什么是质体？

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介绍

在真核细胞中，光合作用主要发生在称为质体的细胞器内。质体包括叶绿体和任何其他含有色素的细胞质细胞器，这些细胞器使植物能够利用光和二氧化碳合成食物和能量。质体是双膜细胞器，主要存在于真核细胞中，根据其膜结构可以分为两类：

• 初级质体。

• 次级质体。

大多数藻类和植物包含初级质体，而浮游生物，如硅藻和甲藻，通常拥有次级或更复杂的质体。

研究质体的起源（来源）非常重要，因为它有助于我们理解绿色植物的光合作用，而光合作用是我们主要的食物来源。

质体的起源

• 质体是半自主细胞，具有自身的遗传物质和核糖体翻译机制。与线粒体一样，质体也是从亲本遗传而来。在植物结构发育过程中，前质体在子细胞中复制。质体是由预先存在的质体通过遗传形成的。叶绿体的遗传是一种营养性的、非孟德尔的细胞质类型。核基因组控制孟德尔遗传，而质体基因组控制细胞质遗传。

• 质体有自己的基因组，但叶绿体的生长需要核基因的协调及其产物。例如，眼虫在没有细胞分裂的情况下分离前质体，但持续的发育需要核基因和质体基因产物。

• 当前质体暴露于光线下时，它们会慢慢地改变颜色变为绿色并长大。这伴随着基粒组装的生长。在整个过程中，叶绿体内部膜形成手指状的囊泡。它们掐断许多膜囊泡，这些囊泡在中心组装。囊泡开始连接在一起，最终形成称为基粒的类囊体膜簇。叶绿体形成后，内膜会崩解。

• 根据内共生理论，大多数内共生体的基因在完成之前被转移到细胞核中。新的线粒体遗传密码改进会影响线粒体剩余基因的故障，如果这些基因被转移到细胞核中，则会阻止进一步的转移。

质体的结构

质体被两层单位膜包围，一层是外膜，另一层是厚度为 7 纳米的内膜。这两层膜之间隔着 8-10 纳米厚的质体间隙。完全形成的质体的内膜不像线粒体那样向内折叠，但它在原质体向成熟质体进化中起着积极作用。

含有基粒的基质填充叶绿体。基质液包含基粒、酶、质体 DNA、RNA 和 70s 核糖体。与光合作用相关的质体有几层膜。

植物核基因转化大多数质体蛋白，并且它们的表达被广泛共调节以调节质体发育与细胞分化。质体类核是附着在内包膜上的大型蛋白质-DNA 复合体。

质体的类型

根据色素的有无及其发育阶段，质体可以分为不同的类型。主要类型如下：

• 叶绿体。

• 有色体。

• 衰老质体。

• 白色体。

• 前质体

叶绿体

叶绿体是双凸透镜状、半多孔、双膜细胞器，位于植物细胞的叶肉内。它们通过光合作用产生食物。它拥有光合色素叶绿素，叶绿素使其具有特征性的绿色，并能捕获阳光，将其转化为有用的能量，从而释放氧气和水分子。

有色体

所有含有几种彩色色素的质体都被归类为有色体。通常，它们存在于开花植物、衰老的叶子和果实中。叶绿体转化为有色体。有色体含有类胡萝卜素，类胡萝卜素赋予植物和果实各种颜色。其独特颜色的主要目的是吸引传粉者。

根据质体中发现的主要色素，它们进一步细分为各种形式。例如，原质体富含红色色素藻红蛋白。黄色色素，如叶黄素和类胡萝卜素，存在于苯酚质体和叶黄质体中。除了上面列出的色素外，藻蓝蛋白和其他色素也存在于不同颜色的质体中。

衰老质体

衰老质体是叶子的叶绿体，当光合作用不再发生时，通常在秋季，它们会转变为许多其他细胞器。这些通常伴随着衰老过程。

白色体

白色体是非色素质体，通常存在于储藏薄壁组织和其他非色素组织中。这些存在于非光合作用的植物部位，如根部。根据植物的需求，它们大多作为碳水化合物、脂类和蛋白质的储存场所。

它们的主要目的是转化氨基酸和脂肪酸。如果这些白色体暴露在阳光下，它们会转化为彩色质体，这表明这些质体具有所有可以发育和进行光合作用的遗传能力。

白色体根据其储存的化学物质进一步分类，它们是：

• 淀粉体 – 淀粉体是三种白色体中最大的，负责储存和合成淀粉。

• 蛋白体 – 蛋白体，也称为糊粉粒，通常存在于种子中，帮助植物储存所需的蛋白质。它们在食物储存和植物细胞能量代谢中发挥着至关重要的作用，这是它们的主要功能。

• 油质体 - 油质体有助于储存植物所需的脂肪和油。它们主要位于花药中花粉粒周围的细胞层中。

前质体

分生组织细胞包含小的、透明的、幼嫩的囊泡结构，称为前质体，缺乏色素。根据器官和光照量，前质体变成无色的白色体、鲜艳的有色体或绿色的叶绿体。前质体反复分裂以产生可以转变为不同类型的细胞。

质体的功能

• 质体合成脂肪酸和萜烯，这些物质可用于产生能量和合成其他化合物。例如，在叶肉组织叶绿体中产生的棕榈酸被表皮细胞用来制造植物角质层和表皮蜡。

• 植物分生组织区域的前质体产生所有质体。成熟的叶绿体可以通过二元裂变分裂，就像前质体和幼嫩的叶绿体一样。

• 质体是另一种仅植物具有的能量转换细胞器。施莱珀为光合结构创造了“质体”一词。光合作用直接或间接地提供化学能量，但只有叶绿体才能捕获、转化和储存太阳能作为化学能。

• 质体产生并储存自养真核细胞必需的化学物质。质体包含光合色素，这些色素决定了细胞的颜色。与原核生物一样，它们具有环状双链 DNA 和共同的进化起源。

结论

所有植物质体都包含相同的环状基因组，并在未成熟植物分生组织细胞（未分化的植物组织）中的前质体中发育。叶绿体储存能量并合成代谢成分。绿色叶绿体吸收光进行光合作用，而黄色到红色的有色体产生类胡萝卜素。

无色的白色体产生碳水化合物、油脂和蛋白质。溶解的酶构成叶绿体大部分半流动的基质。叶绿体与线粒体一样，具有 DNA 和基质特异性核糖体和 RNA。植物细胞中的叶绿体和线粒体产生能量。

高等植物基质具有片层，内部膜与称为类囊体的封闭空心圆盘的堆叠（基粒）相连，类囊体的腔室相互连接。吸水的叶绿素分子发出电子。基质将低能二氧化碳固定成高能葡萄糖。

常见问题

Q1. 谁创造了“质体”一词？

Ans. E. 海克尔发现了质体并命名了它，但A. F. W. 施莱珀是第一个给出精确描述的人。

Q2. 质体是如何遗传的？

Ans. 许多植物从一个亲本那里获得质体。许多裸子植物从雄性花粉那里获得质体，但被子植物从雌性配子那里获得质体。藻类中的质体来自一个亲本。质体中的 DNA 似乎也来自一个亲本。在杂交中，质体遗传似乎更随机。

Q3. 定义干燥质体、苯酚质体和木质体。

Ans. 干燥质体是在耐旱植物中可以在叶绿体和前质体之间转换的质体。

苯酚质体是富含酚类的彩色质体，在储存和体内平衡方面与有色体不同。

木质体源自前质体或淀粉体，存在于次生维管组织中，并合成单木酚生物合成的前体。