2. 细胞质 充满在细胞核和细胞壁之间, 它的外面包被着质膜,质膜内是透明的无结构的基质包埋着一些称为细胞器的微小结构。细胞器是细胞质中具有一定的形态结构和具有特定功能的小“ 器官”,包括质体、线粒体、内质网、高尔基体、液泡、微管等。
(1 ) 质膜 包围在细胞质表面的一层薄膜,在动物细胞中通常称为细胞膜。很薄,通常紧贴细胞壁,在光学显微镜下较难识别。如果采用高渗溶液处理,使原生质体失水而收缩,与细胞壁发生分离(即质壁分离),就可看到质膜是一层光滑的薄膜。
在电子显微镜下,经适合的固定,质膜显出具有明显的三层结构:两侧呈两个暗带,中间夹有一个明带。明带的主要成分是类脂,而暗带的主要成分为蛋白质。这种在电子显微镜下显示出由三层结构组成为一个单位的膜,称为单位膜,所以,质膜是一层单位膜。细胞中除质膜外,细胞核的内膜和外膜,以及其他细胞器表面的包被膜一般也都是单位膜,但各自的厚度、结构和性质都有差异。
(2 ) 细胞器 一般认为是散布在细胞质内具有一定结构和功能的微结构或微器官。
① 质体 一类与碳水化合物的合成与贮藏密切有关的细胞器,它是植物细胞特有的结构。根据色素的不同,可将质体分成三种类型: 叶绿体、有色体( 或称杂色体)和白色体。
叶绿体是进行光合作用的质体,只存在于植物的绿色细胞中,每个细胞可以有几颗到几十颗。叶绿体含有叶绿素、叶黄素和胡萝卜素。
其中叶绿素是主要的光合色素,它能吸收和利用光能,直接参与光合作用。其他二类色素不能直接参与光合作用,只能将吸收的光能传递给叶绿素,起辅助光合作用的功能。
植物叶片的颜色,与细胞叶绿体中这三种色素的比例有关。一般情况,叶绿素占绝对优势,叶片呈绿色,但当营养条件不良、气温降低或叶片衰老时,叶绿素含量降低,叶片便出现黄色或橙黄色。某些植物秋天叶变红色,就是因叶片细胞中的花青素和类胡萝卜素( 包括叶黄素和胡萝卜素) 占了优势的缘故。
电子显微镜下显示出叶绿体具有精致的结构,表面有双层膜包被,内部有膜形成的许多圆盘状的类囊体相互重叠,形成一个个柱状体单位,称为基粒,在基粒之间,有基粒间膜(基质片层)相联系。
其余部分是没有一定结构的基质。
叶绿体色素位于基粒的膜上,光合作用所需的各种酶类分别定位于基粒的膜上或者在基质中,在基粒和基质中分别完成光合作用中不同的化学反应,光反应在基粒上进行,暗反应在基质中进行。
有色体只含有胡萝卜素和叶黄素,由于二者比例不同,可分别呈黄色、橙色或橙红色。它们经常存在于果实、花瓣或植物体的其他部分。
有色体能积聚淀粉和脂类,在花和果实中具有吸引昆虫和其他动物传粉及传播种子的作用。
白色体不含色素,呈无色颗粒状。普遍存在于植物体各部分的储藏细胞中,起着淀粉和脂肪合成中心的作用。当白色体特化成淀粉储藏体时,便称为淀粉体 ,当它形成脂肪时,则称为造油体。
在电子显微镜下,可以看到有色体和白色体表面也有双层膜包被,但内部没有发达的膜结构,不形成基粒。
关于质体的发育,一般认为是由幼小细胞中的前质体发育而来的。前质体是一种较小的无色体,能分裂。最初, 在幼小细胞内有一些为双层膜所包被的小泡,其中没有片层结构,以后,小泡内膜向内折叠, 内折的膜层与小泡表面平行,这时称为前质体。前质体进一步的发育, 因外界条件而异,在光照条件下, 内膜逐渐发育成正常的叶绿体基粒,同时形成叶绿素,发育为叶绿体；而在黑暗的条件下,内膜形成分离的管子,相互连接成立体的网格,同时也不形成色素,发育成白色体。这是黑暗中生长的植物会出现黄化的原因。如果黄化的植物再转入光下,白色体又可以发育成正常的叶绿体。
有色体一般认为不是由前质体直接发育而来的,它是由白色体或叶绿体转化而成的。相反,有色体也能转化成其他质体,例如,胡萝卜根的有色体暴露于光下,就可发育为叶绿体。
② 线粒体是一些大小不一的球状、棒状或细丝状颗粒,在光学显微镜下,需用特殊的染色,才能加以辨别。在电子显微镜下可看出,线粒体由双层膜包裹着,其内膜向中心腔内折叠,形成许多隔板状或管状突起,称为嵴 。在二层被膜之间及中心腔内,是以可溶性蛋白为主的基质。
线粒体是细胞进行呼吸作用的场所,它具有100 多种酶,分别存在于膜上和基质中,其中极大部分参与呼吸作用。线粒体呼吸释放的能量,能透过膜转运到细胞的其他部分,提供各种代谢活动的需要,因此,线粒体被比喻为细胞中的“ 动力工厂”。
细胞中线粒体的数目,以及线粒体中嵴的多少,与细胞的生理状态有关。当代谢旺盛,能量消耗多时,细胞就具有较多的线粒体,其内有较密的嵴;反之,代谢较弱的细胞, 线粒体较少,内部嵴也较疏。
内质网有两种类型,一类在膜的外侧附有许多小颗粒,这种附有颗粒的内质网称为粗糙型内质网,这些颗粒是核糖核蛋白体；另一类在膜的外侧不附有颗粒,表面光滑,称光滑型内质网。细胞中,二类内质网的比例及它们的总量,随着细胞的发育时期、细胞的功能和外部条件而变化。
核糖核蛋白体也称核蛋白体或核糖体。
在细胞中,内质网可以与细胞核的外膜相连, 同时,也可与原生质体表面的质膜相连,有的还随同胞间连丝穿过细胞壁,与相邻细胞的内质网发生联系。有人认为内质网构成了一个从细胞核到质膜,以及与相邻细胞直接相通的管道系统,与细胞内和细胞间的物质运输有关。粗糙型内质网与核糖核蛋白体紧密结合,而核糖核蛋白体是合成蛋白质的细胞器,因此,推测粗糙型内质网与蛋白质( 主要是酶) 合成有关,膜上核糖核蛋白体合成的蛋白质进入内质网腔内,并进一步将它转运到细胞其他部位去。光滑型内质网主要合成和运输类脂和多糖。
在细胞壁进行次生增厚的部位内方,也可以见到内质网紧靠质膜,反映了内质网可能与加到壁上去的多糖类的合成有关。
质膜的主要功能是控制细胞与外界环境的物质交换。质膜具有“选择透性”,不同的物质透过能力不同。质膜的选择透性使细胞能从周围环境不断地取得所需要的水分、盐类和其他必需的物质,而又阻止有害物质的进入；同时,细胞也能将代谢的废物排除出去,而又不使内部有用的成分任意流失,从而保证了细胞具有一个合适而相对稳定的内环境,这是进行正常生命活动所必需的前提。此外,质膜还有许多其他重要的生理功能,例如主动运输、接受和传递外界的信号,抵御病菌的感染,参与细胞间的相互识别等。
