细胞学cytology研究细胞形态结构和功能的生物学分支学科。细胞是生物体结构和功能的基本单位,它由更为精细的结构组成。这些结构的形态、化学组成、显微与亚显微结构,以及它们如何共同构筑成一完整细胞,在实现细胞和机体生命活动的过程中及其为周围环境的关系中所起的作用,均属细胞学研究范畴,研究目的在于阐明各种生命活动的现象和本质,并掌握其规律,加以控制和利用,为人类生产实践服务。 细胞学说的提出 细胞(cell)一词是1665年胡克(R.Hooke)用自制显微镜观察木栓薄片时看到许多蜂窝状小室而命名。1827年后一些生物学家开始对细胞进行认真的观察。1835年,德国植物学家施莱登(H.J.Schleiden)在植物细胞中发现核仁。施旺(T.Schwann)坚信动植物都是由细胞构成。他们于1838年和1939年先后提出细胞学说。1846年莫尔 (H.V.Mohl)发现植物细胞内存在肉样物质,并命名为原生质。1861年,舒尔策(M.I.S.Schultze)对细胞下了定义: “细胞是赋有生命特征的一团原生质,其中有一个核。”至此,人们对于细胞的基本概念初步建立 (见细胞)。 细胞形态结构的研究 从19世纪中叶至20世纪初,在观察工具改善和研究技术不断进步的情况下,细胞学得到较大发展。不仅对各种类型的细胞分裂现象进行了详细描述,而且对细胞核的结构及其在细胞分裂过程中的变化和作用也进行了观察和阐述,对染色体的形态、数量及常染色体和性染色体的特点等都有了一定的认识,并先后发现了中心体、高尔基复合体、线粒体和叶绿体等。 细胞功能的研究 20世纪初至20世纪中叶,从偏重细胞形态描述,进入对细胞功能活动的探讨,开展了对活细胞的观察并进行实验研究。由于普通光学显微镜不断地改进,特殊类型的光学显微镜的研制成功,特别是电子显微镜问世并广泛应用,人们的视野大为开阔,再加上充分利用生物化学、细胞化学以及其他一些研究手段,如细胞培养技术和放射性同位素技术等,细胞学发展很快,特别是对细胞质的研究取得巨大进展。除对已知的一些精细结构有了更为深入的认识外,还发现一些新的亚显微水平的细胞器,如核糖体、内质网、溶酶体和微体等。对于质膜,不仅找到其存在的确凿证据,而且根据其化学组成和其他实验结果,试图提出质膜分子结构模型。在细胞的结构与功能统一方面,工作最为突出是发现线粒体是细胞的氧化部位,含有呼吸酶,对于细胞的通透性、营养、生长、运动和行为等方面都作了不同程度的研讨。此外,孚尔根反应试验成功,从而揭示了染色质是以DNA为基础的核蛋白组成,并在微生物转化研究方面肯定了DNA是遗传物质,进而根据X-衍射法的研究,提出DNA分子双螺旋结构的模型学说。总之,在此期间对细胞结构和功能的研究越来越深入,对细胞生命活动的研究越来越广泛,生物学其他分支学科的研究也纷纷深入到细胞水平和亚细胞水平。细胞学进而转入一崭新阶段。 细胞生物学的研究 从20世纪60年代起,运用近代物理学和化学的技术,从显微、亚显微和分子水平研究细胞的代谢、生长、发育、分化、增殖、遗传与变异等生命活动的规律。由于电子显微镜分辨率的提高和样品制备技术的改进,先后在细胞质中发现了组成细胞骨架的微管、微丝、居间丝和微梁网络,并结合用生物化学和分子生物学方法对于它们的结构、化学组成、分布、功能及其在生命活动中的变化进行了探讨。同时在细胞核中也发现了核基质,是具有以纤维蛋白成分为主的核骨架,并着眼于它在DNA复制和修复,基因转录及其产物的加工和转运以及染色体构建等方面作用的研究。对于质膜和其他生物膜,一方面陆续提出许多有关分子结构的模型,其中液态镶嵌模型较被广泛接受。近年又有人提出晶格镶嵌模型和板块镶嵌模型,对前一模型均有所补充; 另一方面则对其信息传递和能量转换功能进行了研讨。目前对于某些受体已可利用电镜组织化学方法观察其存在部位,还可提纯和定量; 对于受体在细胞识别和通讯、分裂和分化中的作用以及对细胞代谢的调控机理也做了大量工作。能量转换的研究主要在线粒体膜上进行,对于线粒体酶系的分布,特别是呼吸链组分在线粒体内膜上的分布,以及ATP酶复合体进行磷酸化机理均已有一定程度的了解。关于线粒体作为半自主性细胞器,其遗传信息系统与核遗传信息系统的相互关系的研究也已获得应有的重视。在细胞核则发现了核孔复合体,从而推动了核质关系的研究。还发现染色质有所谓异染色质和常染色质(活动性染色质),而基因的激活和转录只能在后一类染色质中进行。70年代发现了核小体,并确认它们是染色质的基本结构单位,在此基础上提出染色体四级结构模型,试图在DNA、核小体、染色质和染色体不同水平来研究遗传信息的储存、复制、传递、利用和改造等方面的问题。对于核仁内核糖体RNA的合成和核糖体前体的形成等方面也都取得了进展。细胞学发展到现阶段可以说它是所有生命科学的基础,当今各门生命科学的深入发展,以及农学和医学,甚至机电工程的自动控制,在一定程度上都与细胞生物学发展有一定关系。信息社会四大支柱之一的生物技术与细胞生物学的关系尤为突出。细胞工程是以细胞融合、核移植、改变染色体倍性或组成以及将外源性基因导入细胞等手段,生产出特定的生物产品,快速繁殖或培育新的优良品种。而所有这些的进一步发展有待细胞生物学来解决诸如减数分裂的诱导、雄性不育机理、远缘杂交的机制等关键性理论问题以及某些技术方面的突破。 细胞学cytology研究细胞结构和功能的生物学分支学科。1665年英国物理学家胡克(R.Hooke)发现植物组织由蜂窝状小格构成,他称这些小格为细胞(cell),其实这只是植物细胞的细胞壁。至19世纪,德国植物学家施莱登(M.Schleiden,1938)和法国动物学家施旺(T.Schwann,1939)创立了细胞学说,即动植物都由细胞所构成,从而奠定了细胞学的基础。最初是一门描述和实验形态为主的学科。后来,相继引入了其他学科的技术而形成许多分支学科,如细胞形态学、细胞遗传学、细胞化学、细胞生理学和分子细胞学等。随着近代物理、化学和分子生物学技术在细胞学领域中的广泛应用,使细胞学又进一步发展成为研究细胞的结构、功能、生活史和各种细胞生命活动的学科,即细胞生物学。 细胞学研究细胞结构和功能以及细胞生活史的一门学科。主要分支学科有细胞形态学、细胞遗传学、细胞化学、细胞生理学和分子细胞学等。 细胞学cytology |