簡述細胞形態(tài)學及其發(fā)展

張晶雯

隨著生物技術的不斷發(fā)展，細胞形態(tài)等生物概念開始進入人們的視野，并成為人們關注的焦點。眾所周知，細胞是構(gòu)成生物體（除病毒）最基本的結(jié)構(gòu)，但是不同生物體細胞之間有著很大的區(qū)別，它們的大小和形態(tài)都不盡相同。大小方面，有的細胞大到人肉眼可見的程度，例如鳥類的卵細胞；但有的細胞非常小，需要用一定的顯微設備才能觀察；而大多數(shù)細胞可以用光學顯微鏡看到。并且每個細胞的大小也都會改變。形態(tài)方面，細胞有著各種各樣不同的形態(tài)，這些形態(tài)是由細胞自身的結(jié)構(gòu)和表面張力以及外界的壓力所控制的。而這些不同的形態(tài)決定了它們不同的功能。例如：植物的篩管細胞是管狀的，有利于有機物的運輸；動物的紅細胞是兩面凹的圓餅狀，有利于氧氣的運輸；神經(jīng)細胞有著許多突起，有利于接受并傳導刺激。細胞的形態(tài)和大小主要由基因控制，并與功能相適應。

1 歷史及發(fā)展現(xiàn)狀

細胞形態(tài)學作為重要的臨床診斷技術，有著150 多年的發(fā)展歷程。細胞形態(tài)學的基礎是顯微鏡等科學儀器以及各種制片染色技術，但細胞形態(tài)學的發(fā)展同樣也離不開科學工作者的辛勤研究。

光學顯微鏡最早由1590 年荷蘭眼鏡制造商詹森發(fā)明，雖然當時的復式顯微鏡只有10 倍放大，卻具有劃時代的意義，沒有顯微鏡就沒有細胞學的誕生。在這之后科學家們進一步觀察到了許多細胞，又有科學家提出了染色方法幫助觀察判斷細胞的種類。隨著科學技術的不斷發(fā)展，細胞形態(tài)學也逐漸發(fā)展成熟，能夠應用在許多方面，并發(fā)揮重要作用。

1.1 臨床疾病的檢測

細胞形態(tài)學在臨床的血液疾病診斷中，發(fā)揮著不可替代的重要作用。血液疾病是一種很常見的臨床疾病，各年齡段的人都可能會患病，如果沒能及時進行治療，可能會對患者的機體產(chǎn)生較大危害，甚至致死?；加醒杭膊』颊叩难毎泻艽蟾怕蕰霈F(xiàn)形態(tài)異常，所以，血細胞形態(tài)檢測對于血液疾病的診斷有著較高的價值。雖然現(xiàn)在檢驗醫(yī)學的自動化程度變高，可以采用全血分析儀對細胞進行篩檢，但是如果完全依賴儀器，診斷結(jié)果就有可能出現(xiàn)漏診或誤診。所以對于出現(xiàn)細胞形態(tài)、大小出現(xiàn)異常的標本，依舊需要人工使用顯微鏡來進一步檢測，來提高臨床診斷的準確性[1]。

細胞形態(tài)學對于其它疾病的檢測也有著一定作用。例如大腸桿菌是一種食物中可能出現(xiàn)的病原菌，受到廣大科研人員的關注。大腸桿菌的細胞形態(tài)會隨培養(yǎng)時間的推移而發(fā)生一定改變，先是短桿狀，然后會變得無規(guī)則。在染色時注意細胞形態(tài)和脫色時間能提高結(jié)果的準確性，從而得出正確的結(jié)論，這可以幫助臨床準確判斷病因并治療[2]。

如今細胞形態(tài)學在臨床許多疾病的檢測和診斷中起著重要作用。雖然已經(jīng)出現(xiàn)了許多先進的儀器，但人工顯微鏡復查仍對提高診斷結(jié)果的準確性有著很大幫助。

1.2 工業(yè)化生產(chǎn)領域

細胞形態(tài)學在如今的工業(yè)生產(chǎn)中也占據(jù)著重要地位。抗生素是目前臨床治療的一類常用藥物，用于抑制有害病菌的生長。如今大多數(shù)的抗生素是從微生物代謝的產(chǎn)物中獲得的[3]?；诩毎螒B(tài)學的相關研究能促進抗生素的合成，從而提高工業(yè)生產(chǎn)的效率和經(jīng)濟效益。

2 細胞形態(tài)學的應用

2.1 雨生紅球藻內(nèi)蝦青素含量

雨生紅球藻細胞內(nèi)天然蝦青素的含量比其他生物中的含量都要高。人工化學合成能生產(chǎn)出蝦青素，但是過程十分復雜，成本很高，而且其抗氧化性、吸收效果都不如天然蝦青素，還存在被污染的可能。所以現(xiàn)在生產(chǎn)蝦青素的方法主要還是從雨生紅球藻等生物中提取[4]。

雨生紅球藻雖然是單細胞生物，但它的形態(tài)和營養(yǎng)方式都是多樣的。雨生紅球藻有四種不同的細胞形態(tài)：

孢子是由游動細胞和不動細胞通過無性生殖的方式產(chǎn)生的。孢子分為兩種：動孢子和靜孢子。也就是一種是游動狀態(tài)，一種是靜止狀態(tài)。游動細胞內(nèi)葉綠體多，顏色大多為綠色，也有的是紅色。在這種形態(tài)下，細胞主要進行生長和繁殖。不動細胞是不動階段的細胞形態(tài)，沒有鞭毛，不游動，多數(shù)沉在水底。顏色也大多是綠色，有的是紅色。此形態(tài)下細胞干重增加，但蝦青素的含量依舊較低。

厚壁孢子是雨生紅球藻在外界環(huán)境不適宜的時候形成的細胞壁比較厚的不動細胞。這種細胞形態(tài)下的細胞呈棕色，在環(huán)境的不斷刺激下，細胞內(nèi)累積的蝦青素增多，使細胞最終變?yōu)榧t色。所以蝦青素的形成其實是細胞應對外界不適宜的環(huán)境所作出的一種自我保護。由厚壁細胞產(chǎn)生的子細胞中蝦青素的含量較高，但葉綠素的含量較低。這說明了蝦青素可能會影響葉綠體的光合作用，并不利于細胞的生長。

它的營養(yǎng)方式有3 種：光合自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)。光合自養(yǎng)也就是指其在光照下以二氧化碳為原料，發(fā)生光合作用產(chǎn)生有機物的營養(yǎng)方式。如對細胞進行二氧化碳自養(yǎng)誘導，細胞可以較快地轉(zhuǎn)變?yōu)楹癖阪咦?，有利于蝦青素含量的提高。傳統(tǒng)的培養(yǎng)方式主要是在開放大池中或者是在封閉式反應器中培養(yǎng)。但這兩種方式都有著各自的缺點，最終的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益都比較低；異養(yǎng)是指其在避光條件下用現(xiàn)成的有機物生活的營養(yǎng)方式。這種條件下的培養(yǎng)方式比較安全，不易被污染，且細胞生長速率較快，但是細胞內(nèi)蝦青素的含量較低，生產(chǎn)過程較復雜，成本較高；兼養(yǎng)是指其在光照下同時利用有機物和無機物供的營養(yǎng)方式。這種方式可以延長細胞處于營養(yǎng)細胞的時間，加快細胞培養(yǎng)的速度，從而能使培養(yǎng)的時間縮短。但是生產(chǎn)過程要求較高，所以成本也比較高。同時，溫度也對雨生紅球藻有機物的積累和蝦青素的合成有著一定的影響。

由于蝦青素不利于葉綠體光合作用的發(fā)生，所以在細胞處于生長繁殖階段時，應該保證細胞內(nèi)的蝦青素含量較低，等到細胞密度較高后再進行誘導，使其細胞內(nèi)蝦青素的含量提高。所以在雨生紅球藻生長繁殖過程中，應該進行兼養(yǎng)，維持其處于營養(yǎng)細胞的狀態(tài)，從而提高培養(yǎng)速度；在蝦青素累積的過程中，應使其進行二氧化碳光自養(yǎng)，縮短其轉(zhuǎn)變?yōu)楹癖阪咦拥臅r間，提高蝦青素含量。

在生產(chǎn)過程中，人們通過改變環(huán)境因素，對雨生紅球藻進行誘導，改變它的細胞形態(tài)，從而達到提高生產(chǎn)效率的目的。由此可見，細胞形態(tài)對于蝦青素的生產(chǎn)有著重要的影響[5]。

2.2 肝細胞的形態(tài)調(diào)控

人體正常肝細胞7702 的一般形態(tài)是典型的上皮樣狀，這是基因選擇性表達的結(jié)果。而FNBP1 是細胞肌動蛋白骨架的相關蛋白。利用細胞形態(tài)學的相關技術可以研究FNBP1 對7702 細胞形態(tài)的影響。

首先，培養(yǎng)7702 細胞，接著檢測FNBP1 的mRNA 和蛋白質(zhì)的表達，并找出其在7702 細胞中的定位。然后用siRNA 對FNBP1 進行干擾，使其沉默，無法表達。最后進行觀察及記錄。

結(jié)果顯示當FNBP1 沉默后，細胞形態(tài)隨之發(fā)生改變。細胞由原來的上皮樣轉(zhuǎn)變成了纖維狀，出現(xiàn)了樹枝狀分枝。而當FNBP1 恢復表達后，細胞也恢復成正常的上皮樣狀。這說明了FNBP1 對7702 細胞形態(tài)有一定影響。研究表明，F(xiàn)NBP1 可以啟動肌動蛋白的組裝，從而調(diào)節(jié)肌動蛋白骨架的組裝，最終影響7702 細胞的細胞形態(tài)。研究表明，細胞的基因?qū)毎螒B(tài)有著影響[5]。

3 結(jié)語

細胞形態(tài)學是隨著各種生物技術進步而發(fā)展起來的。時至今日，細胞形態(tài)學發(fā)展較為成熟，已經(jīng)可以應用在許多方面。細胞內(nèi)細胞骨架的基因、細胞壁、環(huán)境都會影響細胞形態(tài)。故而人們可以通過控制某些因素來改變細胞形態(tài)，或是通過觀察不同形態(tài)的細胞來判斷某些疾病[1]。在醫(yī)學方面，通過觀察細胞形態(tài)來判斷疾病的技術已經(jīng)基本成熟，廣泛應用于臨床診斷。在非醫(yī)學方面，細胞形態(tài)學可以用于改變細胞形態(tài)，進而提升產(chǎn)品的質(zhì)量或者提高生產(chǎn)的效率。雖然現(xiàn)在細胞形態(tài)學在工業(yè)生產(chǎn)中的應用并不廣泛，許多仍停留在實驗階段。但我相信，在未來隨著細胞形態(tài)學的研究不斷發(fā)展與完善，其應用領域?qū)⒏訌V泛。