單細(xì)胞藻類植物和細(xì)菌或分離的單個細(xì)胞,因細(xì)胞處于游離狀態(tài), 常為球形或近于球形。多細(xì)胞植物體中,細(xì)胞是緊密排列在一起的,由于相互擠壓,往往形成不規(guī)則的多面體。高等植物體內(nèi)的細(xì)胞,具有精細(xì)的分工,其形狀多樣性。例如,輸送水分和養(yǎng)料的細(xì)胞(導(dǎo)管分子和篩管分子),呈長筒形,并連接成相通的“管道”,以利于物質(zhì)的運輸;起支持作用的細(xì)胞(纖維),一般呈長梭形,并聚集成束,加強(qiáng)支持的功能;吸收水、肥的根毛細(xì)胞,向外產(chǎn)生一條長管狀的突起,增大了它和土壤的接觸面積(圖1-2)。這些細(xì)胞形狀的多樣性都是細(xì)胞形態(tài)與其功能相適應(yīng)的結(jié)果。
一般講來,植物細(xì)胞的體積很小,多數(shù)細(xì)胞的直徑為10~100μm,肉眼難以辨別。有人認(rèn)為:細(xì)胞體積的大小,主要受細(xì)胞核所能控制的范圍的制約,體積小,則表面積大,有利于細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。但不同種類、不同部位的細(xì)胞大小差別懸殊。
二、真核植物細(xì)胞的一般結(jié)構(gòu)
植物細(xì)胞雖然大小不一、形狀多樣,但其結(jié)構(gòu)基本相同(圖1-3)。植物細(xì)胞由原生質(zhì)體 (protoplast)和細(xì)胞壁(cell wall)兩部分組成。原生質(zhì)體是由生命物質(zhì)—原生質(zhì)(protoplasm)分化而成的結(jié)構(gòu),是一個細(xì)胞內(nèi)全部生活物質(zhì)的總稱。真核植物細(xì)胞的原生質(zhì)體又可分為細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核三部分;原核植物細(xì)胞的原生質(zhì)體中,沒有明顯的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核的分化。細(xì)胞壁是包被在原生質(zhì)體外側(cè)的保護(hù)結(jié)構(gòu),動物細(xì)胞不具細(xì)胞壁。
(一)原生質(zhì)體的結(jié)構(gòu)
原生質(zhì)體由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核三部分組成。
1. 細(xì)胞膜(cell membrane)
細(xì)胞膜又稱質(zhì)膜(plasmalemma),是位于原生質(zhì)體外圍、緊貼細(xì)胞壁的膜結(jié)構(gòu)。組成質(zhì)膜的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)和脂類,以及少量的多糖、微量的核酸、金屬離子和水。在電子顯微鏡下,用固定的細(xì)胞膜具有明顯的“暗-明-暗”三條平行的帶,其內(nèi)、外兩層暗帶由蛋白質(zhì)分子組成,中間一層明帶由雙層脂類分子組成,三者的厚度分別約為2.5 nm、3.5 nm和2.5nm,這樣的膜稱為單位膜(unit membrane)或生物膜(biomembrane)(圖1-4)。
細(xì)胞膜有重要的生理功能,它既使細(xì)胞維持穩(wěn)定代謝的胞內(nèi)環(huán)境,又能調(diào)節(jié)和選擇物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。細(xì)胞膜通過胞飲作用(pinocytosis)、吞噬作用(phagocytosis)或胞吐作用(exocytosis)吸收、消化和外排細(xì)胞膜外、內(nèi)的物質(zhì)。在細(xì)胞識別、信號傳遞、纖維素合成和微纖絲的組裝等方面,質(zhì)膜也發(fā)揮重要作用。
2. 細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)
真核細(xì)胞質(zhì)膜以內(nèi)、細(xì)胞核以外的原生質(zhì)稱為細(xì)胞質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)可進(jìn)一步分為胞基質(zhì)和細(xì)胞器。
1)胞基質(zhì)(cytoplasmic matrix)
胞基質(zhì)或稱胞質(zhì)溶膠(cytosol)、基本細(xì)胞質(zhì)(fundamental cytoplasm)或透明質(zhì)(hyaloplasm)等,是細(xì)胞器代謝的外環(huán)境,是除細(xì)胞器和后含物以外的、呈均質(zhì)、半透明、膠網(wǎng)狀的液態(tài)物質(zhì)。
2)細(xì)胞器(organelle)
細(xì)胞器是細(xì)胞內(nèi)具有特定的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)?;罴?xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)有多種細(xì)胞器,包括具有雙層膜結(jié)構(gòu)的質(zhì)體、線粒體,具有單層膜結(jié)構(gòu)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、液泡、溶酶體、圓球體和微體,以及無膜結(jié)構(gòu)的核糖體、微管、微絲等。
(1) 質(zhì)體(plastid)
質(zhì)體是真核植物細(xì)胞*的細(xì)胞器,一般有幾個至十幾個μm。根據(jù)質(zhì)體的發(fā)育程度、功能和色素情況,可將其分為前質(zhì)體、葉綠體、白色體和有色體。
前質(zhì)體(proplastid) 前質(zhì)體主要存在于根端、莖端、胚和卵等的幼齡細(xì)胞內(nèi)。前質(zhì)體一般是無色或呈淡綠色的球狀體,直徑約為1~1.5μm,其外有雙層膜包被,內(nèi)膜內(nèi)褶,伸入基質(zhì)中,或形成少許游離的小泡或類囊體(thylakoid),膜內(nèi)基質(zhì)中有少量的DNA、RNA、核糖體和可溶性蛋白等。當(dāng)細(xì)胞生長分化時,前質(zhì)體可轉(zhuǎn)變成其他類型的質(zhì)體。
葉綠體(chloroplast) 高等植物的葉綠體,主要存在于葉肉細(xì)胞內(nèi),在莖的皮層細(xì)胞、保衛(wèi)細(xì)胞、花萼和未成熟的果實中也有分布,其功能是光合作用(photosynthesis),合成有機(jī)物。葉綠體呈透鏡形或橢圓形,長徑3~10μm,短徑2~4μm。細(xì)胞內(nèi)葉綠體的數(shù)目、大小和形狀因植物種類和細(xì)胞類型不同而有很大差異。一個細(xì)胞內(nèi)可能有十多個、幾十個、甚至幾百個葉綠體,如菠菜的葉肉細(xì)胞內(nèi),有200~400個葉綠體。在細(xì)胞內(nèi),葉綠體常分布在靠近質(zhì)膜處的胞基質(zhì)中。