植物細胞的一般概念
植物種類繁多,各種植物的形態和結構千差萬別,但都是由細胞組成的。一些低等植物,如單胞藻,一個細胞就是一個植物體,它們的一切生命活動,包括新陳代謝、生長、發育、繁殖等,都由一個細胞來完成。高等植物是由眾多細胞組成的植物個體,這些細胞不僅有形態和結構上的分化,而且有生理功能上的分工。因此,植物細胞既是植物體的結構單位,又是功能和遺傳的單位。
1665年英國物理學家虎克用他自己製造的顯微鏡來觀察軟木薄片,發現軟木由許多蜂窩狀的小室組成,他把這些小室定名為細胞。虎克所見的小室,實際上是一些死細胞的空殼,但這一發現,為人類探索生物體的微觀世界開闢了新的途徑。到了19世紀,許多學者對細胞的研究逐漸深入,德國植物學家施來登和動物學家施旺,分別發表了關於植物細胞和動物細胞的研究報告,提出了植物體和動物體都由細胞組成、細胞是生物生命活動的基本單位的重要概念,建立了細胞學說。細胞學說的建立,證明了生物有機體在基本結構上是統一的,動植物有共同的起源,從而說明生物是不斷進化的。細胞學說被列為19世紀自然科學的三大發現之一。
德國植物學家——施來登
20世紀60年代,人們研製出電子顯微鏡,從而使細胞學的研究水平從顯微結構發展到超微結構。近代物理、化學的發展以及一些新技術的應用,如X射線衍射法、同位素示蹤法、放射自顯影術等,使細胞學又進一步深入到分子結構的研究水平。細胞內的遺傳物質核糖核酸和脫氧核糖核酸的分子結構也被揭示出來,從而進入了現代細胞學說的新階段。20世紀末,生命科學又有了新的飛躍,在克隆技術、納米技術、基因圖譜的繪製等方面都取得重大突破,進入21世紀後,細胞學說和生命科學必將產生新的飛躍。
細胞的形態和大小
由於植物種類不同,植物體內各種細胞的功能不一樣,因而細胞的形態也千差萬別。常見的細胞有球形、橢圓形、梭形多面體形圓筒形、星形、紡錘形和纖維形等。植物細胞的大小差異也很大,通常直徑為20-50μm,必須在顯微鏡下才能看到。小的如球菌其細胞直徑只有0.2μm在高倍顯微鏡下才能看到。但也有些植物的細胞很大,如松樹的管胞,長達1-2㎜,苧麻的纖維細胞長達500㎜以上,肉眼便能看到。由於細胞體積都很小,在顯微鏡下測量細胞的大小通常採用的單位有微米(μm)、納米(nm)。光學顯微鏡的放大倍數可達1200-1500倍,分辨率為0.2μm,電子顯微鏡的放大倍數可達100萬倍,分辨率可達14nm。
植物細胞的結構
生活著的植物細胞由細胞壁、原生質體和細胞內含物三部分組成。細胞壁包在原生質體外面;原生質體是細胞內一切有生命物質的總稱;隨著細胞的生長髮育,細胞內出現液泡及新陳代謝產物——細胞內含物。
細胞壁細胞壁是植物細胞所特有的結構,它是由原生質體向外分泌的物質形成的,它使細胞保持一定形狀和一定的內容物。細胞壁的結構一個成熟細胞的細胞壁可分為胞間層、初生壁和次生壁三層。胞間層是相鄰兩細胞間所共有的一層薄膜,是細胞分裂最早形成的,它的化學成分主要是果膠質,具有粘性和彈性,能使相鄰細胞互相粘合,並可緩衝細胞之間的壓力。初生壁在細胞形成和成長階段,原生質體分泌的纖維素、半纖維素和少量果膠質附著在胞間層的內側形成的。初生壁薄而柔軟,具有彈性,可隨著細胞的伸長而增大面積,可以透過水分和溶質。次生壁隨著細胞的生長,原生質體扔繼續分泌物質,附加在初生壁內方,使細胞壁加厚,這些加厚的部分叫次生壁。次生壁一般較厚而堅硬,因而使細胞腔逐漸變小,形成堅固的外殼。所有的植物細胞都具有初生壁,但並不都產生次生壁。次生壁的化學成分主要是纖維素和半纖維素。細胞壁增厚
2.原生質體
菸葉的原生質體
3.細胞內含物
細胞在生命活動中所產生的物質,一部分用於建造細胞本身,稱為結構物質;另一部分積累在液泡和細胞質中,稱為細胞內含物,它的成分非常複雜,其絕大多數是細胞生命活動過程中被再利用的物質。多數細胞內含物是人類生活中的食物,醫藥、工業原料等的重要來源,可分為以下幾種類型:1.貯藏物質澱粉綠色植物在光合作用過程中所產生的糖類,除供植物本身生長髮育所需之外,剩下部分最終轉化為澱粉,以澱粉粒的形式貯藏在細胞質中。澱粉粒是在白色體內形成的,澱粉積累時先從白色體上一點開始,形成核心(臍點),以後環繞核心積累,由於白天和黑夜積累的澱粉種類不同(分別為支鏈澱粉和直鏈澱粉),而它們遇水後的膨脹程度不同,因而呈現寬窄不同的輪紋,最後整個白色體被澱粉充滿,成為澱粉粒。不同種類的植物,澱粉粒的形狀和大小都不一樣,這一特徵,可以作為鑑定植物種類的依據之一。澱粉不溶於水,在熱水中膨脹成糊狀,遇碘化鉀呈藍色。蛋白質,細胞內儲藏的蛋白質與構成原生質不同,是無生命的,比較穩定的化合物初期以溶解狀態存在於液泡中,當細胞成熟時,蛋白質便積票成固體粒狀,稱制粉粒。最簡單的糊粉粒是一團無定形的蛋白質,較複雜的還可以包括一個球狀體和幾個擬晶體,如核桃和蓖麻的糊粉粒。球晶體是非蛋白質化合物,擬晶體是由蛋白質組成的結晶體。蛋白質遇碘(碘化鉀溶液)呈黃色。脂肪常以油滴狀態存在於細胞質內,因其折光率很強,在光學顯微鏡下清晰可見。以蘇丹Ⅲ液染色,呈橙黃色或橘紅色。脂肪是在白色(造油體)內形成的,多貯存於植物種子和果實的細胞中,例如重要油料植物花生、油菜、大豆、藝麻、油糊、油茶及核桃等的種子中都含有脂肪是食用油和工業用油的重要來源。