簡述細胞形態學及其發展

張晶雯

隨著生物技術的不斷發展，細胞形態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，細胞是構成生物體（除病毒）最基本的結構，但是不同生物體細胞之間有著很大的區別，它們的大小和形態都不盡相同。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。形態方面，細胞有著各種各樣不同的形態，這些形態是由細胞自身的結構和表面張力以及外界的壓力所控制的。而這些不同的形態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；神經細胞有著許多突起，有利于接受并傳導刺激。細胞的形態和大小主要由基因控制，并與功能相適應。

1 歷史及發展現狀

細胞形態學作為重要的臨床診斷技術，有著150 多年的發展歷程。細胞形態學的基礎是顯微鏡等科學儀器以及各種制片染色技術，但細胞形態學的發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展，細胞形態學也逐漸發展成熟，能夠應用在許多方面，并發揮重要作用。

1.1 臨床疾病的檢測

細胞形態學在臨床的血液疾病診斷中，發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生較大危害，甚至致死。患有血液疾病患者的血細胞有很大概率會出現形態異常，所以，血細胞形態檢測對于血液疾病的診斷有著較高的價值。雖然現在檢驗醫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，診斷結果就有可能出現漏診或誤診。所以對于出現細胞形態、大小出現異常的標本，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的病原菌，受到廣大科研人員的關注。大腸桿菌的細胞形態會隨培養時間的推移而發生一定改變，先是短桿狀，然后會變得無規則。在染色時注意細胞形態和脫色時間能提高結果的準確性，從而得出正確的結論，這可以幫助臨床準確判斷病因并治療[2]。

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

1.2 工業化生產領域

細胞形態學在如今的工業生產中也占據著重要地位。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。如今大多數的抗生素是從微生物代謝的產物中獲得的[3]。基于細胞形態學的相關研究能促進抗生素的合成，從而提高工業生產的效率和經濟效益。

2 細胞形態學的應用

2.1 雨生紅球藻內蝦青素含量

雨生紅球藻細胞內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。所以現在生產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，但它的形態和營養方式都是多樣的。雨生紅球藻有四種不同的細胞形態：

孢子是由游動細胞和不動細胞通過無性生殖的方式產生的。孢子分為兩種：動孢子和靜孢子。也就是一種是游動狀態，一種是靜止狀態。游動細胞內葉綠體多，顏色大多為綠色，也有的是紅色。在這種形態下，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，沒有鞭毛，不游動，多數沉在水底。顏色也大多是綠色，有的是紅色。此形態下細胞干重增加，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。這種細胞形態下的細胞呈棕色，在環境的不斷刺激下，細胞內累積的蝦青素增多，使細胞最終變為紅色。所以蝦青素的形成其實是細胞應對外界不適宜的環境所作出的一種自我保護。由厚壁細胞產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。

它的營養方式有3 種：光合自養、異養和兼養。光合自養也就是指其在光照下以二氧化碳為原料，發生光合作用產生有機物的營養方式。如對細胞進行二氧化碳自養誘導，細胞可以較快地轉變為厚壁孢子，有利于蝦青素含量的提高。傳統的培養方式主要是在開放大池中或者是在封閉式反應器中培養。但這兩種方式都有著各自的缺點，最終的生產效率和經濟效益都比較低；異養是指其在避光條件下用現成的有機物生活的營養方式。這種條件下的培養方式比較安全，不易被污染，且細胞生長速率較快，但是細胞內蝦青素的含量較低，生產過程較復雜，成本較高；兼養是指其在光照下同時利用有機物和無機物供的營養方式。這種方式可以延長細胞處于營養細胞的時間，加快細胞培養的速度，從而能使培養的時間縮短。但是生產過程要求較高，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生，所以在細胞處于生長繁殖階段時，應該保證細胞內的蝦青素含量較低，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，維持其處于營養細胞的狀態，從而提高培養速度；在蝦青素累積的過程中，應使其進行二氧化碳光自養，縮短其轉變為厚壁孢子的時間，提高蝦青素含量。

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

2.2 肝細胞的形態調控

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

首先，培養7702 細胞，接著檢測FNBP1 的mRNA 和蛋白質的表達，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。

結果顯示當FNBP1 沉默后，細胞形態隨之發生改變。細胞由原來的上皮樣轉變成了纖維狀，出現了樹枝狀分枝。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 細胞形態有一定影響。研究表明，FNBP1 可以啟動肌動蛋白的組裝，從而調節肌動蛋白骨架的組裝，最終影響7702 細胞的細胞形態。研究表明，細胞的基因對細胞形態有著影響[5]。

3 結語

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