单细胞藻类植物和细菌或分离的单个细胞,因细胞处于游离状态, 常为球形或近于球形。多细胞植物体中,细胞是紧密排列在一起的,由于相互挤压,往往形成不规则的多面体。高等植物体内的细胞,具有精细的分工,其形状多样性。例如,输送水分和养料的细胞(导管分子和筛管分子),呈长筒形,并连接成相通的“管道”,以利于物质的运输;起支持作用的细胞(纤维),一般呈长梭形,并聚集成束,加强支持的功能;吸收水、肥的根毛细胞,向外产生一条长管状的突起,增大了它和土壤的接触面积(图1-2)。这些细胞形状的多样性都是细胞形态与其功能相适应的结果。
一般讲来,植物细胞的体积很小,多数细胞的直径为10~100μm,肉眼难以辨别。有人认为:细胞体积的大小,主要受细胞核所能控制的范围的制约,体积小,则表面积大,有利于细胞与外界进行物质交换。但不同种类、不同部位的细胞大小差别悬殊。
二、真核植物细胞的一般结构
植物细胞虽然大小不一、形状多样,但其结构基本相同(图1-3)。植物细胞由原生质体 (protoplast)和细胞壁(cell wall)两部分组成。原生质体是由生命物质—原生质(protoplasm)分化而成的结构,是一个细胞内全部生活物质的总称。真核植物细胞的原生质体又可分为细胞膜、细胞质和细胞核三部分;原核植物细胞的原生质体中,没有明显的细胞质和细胞核的分化。细胞壁是包被在原生质体外侧的保护结构,动物细胞不具细胞壁。
(一)原生质体的结构
原生质体由细胞膜、细胞质和细胞核三部分组成。
1. 细胞膜(cell membrane)
细胞膜又称质膜(plasmalemma),是位于原生质体外围、紧贴细胞壁的膜结构。组成质膜的主要物质是蛋白质和脂类,以及少量的多糖、微量的核酸、金属离子和水。在电子显微镜下,用固定的细胞膜具有明显的“暗-明-暗”三条平行的带,其内、外两层暗带由蛋白质分子组成,中间一层明带由双层脂类分子组成,三者的厚度分别约为2.5 nm、3.5 nm和2.5nm,这样的膜称为单位膜(unit membrane)或生物膜(biomembrane)(图1-4)。
细胞膜有重要的生理功能,它既使细胞维持稳定代谢的胞内环境,又能调节和选择物质进出细胞。细胞膜通过胞饮作用(pinocytosis)、吞噬作用(phagocytosis)或胞吐作用(exocytosis)吸收、消化和外排细胞膜外、内的物质。在细胞识别、信号传递、纤维素合成和微纤丝的组装等方面,质膜也发挥重要作用。
2. 细胞质(cytoplasm)
真核细胞质膜以内、细胞核以外的原生质称为细胞质。细胞质可进一步分为胞基质和细胞器。
1)胞基质(cytoplasmic matrix)
胞基质或称胞质溶胶(cytosol)、基本细胞质(fundamental cytoplasm)或透明质(hyaloplasm)等,是细胞器代谢的外环境,是除细胞器和后含物以外的、呈均质、半透明、胶网状的液态物质。
2)细胞器(organelle)
细胞器是细胞内具有特定的形态、结构和功能的亚细胞结构。活细胞的细胞质内有多种细胞器,包括具有双层膜结构的质体、线粒体,具有单层膜结构的内质网、高尔基体、液泡、溶酶体、圆球体和微体,以及无膜结构的核糖体、微管、微丝等。
(1) 质体(plastid)
质体是真核植物细胞*的细胞器,一般有几个至十几个μm。根据质体的发育程度、功能和色素情况,可将其分为前质体、叶绿体、白色体和有色体。
前质体(proplastid) 前质体主要存在于根端、茎端、胚和卵等的幼龄细胞内。前质体一般是无色或呈淡绿色的球状体,直径约为1~1.5μm,其外有双层膜包被,内膜内褶,伸入基质中,或形成少许游离的小泡或类囊体(thylakoid),膜内基质中有少量的DNA、RNA、核糖体和可溶性蛋白等。当细胞生长分化时,前质体可转变成其他类型的质体。
叶绿体(chloroplast) 高等植物的叶绿体,主要存在于叶肉细胞内,在茎的皮层细胞、保卫细胞、花萼和未成熟的果实中也有分布,其功能是光合作用(photosynthesis),合成有机物。叶绿体呈透镜形或椭圆形,长径3~10μm,短径2~4μm。细胞内叶绿体的数目、大小和形状因植物种类和细胞类型不同而有很大差异。一个细胞内可能有十多个、几十个、甚至几百个叶绿体,如菠菜的叶肉细胞内,有200~400个叶绿体。在细胞内,叶绿体常分布在靠近质膜处的胞基质中。