。此期中DNA 的含量增加一倍。 G 2期为DNA 复制完毕到有丝分裂开始的一段间隙，主要进行染色体的精确复制，为有丝分裂作准备。
M 期是细胞进行有丝分裂的时期，此期染色体发生凝缩、分离并平均分配到两个子细胞中。细胞分裂按前期、中期、后期和末期的次序进行，分裂后子细胞中的DNA 含量减半。
9．植物细胞的基因表达有何特点？
答：（1）植物是真核生物，其细胞的DNA 含量和基因数目远远多于原核细胞，蛋白质或RNA 的编码基因序列往往是不连续的，大多数基因都含有内含子。DNA 与组蛋白结合，以核小体为基本单位，形成染色体或染色质，遗传物质分散到多个DNA 分子上。
（2）植物细胞的基因为单顺反子，无操纵子结构，有各自的调控序列，而且基因表达有明显的“时”与“空”的专一性。另外，植物基因表达比动物更容易受环境因子（如光、温、水分）
的影响，环境因子会引起植物基因表达的改变。
（3）植物细胞中有三种RNA 聚合酶参与基因的表达，RNA 聚合酶Ⅰ负责rRNA 的合成，RNA 聚合酶Ⅱ负责形成mRNA ，RNA 聚合酶Ⅲ负责tRNA 和小分子RNA 的合成。植物细胞中的DNA 通过组蛋白阻遏等机制，使大部分基因不能表达，又借在转录等水平上的各级复杂调节机制，使得在特定组织和特定发育阶段中有相应基因进行适度表达，产生与组织结构和代谢功能相适应的蛋白质或酶。
10．你怎样理解植物细胞的程序化死亡？
答：细胞程序化死亡(programmed cell death,PCD) 是一种主动的受细胞自身基因调控的衰老死亡过程，与通常意义上的细胞衰老死亡不同，在PCD 发生过程中，通常伴随有特定的形态变化和生化反应，如细胞核和细胞质浓缩、DNA 降解等。它是多细胞生物中某些细胞所采取的主动死亡方式。在细胞分化、过敏性反应和抗病抗逆中有特殊作用，如维管束中导管的形成、性别分化过程中单性花的形成、感染区域及其周围病斑的形成等，这些都是细胞程序化死亡的表现。