植物学 话题 02 ：植物细胞的生长、繁殖与分化

#植物 #细胞生物学 #细胞 #细胞分裂

02.1 植物细胞的生长

  • 细胞生长就是指细胞体积的增大，包括细胞纵向的延长和横向的扩展
  • 植物细胞生长最突出的变化：液泡化程度明显增加，即细胞内原来小而分散的液泡逐渐长大和合并，最后成为中央液泡，细胞质的其余部分成为紧贴细胞壁的一薄层，细胞核随细胞质向中央移向侧面

植物细胞液泡增大的原因

  1. 细胞从周围吸收了大量水分进入液泡
  2. 生长中的细胞代谢能力旺盛，其代谢产物积累于液泡中

02.2 植物细胞的繁殖

[!TIP] 请参考：《细胞生物学》

细胞分裂的分类

  1. 有丝分裂 mitosis
  2. 减数分裂 meiosis
  3. 无丝分裂 amitosis

02.2.1 有丝分裂

  • 细胞核形态发生明显变化，出现了染色体chromosome和纺锤丝spindle fiber
  • 包括核分裂karyokinesis和胞质分裂cytokinesis两个步骤

有丝分裂的意义 保证了子细胞就有与母细胞相同的遗传潜能，保持了细胞遗传的稳定性

1 核分裂

核分裂：是一个连续的过程，从细胞核内出现染色体，到最后分裂成两个子核daughter nucleus为止

  1. 间期 interphase：细胞质很浓，细胞核位于中央且占有很大比例，核仁明显，代谢活动旺盛。分为 G1 期、S 期、G2 期
  2. 前期 prophase：细胞核内出现染色体，核膜、核仁消失，纺锤丝开始出现
  3. 中期 metaphase：染色体排列在赤道面equatorial plane上
  4. 后期 anaphase：染色体分裂为姐妹染色体daughter chromosome，姐妹染色体分别朝相反的两极移动
  5. 末期 telophase：染色体到达两极，直至核膜、核仁出现，形成新的子核。子核的出现标志着核分裂的结束，同时也是新的间期的开始

[!NOTE] 概念：姐妹染色体 一个着丝粒代表一个染色体。中期时，每个染色体都包含两个姐妹染色单体；后期，着丝粒分裂，每个姐妹染色单体都成为一个姐妹染色体

  • 整个细胞周期中，一般 G1 期最长，而 M 期最短

2 胞质分裂

胞质分裂：是在两个新的子核之间形成细胞壁，把母细胞mother cell分隔成两个子细胞daughter cell的过程

  • 一些情况下，核分裂后不一定立即进行胞质分裂，而是延迟到核经过多次重复分裂后在形成细胞壁，从而形成一个多核细胞

[!TIP] 举例：胞质延迟分裂，形成多核细胞 某些低等植物和被子植物的无节乳汁管

  • 胞质分裂常发生在核分裂后期，染色体接近两极时，两子核之间连续丝中增加了许多短短纺锤丝，形成了一个纺锤丝密集筒状区域，称为成膜体 phragmoplast
  • 成膜体内有许多含多糖类物质的小泡，聚集在赤道面，相互融合，释放出多糖类物质，构成细胞板 cell plate

成膜体与细胞板的由来

  • 形成细胞板的小泡主要来自高尔基体，部分来自内质网
  • 小泡向赤道面的运动与成膜体中的微管有关
  • 小泡运动的直接动力可能来自微丝的收缩
  • 在形成细胞板的过程中，有些原生质细丝连同内质网一起，保留在细胞板中，形成贯穿两个子细胞的胞间连丝

02.2.2 减数分裂

  • 细胞连续分裂两次，但染色体只复制一次，染色体数目减半
  • 仍属于有丝分裂范畴

减数分裂的意义

  1. 使有性生殖的后代始终保持亲本固有的染色体数目和类型。因此减数分裂是有性生殖的前提，是保持物种稳定性的前提
  2. 同源染色体的联会、交叉互换使其亲本的基因发生重组，产生了新类型的单倍体细胞，这就是有性生殖能使子代产生变异的原因

1 减数第一次分裂

  1. 前期 1
    1. 细线期 leptotene：细胞核内出现细长、线状的染色体，细胞核和核仁继续增大
    2. 偶线期 zygotene：也称为合线期，细胞内的同源染色体两两联会synapsis，合称为四联体 tetrad
    3. 粗线期 pachytene：染色体继续变短变粗，四联体内，同源染色体间发生交叉互换
    4. 双线期 diplotene：发生交叉互换的染色单体开始分开
    5. 终变期 diakinesis：染色体缩短至最小，并移向核周围靠近核膜的位置。之后，核膜、核仁消失，最后出现纺锤丝
  2. 中期 1：已联会的同源染色体双双移向赤道面，细胞质中形成纺锤体
  3. 后期 1：同源染色体分离，非同源染色体自由组合
  4. 末期 1：到达两极的染色体重新聚集，重新出现核膜、核仁，形成两个子核；同时，赤道面形成细胞板，将两细胞隔开（也有新细胞板不立即形成，而连续进行第二次分裂的胞质延迟分裂的情况）

[!TIP] 记忆：减数第一次分裂前期的阶段

  • 西欧除霜冻

[!IMPORTANT] 辨析：减数第一次分裂与有丝分裂的区别

  • 有丝分裂前期无联会现象
  • 由于未发生联会，有丝分裂中期染色体在赤道面上的排列不成对，而是单独的

2 减数第二次分裂

  1. 前期 2：染色体变短粗，核膜、核仁消失
  2. 中期 2：染色体排列在赤道面上
  3. 后期 2：着丝粒分裂
  4. 末期 2：移向两极的染色单体各组成一个子核

02.2.3 无丝分裂

  • 核内不出现染色体
  • 无丝分裂产生的两个子核，具有质上的区别
  • 无丝分裂与有丝分裂比：速度快，耗能少

无丝分裂的分类

  1. 横缢式分裂：细胞核先延长，然后中间缢缩、变细，最后断裂成两个子核
  2. 碎裂
  3. 芽生分裂
  4. 变形虫式分裂

无丝分裂的发生

  • 胚胎发育过程中
  • 植物形成愈伤组织时

02.3 植物细胞的分化

细胞分化cell differentiation：细胞结构和功能上的特化

  • 系统发育上，植物越进化，细胞分工越细致，细胞分化就越剧烈，植物体的内部结构也越复杂
  • 被子植物是最高等的植物，分工最细，细胞形态特化非常明显，细胞类型繁多，结构最复杂，功能最完善