bài giảng sinh lý tế bào

Thực vật đòi hỏi những nguyên tố vô cơ nhất định cho quá trình tăng trưởng & đóng vai trò quan trọng trong vòng lưu chuyển dinh dưỡng trong sinh quyển.. Thực vật trên cạn liên quan đến c

Sinh lý thực vật sẽ thường gặp lại ở các cấp học cao hơn,

là môn học dùng để đánh giá khi thi vào hệ thạc sỹ !!!

Caùc noôi dung chöông trình (2014):

Sinh lý teẫ baøo

Trao ñoơi nöôùc ở thöïc vaôt

Dinh döôõng khoaùng

Tính choâng chòu ñieău kieôn baât lôïi phi sinh hóc

Tính choâng chòu ñieău kieôn baât lôïi sinh hóc

Quang hôïp & vaôn chuyeơn sạn phaơm sạn phaơm quang

hôïp

Hođ haâp & trao ñoơi sạn phaơm höõu cô ôû thöïc vaôt

SINH TRƯỞNG & PHÂT TRIỂN

MỢT SỚ ĐẶC ĐIỂM ĐẶC TRƯNG CỦA THỰC VẬT

1 Cơ thể thực vật xảy ra các quá trình sinh/hóa sinh học tương tự

như vi sinh vật & động vật

Tuy nhiên TV là nhóm duy nhất có khả năng sử dụng năng lượng ánh sáng & một

số nguyên tố hóa học đáp ứng cho quá trình sinh trưởng Quá trình quang hợp

cung cấp thức ăn & năng lượng cho toàn bộ sinh giới hoạt động.

2 Thực vật đòi hỏi những nguyên tố vô cơ nhất định cho quá trình

tăng trưởng & đóng vai trò quan trọng trong vòng lưu chuyển

dinh dưỡng trong sinh quyển

3 Thực vật trên cạn liên quan đến các sinh vật tiền thân tồn tại

trong đại dương và đóng vai trò trong quá trình tiến hóa của sự

sống: sự bổ sung oxygen & ozone vào bầu khí quyển

4 Quá trình sinh sản của thực vật có hoa xảy ra mang tính hữu tính

và gây ra sự sản sinh hạt giống Tuy nhiên thực vật cũng có thể

sinh sản vô tính

5 Thực vật giống như động vật & hầu hết vi sinh vật đều hô hấp &

sử dụng năng lượng tạo thành cho quá trình sinh trưởng & sinh

-Thực vật là bộ phận sản xuất đầu tiên của trái đất- Thực vật xanh là

bộ máy thu nhận bức xạ ánh sáng hàng đầu Thực vật thu nhận ánh

sáng và chuyển năng lượng này thành năng lượng hĩa học dự trữ

dưới dạng các liến kết hĩa học

-Thực vật khơng thể di chuyển- Thay cho khả năng di chuyển thì

thực vật lại cĩ khả năng hướng tới các nguồn ánh sáng, nước, dinh

dưỡng

-Thực vật trên cạn củng cố cấu trúc để nâng đỡ cơ thể hướng về phía

cĩ ánh sáng và chống lại lực trọng trường

-Thực vật trên cạn mất nước liên tục thơng qua quá trình bốc thốt

hơi nước và cĩ cơ chế tránh hiện tượng bị khơ cơ thể

-Thực vật trên cạn cĩ cơ chế vận chuyển nước và dinh dưỡng tới cơ

quan quang hợp và cơ chế vận chuyển sản phNm quang hợp tới các

mơ và cơ quan khơng quang hợp

Plant Cell Physiology

Giới thiệu

1665 sau khi quan sát tế bào (tế đã chết).

Tế bào thực vật (Eukaryote)

∗ Có nhân

∗ Có màng plasma

∗ Tế bào chất: phần giữa màng plasma và nhân

∗ Bào quan

∗ Dịch bào

∗ Khung tế bào: mạng các vi ống và vi sợi bên trong tế

bào chất

Zacharias Jannsen (1590)

∗ Phát minh kính hiển vi đầu tiên

Mattias Scleiden (1838)

∗ Công bố thực vật có cấu trúc cơ bản bao

gồm các tế bào

Theodor Schwann (1839)

∗ Công bố động vật có cấu trúc cơ

bản bao gồm các tế bào

Rudolph Virchow (1858)

1 Tất cả các tế bào được tạo ra từ

những tế bào đã có từ trước

2 Tế bào chỉ được hình thành từ tế

bào sống thông qua tiến trình

phân chia

Làm sao để phát hiện tế bào?

∗ Kính hiển vi quang học:

∗ Aùnh sáng thấy được đi qua vật thể

∗ Thấu kính phóng đại hình ảnh (10 x 102x lần)

∗ Kính hiển vi huỳnh quang:

∗ Kính hiển vi quang học nhưng có sử dụng đèn phát ánh sáng

hùynh quang chiếu vào mẫu vật >>> nhìn thấy vật thể một

cách chọn lọc

∗ Thường đòi hỏi kỹ thuật nhuộm màu huỳnh quang

∗ Kính hiển vi điện tử (Electro-microscope)

∗ Quét bề mặt của vật thể (Scanning)

∗ Truyền suốt xuyên qua vật thể (Transmission) >>> coi bên

trong vật thể

∗ Phóng đại từ 105– 106lần

SEM: Scanning Electro-Microscope

TEM: Transmission Electro-Microscope

Plant Cell Physiology

Cấu

Cấu trúc trúc trúc ngăn ngăn ngăn////che che che chắn chắn chắn của của của tế tế tế bào bào

Vách tế bào tạo ra sự ổn định và tính bền vững

Tăng trưởng địi hỏi sự linh động và khả năng co dãn

nở

Sự co dãn phải đi theo một trục xác định

cấu trúc vách tế bào phải vừa bền vững vừa linh hoạt.

Vách tế Vách tế bào (Cell Wall) bào (Cell Wall)

Vách tế bào

O OH

OH OH

Expansin

∗ Hemicelluloses(i.e xyloglucans, xylans): gắn vào hệ vi sợi,

hạn chế sức co dãn thành tế bào

∗ Pectins: kết gắn giữa các tế bào, tạo độ cứng cho tế bào & cấu

trúc mô thực vật (phân giải bởi pectinase)

∗ Glycoproteins:thành phần của các protein cấu trúc và enzyme

(i.e expansin)

Cell Wall: Composition

∗ Lignin:tăng cường sức bền chắc

∗ Cutin (lá), suberin (rễ)& sáp= lipids: hiện diện nhiều ở các tế

bào bề mặt >>> tăng sức bảo vệ, giảm sự mất nước

Cell Wall: Composition

Enzyme expansin làm nới lỏng

hemicellulose & làm mềm hóa vách tế

bào

Proceedings of the National Academy of Sciences – 9/2013

Hướng của các bó sợi (microfibrils)microfibrils)microfibrils) quyết định tới hình dạng của tế bào

Cơ chế kiểm soát chưa sáng tỏ

Hình dạng & hướng phân chia

ở tế bào thực vật

Sinh tổng hợp vách tế bào: vai trị chính cellulose

synthase, pectin synthase

Màng tế bào

Membrane

MÀNG MÀNG TẾ TẾ BÀO BÀO

Cấu trúc màng tế bào.

Đầu ưa nước

Đầu kỵ nước

Chuỗi bão hòa

((((0 0 0 nối đôi) nối đôi) Chuỗi không bão hòa

(Có nối đôi)

Cấu trúc bền

Dễ chảy lỏng

Plasmodesmata are regulated connections between plant cells

Cell

Wall

Reprinted from Zambryski, P (2008) Plasmodesmata Curr Biol 18: R324-325 with permission from Elsevier TEM image credit BSA Photo by Katherine Esau;

Hoạt động của protein màng đóng vai trò là các kêch

vận chuyển của tế bào

Hoạt động của protein màng đóng vai

trò là các kêch vận chuyển của tế bào

Hoạt động của protein màng

đóng vai trò là các kêch vận

chuyển của tế bào

Khung tế bào

Cytoskeleton

Plant Cell Physiology

Bộ máy đồng hóa, sản sinhnăng lượng và dự trữ

Plastid không màu >< có màu

∗ Leucoplasts: không màu (Greek: Leukos ‘trắng); plastos

‘formed’

∗ Amyloplasts

∗ Proteinoplasts (Protein Bodies)

Plastid có màu:

∗ Chromoplasts

∗ Chloroplasts

∗ Tồn tại ở tế bào chưa phân hóa (mô phân sinh, mô sẹo)

∗ Tùy điều kiện của tế bào proplastid sẽ chuyển thành các bào

quan tương ứng (chuyển hóa thành chloroplast khi có ánh

sáng)

Proplastids

Amyloplasts

∗ Bào quan tích tụ tinh bột tồn tại trong hạt ngũ cốc, củ hoặc

tồn tại tạm thời trong lá

∗ Tinh bột được phân giải bởi Amylasehình thành đường phục

vụ quá trình nảy/mọc mầm

∗ Là bao quan chứa sắc tố >>> có nhiều ở cánh hoa, trái

∗ Ở trái chín chromoplast có thể hình thành từ chloroplast

Proteinoplast

∗ Là một loại không bào đặc biệt có 1 lớp màng bao

∗ Là nơi tích tụ protein (nhiều trong hạt giàu protein)

∗ Có thể chiếm hầu hết không giain tế bào ở khu vực dự trữ protein

∗ Ở giai đoạn nảy mầm Protein dự trữ trong hạt được phân giải bởi

Proteasehình thành các amino acids phục vụ quá trình phát triển

phôi

Hiện tượng thoái hóa

Chloroplast & Chromoplast

trong điều kiện thiếu ánh sáng.

Chloroplasts là bao quan tự tái sinh.

LỤC LẠP

o Không tuân thủ qui luật di

truyền Mendel

o Mã hóa khoảng 120 protein

o Có ribosome, tRNA

o Protein lục lạp có thể phải nhập

từ tế bào chất (do nhân mã hóa)

nhưng chưa thấy vai trò gene lục

lạp với khu vực tế bào chất

Ty thể

Cấu trúc ty thể

∗ Màng ngoài nhẵn

∗ Màng trong gấp khúc

Chức năng màng ?Chức năng vùng matrix ?

o Mang 50-100 gene, không tuân thủ qui luật di truyền Mendel

o Có ribosome, tRNA

Interactions of mitochondrion- and nucleus-encoded mitochondrial proteins confer male

fertility or sterility Left, normal mitochondrial genes allow normal OsCOX11 function, leading to

male fertility, regardless of Rf genotypes Center, the CMS WA cytoplasm has a rearranged

mitochondrial genome, resulting in the production of the toxic WA352 protein, which inhibits

OsCOX11 function, resulting in male sterility Right, nucleus-encoded Rf3 and Rf4 restorers

reduce WA352 protein and WA352 mRNA levels, respectively, thereby restoring male fertility.

In chloroplasts, acetyl-CoA, the substrate for the synthesis of fatty acids, is normally converted by

acetyl-CoA carboxylase to yield malonyl-CoA This pathway results in the correct development of

anthers, pollen grains and seeds b, In the transgenic chloroplasts, -ketothiolase out-competes

acetyl-CoA carboxylase for acetyl-CoA, with acetoacetyl-CoA being produced instead The upshot

is distorted anthers and failure of pollen development Fertility in plants grown from the resulting

hybrid seeds is restored under continuous illumination, with reversion to the normal pathway.

(A) By restricting flower opening and floral development (cleistogamy) in a GM crop, pollen

dispersal and outcrossing could be prevented, thereby mitigating gene flow (B) Gene flow

through pollen could be restricted via chloroplast engineering, male-sterility approaches

(including tapetum-specific excision of transgenes), and genome incompatibility (C) Gene

Characterization of the male-sterile phenotype A to C, Flowers from transgenic lines; note the absence of fruit capsules and

fallen flowers D and E, Untransformed tobacco flowers and fruit capsules Comparison of stamens and stigma: note shorter

stamens in transgenic lines (F) compared to untransformed (G) Comparison of mature anthers: note abundant pollen in

untransformed anther (I) and the lack of pollen in transformed anther (H) J, Transgenic fruit capsule with seeds after

pollination of transgenic stigma with untransformed pollen K, Germination and growth of T1seedlings on Murashige and

Skoog medium with 500 µg/mL spectinomycin wt, Untransformed; 4A, T1transgenic line 4A; 4B, T1transgenic line 4B,

Location of the orf H522, conferring cytoplasmic male sterility in H annuus within

the mitochondrial genome (total length ca 300 kbp) atp A: a subunit of F1 ATPase

atp 6: subunit 6 of F0 ATPase

atp 9 : subunit 9 of F0 ATPase

cox I-III : Cytochrom b Oxidases I-III

Tannosome: bào quan chứa tanin giúp cho cơ chế phòng vệ của thực vật

Plant Cell Physiology

III

Rough Endoplasmic Reticulum

∗ Rough ER

∗ – Nằm gần nhân

∗ Có đính kèm Ribosomes trên bề mặt

>>> sản sinh protein:

Protein màng: sử dụng bên trong tế bào

Các protein khác: sử dụng bên ngoài tế bào

Smooth Endoplasmic Reticulum

∗ Không có ribosomes >>> không sản sinh protein

∗ Sản sinh steroids, lipids

Golgi apparatus

Bộ máy Golgi – “Post

Office” của tế bào.

Xử lý & đánh dấu & chỉ đường đi

cho các phân tử cần vận chuyển

Plant Cell Physiology

III

KHÔNG BÀO

(provaculuo)

∗ Nước

∗ Hợp chất thứ cấp: đóng vai trò như vật chất bảo vệ

∗ Ions (Ca2+, K+, Cl-, Na+, HPO42-)

∗ Đường, acid hữu cơ, acid amin

∗ Ca oxalate tinh thể

∗ pH: 3.5-5.5

∗ Enzyme thủy giả: protease, Nuclease, Glycosidase

KHÔNG BÀO

∗ Duy trì áp suất trong

∗ Dự trữ đường acid hữu cơ, proteins

∗ Chứa chất đào thải, độc tố (nicotine, tannins, kim lọai nặng)

∗ Tập hợp một số sắc tố (anthocyanin)

∗ Phá hủy các đại phân tử và bào quan nhỏ

Kích thước không bào gia tăng với tuổi và có thể chèn ép

không gian của các bào quan khác

Một số bào quan khác

Peroxisome & Glyoxysome

Liên quan đến quá trình quang hô hấp

Liên quan đến khả năng khử độc tố

Glyoxysome: chuyển hóa acid béo thành đường >> có nhiều ở

hạt có dầu

DỊCH BÀO (cytosol):

- Chứa hỗn hợp của nhiều thành phần khác nhau và thay đổi tùy theo

loài, tùy tuổi và liên quan chặt trẽ với tình trạng của thực vật

- Liên quan đến khả năng di chuyển, vận động, tính linh hoạt của các

tiểu phần (ion, các cơ chất, đường, protein, enzyme có trong thành

phần dịch bào)

- Tuổi tăng >>> độ nhớt tăng (do lượng tích tụ vật chất tăng)

- Độ nhớt cao >>> khả năng chịu đựng tăng (do tính đệm cao)

- Độ nhớt thấp >>> sức phát triển cao

CẤU TRÚC BỘ MÁY DI TRUYỀN

GENOME-DNA-GENE

SỰ HIỆN DIỆN CỦA DNA

1111 Trong nhân tế bào Trong nhân tế bào Trong nhân tế bào: hình thành các nhiễm sắc thể

quyết định thông tin di truyền cơ bản

của tòan cơ thể sinh vật

Tổ chức cấu trúc nhiễm sắc thể:

ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ CUỘN CỦA DNA & HOẠT ĐỘNG

CỦA GENE

Kích thước tương đối sợi DNA.

vận tốc ánh sáng=3x10 8 ms -1

~7 ngày ánh sáng

Codensin làm chặt DNA 10/2013)

(Nature-Đặc tính chung của Gene

1 gene = đoạn khởi động + đoạn mang mật mã + đoạn kết thúc.

Đoạn khởi động (promoter) + đoạn kết thúc (terminator) của một số

gene có thể giống nhau.

Promoter đóng vai trò then chốt trong quá trình biểu hiện gene

>>> tính quyết định trong vấn đề thiết kế gene

Gene sinh vật eukaryote không liên tục & có các đoạn không mang mã tổng hợp protein (intron) xen kẽ với các đoạn mã hóa protein (exon)

Một số khái niệm: