质体起源于内共生的前真核细胞中的光合蓝细菌,具有双层膜、双链环状DNA以及原核生物基因表达与细胞分裂等特点。
质体
具有双层膜包围的、与碳水化合物合成和贮藏密切相关的细胞器。植物细胞进行光合作用、物质代谢与储存的重要细胞器,也存在于一些寄生虫和软体动物中。
- 英文名称
- plastid
- 所属学科
- 生物学
高等植物中的质体种类很多,根据色素的不同,主要分为叶绿体、白色体和有色体(色质体)等,另外还有黄化质体、忆质体、造粉体、造油体和蛋白体等。不同质体都是由前质体,即位于分生组织区细胞中的质体分化而来。不同质体之间往往可以相互转化。在高等植物中,质体既可以通过单亲(母性或父性),也可以通过双亲共同遗传给子代。一般裸子植物通过精子遗传,而被子植物通过卵子遗传。双亲质体共同遗传的现象主要发生在天竺葵属、白花丹族和月见草属植物中。有趣的是白花丹族植物产生富含线粒体或富含质体的两类精子,但富含质体的精子易于受精。
因含有大量的叶绿素而得名。呈椭圆形,是光合作用的场所,也是氨基酸、脂肪、维生素、胡萝卜素、激素以及次生代谢产物等多种物质的代谢中心。整个叶绿体分别被外被膜、内被膜和类囊体膜分隔成膜间腔、基质和类囊体腔。叶绿体膜富含半乳糖脂,外被膜允许小于10千道尔顿(kDa)的小分子自由通过,而内被膜只允许不带电的小分子自由通过。光合作用的光反应与暗反应分别在类囊体和基质中进行。
因不含色素而得名。分布在非光合细胞中,比叶绿体小,形如变形虫,在根、茎、叶、果实等一些特定的腺细胞中合成各种单萜化合物,是挥发性油的主要成分。一些质体分化为特定物质的储存场所,也被称为白色体,例如储存淀粉的造粉体、储存脂肪的造油体和储存蛋白质的蛋白体。
因积累胡萝卜素和叶黄素而得名。一般由叶绿体和前质体发育而来,决定了很多成熟果实的颜色。
由光合细胞中的质体在黑暗条件下发育形成。充满晶格结构的原片层体,见光后发育成叶绿体,因此也被认为是叶绿体发育过程中的中间态。
一般指种子胚乳或者子叶细胞中的质体。种子发育的前期,胚乳细胞中的质体发育成叶绿体,具有光合功能,但在种子成熟过程中叶绿体的光合功能消失,再次回到质体的状态。这种质体在种子发芽过程中能再次发育成黄化质体或者叶绿体。
藻类细胞中的叶绿体形状多样,有网状、带状和星状等。不同藻类的质体特性差异较大。例如,灰胞藻的质蓝体还保留着细胞壁,红藻细胞中的红色体能生活在水下250米的地方。藻类细胞中不含色素的质体也叫白色体,但其功能与植物中的不同。从超微结构上看,很多藻类细胞的质体含有一个特定的亚细胞器结构——蛋白核,富含大量核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(RUBISCO),其功能类似于蓝藻中的二氧化碳浓缩机构——羧体。
一些软体海洋动物,如海蜗牛,能将吃下的海藻细胞中的叶绿体保留下来,经过一段时间的取食后,身体变成绿色,这类质体被称为盗食质体。由于这些盗食质体具有光合功能,因此这些软体动物就可以通过光合作用完成其生命周期。
顶质体是顶复门原虫中含有的高度退化的质体样细胞器。基因组大小仅为35千碱基对(kb)的环状DNA,编码30个左右的蛋白质,含有一套转移RNA(tRNA)以及一些核糖体RNA(rRNA)。因含有四层膜,推测顶质体起源于二次内共生的质体,但来源于红藻质体还是绿藻质体还无定论。研究表明顶质体虽然没有光合功能,但仍然是脂肪、萜类化合物、血红色素和铁硫簇等物质合成的重要场所,因此它是寄生虫生存所必需的细胞器。
叶绿体、白色体和有色体等质体的前驱结构称为前质体,存在于植物分生组织中的尚未分化的细胞内,杆状或长椭圆形,大小为1~3微米。前质体具有内膜和外膜,膜内还有少量的基质、核糖体、RNA和DNA,没有捕光色素蛋白复合体(LHC)成分、叶绿素以及电子传递系统。前质体内部还含有作为类囊体前驱构造的内质网(直径20~40毫微米)。其中的内质网可能来源于基质一侧突出的内包膜,也可能是在基质中新产生的。前质体的分化与在发育过程中所处的位置和接受光照的程度有关,富含叶绿素的绿色组织细胞中的前质体发育成叶绿体,白色(缺乏叶绿素)组织细胞中的前质体发育成为白色体和淀粉体,有色组织细胞中的前质体则发育成有色体。前质体靠分裂而增殖,并随着细胞分裂在细胞中传代,通过生殖细胞传给下一代个体的细胞,也就是说,质体在遗传上具有连续性。
扩展阅读
- 布坎南 B B,格鲁依森姆 W,琼斯 R L.植物生物化学与分子生物学.北京:科学出版社,2004.