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4.15:

植物细胞壁

JoVE 核
生物学
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Plant Cell Wall

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植物细胞有细胞壁 这层坚硬结构 位于包裹着细胞的 细胞质膜的外侧 植物细胞壁最多可分为三层 胞间层、初生细胞壁和次生细胞壁 每一层都含有蛋白质和多糖 比如果胶、半纤维素和纤维素 胞间层是细胞壁的 最外层 这一层介于两个相邻细胞之间 因此得名“胞间”层 胞间层由果胶构成 果胶使细胞相互粘在一起 形成植物组织 初生细胞壁形成于胞间层与 细胞质膜之间 随着幼苗细胞的分裂和生长 会分泌一层纤维素微纤维 嵌入由果胶和半纤维素组成的 凝胶状基质中 这种薄而柔韧的结构让植物细胞壁在细胞的 生长过程中得以膨胀 植物细胞在成熟并停止生长后 可能会在初生细胞壁和细胞质膜之间 沉淀出一层次生细胞壁 这层次生细胞壁又厚又硬 含有纤维素、 半纤维素 以及硬化剂比如入木质素 为植物细胞提供保护与支撑 木和草都发育出了包含木质素的 次生细胞壁 然而二者的细胞壁成分不同 因为要 适应各自的结构需求 与草细胞不同 木质组织细胞 主要由提供强度和硬度的 次生细胞壁层构成 即使在同一颗植株内 不同类型的细胞 比如维管植物体内负责 运送水分的导管分子和管胞 都发育出 专用的次生细胞壁 然而植物细胞壁并非不可穿越的障碍 有小孔直接连接相邻细胞的细胞质 这种连接让水分、养分和其它 关键分子的交换成为可能 总的来说 植物细胞壁 赋予了草、灌木和乔木 等植物坚强、挺立的特性 根据品种或细胞类型的不同 细胞壁的成分取决于植物体内 细胞的结构和功能

4.15:

植物细胞壁

植物细胞壁为植物细胞提供形状、支撑和保护。随着细胞的成熟,其细胞壁根据细胞类型进行专门处理。例如,叶子的帕伦奇玛细胞只拥有一个薄的原细胞壁。

另一方面,厚角组织(collenchyma)和厚壁组织(sclerenchyma)主要发生在植物茎和叶的外层。这些细胞通过部分增厚其原生细胞壁(即大细胞壁)或沉积二次细胞壁(即硬质)来为植物提供力量和支撑。总之,不同的细胞壁组成决定特定细胞和组织的功能。

一些植物,如树木和草,在成熟细胞周围沉积一个二级细胞壁。辅助单元壁通常包含三个不同的层:次要墙层 1 (S1) 到外部,辅助墙层 2 (S2) 在中间,和最内层辅助墙层 3 (S3).在每个层中,纤维素微纤维按不同方向组织。S2层可能占细胞壁的 75%。

无论成分如何,所有植物细胞壁都有小孔或坑,允许运输水、养分和其它分子。在坑中,中层和原细胞壁只是形成一个薄膜,分离相邻的细胞。原生质丝(Plasmodesmata)跨越生成的通道,连接邻近细胞的细胞质(cytoplasm)。辅助细胞壁可以沉积在坑周围,但不在坑内。

当植物吸收水分和养分时,植物细胞将其储存在液泡中,随着液泡的膨胀,将质膜推向细胞壁,这种所谓的膨胀压力(turgor pressure)支撑着植物的直立和刚性结构,防止细胞在此压力下破裂。

除了提供结构和支持外,植物细胞壁还可以为植物提供营养储存。例如,种子可以在子叶和胚乳组织(cotyledon and endosperm tissues)的细胞壁中储存糖,以在植物早期生长中使用。细胞壁也是对抗致病菌、病毒和真菌的主要屏障和防御屏障。植物细胞壁是动态结构,而不是刚性和不变的障碍。

Suggested Reading

Lampugnani, Edwin R., Ghazanfar Abbas Khan, Marc Somssich, and Staffan Persson. 2018. “Building a Plant Cell Wall at a Glance.” Journal of Cell Science 131 (2): jcs207373. [Source]

Bacete, Laura, Hugo Mélida, Eva Miedes, and Antonio Molina. 2018. “Plant Cell Wall-Mediated Immunity: Cell Wall Changes Trigger Disease Resistance Responses.” The Plant Journal 93 (4): 614–36. [Source]