叶绿体是植物细胞中由双层膜围成，含有叶绿素能进行光合作用的细胞器。叶绿体基质中悬浮有由膜囊构成的类囊体，内含叶绿体DNA 。 [1] 是一种 质体。质体有圆形、卵圆形或盘形3种形态。叶绿体含有的 叶绿素a 、b 吸收绿光最少，绿光被反射，故叶片呈绿色。容易区别於另类两类质体──无色的 白色体和黄色到红色的 有色体。叶绿素a 、b 的功能是吸收 光能，少数特殊状态下的叶绿素a 能够传递电子，通过光合作用将光能转变成化学能。叶绿体扁球状，厚约2.5微米，直径约5微米。具双层膜，内有间质，间质中含呈 溶解状态的酶和 片层。片层由闭合的中空盘状的 类囊体垛堆而成，类囊体是形成 高能化合物 三磷酸腺苷(ATP)所必需。是植物的“养料制造车间”和“能量转换站”。能发生碱基互补配对。 中文学名
叶绿体 界
植物界 长 径
视情况而定 5~100μm 不等 主要作用 进行光合作用 拉丁学名 chloroplast 分布区域 植物茎叶 主 要 叶绿素和细胞素
目录
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1简介 ?
2形态与结构 ?
形态总述 ?
外被 ? 类囊体
?基质
?3光合作用
?光反应与电子传递
?光合磷酸化
?碳反应
?4半自主性
?5叶绿体与质体的区别
?6增殖
?7发现
1简介
大部分高等植物和藻类微[2]生物的叶绿体内类囊体紧密堆积。主要含有叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）、类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素），叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
这些色素吸收的光都可用于光合作用，叶绿素在色素所占比例最大，且吸收绿光最少，因此绿光被反射，细胞呈现绿色。叶绿体( chloroplast）存在于藻类和绿色植物中的色素体之一，光合作用的生化过程在其中进行。因为叶绿体除含黄色的胡萝卜素外，还含有大量的叶绿素，所以看上去是绿色的。褐藻和红藻
的叶绿体除含叶绿素外还含有藻黄素和藻红蛋白，看上去是褐色或红色[有人
分别称为褐色体（phacaplost）、红色体（rhodoplast）]。许多植物的叶绿体是直径5微米左右，厚2—3微米的凸透镜形状，但低等植物中则含有板状、网眼状、螺旋形、星形、杯形等非常大的叶绿体。叶肉细胞中含的叶绿体数通常是数十到数百个。已知有的一个细胞含有数千个以上叶绿体的例子，以及仅有一个叶绿体的例子。用光学显微镜观察叶绿体，它的平面相多数为0.5微米大小
的浓绿色粒状结构（基粒）。基粒的清晰程度和数量随植物和组织的种类及叶绿体的发育时期而不同，反映着内膜系统的分化程度。包着叶绿体的包膜由内外两层膜组成，对各种各样的离子以及种种物质具有选择透过性。在叶绿体内部有基质、富含脂质和质体醌的质体颗粒，以及结构精细的内膜系统（片层构造，类囊体）。在基质中水占叶绿体重量的60%—80%，这里有各种各样的离子、低分子有机化合物、酶、蛋白质、核糖体、RNA、DNA等。在绿藻、褐藻，红藻、接合藻、硅藻等许多藻类的叶绿体中存在着淀粉核。构成内膜系统微细结构基础的是类囊体。在具有基粒的叶绿体中重叠起类囊体或复杂地折叠起来，分化成所谓的基粒堆（grana stack）和与之相联系的膜系统[基粒间片层（intergrana lamellae）]。各种光合色素和光合成电子传递成分、磷酸化偶
联因子等存在于类囊体中，色素被光能激发、电子传递、直到ATP合成都在类
囊体上及其表面附近进行。利用由此生成的NADPH和ATP在基质中进行二氧化碳固定。叶绿体
几叶绿体乎可以说一切生命活动所需的能量来源于太阳能（光能）。绿色植物是主要的能量转换者是因为它们均含有叶绿体（Chloroplast）这一完成能量转换的细胞器，它能利用光能同化二氧化碳和水，合成贮藏能量的有机物，同时产生氧。所以绿色植物的光合作用是地球上有机体生存、繁殖和发展的根本源泉。
叶绿体可能起源于古代蓝藻。某些古代真核生物靠吞噬其他生物维生，它们吞下的某些蓝藻没有被消化，反而依靠吞噬者的生活废物制造营养物质。在长期共生过程中，古代蓝藻形成叶绿体，植物也由此产生。
高等植物的叶绿体存在于细胞质基质中。叶绿体一般是绿色的扁平的快速流动的椭球形或球形，可以用高倍光学显微镜观察它的形态和分布。
2形态与结构
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形态总述
在高等植物中叶绿体象双凸或平凸透镜，长径5~10um，短径2~4um，厚2~3um。高等植物的叶肉细胞一般含50～200个叶绿体，可占细胞质的40%，
叶绿体的数目因物种细胞类型，生态环境，生理状态而有所不同。在藻类中叶绿体形状多样，有网状、带状、裂片状和星形等等，而且体积巨大，可达100um。
叶绿体
叶绿体由叶绿体外被（chloroplast envelope）、类囊体（thylakoid）和基质（stroma）3部分组成，叶绿体含有3种不同的膜：外膜、内膜、类囊体膜和3种彼此分开的腔：膜间隙、基质和类囊体腔。
叶绿体
外被
叶绿体外被由双层膜组成，膜间为10~20nm的膜间隙。外膜的渗透性大，如核苷、无机磷、蔗糖等许多细胞质中的营养分子可自由进入膜间隙。
内膜对通过物质的选择性很强，CO 2、O 2、Pi、H 2O、磷酸甘油酸、丙糖磷酸，双羧酸和双羧酸氨基酸可以透过内膜，ADP、ATP已糖磷酸，葡萄糖及果糖等透过内膜较慢。蔗糖、C5糖双磷酸酯，C糖磷酸酯，NADP+及焦磷酸不能透过内膜，需要特殊的转运体（translator）才能通过内膜。
类囊体
是单层膜围成的扁平小囊，沿叶绿体的长轴平行排列。膜上含有光合色素和电子传递链组分，又称光合膜。
许多类囊体象圆盘一样叠在一起，称为基粒，组成基粒的类囊体，叫做基粒类囊体，构成内膜系统的基粒片层（grana lamella）。基粒直径约
0.25~0.8μm，由10~100个类囊体组成。每个叶绿体中约有40~60个基粒。
叶绿体通过内膜形成类囊体来增大内膜面积，以此为在叶绿体中发生的反应提供场所。
贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛叠的类囊体称为基质类囊体，它们形成了内膜系统的基质片层（stroma lamella）。
叶绿体由于相邻基粒经网管状或扁平状基质类囊体相联结，全部类囊体实质上是一个相互贯通的封闭系统。类囊体做为单独一个封闭膜囊的原始概念已失去原来的意义，它所表示的仅仅是叶绿体切面的平面形态。
类囊体膜的主要成分是蛋白质和脂类(60:40），脂类中的脂肪酸主要是不饱和脂肪酸（约87%），具有较高的流动性。光能向化学能的转化是在类囊体上进行的，因此类囊体膜亦称光合膜，类囊体膜的内在蛋白主要有细胞色素b6/f 复合体、质体醌（PQ）、质体蓝素（PC）、铁氧化还原蛋白、黄素蛋白、光系统Ⅰ、光系统Ⅱ复合物等。
基质
叶绿体是内膜与类囊体之间的空间的液体，主要成分包括：
碳同化相关的酶类：如RuBP 羧化酶占基质可溶性蛋白总量的60%。
叶绿体DNA、蛋白质合成体系：如，ctDNA、各类RNA、核糖体等。
一些颗粒成分：如淀粉粒、质体小球和植物铁蛋白等。叶绿体的功能叶绿体（chloroplast）：藻类和植物体中含有叶绿素进行光合作用的器官。主要含有叶绿素、胡萝卜素和叶黄素，其中叶绿素的含量最多，遮蔽了其他色素，所以呈现绿色。主要功能是进行光合作用。几乎可以说一切生命活动所需的能量来源于太阳能（光能）。绿色植物是要的能量转换者是因为它们均含有叶绿体（Chloroplast）这一完成能量转换的细胞器。
3光合作用
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光合作用的是能量及物质的转化过程。首先光能转化成电能，经电子传递产生ATP和NADPH形式的不稳定化学能，最终转化成稳定的化学能储存在糖类化合物中。分为光反应（light reaction）和暗反应（dark reaction），前者需要光，涉及水的光解和光合磷酸化，后者不需要光，涉及CO 2的固定。分为C 3和C 5两类。暗反应需要光反应产生的能量来进行。
1、光合色素
类囊体中含两类色素：叶绿素和橙黄色的类胡萝卜素，通常叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3:1，chla与chlb叶绿素的实验中，随层析液在滤纸上扩散最快的是胡萝卜素[3]
2、集光复合体（light harve为3:l，全部叶绿素和几乎所有的类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中，与蛋白质以非共价键结合，一条肽链上可以结合若干色素分子，各色素分子间的距离和取向固定，有利于能量传递。
在提取和分离叶绿体中色素的实验中，随层析液在滤纸上扩散最快的是胡萝卜素[3]
3、集光复合体（light harvesting complex）
由大约200个叶绿素分子和一些肽链构成。大部分色素分子起捕获光能的作用，并将光能以诱导共振方式传递到反应中心色素。因此这些色素被称为天线色素。叶绿体中全部叶绿素b和大部分叶绿素a都是天线色素。另外类胡萝卜素和叶黄素分子也起捕获光能的作用，叫做辅助色素。
4、细胞色素b6/f复合体（cyt b6/f complex) 可能以二聚体形成存在，每个单体含有四个不同的亚基。细胞色素b6（b563）、细胞色素f、铁硫蛋白、以及亚基Ⅳ（被认为是质体醌的结合蛋白）。
5、光系统Ⅰ（PSI）
能被波长700nm的光激发，又称P700。包含多条肽链，位于基粒与基质接触区和基质类囊体膜中。由集光复合体Ⅰ和作用中心构成。结合100个左右叶绿素分子、除了几个特殊的叶绿素为中心色素外外，其它叶绿素都是天线色素。三种电子载体分别为A0（一个chla分子）、A1（为维生素K1）及3个不同的4Fe-4S。
6、光系统Ⅱ（PSⅡ）
吸叶绿体收高峰为波长680nm处，又称
P680。至少包括12条多肽链。位于基粒与基质非接触区域的类囊体膜上。包括一个集光复合体（light-hawesting comnplex Ⅱ，LHC Ⅱ）、一个反应中心
和一个含锰原子的放氧的复合体（oxygen evolving complex）。D1和D2为两条核心肽链，结合中心色素P680、去镁叶绿素（pheophytin）及质体醌（plastoquinone）。
光反应与电子传递
P680接受能量后，由基态变为激发态（P680*），然后将电子传递给去镁叶绿素（原初电子受体），P680*带正电荷，从原初电子供体Z（反应中心D1蛋白上的一个酪氨酸侧链）得到电子而还原；Z+再从放氧复合体上获取电子；氧化态的放氧复合体从水中获取电子，使水光解。
2H 2O→O 2+4H ++4e -
在另一个方向上去镁叶绿素将电子传给D2上结合的QA，QA又迅速将电子传给D1上的QB，还原型的质体醌从光系统Ⅱ复合体上游离下来，另一个氧化态的质体醌占据其位置形成新的QB。质体醌将电子传给细胞色素b6/f复合体，同时将质子由基质转移到类囊体腔。电子接着传递给位于类囊体腔一侧的含铜蛋白质体蓝素（plastocyanin，PC）中的Cu2+，再将电子传递到光系统Ⅱ。
P700被光能激发后释放出来的高能电子沿着A0→ A1 →4Fe-4S的方向依次传递，由类囊体腔一侧传向类囊体基质一侧的铁氧还蛋白（ferredoxin，FD）。最后在铁氧还蛋白-NADP 还原酶的作用下，将电子传给NADP+，形成NADPH。失去电子的P700从PC处获取电子而还原
以上电子呈Z形传递的过程称为非循环式光合磷酸化，当植物在缺乏NADP+时，电子在光系统内Ⅰ流动，只合成ATP，不产生NADPH，称为循环式光合磷酸化。
光合磷酸化
一对电子从P680经P700传至NADP+，在类囊体腔中增加4个H+，2个来源于H2O光解，2个由PQ从基质转移而来，在基质外一个H+又被用于还原NADP+，所以类囊体腔内有较高的H+（pH≈5，基质pH≈8），形成质子动力势，H+经ATP成合酶，渗入基质、推动ADP和Pi结合形成ATP。
ATP合成酶，即CF1-F0偶联因子，结构类似于线粒体ATP合成酶。CF1同样由5种亚基组成α3β3γδε的结构。CF0嵌在膜中，由4种亚基构成，是质子通过类囊体膜的通道。
碳反应
国际通用名称为碳反应，而非暗反应。因为该反应在没有光的时候，会因为缺乏光反应产生的ATP及NADPH而无法进行。
C3途径（C3 pathway）：亦称卡尔文(Calvin）循环。CO2受体为RuBP，最初产物为3-磷酸甘油酸(PGA)。
C4途径（C4 pathway）：亦称哈奇-斯莱克（Hatch-Slack）途径，CO2受体为PEP，最初产物为草酰乙酸(OAA）。
景天科酸代谢途径（Crassulacean acid metabolism pathway，CAM途径）：夜间固定CO2产生有机酸，白天有机酸脱羧释放CO2，进行CO2固定。
4半自主性
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线叶绿体粒体与叶绿体都是细胞内进行能
量转换的场所，两者在结构上具有一定的相似性。①均由两层膜包被而成，且内外膜的性质、结构有显著的差异。②均为半自主性细胞器，具有自身的DNA和蛋白质合成体系。因此绿色植物的细胞内存在3个遗传系统。
叶绿体DNA由Ris和Plaut 1962最早发现于衣藻叶绿体。ctDNA呈环状，长40~60μm，基因组的大小因植物而异，一般约200bp-2500bp。数目的多少植物的发育阶段有关，如菠菜幼苗叶肉细胞中，每个细胞含有20个叶绿体，
每个叶绿体含DNA分子200个，但到接近成熟的叶肉细胞中有叶绿体150个，每个叶绿体含30个DNA分子。
和线粒体一样，叶绿体只能合成自身需要的部分蛋白质，其余的是在细胞质游离的核糖体上合成的，必需运送到叶绿体，才能发挥叶绿体应有的功能。已知由ctDNA编码的RNA和多肽有：叶绿体核糖体中4种rRNA(23S、16S、4.5S 及5S），20种（烟草）或31种（地钱）tRNA，约90多种多肽。
由于叶绿体在形态、结构、化学组成、遗传体系等方面与蓝细菌相似，人们推测叶绿体可能也起源于内共生的方式，是寄生在细胞内的蓝藻演化而来的。
5叶绿体与质体的区别
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叶绿体含有四种色素：叶绿素a、叶绿素b、叶黄素及胡萝卜素。其中前二者为主要的光合色素，直接参与光合作用；后二者仅起吸收、传递光能的作用，而不能参与光合作用。由于不同植物体中或同一植物不同发育时期，细胞中所含四种色素的比例不断变化，因而植物(尤其为叶)在颜色上表现出深浅黄绿色的不同。
叶绿体的内部结构十分复杂。在电镜下观察叶绿体，可见，叶绿体的外表是由双层平滑的单位膜构成的叶绿体被膜(chloroplastenvelop)，其内是无色的基质(matrix)(其主要成分是亲水的蛋白质)，基质中分布着若干个含有叶绿素的基粒(granum)。这些基粒是由许多层迭合的片层结构组成，此片层结构称为类囊体(thylokoid)。类囊体由单层膜围合而成，其上分布有许多穿孔。囊内含有液状的内含物。类囊体除平行垛迭构成基粒外，还在基质内到处延伸，从而构成了复杂的类束体系统(thylokoidsystem)。其中构成基粒的类囊体部分称基粒片层(granalamella)，而连接基粒的类囊体部分，称为基质片层(stromalamella)。
叶绿体所含的色素存在于类囊体膜上，与蛋白质结合形成复合体(complax)，包藏或连接在类囊体膜的磷脂分子的双层中，光合作用就在这里进行。
在个体发育中，叶绿体来自前质体(proplastid)—即未分化的质体，存在于根尖、茎尖，其结构较为简单。
在直接光照下，幼叶中的前质体，内层膜在许多部位内折而伸入基质中，
并逐渐扩展增大，最终脱离内层膜，形成扁平的囊状结构——类囊体。许多个类束体垛合在一起便形成为基粒，由此前质体逐步地发育成为成熟的叶绿体。但在黑暗或光照不足的情况下，就不能形成正常的类囊体系统，而形成由许多小泡组成的网格状结构，称前片层体（prollamellabody）。这样的质体称为黄化体（etioplast）。一般在获取光照后，黄化体中的前片层体可进一步转变，发育成为具有基粒结构的正常叶绿体。
有色体（chromoplast）：主要存在于花瓣、果实、贮藏根及衰老的叶片中，主要功能尚不十分清楚，但有一点是明确的，即积聚淀粉和脂类，并可帮助传粉，。
有色体所含色素主要是叶黄素和胡萝卜素，并因所含色素比例的不同而呈现红色——黄色之间的色彩梯度变化。
有色体即可由前质体发育而来，也可由叶绿体失去叶绿素转化而来，如果实的成熟即为一实例，另外，还可由白色体转化而来，胡萝卜即为如此。
有色体的形状是多种多样的。
白色体(leucoplast)：是不含可见色素的无色质体，呈颗粒状。存在于一些植物的贮藏器官中，如甘薯、土豆的地下器官及种子的胚中。
白色体的主要功能是积累淀粉、蛋白质及脂肪，从而使其相应地转化为淀粉粒、糊粉粒和油滴。
应注意的是，白色体虽不含可见色素，却含无色的原叶绿素，故见光后便可转化为叶绿体。如土豆风吹后变绿的现象即为如此。
以上两种质体，即有色体和白色体的结构虽不及叶绿体，但也较复杂。表面均为双层单位膜构成的质体被膜，内有以亲水蛋白质为主的液状基质，由于没有基粒结构存在，无发达的类囊体系统而区别于叶绿体。
总之，质体是一类合成和积累同化产物的细胞器。
小提示：
质体是植物细胞特有的细胞器；动物、菌类及蓝藻均无此结构。
质体体积较小，呈园盘形(扁园形)或扁卵园形，直径约为5-8um，厚约1um。
根据颜色及功能的不同，质体可分为三种：叶绿体、白色体及有色体。[4] 6增殖
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在个体发育中叶绿体由原质体发育而来，原质体存在于根和芽的分生组织中，由双层被膜包围，含有DNA，一些小泡和淀粉颗粒的结构，但不含片层结构，小泡是由质体双层膜的内膜内折形成的。
在有光条件原质体的小泡数目增加并相互融合形成片层，多个片层平行排列成行，在某些区域增殖，形成基粒，变成绿色原质体发育成叶绿体。
在黑暗性长时，原质体小泡融合速度减慢，并转变为排列成网格的小管的三维晶格结构，称为原片层，这种质体称为黄色体。黄色体在有光的情况下原片层弥散形成类囊体，进一步发育出基粒，变为叶绿体。
叶绿体能靠分裂而增殖，这各分裂是靠中部缢缩而实现的，在发育7天的幼叶的基部2-2.5cm处很容易看到幼龄叶绿体呈哑铃形状，从菠菜幼叶含叶绿体少、ctDNA多，老叶含叶绿体多，每个叶绿体含ctDNA少的现象也可以看出叶绿体是以分裂的方式增殖的。
成熟叶绿体正常情况下一般不再分裂或很少分裂。
高等植物的叶绿体主要存在于叶肉细胞内，含有叶绿素。电镜观察表明：叶绿体外有光滑的双层单位膜，内膜向内叠成内囊体，若干内囊体垛叠成基粒。基粒内的某些内囊体内向外伸展，连接不同基粒。连接基粒的类囊体部分，称为基质片层；构成基粒的类囊体部分，称为基粒片层。
在个体发育上，叶绿体来自前质体，由前质体发育成叶绿体。
并且，无光不能形成叶绿素。
7发现
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1880年，法国植物学家、植物叶绿体的发现者席姆佩尔证明淀粉是植物光合作用的产物。1883年，他经研究发现淀粉只在植物细胞的特定部位形成，并将其命名为叶绿体，席姆佩尔还曾广泛地游历了美洲、亚洲和非洲的热带地区，对那里的植物进行了考察，并将考察结果发表在1898年出版的《以生理学为基础的植物--------地理学》一书中。
1940年，德国人G．A．Kausche和H．Ruska发表了世界第一张叶绿体的电镜照片。
参考资料：
1.
两类植物“丢弃”叶绿体
2.
蓝藻和叶绿体基因组的比较研究
3.
江苏省盐城中学2011-2012学年高一上学期期末考试试卷试题及答案练习题（生物）
4.
生物必备考点：叶绿体与质体的区别
用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动 一、教学目标： 1.练习使用显微镜，掌握高倍显微镜的使用方法。 2.观察叶绿体的形态和分布。 3.通过在显微镜下的实际观察，理解细胞质的流动是一种生命现象。 二、教学重点： 1.掌握高倍显微镜的使用方法。 2.观察叶绿体的形态和分布，理解叶绿体的形态和分布与功能的关系。 3.通过在显微镜下的实际观察，理解细胞质的流动是一种生命现象。 三、实验原理： 1.高等绿色植物的叶绿体存在于细胞质基质中，叶绿体一般是绿色的，扁平的椭球形或球形，可以用高倍显微镜观察它的形态和分布。 2.活细胞中的细胞质处于不断流动的状态。观察细胞质的流动，可用细胞质基质中的叶绿体的运动作为标志。 四、材料用具： 菠菜叶（或藓类的叶）、新鲜的黑藻 显微镜、载玻片、盖玻片、滴管、镊子、刀片、培养皿、台灯、铅笔 五、实验步骤： （1）观察叶绿体装片： 取材：取一片藓类小叶或波菜叶稍带叶肉的下表皮（薄且有叶绿体） 制片：载玻片中央滴一滴清水，将叶片放入，加上盖玻片，制成临时装片 观察：先低倍镜找到叶片细胞后高倍镜观察叶绿体（形态和分布）[光强度的变化与叶绿体的位置关系] 绘图：（用铅笔画一个叶绿体形态和分布情况清楚的叶肉细胞） 注意事项：
1）选用藓类的小叶或者菠菜叶的下表皮（稍带叶肉）作观察叶绿体的实验材料是实验成功的关键， 因为藓类属阴生植物，菠菜叶的下表皮是菠菜叶的背阳面，这样的细胞中的叶绿体大且数目少，便于观察。） 2）实验过程中的临时装片要始终保持有水状态，目的是为了防止叶绿体失水。 如果叶绿体失水，叶绿体就缩成一团，无法观察叶绿体的形态和分布。 3）正确使用低倍镜：取镜——对光——安放装片——下降镜筒——调焦。下降镜筒时，必须双眼注视物镜和装片的距离，以免压坏装片和碰坏物镜。 4）正确使用高倍镜：将低倍镜下看到的物像移到视野中央——转动转换器，换用高倍物镜——调整光圈和反光镜，使视野亮度适宜——调节细准焦螺旋，直至物像清晰。 （2）用显微镜观察细胞质的流动： 取材：将黑藻先放在光下、25℃左右的水中培养（生成足量叶绿体） 制片：载玻片滴水、放叶，加盖玻片，制成临时装片 观察：先低倍镜找到黑藻叶片细胞，后高倍镜观察到细胞内的叶绿体随细胞质液定向呈环形流动[适当增强光照、适当提高温度、切伤等均可加速流动。] 注意事项： 1）课前应检查实验材料，以便做到心中有数。观察细胞质的流动，理想的实验材料是黑藻。实验前教师必须检查供实验用的黑藻叶片细胞质的流动情况，如果发现细胞质不流动，或者流动很慢，应立即采取措施，加速其细胞质的流动。方法有三种，可以任选一种。一是进行光照，即在阳光或灯光下放置15～ 2Omin；二是提高盛放黑藻的水温，可加入热水将水温调至25℃左右；三是切伤一小部分叶片。 2）观察细胞质流动时，首先要找到叶肉细胞中的叶绿体，然后以叶绿体作为参照物，在观察时眼睛注视叶绿体，再来观察细胞质的流动。最后，再来仔细观察细胞质的流动速度和流动方向。 3）细胞质流动与新陈代谢有密切关系，呼吸越旺盛，细胞质流动越快，反之，则越慢。细胞质流动可朝一个方向，也可朝不同的方向，其流动方式为转动式（旋转式、环流式）。这时细胞器随细胞质基质一起运动，并非只是细胞质的运动。 4）寻找最佳观察部位：应寻找靠近叶脉部位的细胞进行观察，此处细胞水分供应充足，容易观察到细胞质的流动。
Botanical Research 植物学研究, 2018, 7(6), 627-633 Published Online November 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/2317035441.html,/journal/br https://https://www.doczj.com/doc/2317035441.html,/10.12677/br.2018.76077 Advances in Research on Plant Chloroplast Development Baohua Jin, Qianwen Ge Zhejiang Normal University, Jinhua Zhejiang Received: Nov. 14th, 2018; accepted: Nov. 23rd, 2018; published: Nov. 30th, 2018 Abstract Chloroplasts are important organelles for photosynthesis of green plants, and they are highly concerned by researchers. At present, there is a certain research basis for the structure and func-tion of chloroplasts, but the molecular mechanism of chlorophyll metabolism and regulation in specific chloroplast development remains to be further studied. This article summarizes the de-velopment of chloroplasts, the synthesis of chlorophyll and catabolism, in order to better promote the understanding of chloroplasts. Keywords Chloroplast, Photosynthesis, Chlorophyll 植物叶绿体发育研究进展 金宝花，葛倩雯 浙江师范大学，浙江金华 收稿日期：2018年11月14日；录用日期：2018年11月23日；发布日期：2018年11月30日 摘要 叶绿体是绿色植物进行光合作用的重要细胞器，其备受研究学者的关注。目前对叶绿体的结构、功能等已有一定的研究基础，但具体叶绿体发育中叶绿素的代谢过程及调控的分子机制仍有待深入研究。 本文从叶绿体的发育、叶绿素的合成以及分解代谢等方面进行概述，以期能更好地促进人们对叶绿体的了解。
叶绿体是植物细胞中由双层膜围成，含有叶绿素能进行光合作用的细胞器。叶绿体基质中悬浮有由膜囊构成的类囊体，内含叶绿体DNA 。 [1] 是一种 质体。质体有圆形、卵圆形或盘形3种形态。叶绿体含有的 叶绿素a 、b 吸收绿光最少，绿光被反射，故叶片呈绿色。容易区别於另类两类质体──无色的 白色体和黄色到红色的 有色体。叶绿素a 、b 的功能是吸收 光能，少数特殊状态下的叶绿素a 能够传递电子，通过光合作用将光能转变成化学能。叶绿体扁球状，厚约2.5微米，直径约5微米。具双层膜，内有间质，间质中含呈 溶解状态的酶和 片层。片层由闭合的中空盘状的 类囊体垛堆而成，类囊体是形成 高能化合物 三磷酸腺苷(ATP)所必需。是植物的“养料制造车间”和“能量转换站”。能发生碱基互补配对。 中文学名 叶绿体 界 植物界 长 径 视情况而定 5~100μm 不等 主要作用 进行光合作用 拉丁学名 chloroplast 分布区域 植物茎叶 主 要 叶绿素和细胞素 目录 ? 1简介 ? 2形态与结构 ? 形态总述 ? 外被 ? 类囊体
?基质 ?3光合作用 ?光反应与电子传递 ?光合磷酸化 ?碳反应 ?4半自主性 ?5叶绿体与质体的区别 ?6增殖 ?7发现 1简介 大部分高等植物和藻类微[2]生物的叶绿体内类囊体紧密堆积。主要含有叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）、类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素），叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 这些色素吸收的光都可用于光合作用，叶绿素在色素所占比例最大，且吸收绿光最少，因此绿光被反射，细胞呈现绿色。叶绿体( chloroplast）存在于藻类和绿色植物中的色素体之一，光合作用的生化过程在其中进行。因为叶绿体除含黄色的胡萝卜素外，还含有大量的叶绿素，所以看上去是绿色的。褐藻和红藻 的叶绿体除含叶绿素外还含有藻黄素和藻红蛋白，看上去是褐色或红色[有人 分别称为褐色体（phacaplost）、红色体（rhodoplast）]。许多植物的叶绿体是直径5微米左右，厚2—3微米的凸透镜形状，但低等植物中则含有板状、网眼状、螺旋形、星形、杯形等非常大的叶绿体。叶肉细胞中含的叶绿体数通常是数十到数百个。已知有的一个细胞含有数千个以上叶绿体的例子，以及仅有一个叶绿体的例子。用光学显微镜观察叶绿体，它的平面相多数为0.5微米大小 的浓绿色粒状结构（基粒）。基粒的清晰程度和数量随植物和组织的种类及叶绿体的发育时期而不同，反映着内膜系统的分化程度。包着叶绿体的包膜由内外两层膜组成，对各种各样的离子以及种种物质具有选择透过性。在叶绿体内部有基质、富含脂质和质体醌的质体颗粒，以及结构精细的内膜系统（片层构造，类囊体）。在基质中水占叶绿体重量的60%—80%，这里有各种各样的离子、低分子有机化合物、酶、蛋白质、核糖体、RNA、DNA等。在绿藻、褐藻，红藻、接合藻、硅藻等许多藻类的叶绿体中存在着淀粉核。构成内膜系统微细结构基础的是类囊体。在具有基粒的叶绿体中重叠起类囊体或复杂地折叠起来，分化成所谓的基粒堆（grana stack）和与之相联系的膜系统[基粒间片层（intergrana lamellae）]。各种光合色素和光合成电子传递成分、磷酸化偶 联因子等存在于类囊体中，色素被光能激发、电子传递、直到ATP合成都在类
观察叶绿体 一、学习任务分析 《观察叶绿体》选自浙科版高中生物必修一第二章第三节，本节着重介绍了细胞质中的各种细胞器结构和功能。本节想着重培养学生识图——感知科学的过程和方法——实验观察——解决问题的能力。叶绿体作为光合作用的的场所，有其特定的结构，有其学习的必要性。 二、学习者分析 高二学生已具有一定的实验探究能力，同时对生物实验充满了浓厚的兴趣，能够在教师的指导下完成验证实验。学生在本模块前面的学习中，已经进行过类似的探究活动，对探究实验的过程和方法有一定的认识，在操作技能上也有一定的基础。 三、教学重难点 1、教学重点：观察叶绿体的形态和分布； 2、教学难点：观察叶绿体的形态和分布。 四、教学目标 根据《中学生物新课程标准》精神、教材的内容、所教班级学生状况、和谐的师生关系和课题研究的需要，确立了以下几个目标： 1、知识与技能目标： (1)初步掌握高倍显微镜的使用方法； (2)观察叶绿体形态和分布； (3)通过显微镜的实际观察的实际观察，理解细胞质流动是一种生命现象； 2、过程与方法目标： (1)通过显微镜下观察叶绿体的结构，感知科学的过程和方法； (2)通过制作与观察叶绿体的生物材料临时装片，学会一般的生物绘图技能； (3)运用间接观察的科学方法，正确表述观察到的现象，撰写规范的实验报告； 3、情感态度与价值观目标： 通过观察叶绿体的形态与分布，真正理解叶绿体对于植物光合作用的重要作用，养成严谨的科学态度，善于观察生活中常见的生物学现象。 五、教学过程 本实验将以教师为主导，学生为主体，师生之间相互合作的方式，学生在教师指导下独立完成用高倍镜观察叶绿体的实验。教师将借助多媒体，视频等教学工具。 1、教师向学生说明实验目的：观察黑藻叶肉细胞中叶绿体的形态和分布。 2、教师向学生展示本次实验将用到的材料及用具：黑藻、载玻片、盖玻片、镊子、水、台 灯、培养皿和显微镜。 3、教师给学生播放观察叶绿体的实验视频，一边看一边讲实验的注意点及实验步骤：①事 先将观察用的黑藻放在光照充足、温度适宜的条件下培养。将黑藻从水中取出，用镊子从新鲜枝上取一片幼嫩的小叶；实验时，取载玻片，滴上一滴干净的水，将小叶放在载玻片的水滴中，盖上盖玻片。制成临时装片。②先用低倍镜找到黑藻叶肉细胞，再换用高倍镜观察黑藻叶肉细胞。注意叶绿体在细胞中的运动和细胞中的其他结构。③绘制你所观察到的细胞简图。
植物叶绿体基因工程发展探析(一) 摘要从叶绿体的概念、转化优点、转化主要过程及方法等方面概述了叶绿体基因工程的发展情况,介绍了叶绿体基因工程的应用,包括提高植物光合效率、合成有机物质、生产疫苗、增强植物抗性及在系统发育学中的应用等,并提出叶绿体基因工程存在的问题,对其未来发展进行了展望。 关键词植物叶绿体;基因工程;发展;应用;存在问题;展望叶绿体作为植物中与光合作用直接相连的重要细胞器,其基因组的功能也因此扮演着十分重要的角色。1882年Straburger观察到藻类叶绿体能分裂并进入子代细胞;1909年Baur和Correns通过在3种枝条颜色不同的紫茉莉间杂交得出,质体是母本遗传的。人们便开始对叶绿体遗传方面产生了浓厚的兴趣1]。1988年Boynton等首次用野生型叶绿体DNA转化了单细胞生物衣藻突变体(atPB基因突变体),使其完全恢复光合作用能力,标志着叶绿体基因工程的诞生2]。叶绿体基因工程作为一种很具有发展前景的植物转基因技术,在植物新陈代谢、抗虫性、抗病性、抗旱性、遗传育种等方面都将有着越来越重要的意义。 1叶绿体基因工程概述 1.1叶绿体简介 叶绿体是植物进行光合作用的重要器官,是一种半自主型的细胞器,能够进行自我复制,含有双链环状DNA。叶绿体DNA分子一般长120~160kb。叶绿体DNA有IRA和IRB2个反向重复序列(分别位于A链和B链),两者基因大小完全相同,只是方向相反,它们之间有1个大的单拷贝区(大小约80kb)和1个小的单拷贝区(大小约20kb)。 1.2叶绿体基因组转化优点 叶绿体基因具有分子量小、结构简单、便于遗传的特点,故相对于传统的细胞核遗传更能高效表达目的基因,这是因为叶绿体基因本身拥有巨大的拷贝数3]。叶绿体基因可实现外源基因的定点整合,避免位置效应和基因沉默;遗传表达具有原核性;安全性好,叶绿体属于母系遗传,后代材料稳定;目的基因产物对植物的影响小。利用叶绿体基因转化的这些优点,可以加快育种速度和效率,节约育种时间。 1.3叶绿体转化的主要过程 叶绿体转化过程通常分4步:一是转化载体携带外源目的基因通过基因枪法或其他转化体系导入叶绿体;二是将外源表达框架整合到叶绿体的基因组里;三是筛选具有转化的叶绿体细胞;四是继代繁殖得到稳定的叶绿体转化植物4]。 1.4叶绿体转化的主要方法 依据叶绿体转化的主要过程,生物学家相应地研究若干种叶绿体基因转化的方法,其中常用的叶绿体转化方法:一是微弹轰击法。将钨粉包裹构建完整的质粒载体,用基因枪轰击植物的各种组织、器官,然后对重组叶绿体进行连续筛选,不断提高同质化水平,最后获得所需的转基因植株5]。二是农杆菌T-DNA介导的遗传转化法。将外源目的基因、选择标记基因等构建到农杆菌的Ti质粒上,然后通过与植物组织或器官共培养,最后把所需外源基因转化到叶绿体并获得表达。三是PEG处理法。只需将构建好的质粒(含外源基因、标记基因、同源片断、启动子、终止子等)在一定的PEG浓度下与植物原生质体共培养。 2叶绿体基因工程的应用 2.1提高植物光合效率 植物的光合效率非常有限,太阳能的很小一部分可以转化为植物所需要的能量,从而转变为人类需要的产品。植物光合效率取决于Rubisco酶的丰富度。Rubisco酶一方面可以制造可溶性蛋白,另一方面也可以限制CO2合成。人们可以通过2种直接的方法提高光合速率:一是加速酶催化的循环过程;二是提高酶的特性,减少光呼吸浪费的能量6]。很多科学家正试图通过提高Rubisco酶来提高植物的光合效率,而其中拟南芥和水稻的定点整合试验取得了重大突
新修订高中阶段原创精品配套教材 实验观察叶绿体教材定制 / 提高课堂效率 /内容可修改 Experimental observation of chloroplast 教师：风老师 风顺第二中学 编订：FoonShion教育
实验观察叶绿体 高中生物第一册（必修）学案 第7课时实验：高倍显微镜的使用和观察叶绿体 实验原理 高等植物的叶绿体存在于细胞质中，叶绿体呈色、形，高倍显微镜下清晰可见。 实验目的 1、初步掌握高倍显微镜的使用方法。 2、观察叶绿体形态和分布。 实验程序 观察细胞质的流动 实验原理 活细胞中的细胞质处于不断流动的状态，用的运动作为标记可观察细胞质的流动。 实验目的 1、掌握高倍显微镜的使用方法。 2、通过显微镜的实际观察的实际观察，理解细胞质流动
是一种生命现象。 实验程序 光照、室温条件下水中培养黑藻 取一片幼嫩的小叶 临时装片：清水+小叶+盖玻片 低倍观察叶片细胞 高倍观察叶绿体的流动及流动方向 注意事项： 1、细胞质的流动受细胞的代谢状况和外界环境因素的影响，增进细胞代谢作用的因素，如适宜的光照、温度、ph 值、生长素等，都可以促进细胞质的流动。反之，不利的环境变化和某些化学药品，如麻醉剂等，则可抑制细胞质的流动。 2、在做此实验时，如果发现细胞质不流动，或者流动很慢，应立即采取措施，加速其细胞质的流动。其方法有三种：一是进行光照，即在阳光或灯光下放置15~20分钟；二是提高盛放黑藻的水温，可加入热水将水温调至25℃左右；三是切伤一小部分叶片。 自我评价 1、普通光学显微镜是生物学实验中最常用的仪器之一，试回答下列关于显微镜使用中的有关问题： （1）一细胞或物体被显微镜放大50倍，这时“被放大50
植物叶绿体基因工程的研究进展 植物细胞的遗传物质分别存在于细胞核和细胞器中。以细胞核为外源基因受体的传统植物基因工程虽已发展趋于成熟并得到广泛运用，但仍存在一系列难以解决的问题：目的基因表达量不理想，同时转入多个基因时操作步骤过于复杂，所表达的原核基因必须经过修饰改造，因位置效应的影响需花费大量的精力筛选符合要求的转基因植株，环境安全难以保证等。叶绿体转化系统的出现为克服这些困难带来了希望[1]。 叶绿体基因工程是以叶绿体基因组为平台对植物进行遗传操作, 通过一定方法使外源基因穿过细胞膜和叶绿体双层膜进入叶绿体, 在同源重组片段的介导下与叶绿体基因组之间发生同源重组, 以定点整合方式进入叶绿体基因组, 在其中转录、翻译并获得终产物的技术。。叶绿体基因组是120~160kb的裸露双链闭合环状DNA，通常由一对反向重复序列和大单拷贝区、小单拷贝区组成，以多拷贝形式存在，内部碱基分布不均匀，GC 含量为25%~38%，功能相关的基因多以“多顺反子”形式存在（刘良式，1998）[1]。仅于二十多年前人们才提出叶绿体作为外源基因受体的可能性，但由于此新转化系统可超量表达目的基因，消除位置效应，并能有效防止目的基因对周围环境的污染，因而自问世以来迅速在多个领域表现出旺盛的生命力，现已成功表达了抗虫基因，抗除草剂基因，并已生产出具生物活性的人类生长激素蛋白。 1.叶绿体基因工程的建立及发展 1.1 叶绿体基因工程的建立 为减轻目的基因大量表达对植物造成的危害，叶绿体很早已成为外源基因产物的储存场所。通过在目的基因5'端加上受体植物内源的导肽序列，利用核转化就可将基因的产物定位于叶绿体。但这种方法首先要合成前体蛋白，然后在导肽的引导下穿过双层膜进入叶绿体，所经环节较多，且受核转化系统自身缺点的限制，因而人们一直在寻找一种更为合适的表达系统。1987年，Klein等人人建立了基因枪转化方法。1988年Boynoton等首次用野生型叶绿体DNA转化了单细胞生物衣藻突变体（atPB基因突变体），使其完全恢复光合作用能力，标志着叶绿体基因工程的诞生。1990年外源基因首次于高等植物叶绿体中获的瞬间表达（Daniell et all,1990）[2]。Y e等（1990）又对所创建的轰击转化系统进行改进，建立了一种较为有效的叶绿体转化方法[2]。 1.2 叶绿体基因工程的发展及应用 叶绿体作为植物细胞光合作用中心以及转化受体所具备的特点必将使其成为植物基因工程的一个十分重要的研究领域，其研究内容相当广泛。 1.2.1 利用叶绿体转基因植物表达疫苗的研究 叶绿体转基因植物生产的疫苗保持了重组蛋白的理化特性和生物活性,有的不经提纯就能作为一种可食疫苗(edible vaccine)口服使用，这样对于疫苗的运输和推广极为有利。 利用叶绿体转基因植物表达疫苗的研究包括范国昌等（1999），张中林等（1999），山松等（2000）对肝炎病毒抗原的研究。Daniell等(2001)对霍乱病毒蛋白B抗原的研究。Daniell 等（2004）对鼠疫疫苗抗原的研究。Tregoning 等（2003）对破伤风(tetanus)病毒的研究，这项工作为利用植物生产安全的破伤风口服疫苗奠定了基础。Sun 等(2003）对口蹄疫(foot-andmouth disease,FMD)病毒抗原的研究，这项工作为运用衣藻叶绿体作为生物反应器, 表达动物黏膜免疫疫苗提供了一条可行性途径。
“活动：观察叶绿体”的教学设计 一、设计理念 生物科学本质上是实验科学。实验教学既是一类探究活动，也是生物学教学的基本形式之一。实验教学对学生掌握生物学知识和科学方法、提高学生的实验能力、培养学生生物科学素养有着其他教学方式不可替代的重要作用，是向学生渗透科学意识及养成科学态度的必由之路。《课程标准》中也强调通过实验教学切实发展学生科学探究的能力，并以此推动学习方式的改变。 本节实验课基于既重视实验过程又重视实验结果的设计理念，采用“实验观察-解决问题”的教学模式。希望通过实验材料种类的增加和选择，增加实验的趣味性和学生的自主选择性，并使学生体会在实验中实验材料选择的重要性和选择的依据。通过实验过程的各种材料的观察的比较，体会科学实验需要严谨和一丝不苟的精神。通过实验结果的观察和分析，体会生物学知识的获得是实验研究的结果，并启发学生从不同角度思考问题、分析问题，拓展生物学思维的深度和广度。 二、教材分析 叶绿体是植物细胞中较大的一种细胞器，是真核生物光合作用的唯一场所，能发生特有的能量转换。由于具有这一重要功能，所以它一直是细胞生物学、遗传学和分子生物学的重要研究对象。 本实验选自浙科版生物必修1第二章第三节的实验部分，是掌握叶绿体的形态及其在细胞内的分布规律的常规实验。本实验主要是观察叶绿体在细胞中的形态、分布，增加学生对叶绿体的感性认知，使学生更好地掌握叶绿体的结构知识，为后续的光合作用学习打下扎实的基础。 三、学情分析 在第一章《细胞的分子组成》中，学生已经使用高倍镜观察过花生子叶中油脂的鉴定，也在第二章《细胞的结构》中观察过多种多样的细胞，对高倍镜的使用步骤有了一定的了解。此外在第一章中学生也在油脂的鉴定实验这种制作过花生子叶的切片和临时装片。这些都为本实验的顺利开展奠定了实验技能的基础。 在本实验之前学生已经学习了叶绿体的大致结构和功能，为本实验的观察做了知识上的铺垫，本实验可以进一步增加学生对叶绿体的感性认识。 而且高二学生已经具有一定的逻辑推理、分析问题和解决问题的能力，使实验结果的分析成为可能。 四、教学目标 1、知识目标：（1）通过实验观察正确描述叶绿体的颜色、形态、分布等特点。
一．叶绿体DNA（cpDNA）研究与植物系统学 1. 分子系统学研究中常用的标记 分子生物学技术的发展为植物育种提供了一种基于DNA变异的新型遗传标记——DNA分子标记，或简称分子标记。与传统应用的常规遗传标记相比，分子标记具有许多明显的优点，因而已被广泛应用于现代作物遗传育种研究的各个方面，大量以前无法进行的研究目前利用分子标记手段正蓬勃开展，并取得丰硕的成果。尤其是当分子标记技术走出实验室与常规育种紧密结合后，正在为植物的系统学研究带来一场新的变革。 目前用于植物系统进化、遗传多样性以及植物地理学研究的分子标记和方法有多种。总体来看可以分为4类，即:（1）蛋白质标记；（2）DNA序列分析；（3）DNA指纹分析；（4）DNA构象变化与SSCP 分析[1]。 DNA序列可以直接反映物种的基因型，并记录进化过程中发生的每一个变化，含有极为丰富的进化信息。依据DNA序列上的差异来比较植物的亲缘和演化关系，可以为植物系统与进化研究提供最直接的证据。当前用于研究的DNA序列主要分为两大类:叶绿体基因组（Chloroplast DNA，cpDNA）和核基因组（nuclear DNA，nDNA）本文采用的是叶绿体DNA（cpDNA）序列分析，故在此主要接介绍cpDNA序列分析。 2.cpDNA 叶绿体基因组（cpDNA）占植物总基因组DNA的10-20%，为
双链闭环结构，一般为120-220kb（多在120-160kb之间），被2个长约22-25kb的反向重复序列（IR）分成大拷贝区（LSc）和小两个单拷贝区（SSC）。 在过去二十年里，.植物系统学家们依据叶绿体DNA序列进行了大量的系统发育分析[2]。因为cpDNA具有一下优势：第一，叶绿体基因组在植物细胞中虽为多拷贝，但其序列都是一样的，便于操作[3];第二，叶绿体基因组是单亲遗传的，不存在核基因中出现的基因重组等问题；第三，由于叶绿体基因组序列的保守性，扩增叶绿体片段的引物是通用的；第四，非编码区的叶绿体DNA具有更多的信息位点，且测序的工作量不大，更适合于低等级类群的系统发育研究。尽管叶绿体基因在系统发育研究中有众多优点，但仍然存在不少缺点限制其使用[4]首先，相对缓慢的进化速率使得叶绿体基因序列在系统发育研究应用中局限于较高等级的类群；其次，由于是单亲遗传（在被子植物中是母系遗传），叶绿体DNA序列只能够推断杂交物种形成中的母系来源，比较适合于低等级类群的系统发育研究。如Araujol 等（2003）利用2个叶绿体片段研究柑橘亚科12个属的系统进化关系[5]。Makarevitch等〔2003）使用cpDNA（trnL和trnL-trnF基因间隔区）和RAPDs对22种俄罗斯莺尾进行研究，认为其中16个种来自亚属Subgen.Limniris下亚组sect.Limniri[6]。 目前常用的片段有两种类型，即叶绿体基因的编码区和非编码区。由于进化速率不同，两种片段分别用于解决不同的系统学问题。
活动目标 1．使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体的形态和分布。 2．识别光学显微镜下的叶绿体和线粒体。 背景资料 1．相关知识 地球上绝大多数生命活动所需能量的最终源头是太阳能。绿色植物是主要的能量转换者，完成这一能量转换的细胞器是叶绿体。叶绿体利用光能将二氧化碳和水合成糖类等有机物，同时产生氧。在高等植物细胞中叶绿体呈椭球形，长径5～10 μm，短径2～4 μm，厚2～3 μm。高等植物的叶肉细胞中一般含50～200个叶绿体，可占细胞质的40%。叶绿体的数目因同种植物不同细胞类型、生态环境、生理状态而有所不同。在藻类细胞中，叶绿体形状多样，有网状、带状、裂片状和星形等，而且体积巨大，长径可达100 μm。 线粒体是动植物细胞中重要的细胞器，与能量转换有关。线粒体一般呈粒状或棒状，因不同的细胞种类和生理状态而不同，可呈环形、哑铃形、线状、分支状或其他形状。线粒体数目因细胞种类和生理状态不同有所差异，一般在一个细胞中有数百到数千个。植物细胞因有叶绿体的缘故，线粒体数目相对较少；肝细胞中约有1 300个线粒体，占细胞体积的20%；巨大变形虫中线粒体数目可达50万个；许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体；酵母细胞中有一个大型分支状的线粒体。线粒体通常分布在细胞生命活动旺盛的区域。例如，在肝细胞中呈均匀分布；在肾细胞中靠近微血管，呈平行或栅栏状排列；在精子中集中在尾的基部。线粒体在细胞质中可以向生命活动旺盛的区域迁移。 2．实验原理 （1）叶绿体的观察植物绿色部位的细胞中含有叶绿体。如果将叶片的横切片制成临时装片，就可以在显微镜下观察到叶绿体。某些植物幼嫩的叶也可直接用于观察叶绿体。 （2）线粒体的观察线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，内含细胞色素氧化酶系。健那绿是一种碱性染料,可以专一性地对线粒体进行染色。与线粒体内的细胞色素氧化酶系发生作用时，染料始终保持氧化状态,呈蓝绿色;而线粒体周围的细胞质中的染料被还原为无色的状态。通过染色可以在高倍显微镜下观察到呈现蓝绿色的线粒体。 操作指南 1．材料藓类、菠菜或黑藻的叶，人的口腔上皮细胞，洋葱内表皮细胞。 2．用具显微镜，载玻片，盖玻片，滴管，镊子，消毒牙签。 3．试剂及配制方法
从自养到寄生：列当科植物叶绿体基因组的序列变异和进化列当科(Orobanchaceae)包含完全自养,半寄生和全寄生三种生活方式的物种,已经成为研究不同生活方式下叶绿体基因组进化规律的关键类群。当前列当科植物叶绿体基因组研究主要集中在全寄生物种,而半寄生类群的叶绿体基因组研究有助于认清列当科植物从自养到全寄生的营养方式转变对叶绿体基因组进 化的影响。 本研究利用二代测序技术组装了半寄生类群马先蒿属(Pedicularis L.)四 种植物(返顾马先蒿,Pedicularis resupinata;欧式马先蒿,Pedicularis oederi Vahl;藓生马先蒿,Pedicularis muscicola Maxim;斑唇马先蒿,Pedicularis longiflora Rudolph))的叶绿体基因组,并从GenBank下载已发表的列当科植物叶绿体基因组数据,利用生物信息学、比较基因组学的方法,分析列当科植物随着生活方式的转变,叶绿体基因组序列的变异模式。主要结果如下:(1)马先蒿属四个种叶绿体基因组大小变化范围从152,907 bp(藓生马先蒿)到153,547 bp(斑唇马先蒿),注释到133个基因,包括88个蛋白编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA 基因,其中115个是单拷贝基因(其中,ndhD和ndhF基因在欧式马先蒿、藓生马 先蒿和斑唇马先蒿中是假基因,ndhH基因在藓生马先蒿和斑唇马先蒿中为假基因)。 马先蒿属4个种蛋白编码区氨基酸组成和GC含量相似,偏向于使用A/T碱基。比较叶绿体基因组学分析表明,马先蒿属4个种叶绿体基因组中变异率比较高的区域重复序列分布比较多。 以自养植物钟萼草为参考,进行共线性分析发现马先蒿属叶绿体基因组的SSC区有重排现象。由于SSC区的重排导致IR/SC边界处基因的变化。
1.使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体的形态和分布。 2. 识别光学显微镜下的叶绿体和线粒体。 1.叶肉细胞中的叶绿体，散布于细胞质中，呈绿色、扁平的椭球形或球形。可以在高倍显微镜下观察它的形态和分布。 2.线粒体普通存在于植物细胞和动物细胞中。线粒体的形态多样，有短棒状、圆球状、线形、哑铃形等。健那绿染液是专一性染线粒体的活细胞染料，可以使活细胞中的线粒体呈现蓝绿色，而细胞质接近无色。线粒体能在健那绿染液中维持活性数小时，通过染色，可以在高倍显微镜下观察到生活状态的线粒体的形态和分布。 材料与试剂：藓类、菠菜或黑藻的叶，人的口腔上皮细胞；1%的健那绿染液（将0.5g 健那绿溶解于50mL 生理盐水中,加温到30-40℃,使其充分溶解）、清水； 用具：显微镜，载玻片，盖玻片，滴管，镊子，消毒牙签。 班级： 姓名： 日期： 实验名称：用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体 实验材料 实验原理 高 中 生 物 学 实 验 报 告 单 实验目的
实验Ⅰ、制作藓类叶片临时装片，观察叶绿体 1.取出一个干净的载玻片，在中央滴一滴清水； 2.用镊子取一片藓类的小叶，放在水滴中，盖上盖玻片； 3.把制作好的装片放在低倍显微镜下观察，找到观察目标并移至视野中央； 4.换用高倍显微镜，同时把物象调到最清，仔细观察叶片细胞内叶绿体的形态和分布情况。 实验Ⅱ、制作人的口腔上皮细胞，观察线粒体 1.取一干净的载玻片，在中央滴一滴键那绿染液； 2.用消毒牙签在自己漱净的口腔内侧壁上轻轻刮几下，把牙签下附有碎屑的一端，放在染液中涂抹几下，盖上盖玻片； 3.把制作好的装片放在低倍显微镜下观察，找到观察目标并移至视野中央； 4.用吸水纸吸去盖玻片周围的多余液体。 5.换用高倍显微镜，同时把物象调到最清，仔细观察经过染色的人的口腔上皮细胞临时装片。 实验步骤 实验结果
实验1 植物叶绿体DNA的提取、PCR扩增与电泳观察 【实验目的】 1、学习从新鲜的绿色叶片中提取叶绿体DNA的方法 2、学习和掌握琼脂糖凝胶电泳观察DNA的操作方法 3、学习和掌握PCR实验的原理和操作方法 【实验原理】 叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器，具有相对独立的遗传物质——叶绿体基因组DNA（ctDNA），大小在120～160 kb，其DNA分子都是以共价、闭合、环状双链形式存在。由于cpDNA相对保守及其重要功能，已被广泛用于细胞质遗传、植物的系统发育、遗传多样性和亲缘关系等多方面的研究，而获得纯度高、产量好的、结构完整的ctDNA是开展相关研究的前提条件。然而ctDNA的提取是限制深入研究的重要因素，传统的提取方法包括梯度离心提取ctDNA的方法，对设备要求高，成本高，耗时长．产率低。因此，我们要尽可能快速、简便地获得质纯、量大的ctDNA．一般来说获得纯度高、浓度大的叶绿体DNA很难，主要是因为叶绿体DNA含量太少同时在提取中有诸多因素干扰(如：核DNA、RNA、蛋白质等)。本实验通过改进部分传统操作，提取叶绿体基因组DNA，同时利用琼脂糖凝胶电泳及PCR实验检验提取效果。 【实验仪器与试剂】 1、器材： 剪刀、烧杯、移液器、枪头、量筒、匀浆器、纱布、300目尼龙网、注射器、离心管、滤膜 2、试剂： ①酶液：1%纤维素酶、0.6mM蔗糖、8mM CaCl2·2H2O、10mM NaH2PO4·2H2O，pH5.6 ②洗涤液：0.6mM蔗糖、8mM CaCl2·2H2O、2mM NaH2PO4·2H2O，pH5.6 ③10%SDS ④溶液A：25mM EDTA，50mM Tris，pH=8.0 ⑤Tris饱和酚，氯仿，异丙醇，TE，琼脂糖，gold view，Loading buffer，DNA marker ⑥新鲜叶片 ⑦ PCR Buffer、Mg2+、dNTP、上、下游引物、ddH2O、Taq DNA聚合酶 【实验步骤】 一、叶片采集 采集适量新鲜绿叶（约10g） 二、细胞破碎 首先利用剪刀将叶片剪碎，然后放于匀浆器中，先加入不含酶的酶液进行匀浆，弃渣，
植物叶绿体中果糖1,6-二磷酸醛缩酶试剂盒使用说明 分光光度法注意：正式测定之前选择2-3个预期差异大的样本做预测定。 货号：BC2000 规格：50管/48样 产品内容： 提取液一：液体50mL×1瓶，4℃保存。 提取液二：液体25mL×1瓶，4℃保存。 试剂一：液体25mL×1瓶，4℃避光保存。 试剂二：粉剂×1瓶，-20℃避光保存。临用前加5mL蒸馏水充分溶解。 试剂三：粉剂×1瓶，-20℃避光保存。临用前加5mL蒸馏水充分溶解。 试剂四：粉剂×1瓶，-20℃避光保存。临用前加5mL蒸馏水充分溶解。 试剂五：液体×1瓶，4℃避光保存。 产品说明： 植物叶绿体中果糖1,6-二磷酸醛缩酶是光合作用中参与calvin循环的重要酶。催化果糖1,6-二磷酸和景天庚酮糖1,7-二磷酸的合成反应，在各种逆境胁迫下表现不同的响应。 果糖1,6-二磷酸醛缩酶催化果糖1,6-二磷酸生成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，在磷酸丙糖异构酶和α-磷酸甘油脱氢酶作用下催化NADH和磷酸二羟丙酮生成NAD和α-磷酸甘油，340nm处吸光值的变化可反映果糖1,6-二磷酸醛缩酶活性的高低。 自备仪器和用品： 天平、低温离心机、震荡仪、研钵、紫外分光光度计、1mL石英比色皿。 操作步骤:
一、酶液提取 按照植物组织质量（g）：提取液体积(mL)为1：5～10的比例（建议称取约0.1g，加入1mL提取液一）加入提取液一，冰浴匀浆后于4℃，1000g离心5min，取上清在4℃，4500g离心20min，去上清，取沉淀加0.5mL提取液二，置于震荡仪上震荡30s溶解，置冰上30min，重复操作一次（或者震荡溶解后超声，超声条件为功率200W，破碎3s，间歇7s，总时间1min），然后4℃，12000g离心10min，取上清待测。 二、测定操作 1.分光光度计预热30min，调节波长至340nm，蒸馏水调零。 2.取1mL石英比色皿，依次加入500μL试剂一，100μL试剂二，100μL试剂三， 100μL试剂四，100μL粗酶液，充分混匀，记录340nm处10s的吸光值A1和310s的吸光值A2，△A=A2-A1 三、计算公式： （1）按照样本蛋白浓度计算 酶活单位定义：每毫克组织蛋白每分钟消耗1nmol的NADH定义为一个酶活力单位。 FDA（nmol/min/mg prot）=ΔA÷（ε×d）×V反总÷(V样×Cpr)÷T=321.54×ΔA ÷Cpr （2）按照样本质量计算 酶活单位定义：每克组织每分钟消耗1nmol的NADH定义为一个酶活力单位。 FDA（nmol/min/g）=ΔA÷（ε×d）×V反总÷(W×V样÷V样总)÷T=321.54×ΔA ÷W （3）按照细胞数量计算 酶活单位定义：每104个细胞每分钟消耗1nmol的NADH定义为一个酶活力单位。 FDA（nmol/min/104cell）=ΔA÷（ε×d）×V反总÷(V样×细胞数量÷V样总)÷T =321.54×ΔA÷细胞数量
叶绿体基因组及其应用 摘要作为植物细胞器的重要组成部分和光合作用的器官，叶绿体在生物进化的漫长历史中发挥了重要作用．伴随着生物技术的深入发展，人们发现叶绿体基因组结构和序列的信息在揭示物种起源、进化演变及其不同物种之间的亲缘关系等方面具有重要价值．与此同时，比核转化具有明显优势的叶绿体转化技术在遗传改良、生物制剂的生产等方面显示出巨大潜力，而叶绿体基因组结构和序列分析则是叶绿体转化的基石．基于叶绿体的这些重要作用，收集整理了有关的资料，从几个方面归纳了本领域最近的研究进展，希望能使读者对迅速发展的叶绿体基因组研究有更全面的了解，以及对叶绿体基因组在物种的进化、遗传、系统发育关系等方面的作用有更深刻的认识，同时也希望对叶绿体转化技术的研究和广泛应用产生积极作用． 叶绿体是质体的一种，因为绿色而得名，普遍存在于陆地植物、藻类和部分原生生物当中，是细胞内具有自主遗传信息的重要细胞器．由于光合作用发生在叶绿体内，因而成为推进早期生命进化的能量源头，全面了解叶绿体基因组及其在生物进化中的作用，对今后深入研究和充分发挥叶绿体功能具有重要意义． 1. 叶绿体基因组的结构特征 叶绿体基因组DNA(chloroplast DNA，cpDNA) 一般为双链环状分子，极少数为线状，如伞藻 cetabularia)．叶绿体基因组的大小差别也比较大，如微管植物叶绿体DNA一般为l20～160 kb，其中被子植物120 kb，裸子植物如银杏(Jinkgo bilob)为 158 kb，石松(Huperzia lucidula)为154 kb，蕨类植物为l40～150 kb，苔藓类如地钱为120 kb．藻类尤其是绿藻的叶绿体基因组DNA的变化很大，小的只有37kb，如一种寄生性的绿藻(Helicosporidium sp.ex Simulium jonesii)，而伞藻的叶绿体基因组则高达2000 kb． 目前的研究结果表明，叶绿体基因组的结构非常保守．图1所示为烟草叶绿体基因组结构，双链环形DNA有4个基本部分组成，分别是大单拷贝区 (Large single copy region，LSC)，小单拷贝区(small single copy region，SSC)，反向重复区A (inverted repeat region A)，和反向重复区B(inverted repeat region B)．2个区域的序列相同但方向相反。
叶绿体的结构和功能 叶绿体是质体的一种，是绿色植物进行光合作用的场所。质体是植物细胞所特有的。它可分为具色素的叶绿体、有色体和不具色素的白色体。 叶绿体主要由脂类和蛋白质分子组成，此外在叶绿体基质中还有少量DNA和RNA。 电镜观察，叶绿体由双层单位膜构成（见下图）。 叶绿体结构示意图 外被由两层单位膜构成，外膜通透性大，内膜物质有较强选择通透性。内外膜间围有膜间隙。 基质叶绿体内充满流动状态的基质，基质中有许多片层结构。每片层是由周围闭合的两层膜组成，呈扁囊状，称为类囊体。类囊体内也是水溶液。小类囊体互相堆叠在一起形成基粒，这样的类囊体称为基粒类囊体。组成基粒的片层称为基粒片层。大的类囊体横贯在基质中，连接于两个或两个以上的基粒之间。这样的片层称为基质片层，这样的类囊体称基质类囊体。光合作用过程中光能向化学能的转化是在类囊体膜上进行的，因此类囊体膜亦称光合膜。在叶绿体的基质中有颗粒较大的油滴和颗粒较小的核糖体。基质中存在DNA纤维，各种可溶性蛋白（酶），以及其他代谢有关的物质。 蓝藻和光合细菌等原核生物没有叶绿体。兰藻的类囊体是分布在细胞内，特别是分散在细胞的周边部位。光合细菌的光合作用是在含有光合色素的细胞内膜进行的。这种内膜呈小泡状或扁囊状，分布于细胞周围，称为载色体。 叶绿体中的DNA含量比线粒体显著多。其DNA也是呈双链环状，不与组蛋白结合，能以半保留方式进行复制。同时还有自己完整的蛋白质合成系统。当然，叶绿体同线粒体一样，其生长与增殖受核基因及其自身基因两套遗传系统控制，称为半自主性细胞器。 关于叶绿体的起源和线粒体一样也有两种互相对立的假说，即内共生说和分化说。按内共生假说，叶绿体的祖先是蓝藻或光合细菌。
实验名称：用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体 一、实验原理（补充完整） 叶肉细胞中的叶绿体，散布于细胞质中，呈＿＿色、＿＿＿＿＿＿或球形。无需染色即可在高倍显微镜下观察到。 线粒体普遍存在于＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿中。线粒体形态多样，有＿＿＿＿、＿＿＿、线形、哑铃形等。＿＿＿＿染液是将＿＿＿＿中的线粒体染色的专一性燃料，可以使活细胞中的线粒体呈现＿＿＿＿，而细胞质接近＿＿＿＿。 二、实验目的和要求 1、使用高倍显微镜观察叶绿体、线粒体的形态和分布 2、绘制相关细胞图像 三、材料及用具 黑藻、口腔上皮细胞、1℅的健那绿染液、清水； 显微镜、载玻片、盖玻片、滴管、镊子、消毒牙签 四、方法步骤（补充完整） 1、观察叶绿体 ①制作临时装片：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 注意：临时装片的中的材料不能放干了，要随时保持＿＿＿＿状态。 ②低倍镜观察。 ③高倍镜观察。 2、观察线粒体 ①制作临时装片：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ②低倍镜观察。 ③高倍镜观察。 四、作业 1、绘制你所观察到的细胞图像实验名称：用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体 绿扁平的椭球形植物细胞动物细胞短棒状圆球状健那绿 活细胞蓝绿色无色 三、材料及用具 黑藻、口腔上皮细胞、1℅的健那绿染液、清水； 显微镜、载玻片、盖玻片、滴管、镊子、消毒牙签 四、方法步骤（补充完整） 1、观察叶绿体 ①在洁净的载玻片上滴一滴清水，用镊子取一片干净嫩绿的黑藻叶片，放入清水中， 盖上盖玻片。有水 2、观察线粒体 ①在洁净的载玻片上滴一滴健那绿染液，用消毒的牙签在自己漱净的口腔内侧壁上轻 轻地刮几下把牙签附有碎屑的一端。放在染液中涂抹几下，盖上盖玻片，实验名称：探究植物细胞的吸水和失水（质壁分离及复原实验）一、实验原理（补充完整） 大于大质壁分离小于质壁分离复原 三、材料及用具 0.3g/mL的蔗糖溶液、清水、紫色的洋葱鳞片叶； 显微镜、载玻片、盖玻片、刀片、镊子、滴管、吸水纸。 四、方法步骤（补充完整） 1、用刀片在洋葱鳞片叶外表皮上，划出2－5平方毫米的小方格，然后用镊子 撕下方格内的表皮放在载玻片的水滴中，铺平，盖上盖玻片。 3、从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，反复几次，使洋 葱鳞片叶外表皮浸润在蔗糖溶液中。 5、从盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，反复几次，使洋葱鳞 片叶外表皮浸润在清水中。