1.2　课后习题详解

1．细胞学说是怎样建立和发展的？

答：细胞学说的建立和发展过程如下：

（1）17世纪，胡克发现细胞，列文·虎克发现微生物。

（2）19世纪，观察到细胞质、细胞核及核仁等结构，并认识到在植物细胞中细胞核有重要的调节作用。

（3）1838年德国植物学家施莱登指出，细胞是一切植物结构的基本单位。1839年德国动物学家施旺指出，动物及植物的结构的基本单位都是细胞。这些观点形成了19世纪自然科学的三大发现之一的“细胞学说”。

（4）细胞学说进一步发展，微尔和指出“细胞来自于细胞”。韦斯曼指出，细胞是进化而来的，至此，完整的细胞学说形成。

2．简述人们对细胞的认识的发展与显微镜技术发展的关系。

答：细胞微小，必须借助于显微镜观察，因此人们对细胞的认识的发展与显微镜技术发展密切相关。具体关系如下：

（1）16世纪末至17世纪初发明了显微镜，人们开始了对微观世界的探索，发现了细胞和微生物。

（2）19世纪，人们认识到细胞中更重要的生活内容物，观察到细胞质、细胞核及核仁等结构，并认识到在植物细胞中细胞核有重要的调节作用。

（4）20世纪初，细胞的主要结构在光学显微镜下都已被发现，对细胞的研究工作主要集中在形态的描述，包括对细胞有丝分裂、减数分裂、受精以及分化等过程的广泛和深入的认识。

（5）20世纪50年代以后，电子显微镜技术、同位素示踪、超速离心等生物化学研究方法的应用，使人们逐渐认识了细胞各部分的结构和功能。

3．比较植物细胞的叶绿体和线粒体的结构与功能上的特点。

答：植物细胞的叶绿体和线粒体的结构与功能上的特点比较如表1-1所示。

表1-1　叶绿体和线粒体的结构与功能上的特点

4．根据线粒体和叶绿体的结构特点以及具有遗传自主性的特点，Lynn Margulis提出了内共生学说，认为这两种细胞器起源于原核生物入侵真核细胞之后。你是否同意这一观点？请你查找相关的资料，为你的观点提供证据。

答：内共生起源学说认为，线粒体和叶绿体分别起源于原始真核细胞内共生的行有氧呼吸的细菌和行光能自养的蓝细菌。我同意这个学说，证据：

（1）基因组与细菌基因组具有明显的相似性。

（2）具备独立、完整的蛋白质合成系统。

（3）分裂方式与细菌相似。

（4）膜的特性：线粒体、叶绿体的内膜和外膜存在明显的性质和成分差异。

①外膜与真核细胞的内膜系统具有性质上的相似性，可与内质网和高尔基体膜融合沟通，来源于宿主；

②内膜则与细菌质膜相似，内陷折叠形成细菌的间体、线粒体的嵴和叶绿体的类囊体。

（5）其他佐证

①线粒体的磷脂成分、呼吸类型和Cyt c的初级结构均与反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌非常接近。

②自然界中存在的胞内共生蓝藻（蓝小体）表现出了基因片段转移等内共生形成叶绿体的行为特征。

③遗传信息转移。分子生物学和生物信息学的研究发现真核细胞的细胞核中存在大量原本可能属于呼吸细菌或蓝细菌的遗传信息，说明最初的呼吸细菌和蓝细菌的大部分基因组在漫长的共进化过程中向细胞核发生了转移。

5．植物细胞中的高尔基体有哪些功能？

答：高尔基体的主要功能是将内质网合成的蛋白质进行加工、分类和包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外，具体如下：

（1）蛋白质的糖基化

N-连接的糖链合成起始于内质网，完成于高尔基体。在内质网形成的糖蛋白具有相似的糖链，进入高尔基体后，在各膜囊之间的转运过程中，发生了一系列有序的加工和修饰，原来糖链中的大部分甘露糖被切除，但又被多种糖基转移酶依次加上了不同类型的糖分子，形成了结构各异的寡糖链。在高尔基体上还可以将一至多个氨基聚糖链通过木糖安装在核心蛋白的丝氨酸残基上，形成蛋白聚糖。这类蛋白有些被分泌到细胞外形成细胞外基质或粘液层，有些锚定在膜上。

（2）细胞的分泌活动

负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是粗面内质网上合成蛋白质→进入内质网腔→以出芽形成囊泡→进入CGN（顺面高尔基体管网状结构）→在medial Gdgi（高尔基体中间囊膜）中加工→在TGN（反面高尔基体网状结构）形成囊泡→囊泡与质膜融合、排出。

（3）膜的转化功能

高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此高尔基体在进行着膜转化功能，在内质网上合成新膜转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成与运输泡质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。

（4）水解蛋白为活性物质

如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽。

（5）参与形成溶酶体

一般都认为初级溶酶体的形成过程起自高尔基体囊泡。

（6）细胞壁形成

在高等植物细胞有丝分裂末期，形成细胞壁时，高尔基体数量增加，合成和分泌果胶和非纤维素多糖。

6．植物细胞核中的染色质主要有哪些物质构成？这些物质在细胞周期的不同时期是如何组装成染色质和染色体的？试解释这些变化的生物学意义。

答：（1）植物细胞核中的染色质的主要构成物质

植物细胞核中的染色质的主要成分是DNA和蛋白质，也含少量RNA。

（2）染色质和染色体在细胞周期的不同时期的组装及其生物学意义

①分裂间期

DNA双螺旋缠绕在组蛋白核心外面形成以核小体为基本结构单位的染色质。DNA分子中碱基的顺序决定了遗传信息，从而决定生物的性状并控制生物的生命活动。

②分裂期

核小体是染色体的一级结构，DNA双螺旋压缩7倍，形成核小体（一级结构），再压缩6倍，形成螺线管（二级结构），再压缩40倍，形成超螺线管（三级结构），最后再压缩5倍，形成染色单体（四级结构），共压缩8400倍。染色质压缩为染色体有利于细胞分裂中染色体的平均分配。

7．简述植物细胞有丝分裂的过程。说明植物细胞的细胞质分裂过程与动物细胞有何不同。

答：（1）植物细胞有丝分裂的过程

①细胞核分裂

a．前期

核中出现染色体。染色体变短变粗，核仁解体消失。前期较晚时，核膜破碎成零散小泡，出现纺锤体。

b．中期

染色体浓缩变短，都排列到纺锤体中央，着丝粒位于细胞中央同一个平面，即赤道面上。着丝粒分裂为两个。中期染色体缩短到最小程度，是观察与研究染色体的好时期。

c．后期

着丝粒彼此分开，形成两个独立的染色体，染色体成为相同的两组，分别向着两极移动。

d．末期

分离的两组染色体分别抵达两极，动粒微管消失，极微管进一步延伸，两组染色体距离加大。染色体外围核膜重新形成，染色体伸展延长，成为染色质。核仁出现。

②细胞质分裂

a．时期

细胞质分裂发生在细胞分裂的晚后期和末期。

b．过程

残留的纺锤体微管在细胞赤道面中央密集，平行排列成一圆桶状，称为成膜体。在成膜体围起来的中间部分，高尔基体分泌的小泡融合形成了细胞板。自细胞板形成起始，成膜体内缘发生微管的解聚，外缘发生微管的聚合，成膜体向外扩展，细胞板随之向外延伸。

（2）植物细胞的细胞质分裂过程与动物细胞分裂的不同

植物细胞的有丝分裂在细胞赤道板位置形成细胞板，并向周围扩展形成细胞壁，将细胞质分成两个子细胞。

动物细胞的有丝分裂不形成细胞板，细胞膜从细胞中部向内凹陷，最后将细胞质缢裂成两部分，形成两个子细胞。

8．用显微镜观察两种植物的果实细胞，发现其中有大量红色的细胞器，而另一种植物果实细胞中的大液泡中呈现均匀的红色，根据这一现象分析确定这两种植物果实的色素可能是哪类色素，说出你的判断依据。

答：（1）果实细胞中有大量红色的细胞器，可能是细胞中的有色体，有色体主要是由叶绿体和前质体转化而来，其大小与叶绿体接近，形态不规则。有色体有合成类胡萝卜素的能力，还能积累脂质。有色体所含的色素是胡萝卜素和叶黄素，由于两者比例不同，可分别呈黄色、橙色或橙红色。

（2）果实细胞中的大液泡中呈现均匀的红色，可能是其中含有的花青素，使果实呈红色。花青素是一种水溶性色素，存在于植物细胞的液泡中，可以随着细胞液的酸碱改变颜色，细胞液呈酸性则偏红，细胞液呈碱性则偏蓝。花青素是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一。

9．本章讨论的植物细胞是真核细胞。请你查找本书或相关资料中对原核细胞及动物细胞的论述，试着比较植物细胞、动物细胞和原核细胞有哪些主要异同。

答：（1）相同点

植物细胞、动物细胞是真核细胞，与原核细胞都有细胞结构，并且都含有核糖体。

（2）不同点

植物细胞、动物细胞是真核细胞，与原核细胞最根本的区别是：①真核细胞膜系统在原核细胞膜系统基础上有了分化和演变，有了细胞核与细胞器；②真核细胞遗传信息量与遗传装置较原核细胞进行了扩增与复杂化。具体不同表现如表1-2所示。

表1-2　植物细胞、动物细胞和原核细胞的不同

10．分生组织的功能是什么？它们分布在植物体的哪些部位？

答：（1）分生组织的功能

分生组织的功能是产生新细胞。

（2）分生组织在植物体的分布部位

①植物根尖、茎端等的分生组织，称为顶端分生组织。

②在一些植物的根、茎等器官中，靠近表面与器官长轴平行的方向上，有呈桶形分布的分生组织，称为侧生分生组织。

③在有些植物发育的过程中，在已分化的成熟组织间夹着一些未完全分化的分生组织，称为居间分生组织。

11．试比较薄壁组织、分泌组织与厚角组织的异同。

答：（1）薄壁组织、分泌组织与厚角组织的不同点：

①作用

薄壁组织具有很强的分生潜能，在一定条件下可脱分化转化为分生组织，并可再分化形成其他组织。分泌组织可以产生分泌物质。厚角组织具有支持作用。

②分布

薄壁组织分布在植物体的各种器官，如根、茎、叶、花、果实以及种子。分泌组织分布于植物体表或体内。厚角组织通常分布在幼嫩茎或叶柄等器官的表皮内方。

③细胞形态

薄壁组织细胞壁通常较薄，一般只有初生壁而无次生壁。其细胞质少，液泡较大，常占据细胞的中央；细胞排列松散，有细胞间隙，分化程度较低。分泌组织的细胞形态各异，具有特定功能。厚角组织细胞为长形，细胞壁加厚不均匀，角隅处增厚；其细胞壁属初生壁性质，含水量高，硬度不强，延展性较强，除含纤维素外，还含有较多的果胶质，也具有其他成分，但不木质化，能随细胞生长而延伸。

（2）薄壁组织、分泌组织与厚角组织的相同点：

①薄壁组织与厚角组织均为活细胞，经常发育出叶绿体，分泌组织前期为活细胞，后期可能为充满分泌物的死细胞。

②薄壁组织与厚角组织细胞均具有分裂的潜能。

③薄壁组织与厚角组织的细胞壁均是初生性质，细胞壁较薄，由纤维素、半纤维素、果胶和糖蛋白组成。

12．植物体内长距离输导水分与无机盐的结构是什么？有什么特点？

答：（1）植物体内长距离输导水分与无机盐的结构

植物体内长距离输导水分与无机盐的结构是导管和管胞。

（2）管胞的特点

①管胞是长管状死细胞，管胞幼时为生活细胞，后来在细胞发育成熟的过程中不仅形成木质化的次生壁，细胞壁上有纹孔，而且原生质体解体消失，变为死细胞（属于编程性死亡）。

②管胞的最大特点是细胞两端尖斜，没有穿孔，管胞分子以尖斜的两端彼此穿插连接，水溶液通过管胞细胞壁上的纹孔对进行运输，其输导能力低于导管。

③管胞除有运输水分与无机盐的功能外，还有一定的支持作用，管胞次生壁的加厚式样通常有环纹、螺纹、梯纹、网纹、孔纹5种类型。

（3）导管的特点

①导管分子为长管状细胞，和管胞一样，幼时为生活细胞，后来在发育成熟的过程中细胞壁发生次生加厚和原生质体的解体，变为死细胞。

②导管分子和管胞的最大区别是细胞两端的初生壁溶解，形成了穿孔，穿孔分为单穿孔或复穿孔，几个或多个导管分子彼此末端相连、相通，组成了一条的长管道，即导管，导管长度可从几厘米到1米，甚至数米。

③导管细胞壁的次生加厚通常为环纹、螺纹、梯纹、网纹和孔纹5种方式，导管分子的直径一般较管胞分子粗，导管分子输导水分和无机盐的效率大大高于管胞。

13．莲的茎或叶柄折断时会有“藕断丝连”的现象。请设计方案，尝试用显微镜观察并解释这个现象。

答：（1）方案设计

略。

（2）现象解释

莲运输水和无机盐的结构是导管，导管细胞壁的次生加厚方式是螺纹状的，即螺旋形导管。莲的茎或叶柄折断时，导管内壁增厚的螺旋部脱离，成为螺旋状的细丝，直径仅为3～5微米。这些细丝很像被拉长后的弹簧，在弹性限度内不会被拉断，一般可拉长至10厘米左右。

14．在植物的各类组织中，细胞壁的成分、形态、结构和功能有什么异同？根据你所收集的资料或在本书后续章节的学习中思考，你认为细胞壁对植物的生命活动有什么意义？

答：（1）植物组织中细胞壁的成分、形态、结构和功能的比较如表1-3所示。

表1-3　植物组织细胞壁的比较

（2）细胞壁对植物的生命活动的意义：

①维持细胞形状，控制细胞生长

a．细胞壁增加了细胞的机械强度，并承受着内部原生质体由于液泡吸水而产生的膨压，从而使细胞具有一定的形状，这不仅有保护原生质体的作用，而且维持了器官与植株的固有形态。

b．细胞要扩大和伸长的前提是使细胞壁松弛和不可逆伸展，壁控制着细胞的生长。

②物质运输与信息传递

a．细胞壁允许离子、多糖等小分子和低分子量的蛋白质通过，而将大分子或微生物等阻于其外。

b．细胞壁上纹孔或胞间连丝的大小受细胞生理年龄和代谢活动强弱的影响，故细胞壁对细胞间物质的运输具有调节作用。

c．细胞壁也是化学信号、物理信号传递的介质与通路。

③防御与抗性

a．细胞壁中一些寡糖片段能诱导植保素的形成，对其他生理过程有调节作用。

b．细胞壁中的伸展蛋白除了作为结构成分外，还有防病抗逆的功能。

④其他功能

a．细胞壁中的酶类广泛参与细胞壁高分子的合成、转移、水解、细胞外物质输送到细胞内以及防御作用等。

b．细胞壁参与了植物与根瘤菌共生固氮的相互识别作用。

c．细胞壁中的多聚半乳糖醛酸酶和凝集素可能参与了砧木和接穗嫁接过程中的识别反应。