基本結構

　　在光學顯微鏡下觀察植物的細胞，可以看到它的結構分為下列四個部分

　　1.細胞壁（Cell Wall）

　　位於植物細胞的最外層，是一層透明的薄壁。它主要是由纖維素和果膠組成的，孔隙較大，物質分子可以自由透過。細胞壁對細胞起著支援和保護的作用。

　　2.細胞膜（Cell Membrane)

　　細胞壁的內側緊貼著一層極薄的膜，叫做細胞膜。這層由蛋白質分子和磷脂雙層分子組成的薄膜，水和氧氣等小分子物質能夠自由透過，而某些離子和大分子物質則不能自由透過，因此，它除了起著保護細胞內部的作用以外，還具有控制物質進出細胞的作用：既不讓有用物質任意地滲出細胞，也不讓有害物質輕易地進入細胞。

　　細胞膜在光學顯微鏡下不易分辨。用電子顯微鏡觀察，可以知道細胞膜主要由蛋白質分子和脂類分子構成。在細胞膜的中間，是磷脂雙分子層，這是細胞膜的基本骨架。在磷脂雙分子層的外側和內側，有許多球形的蛋白質分子，它們以不同深度鑲嵌在磷脂分子層中，或者覆蓋在磷脂分子層的表面。這些磷脂分子和蛋白質分子大都是可以流動的，可以說，細胞膜具有一定的流動性。細胞膜的這種結構特點，對於它完成各種生理功能是非常重要的。

　　物質跨膜運輸的方式分為被動運輸和主動運輸兩種。

　　（1）被動運輸，是順著膜兩側濃度梯度擴散，即由高濃度向低濃度。分為自由擴散和協助擴散。

　　①自由擴散：物質透過簡單的擴散作用進入細胞。細胞膜兩側的濃度差以及擴散的物質的性質（如根據相似相溶原理，脂溶性物質更容易進出細胞）對自由擴散的速率有影響，常見的能進行自由擴散的物質有氧氣、二氧化碳、甘油、乙醇、苯、尿素、膽固醇、水、氨等。

　　②協助擴散：進出細胞的物質藉助載體蛋白擴散。細胞膜兩側的濃度差以及載體的種類和數目對協助擴散的速率有影響。紅細胞吸收葡萄糖是依靠協助擴散。

　　（2）主動運輸：物質從低濃度一側運輸到高濃度一側，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量。主動運輸保證了活細胞能夠按照生命活動的需要，主動選擇吸收所需要的營養物質，排出代謝廢物和對細胞有害的物質。各種離子由低濃度到高濃度過膜都是依靠主動運輸。

　　能進行跨膜運輸的都是離子和小分子，當大分子進出細胞時，包裹大分子物質的囊泡從細胞膜上分離或者與細胞膜融合（胞吞和胞吐），大分子不需跨膜便可進出細胞。

　　細胞膜的基本結構：（1）脂雙層：磷脂、膽固醇、糖脂，每個動物細胞質膜上約有109個脂分子，即每平方微米的質膜上約有5x106個脂分子。（2）膜蛋白，分內在蛋白和外在蛋白兩種。內在蛋白以疏水的部分直接與磷脂的疏水部分共價結合，兩端帶有極性，貫穿膜的內外；外在蛋白以非共價鍵結合在固有蛋白的外端上，或結合在磷脂分子的親水頭上。如載體、特異受體、酶、表面抗原。（3）膜糖和糖衣:糖蛋白、糖脂

　　細胞膜的特性：（1）結構特性：以磷脂雙分子層作為基本骨架－－流動性；（2）功能特性：載體蛋白在一定程度上決定了細胞內生命活動的豐富程度－－選擇透過性。

　　3.細胞質（Cytoplasm）

　　細胞膜包著的黏稠透明的物質，叫做細胞質。在細胞質中還可看到一些帶折光性的顆粒，這些顆粒多數具有一定的結構和功能，類似生物體的各種器官，因此叫做細胞器。例如，在綠色植物的葉肉細胞中，能看到許多綠色的顆粒，這就是一種細胞器，叫做葉綠體。綠色植物的光合作用就是在葉綠體中進行的。在細胞質中，往往還能看到一個或幾個液泡，其中充滿著液體，叫做細胞液。在成熟的植物細胞中，液泡合併為一箇中央大液泡，其體積佔去整個細胞的大半。細胞質被擠壓為一層。細胞膜以及液泡膜和兩層膜之間的細胞質稱為原生質層。

　　植物細胞的原生質層相當於一層半透膜。當細胞液濃度小於外界濃度時，細胞液中的水分就透過原生質層進入外界溶液中，使細胞壁和原生質層都出現一定程度的收縮。由於原生

　　質層比細胞壁的伸縮性大，當細胞不斷失水時，原生質層與細胞壁分離，也就是發生了質壁分離。當細胞液濃度大於外界溶液濃度時，外界溶液中的水分透過原生質層進入細胞液中使原生質層復原，逐漸發生質壁分離的復原。

　　細胞質不是凝固靜止的，而是緩緩地運動著的。在只具有一箇中央液泡的細胞內，細胞質往往圍繞液泡迴圈流動，這樣便促進了細胞內物質的轉運，也加強了細胞器之間的相互聯絡。細胞質運動是一種消耗能量的生命現象。細胞的生命活動越旺盛，細胞質流動越快，反之，則越慢。細胞死亡後，其細胞質的流動也就停止了。

　　除葉綠體外，植物細胞中還有一些細胞器，它們具有不同的結構，執行著不同的功能，共同完成細胞的生命活動。這些細胞器的結構需用電子顯微鏡觀察。在電鏡下觀察到的細胞結構稱為亞顯微結構。

　　①線粒體

　　線粒體（mitochondrium）線粒體是一些線狀、小桿狀或顆粒狀的結構。在活細胞中可用詹納斯綠（Janus green）【anus Green B 別名：健那綠 化學式：C30H31N6Cl 詹納斯綠B是一種活體染色劑，專一用於線粒體的染色。它可以和線粒體中的細胞色素C氧化酶結合，從而出現藍綠色。】，染成藍綠色。在電子顯微鏡下觀察，線粒體表面是由雙層膜構成的。內膜向內形成一些隔，稱為線粒體嵴（cristae）。線上粒體內有豐富的酶系統。線粒體是細胞呼吸的中心，它是生物有機體借氧化作用產生能量的一個主要機構，它能將營養物質（如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等）氧化產生能量，儲存在ATP（三磷酸腺苷）的高能磷酸鍵上，供給細胞其他生理活動的需要，因此有人說線粒體是細胞的“動力工廠”。根據對線粒體機能的瞭解，近些年來試驗用“線粒體互補法”進行育種工作，即將兩個親本的線粒體從細胞中分離出來並加以混合，如果測出混合後呼吸率比兩親本的都高，證明雜交後代的雜種優勢強，應用這種育種方法，能增強育種工作的預見性，縮短育種年限

　　②葉綠體

　　葉綠體（coloroplasts）是綠色植物細胞中重要的細胞器，其主要功能是進行光合作用。葉綠體由雙層膜、基粒（類囊體）和基質三部分構成。類囊體是一種扁平的小囊狀結構，在類囊體薄膜上，有進行光合作用必需的色素和酶。許多類囊體疊合而成基粒。基粒之間充滿著基質，其中含有與光合作用有關的酶。基質中還含有DNA。

　　③內質網

　　內質網（endoplasmic reticulum）是細胞質中由膜構成的網狀管道系統廣泛的分佈在細胞質基質內。它與細胞膜及核膜相通連，對細胞內蛋白質及脂質等物質的合成和運輸起著重要作用。

　　內質網有兩種：一種是表面光滑的是滑面內質網，主要與脂質的合成有關；另一種是上面附著許多小顆粒狀的，是粗麵內質網，與蛋白質的合成有關。內質網增大了細胞內的膜面積，膜上附著著許多酶，為細胞內各種化學反應的正常進行提供了有利條件。

　　④高爾基體

　　高爾基體（Golgi body）普遍存在於植物細胞和動物細胞中。一般認為，細胞中的高爾基體與細胞分泌物的形成有關，高爾基體本身沒有合成蛋白質的功能，但可以對蛋白質進行加工和轉運。植物細胞分裂時，高爾基體與細胞壁的形成有關（赤道板周圍有特別多的高爾基體，以便合成纖維素及果膠）。

　　⑤核糖體

　　核糖體（ribosomes）是橢球形的粒狀小體，有些附著在內質網膜的外表面（供給膜上及膜外蛋白質），有些遊離在細胞質基質中（供給膜內蛋白質，不經過高爾基體，直接在細胞質基質內的酶的作用下形成空間構形），是合成蛋白質的重要基地。

　　⑥中心體

　　中心體（centrosome）存在於動物細胞和某些低等植物細胞中，因為它的位置靠近細胞核，所以叫中心體。每個中心體由兩個互相垂直排列的中心粒及其周圍的物質組成。 動物細胞的中心體與有絲分裂有密切關係。.中心粒（centriole）這種細胞器的位置是固定的，具有極性的結構。在間期細胞中，經固定、染色後所顯示的中心粒僅僅是1或2個小顆粒。而在電子顯微鏡下觀察，中心粒是一個柱狀體，長度約為0.3μm～0.5μm，直徑約為0.15μm，它是由9組小管狀的亞單位組成的，每個亞單位一般由3個微管構成。這些管的排列方向與柱狀體的縱軸平行。中心粒通常是成對存在，2箇中心粒的位置常成直角。中心粒在有絲分裂時有重要作用

　　⑦液泡

　　液泡（vacuole）是植物細胞中的泡狀結構。成熟的植物細胞中的液泡很大，可佔整個細胞體積的90%。液泡的表面有液泡膜。液泡內有細胞液，其中含有糖類、無機鹽、色素和蛋白質等物質，可以達到很高的濃度。因此，它對細胞內的環境起著調節作用，可以使細胞保持一定的滲透壓，保持膨脹的狀態。動物細胞也同樣有小液泡。

　　⑧溶酶體

　　溶酶體是細胞內具有單層膜囊狀結構的細胞器。其內含有很多種水解酶類，能夠分解很多物質。

　　⑨微絲及微管

　　在細胞質內除上述結構外，還有微絲（microfilament）和微管（microtubule）等結構，它們的主要機能不只是對細胞起骨架支援作用，以維持細胞的形狀，如在紅血細胞微管成束平行排列於盤形細胞的周緣，又如上皮細胞微絨毛中的微絲；它們也參加細胞的運動，如有絲分裂的紡錘絲，以及纖毛、鞭毛的微管。此外，細胞質內還有各種內含物，如糖原、脂類、結晶、色素等。

　　4.細胞核

　　細胞質裡含有一個近似球形的細胞核（nucleus），是由更加黏稠的物質構成的。細胞核通常位於細胞的中央，成熟的植物細胞的細胞核，往往被中央液泡推擠到細胞的邊緣。細胞核中有一種物質，易被洋紅、蘇木精、甲基綠等鹼性染料染成深色，叫做染色質（chromatin）。生物體用於傳種接代的物質即遺傳物質，就在染色質上。當細胞進行有絲分裂時，染色質在分裂間期螺旋纏繞成染色體。

　　多數細胞只有一個細胞核，有些細胞含有兩個或多個細胞核，如肌細胞、肝細胞等。細胞核可分為核膜、染色質、核液和核仁四部分。核膜與內質網相通連，染色質位於核膜與核仁之間。染色質主要由蛋白質和DNA組成。DNA是一種有機物大分子，又叫脫氧核糖核酸，是生物的遺傳物質。在有絲分裂時，染色體複製，DNA也隨之複製為兩份，平均分配到兩個子細胞中，使得後代細胞染色體數目恆定，從而保證了後代遺傳特性的穩定。還有RNA，RNA是DNA在複製時形成的單鏈，它傳遞資訊，控制合成蛋白質，其中有轉移核糖核酸(tRNA)、信使核糖核酸(mRNA)和核糖體核糖核酸(rRNA)。　細胞核的機能是儲存遺傳物質，控制生化合成和細胞代謝，決定細胞或機體的性狀表現，把遺傳物質從細胞（或個體）一代一代傳下去。但細胞核不是孤立的起作用，而是和細胞質相互作用、相互依存而表現出細胞統一的生命過程。細胞核控制細胞質；細胞質對細胞的分化、發育和遺傳也有重要的作用。

　　動物細胞與植物細胞比較

　　動物細胞與植物細胞相比較，具有很多相似的地方，如動物細胞也具有細胞膜、細胞質、細胞核等結構。但是動物細胞與植物細胞又有一些重要的區別，如動物細胞的最外面是細胞膜，沒有細胞壁；動物細胞的細胞質中不含葉綠體，也不形成中央液泡。

　　總之，不論是植物還是動物，都是由細胞構成的。細胞是生物體結構和功能的基本單位。

　　5.細胞骨架（Cytoskeleton）

　　細胞骨架是指真核細胞中蛋白纖維的網路結構。

　　細胞骨架由位於細胞質中的微絲、微管和中間纖維構成。微絲確定細胞表面特徵，使細胞能夠運動和收縮。微管確定膜性細胞器的位置和作為膜泡運輸的軌道。中間纖維使細胞具有張力和抗剪下力。

　　細胞骨架不僅在維持細胞形態、承受外力、保持細胞內部結構有序性方面起重要作用，而且還參與許多重要的生命活動，如：在細胞分裂中細胞骨架牽引染色體分離；在細胞物質運輸中，各類小泡和細胞器可沿著細胞骨架定向運轉。

　　細胞骨架在20世紀60年代後期才被發現。主要因為早期電鏡制樣採用低溫（0-4℃）固定，而細胞骨架會在低溫下解聚。直到採用戊二醛常溫固定，人們才逐漸認識到細胞骨架的客觀存在。

　　注：有部分教材把細胞核作為細胞器之一。