细胞的基本结构和功能

植物细胞结构


细胞是生物体的构造和生理的基本单位，却不能因此认为所有的生物细胞都相同，即使在同一个个体内，也有因为分化而产生各式各样外观与功能不同的细胞，即使相同种类的细胞，也可能正在执行的生理工作也有差异，但是基本上彼此都有共同的基本构造。

细胞壁（cell wall）

分类在细菌、真菌、植物的生物，其组成的细胞都具有细胞壁（cell wall），而原生生物则有一部分的生物体具有此构造，但是动物没有。细胞壁是由细胞质的分泌物构成，在电子显微镜的发明之后，有许多的研究因此可以让人们知道，其成分与组成。而细胞壁可以保护细胞减少外界伤害、维持形状，并且避免因为水分过多而胀破。
植物细胞壁主要成分是纤维素，经过有系统的编织形成网状的外壁。可分为中胶层、初生细胞壁、次生细胞壁。中胶层是植物细胞刚分裂完成的子细胞之间，最先形成的间隔，主要成份是果胶质（一种多糖类），随后在中胶层两侧形成初生细胞壁，初生细胞壁主要由果胶质、木质素和少量的蛋白质构成。次生细胞壁主要由纤维素组成的纤维排列而成，如同一条一条的线以接近直角的方式排列，再以木质素等多糖类黏接。
真菌细胞壁则是由几丁质、纤维素等多糖类组成，其中几丁质是含有碳水化合物和氨，性柔软，有弹性，与钙盐混杂则硬化，形成节肢动物的外骨骼。几丁质不溶于水、酒精、弱酸和弱碱等液体，有保护功能。
细菌细胞壁组成以肽聚糖为主。

细胞膜（cell membrane）

细胞膜（cell membrane）为细胞与环境之间以及胞器与细胞质之间的分界，能够调节物质的进出，而膜上的蛋白质有许多种类，有的可以适时协助物质进出，有的能够传递讯息，有的则负责防御（免疫系统）的功能。细胞膜（又称原生质膜）为细胞结构中分隔细胞内、外不同介质和组成成份的界面。原生质膜普遍认为由磷脂质双层分子作为基本单位重复而成，其上镶嵌有各种类型的膜蛋白以及与膜蛋白结合的糖和糖脂。 原生质膜是细胞与周围环境和细胞与细胞间进行物质交换和信息传递的重要通道。原生质膜通过其上的孔隙和跨膜蛋白的某些性质，达到有选择性的，可调控的物质运输作用。 更详细的历史、微观构造请参考细胞膜。

细胞质(Cytoplasm)

细胞膜就像一个塑胶袋一样，装着满满的液状、胶体状的细胞质(cytoplasm)，可粗略分为细胞质基质和胞器。细胞质含有维持生命现象所需要的基本物质，例如糖类、脂质、蛋白质、与蛋白质合成有关的核糖核酸，因此也是整个细胞运作的主要场所，透过细胞膜外接收的讯息、细胞内部的物质，共同调节基因的表现，影响生理活动。另外，细胞质内部也有多种网状构造，称为细胞骨架(Cytoskeleton)，可以协助维持细胞形状，也能引导内部物质的移动，一些细胞骨架会于细胞分裂时，形成可以透过染色而观察的纺锤丝，有一些骨架更能帮助细胞运动。

细胞核 (Nucleus)

具有双层膜的胞器，细胞核是橾控整个细胞的控掣站，主要携带遗传物质(DNA)，包括染色体(Chromosomes)（脱氧核糖核酸加上一些特殊的蛋白质）、核糖核酸等，核膜上有许多小孔称做核孔，由数十种特殊的蛋白组成特别的构造，容许一些物质自由通过，但是分子量很大的核糖核酸、蛋白质就必须依赖这些蛋白辅助，以消耗能量的主动运输，来往于细胞质跟细胞核之间。细胞分裂的期间可以看到细胞核中最显著的构造——核仁，其组成为核糖体RNA，以及合成核糖体所需的蛋白质。除核仁外，细胞核中还有许多其它核细胞器，如柯浩体（Cajal body), PML体等。 有趣的是，有些细胞为了执行特别的工作而没有细胞核：哺乳纲动物的红血球，为了减少携带的氧气，被红血球本身消耗，而成熟后就没有细胞核；植物则以筛管、导管、假导管为了运输功能，成熟后没有细胞核。


液泡（Vacuole）

这是另一种囊状的单层膜胞器，在细胞中扮演不同角色，形状可大可小。通常植物的液泡较大。在原生动物，例如草履虫，液泡扮演伸缩泡的功能，将过多的水分收集并排出体外；大多数植物细胞液泡在细胞成熟后，占有大部分的细胞体积，可以储存水分、存放色素，有些种类植物的液泡更能够协助光合作用的进行，另外液泡也有一个很大的功能：协助细胞往大体积的方向演化同时，能够使得细胞质的表面积变大，有利物质交换。

叶绿体(Chloroplasts)

叶绿体也是双层膜状的胞器，跟粒线体类似的地方是，它也有自己的遗传物质，能够自己分裂增殖，自制本身所需的一蛋白质。主要的功能是吸收光能，转变成化学能，并借此将无机物（二氧化碳和水）合成为有机物（糖类），这个借由光能产生营养物质的过程称为[[光合作用 (Photosynthesis)]]，光表示光能，合表示合成。

细胞的发现与细胞的研究历史

细胞（cells）是由英国科学家罗伯特·虎克（Robert Hooke，1635～1703）于1665年发现的。当时他用自制的光学显微镜观察软木塞的薄切片，放大后发现一格一格的小空间，就以英文的cell命名之，而这个英文单字的意义本身就有小房间一格一格的用法，所以并非另创的字汇。而这样观察到的细胞早已死亡，仅能看到残存的植物细胞壁，虽然他并非真的看见一个生命的单位（因为无生命迹象）后世的科学家仍认为其功不可没，一般而言还是将他当作发现细胞的第一人。

而事实上真正首先发现活细胞的，还是荷兰生物学家列文虎克。 1674年，列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)以自制的镜片，由雨水、乃至于他自己的口中发现微生物，他也是历史上可找到的第一个发现细菌的业余科学家。

1809年，法国博物学家（博物学即二十世纪后期所称的生物学、生命科学等的总称）拉马克（Jean-Baptiste de Lamarck，1744—1829）提出：“所有生物体都由细胞所组成，细胞里面都含有些会流动的‘液体’。”却没有具体的观察证据支持这个说法。

1824年，法国植物学家杜托息(Henri Dutrochet,1776~1847)在论文中提出“细胞确实是生物体的基本构造”又因为植物细胞比动物细胞多了细胞壁，因此观察技术还不成熟的时候比动物细胞更容易观察，也因此这个说法先被植物学者接受。

19世纪中期，德国动物学家施旺(Theodor Schwann,1810~1882)进一步发现动物细胞里有细胞核，核的周围有液状物质，在外圈还有一层膜，却没有细胞壁，他认为细胞的主要部分是细胞核而非外圈的细胞壁。同一时期，德国植物学家施莱登(Matthias Schleiden,1804~1881)以植物为材料，研究结果获得与施旺相同的结论，他们都认为“动植物皆由细胞及细胞的衍生物所构成”，这就是细胞学说的基础。

在德国施旺和施莱登之后的十年，科学家陆续发现新的证据，证明细胞都是从原来就存在的细胞分裂而来，而至21世纪初期的细胞学说大致上可以简述为以下三点：

1. 细胞为一切生物的构造单位
2. 细胞为一切生物的生理单位
3. 细胞由原已生存的细胞分裂而来

<细胞是生物体构造与机能的基本单位> 

“细胞”一词最早出现在日本兰学家宇田川榕庵1834年的著作《植学启原》。 中国自然科学家李善兰1858年在其著作《植物学》中使用“细胞”作为cell的中文译名。有学者认为李善兰此时并未接触过《植学启原》，因而是独自发明。

图说显微镜发展历史

显微镜(microscope)是一种借助物理方法产生物体放大影象的仪器。最早发明于16世纪晚期。至今(2001年)已有406年的历史。现在，它已经成为了一种极为重要的科学仪器，广泛地用于生物，化学，物理，冶金，酿造等各种科研活动，对人类的发展做出了巨大而卓越的贡献。根据显微镜是否含有物镜，目镜。显微镜分为单式显微镜(只有一个透镜)和复式显微镜(有物镜和目镜)两类。本文将向您详细介绍显微科学的发展史。

    

十六世纪的显微科学

    单式显微镜的出现:

    在3000多年以前，欧洲腓尼基人在地中海沿岸的贝鲁斯河边第一次制成了人造玻璃。大约在4世纪，罗马人开始把玻璃应用在门窗上。到1291年，意大利的玻璃制造技术已经非常发达。而玻璃是制造显微镜的基本材料。

    早在公元前，我国人民就发展出了透镜制造技术。当时的材料是水晶。13世纪，著名的马可。波罗将中国的眼镜传入欧洲。欧洲人学会了磨制眼镜的技术。当时，玻璃制造业已经很发达，欧洲人用廉价的玻璃来磨制眼镜，是眼镜成为了一种相对廉价的商品。眼镜制造业兴盛起来。

    那时戴眼镜的人大都是富翁，他们的年纪多半很大，所以他们需要老花镜，也就是凸透镜。人们很快发现，凸透镜可以产生物体的放大影象。于是，一些人开始使用凸透镜来观察细小的物体，凸透镜在科学研究中开始发挥它巨大的作用。凸透镜因其具有放大功能而被叫做放大镜，多透镜的复式显微镜发明后又称单式显微镜，意思是只有一个透镜的显微镜。

    第一个复式显微镜:

詹森显微镜

    单式显微镜有一个致命的缺点，那就是它的焦距与透镜直径成正比，而焦距又与放大倍数成反比。也就是说，焦距越短，放大倍数越大，而透镜直径又越小。如果放大倍数是100倍，透镜的焦距为0。25毫米，透镜直径大约为0。33毫米!这个比大头针头还小的透镜在当时根本制造不出来。因为这个缘故，当时的放大镜的放大倍数最多不过25倍。众所周知，体积较大的一些纤毛虫的长度也不过0。1毫米，放大25倍后也才2。5毫米大。而它内部的细微结构就根本看不清了。因此，为了观察更多的细微物体，人们迫切需要一种更好的放大工具。

    1595年，荷兰的著名磨镜师詹森(Janssen)发明了第一个简陋的复式显微镜(如图，其真品已经遗失)。这个显微镜是由三个镜筒连接而成。其中中间的镜筒较粗，是手握的地方。另外两个镜筒分别插入它的两端，可以自由伸缩，从而达到聚焦的目的。镜头两个，都是凸透镜，分别固定在镜筒的两端。物镜是一个只有一个凸面的单凸透镜。目镜是一个有两个凸面的双凸透镜。当这个显微镜的两个活动镜筒完全收拢时，它的放大倍数是3倍;当两个活动镜筒完全伸出时，它的放大倍数是10倍(其实这也是最早的变焦镜头)。

    *关于复式显微镜的发明过程，一说是Janssen在他父亲Hans的帮助下完成的;另一种说法较为有趣:詹森有两个淘气的儿子。一天，他们溜进了爸爸的作坊里摸摸动动。哥哥顺手拿起了两个镜片放到铜管的两端，发现通过这个铜管看书时书上的字大得显吓人。詹森知道后很高兴。让他们帮助他制成了世界上的第一架复式显微镜。

    复式显微镜在性能上明显优于单式显微镜。一是它的放大率可以做得很高，可以把几个放大倍数较小的凸透镜组合起来获得很高的放大率。二是制造工艺较简单，不必磨制一个个极小的透镜。。。复式显微镜的发明，是科学史上的里程碑，人类从此开始认识微观世界。不过，由于技术条件不成熟，16世纪的显微镜放大倍数都不高，因此在16世纪人类在探索微观世界方面并没有什么激动人心的发现。

十七世纪的显微科学

    

A:十七世纪单显微镜的发展

    十七世纪的单显微镜与其说是科学仪器，不如说是艺术品。似乎那时的显微镜制造者所追求的并不是高的性能，而是视觉上的享受。比如下面的这个显微镜。它制造于十七世纪晚期。很明显，它的作用已不再是单纯的放大物体以方便研究，更重要的是它那光亮美丽的黄铜色，精美的装饰还给人以一种高贵典雅的美感。

    结构:这个单式显微镜的镜头镶在一个圆盘形金属眼罩的中部。两个金属手柄一长一短，长的那个手柄是手握的地方。在其末端还设置了几个突起，方便使用者握住。在这两个手柄的中间，夹着一个有六个圆孔可以转动的圆盘，那是它的载物台。

    使用:在使用前，把样品切成薄片放到载物台的圆孔上。然后拿起显微镜将圆孔对准光源，同时把金属眼罩放在眼窝上以挡住周围的光。用大拇指按压较短的那个手柄(那相当于一个杠杆)，以此调节镜头与标本的距离使成像最为清晰。如果切片较多，可以依次放到每个圆孔上。在观察时转动载物台即可观察到每个切片。从这个显微镜镜头的大小来看，它的放大率应该比较大。

    在十七世纪中叶，出现了一种滑杆显微镜。它们的基本结构大致相同:灯塔形的镜身，顶端是一个凸透镜。在镜身中部穿过一根长长的可以水平滑动的横杆。在横杆前端固定着一根顶端削尖，与横杆垂直的长"针"----奇特的载物台。

    使用时，先将针尖刺入标本，使标本固定在针尖上。然后前后移动滑杆，调节标本与透镜的距离而使成像最清晰后，即可进行观察。从这个显微镜的透镜大小可以看出，该显微镜的放大率不大。

    缺点:标本放在针形的载物台上实在不稳定，因此观察时的实际操作很麻烦。因此，后来的显微镜就没有采用这种针形载物台。

    同时代与它同型的单式显微镜还有:"弹簧显微镜"。

    单式显微镜的顶峰----列文虎克的显微镜

虎克显微镜

    列文虎克[AntonivanLeeuwenhoek](1632-1723)荷兰代尔夫特人。是生物学发展史上的一位重要人物。一位仅仅受过初级教育的天才科学家和显微镜制造者。他手工制造的单显微镜质量如此之高，以至于现在都无人能够仅凭双手制造出比它们更好的单显微镜。他最先发现了细菌，从而开创了微生物学。他还正确地描述了微生物的形态有球形，杆状和螺旋样等。他还证实了毛细血管的真实存在而结束了有关血液循环的争论。他首次描述了昆虫，狗和人的精子。他还指出:在所有露天积水中都可以找到微生物。这是人类认识微生物的分布的一次进步。他又通过事实证明了当时流行的生物自然发生论的错误，改变了人们的观念。1673年，他与英国皇家学会建立了联系，一直持续到他1723年逝世的前一刻。

    真正观察活细胞的是胡克同时代的荷兰科学家列文·虎克(AvonLeeuwenhoek，1632-1723)，他在1677年用自制的高倍放大镜观察池塘水中的原生动物，蛙肠内的原生动物，人类和哺乳类动物的精子;后又在鲑鱼的血液中看到红细胞的核。1683年，他又在牙垢中看到了细菌。他把观察的现象报告给英国皇家学会，得到英国皇家学会的肯定。列文·虎克出身于布商，他最初磨制透镜的目的是为了检验布的质量，但他在掌握了高水平的磨制透镜技术后，进而利用透镜组装成显微镜，并利用自制的显微镜发现了前人未曾见到过的一些活细胞，这些成就是十分难能可贵的。他一生亲自磨制了550个透镜，装配了247架显微镜，为人类创造了一批宝贵的财富，至今保留下来的有9架，现存于荷兰尤特莱克特大学博物馆(UniversityMuseumofUtrecht)中的一架的放大倍数为270倍。分辨力为1。4μm。在当时，这个水平是很高的，直到19世纪初所制的显微镜还未超过这一水平。因此，我们不能忽视他对细胞生物学的发展所做贡献的重要性。

    列文虎克一生制造了数百个显微镜，它们都非常小，设计和功能也相似。他的显微镜的尺寸几乎是一个常数:长2英寸，宽1英寸。镜身大多是用黄铜制造。

    结构:一个典型列文虎克显微镜是由两个螺钉，(其中较长的一个是手柄。其长度可以调节;通过调节较短的那个螺钉可以改变标本与透镜的距离。)几个铆钉，一个镜头，一个宽大的镜身，一个针形载物台(连接在手柄上，通过调节手柄长度可以调节标本的高度)。镜身的结构较为精巧:首先在两块同样形状的黄铜薄板上对称地凿两个孔，然后把镜头放在其中一个孔上，再把另一块黄铜板放在上面，对齐这两块黄铜板，使这两个孔刚好把中间的透镜镶住。最后用铆钉固定住铜板即可。

    使用:同样先将标本固定在针尖上。然后拿起显微镜对着光源，同时调节那两个螺钉使标本的位置，影象最佳后即可进行观察。

    326年前发现细菌的故事:1675年9月是荷兰秋雨连绵的一月。列文虎克想，因该趁这个机会观察一下雨水是什么样子。于是他从院子里的一只破碗里取了一点雨水，向平时一样观察它。"小虫子!"它突然忘掉一切地叫起来。"极小的小虫子，它们还在动。。。它们一定是活的，那么小!"它盯着这些小生命足足一个多小时。它多加了一倍的小心，经过反复观察和深思熟虑后才决定向英国皇家学会写信，向全世界公布他的发现。。。

    令人称奇的微小透镜:列文虎克的显微镜的透镜制作十分精巧，其制作方法至今尚不为人知。它们的厚度仅为一毫米，曲率半径为0。75毫米。它们有很高的放大率和分辨率。在Utrecht博物馆收藏的一个列文虎克显微镜其放大率为275倍，分辨率接近1微米。这在当时是世界一流的，而它们全出自一个业余制造者之手，这真是个奇迹。

十八世纪的显微科学

    十八世纪是欧洲科学复苏的时期，各种新的科学理论层出不穷。但是，由于那时人们对光学的知识掌握得很少，再加上当时玻璃制造技术还存在一些缺陷，因此那时的显微镜都存在很大的像差和色差，成的像很模糊。因而人们宁愿使用成像质量较好的单式显微镜，尽管它们的放大率大都比较低。由于不被人十分重视，十八世纪的复式显微镜发展很慢。但仍然做出了一些漂亮的显微镜。在外观上，它们有一个有趣的特点:几乎所有的显微镜的基座都连在一个木盒子上。盒子的作用很多:有的用来放一些常用物品;有的用来放显微镜上的一些零件;更有甚者，被作为显微镜的镜箱。当显微镜不用时，把显微镜折叠后放进盒子里，就可以长期保存。

    十八世纪中使用最广泛的显微镜:卡夫(Cuff)显微镜。

卡夫显微镜

    英国显微镜设计师JohnCuff在17世纪中叶设计了一种新型的显微镜。这种显微镜很快得到了人们的喜爱。在以后的很多年里这种显微镜被大量地制造和使用(甚至在当时的一些解剖学著作里都可以看到对这种显微镜的介绍)，同时又被不断地改造和完善。它们被统称为Cuff显微镜。

    这类显微镜的特色在于:

    新式底座:底座是一个小抽屉，用橡木，桃木或果树木制成。抽屉的内部铺着红色的羊毛毯。主要用来存放一些镜头或实验器具。

    独特镜臂结构:镜臂由两根金属管互相紧靠共同构成。显微镜的镜身靠一个金属钳固定在镜臂上，在金属钳上还插有一个长螺钉。

    当时最先进的聚光方法:Cuff显微镜的聚光方法有两种:在显微镜黄铜载物台下方有一个凹面镜。它的作用是为显微镜观察透明样品时提供透射光线。当遇到不透明的样品时，就使用载物台上方的聚光镜把光线聚焦在样品表面以达到足够的亮度，完成观察。

    使用:Cuff显微镜使用起来很复杂:首先要松开固定镜身的夹钳，然后沿镜臂滑动镜身使显微镜的焦点基本落在样品上，最后再夹紧夹钳使镜身固定住，从而完成粗调焦。但这还不够，使用者还要耐心地旋转夹钳上的那个长螺钉，使镜身在镜臂上小幅度地滑动从而让显微镜的焦点精确地落在样品上。这就是最考人耐心的细调焦。完成了以上两个步骤，使用者就可以开始观察了。

    功能:Cuff显微镜的功能在当时是最多的。它共有三种性能:透射观察，落射观察和活体观察。其中，活体观察功能是在当时复式显微镜中所特有的。Cuff显微镜的载物台是由两块黄铜片叠在一起构成的。每个黄铜片的中间都有一个小孔称为通光孔。但上面的那个黄铜片的通光孔直径较大，一个小的培养皿刚好可以被放在孔中，并由下面的那片黄铜片托住。在培养皿里面装上一些带小虫子的水样或是一些活的小昆虫，就可以观察它们的生活习性，很有意思。

    光学性能:尽管Cuff显微镜的功能在当时是最多的，但它的光学性能还是很糟糕。它的放大倍数不大:最低放大倍数为45倍，最高为100倍。它有很严重的色差和球面像差。它的分辨率极低，只有10微米(现在的光学显微镜最低分辨率也在1微米以下)。尽管如此，Cuff显微镜仍是当时最好的复式显微镜。

    Cuff显微镜的改进型有:Chest显微镜，Cuff-Style显微镜，Wales显微镜等。受到Cuff显微镜风格影响的显微镜有:马丁显微镜等。

    历史上最豪华的显微镜:英王GeorgeIII的银显微镜:

    1761年英国人GeorgeAdams为英王GeorgeIII制造了一台精美的银显微镜。他的目的是借这个豪华的显微镜表现当时在显微科学领域里人们取得的卓越成就。由于他在这个金属显微镜的表面镀上了大量的银，所以这个显微镜的造价实在高得惊人，也只有英国王室才能负担得起，他们用它来向外国使臣炫耀英国的富有。

    该显微镜既可以当作单显微镜来使用(此时只需要使用显微镜上方的那个放大镜)，也可以当成复式显微镜来使用(复式显微镜的镜身在显微镜顶端的那两个人像后面，其物镜有八个，都镶在顶部人像脚下的那个圆盘上，通过旋转该圆盘可以选择合适的物镜)。可以说，它的功能在当时还是较多的。

十九世纪的显微科学

    十九世纪，随着工业革命的进行，显微科学也同其它学科一起飞速发展起来。其主要的原因是机械的使用使透镜的质量大大提高和光学的发展使显微镜的结构更加符合光学原理。在这个世纪里，人们制造出了没有色差和像差的高质量显微镜以及分辨率极高的暗视野显微镜，从而带来了生物学和显微科学的革命。其中有些人做出的贡献特别大，他们是:发明消色差物镜的vanDeijl，Amici和Lister。制造出高质量的光学玻璃的卡尔。蔡司(CarlZeiss)和Schott。设计制造了高度消色差物镜和高分辨率的阿贝物镜的阿贝(Abbe)等等。在十九世纪中叶还出现了显微摄影，这使得对微生物的记录更加准确。。。在这些新技术的推动下，生物学飞速发展起来，先后出现了细胞学说，进化论。各种新的微生物被不断发现，人类第一次见到了病原菌的样子。。。

    在十九世纪的显微镜中，比较具有代表性的显微镜有:

    A:Ladd的学生显微镜:这个显微镜由英国人WilliamLadd在1864年制造。它采用了当时最先进的齿轮调焦装置，这一装置在今天仍然被大多数光学显微镜所使用。请注意，这个显微镜的镜臂上多出了一个在前几个世纪的显微镜上都看不到的东西----聚光镜。聚光镜的出现对显微科学的发展起到了重要的作用。因为聚光镜是后来的一些新型显微镜的重要结构之一。另外从图中还可以看出，这个显微镜的大体结构与今天的显微镜基本相同。的确，在十九世纪的，显微镜的结构逐步成熟，现代的光学显微镜仍然沿用这种结构。所以说，十九世纪的显微镜是今天光学显微镜的雏形。

    *较早采用齿轮调焦装置的显微镜是英国的Fixed-Mirror单眼显微镜。

    B:历史上最精美的显微镜----Wenham的显微镜。

wenham显微镜

    它由英国伦敦人FrancisWenham在1882年制造。它有着当时最为精巧先进的齿轮传动系统和齿轮调焦系统，聚光系统还有成像系统。它的物镜和目镜的质量在当时都是最高的。这个显微镜的最突出的特点是它的齿轮传动装置。这个显微镜的镜座，镜臂，载物台都可以旋转。其中，镜座和载物台的旋转幅度较大，为360度。旋转镜座可以改变显微镜的朝向，旋转镜臂可以调节显微镜的倾斜度，旋转载物台可以使样品发生转动(这一功能在今天的显微镜中已很少采用，取而代之的是可以作横向和纵向运动的移动台)。总之，它是十九世纪中性能最好的显微镜，也是历史上最精美的显微镜。

    C:结构新颖的水生生物显微镜。

    因为这个显微镜是用来观察水族箱中的微生物的，所以它的镜身是水平放置的。它同样使用齿轮调焦装置来完成调焦工作。新式的齿轮升降装置使观察者可以观察到不同深度的情况。它使用的物镜是蔡司(Zeiss)物镜。光学性能很好。

    卡尔。蔡司(CarlZeiss，1816-1888):著名的德国光学仪器制造者，著名的卡尔。蔡司光学仪器公司的创办人。他花了相当大的心血去完善和发展复式显微镜。在1857年，他制造出了他的第一个复式显微镜，名字叫"Stand1"。他把复式显微镜的透镜明确地分为物镜和目镜。按照这种理念，他不断地研制新式显微镜。在1881年，他与ErnstAbbe(阿贝)和OttoSchott合作，制造出了高质量的光学玻璃。这使得他在后来制造出了高度消色差物镜等高级透镜，为科学发展做出了巨大贡献。

二十世纪的显微科学

    过去的那一个世纪是一个激动人心的世纪。各种学科都得到了极大的发展，尤其是自然科学，显微科学也不例外。由于人们在物理，数学和材料科学等领域取得了非常大的进展，显微镜的质量大大提高，各种新型的显微镜也应运而生。比如倒置显微镜，偏振光显微镜，荧光显微镜，相差显微镜，微分干涉显微镜，电子显微镜以及最先进的共焦激光扫描显微镜(CLSM)和扫描隧道电子显微镜(STM)。各种新技术也相继出现:如免疫荧光技术，基因工程技术等。年轻数字成像技术开始了用计算机来处理传送显微影象的时代，使人们记录显微影象的方式又前进了一步。。。人们采用这些先进的技术相继发现了细胞的各种精细结构如细胞骨架，遗传物质RNA，DNA。。。各种病毒粒子和蛋白质分子也被人们看到。1982年，扫描隧道电子显微镜被发明，这种显微镜具有极高的分辨率(0。1埃即百亿分之一米)，人们用它第一次看到了原子;在1989年人们又用它拍到了清晰的DNA的照片。。。

    二十世纪中比较具有代表性的显微镜有:

    JamesSwift与Son的双目解剖显微镜:在二十世纪初出现了双目显微镜。这种显微镜比起传统的单目显微镜来明显的好处就是观察者可以有更广阔的视野而且也更加附和人的视觉习惯，使眼部疲劳减轻。在这种显微镜的镜身内装有一个精巧的玻璃棱镜，它使从物镜来的光束分为两道并且改变方向(使光束与地面成一定的角度，而不是原来的与地面垂直的方向。)，分别进入人的两只眼睛。这种结构被后来的高级显微镜广为采用。

    同时代的解剖镜还有:美国的Bausch和Lomb的解剖显微镜。现代解剖显微镜的结构都是以这个显微镜为模板。

    最经典的复式显微镜:Zeiss实验室显微镜

    这种显微镜与我们今天所使用的一些普通显微镜一模一样。事实上，我们现在所使用的一些普通型显微镜的结构都是以它为模板的。由于这种显微镜性能好，价格低廉(在中国都只卖400多元，而好的显微镜的价格都在几千到几万元)，所以在一上市的时候就得到了人们的青睐，很快占领了各大实验室和医院等地方。成为至今为止最畅销的复式显微镜(我在学校里就是使用的这种类型的显微镜)，为科学的发展作出了巨大贡献。

    当时与这种显微镜结构相近的显微镜有:AndrewRoss的显微镜;W。Watson和Sons的显微镜和Bausch和Lomb的显微镜。它们都是最早具有(物镜)转换器的显微镜。转换器的出现，使一个显微镜变换出更多的放大倍数。

    1933年，德国人鲁斯卡(Ruska)设计制造了第一台电子显微镜。其性能远远超过了光学显微镜。后来经过人们的努力，电子显微镜的分辨率由最初的500纳米(百万分之五米)提高到现在的1埃(十亿分之一米);放大率已达到几十万倍以上。从50年代开始，研究者们应用电子显微镜相继取得了很多重要成就。可以说，电子显微镜的出现大大推动了人类的科学研究。

新型的现代光学显微镜

奥林巴斯AX-70显微镜

尼康显微镜

尼康显微镜

奥林巴斯Vanox显微镜

原网址：http://info.edu.hc360.com/2006/07/25085795497.shtml

更多显微镜资料：

发现微生物的存在
微生物
显微镜

列文虎克与显微镜的故事

    列文虎克（Antonie van Leeuwenhoek ，1632.10.24－1723.08.26 )，出生在荷兰的一个贫困家庭，才上了几年学，便独自外出谋生，后来经人介绍了一个看门的工作。

有一天，列文虎克从别人那里得知，当地有一家眼镜店，刚进了一批放大镜。这在三百多年前，可是个新鲜事。于是他想买一个放大镜来玩玩。但到眼镜店一问，价钱贵得吓人。列文虎克觉得，与其花钱买镜，还不如自己磨。从那时起，他便耐心地磨制起镜片来。经过一段时间的辛勤打磨，他终于磨制出了一个小小的透镜。这就是列文虎克制作的第一架显微镜，它的放大能力相当大，竟超过了当时世界上所有的放大镜。

有了显微镜后，列文虎克便了解到了许多不为人知的东西。他发现，原来就是人们赖以生存的空气，以及人们的指甲里，都藏着大量能令人生病的微生物。今天看来很简单的常识，在那时就连赫赫有名的英国皇家学会也全然不知。由于人们无法用肉眼看见它们，因而几千年来，人类竟不知道世界上还有微生物这种东西存在。而第一个发现这些微生物的人，竟然是一个没读过什么书的看门人。

1673年的一天，英国皇家学会收到了一封厚厚的来信。打开一看，原来是一份用荷兰文书写的、字迹工整的记录，其标题是：《列文虎克用自制的显微镜，观察皮肤、肉类以及蜜蜂和其他虫类的若干记录》。

当时，在场的学者们看了标题后，都觉得滑稽可笑。不料，他们读着读着，一下便被其中的内容吸引住了。列文虎克这样写道：“一个粗糙沙粒中有100万个这种小东西；而一滴水中，能够寄生大约270多万个微生物……”

1675年，他又将观察记录送往了皇家学会：“我用4天的时间，观察了雨水中的小生物，这些小生物比直接用肉眼看到的东西要小万分之一，在运动的时候，头部会伸出两只小角，并不断地活动，角与角之间是平的，如果把这些小生物放在蛆的旁边，它就像是一匹高头大马旁边的一只小蜜蜂，在一滴雨水中，这些小生物要比我们全荷兰的人数还多出许多倍……”

列文·虎克的画像及其绘制的微生物草图　　

1723年，英国皇家学会收到了91岁高龄的列文虎克的一封信和一大包东西。信上详细地写了显微镜的制作方法。包袱里装的则是大小不同的显微镜共26台和好几百个放大镜。列文虎克从此被誉为微生物科学巨匠。

单式显微镜的顶峰----列文虎克的显微镜

虎克显微镜

什么是生物？

什么是生物？要了解什么是生物，就必需先对生命有一定的了解。


生命泛指一类具有稳定的物质和能量代谢现象（能够稳定地从外界获取物质和能量并将体内产生的废物和多余的热量排放到外界）、能回应刺激、能进行自我复制（繁殖）的半开放物质系统。生命个体通常都要经历出生、成长和死亡。生命种群则在一代代个体的更替中经过自然选择发生进化以适应环境。具有以上特征的个体均被视为生物，不过并非所有对生命的定义都以上述条件为标准。例如新陈代谢和自我复制的能力有时被视判断生命的根本条件，我们称之为生命现象。病毒在有寄主可寄生的时候，会表现出生命现象；但在没有寄主可寄生的时候，不会表现生命现象，所以病毒是介于生命与无生命之间的一种奇妙的生物。
生命没有公认定义。不同的科学家提出过各种定义，但如何以明确的词汇定义生命对科学家来说仍然是一个难题。

传统定义

科学家经常认为只有生物体会展现以下全部现象：

1. 体内平衡：能够调节体内环境以维持身体处于一个相对恒定的状态，例如恒温动物能发汗来降低过热的体温，也能靠发抖来产生额外的热量以保持体温。
2. 组织性：由一个或以上的生物基本单位──细胞所组成。
3. 新陈代谢：能够转换非生物为细胞成分（组成代谢）以及分解有机物（分解代谢）来获取和转化能量。生物体需要能量来维持体内平衡及产生其他生命现象。
4. 生长：使组成代谢的速率高于分解代谢的速率来让细胞体积增大，并在细胞分裂后使细胞成长。一个生长中的有机体增加其细胞的数量和体积，而不止是将得到的物质积存起来。某些物种的个体可以长得很巨大，例如蓝鲸。
5. 适应：对环境变化作出反应的能力，与生物当前的身体构造、生活习性及遗传有关。这种能力对生存是很重要的。生物可以通过进化适应环境。
6. 对刺激作出反应：反应可以以很多方式进行，从单细胞变形虫被触碰时的收缩到高等生物在不同情况下的复杂反射。最常见的反应是运动，例如植物的叶片转向太阳以及动物追捕其猎物。
7. 繁殖：能够产生新的个体。包括只需一个亲本的无性生殖和需要至少两个亲本的有性生殖。

大部分科学家称这样的现象为生命的表现方式。通常必须具备全部七个特征才能当作为生命。

但是，这个定义也有局限性。例如：有些生物体不能繁殖，因为它们是正常物种中自然形成的生殖器官发育不全的类型（例如工蚁、工蜂），或者它们的生殖器官受到了破坏（比如宦官），或者它们是种间杂种而不能产生后代（例如骡、狮虎兽）。这些生物体仍是生命。有些人说生命的特性是可遗传的；因此，这些不能繁殖的有机体也还是有生命的，它们仍可以通过亲属选择等机理来产生新个体。

有些人认为病毒和朊毒体（能够进行自我复制的蛋白质）是可以自行复制的毒素而不是生命体，因为它们不能在没有其他细胞的情况下表现出生命现象。但是，立克次体和衣原体等有类似细菌的细胞结构的生物也不能独立执行很多重要的生化过程，它们也要进入真核生物宿主细胞的细胞质内进行生长和自我复制。另外，几乎所有的生命都倚赖其他物种提供食物，并且归根结底需要地球上某些细胞的特殊化学作用来提供能量源，如光合作用和海底热泉细菌的硫化作用。

具系统性的生命定义是，生物是自我组织并自我制造的。这些物质不与耗散结构混淆（如：火）。

这个定义变种包括了Stuart Kauffman定义生命为能够复制自己或他人的一种autonomous agent或一种multi-agent system，并最少完成一次热力学循环。

其他定义包括：

1. 生命是具自我组织，自相残杀的系统的特征，而其中包含了可以突变的族群。这定义不包括某些哲学定义为有生命的火焰，但包括了工蚁、病毒和骡。自我复制以及能量消耗只是系统要保持延续的方法之一。这解释了为何蜂有生命但又会为了保护蜂巢而自杀。在这个个案中整个群体运作的方式与生物无异。^{[来源请求]}
2. 一种制造不同且可变复杂性的互动物质组织，透过利用物质和能量复制“接近完美”的个体。这个定义中的“接近完美”便是复制中有利于使生物适应环境的突变。

原始生命的诞生

在1953年，美国芝加哥大学研究生米勒（S.L.Miller）在其导师尤利（H.C.Urey）指导下完成了一个著名的实验，米勒模拟实验（Miller’s simulated experiment）。 他们设计了一套玻璃仪器装置。球形的玻璃容器里模拟的是原始地球的大气，主要有氢气、甲烷和氨气。在实验过程中，需要把烧瓶里的水煮沸，这模拟的是原始海洋里的蒸发现象。球形的电火花室里外接有高频线圈，使电极可以连续火花放电，这模拟的是原始地球大气中的放电现象。放电进行了一周，让米勒惊喜的是，实验中产生了多种氨基酸。 此实验概念来自于： （1）现在远离太阳、历史上可能变化较小的巨行星（如木星和土星），它们的大气都是没有游离氧（O2）的还原性大气，其主要成分是氢（H2）、氦（He）、甲烷（CH4）和氨（NH3）；由此推测原始地球的大气，大概也是这样的还原性大气。 （2） 据测定，现在能作用于地球大气层的能源，主要是太阳辐射中的紫外线、雷电和宇宙射线等。其中宇宙射线不足以合成有机物，还原性气体仅吸收短波紫外线，但短波紫外线（波长＜1500埃）在太阳辐射紫外线中仅占极微量，可作有机合成能源的量极少；而每年雷电次数较多，可作有机合成的能量较大，又在靠近海洋表面处释放，这样在原始地球还原性大气中合成的产物就很容易溶于原始海洋之中。 基于上述考虑，米勒在实验室内进行了模拟原始地球还原性大气中雷鸣闪电的实验，看看能否合成有机物，特别是氨基酸、核糖、嘧啶、嘌呤等组成蛋白质和核酸的生物小分子。

氨基酸和核苷酸是动植物体内普遍存在和最最重要的两种生物小分子，它们是建造生命大厦的砖块和石头。由不是生物体基本结构单元的无机小分子演变为生物小分子，这无疑是生命进化过程中至关重要的一步，但是，由于生物小分子毕竟过于简单，只有它们演变成更为复杂的生物大分子之后，才能导致生命的诞生。
在原始地球上，自然合成的氨基酸和核苷酸随雨水汇集到湖泊海洋里。矿物粘土把这些生物小分子吸附到自己周围，在铜、锌、钠、镁等金属离子催化下，许多氨基酸分子通过脱去水分子而连接在一起，形成更为复杂的分子，也就是蛋白质分子。同样，许多核苷酸分子可以通过脱去水分子而连接在一起，形成更为复杂的分子，也就是核酸分子。
核酸是生物的遗传物质，生物体生长、繁殖、行为和新陈代谢的信息就包含在核酸分子里核苷酸的排列顺序中，可以说，每一种核苷酸排列顺序都是一篇记录着生命信息的文章，书写的文字就是核苷酸。
核酸是生命的信息分子，对于生命是绝对重要的。然而核酸的功能却是通过蛋白质来实现的，就连核酸本身的复制都需要蛋白质参与。
原始地球的湖泊海洋里出现了核酸和蛋白质以后，也许有人认为生命从此就诞生了，因为自然界中一些病毒就是由核酸和蛋白质组成的，而类病毒就更是简单得可怜，只是一个核酸分子，这个核酸分子能侵入植物细胞并使植物得病，马铃薯纺锤状块茎病就是这种类病毒感染的结果。
病毒和类病毒只能在活细胞内生存繁殖，至于是不是一种生命形式，目前还存在争议。
生物为了适应环境，在进化过程中，它必须从简单到复杂、从低级到高级这样一个过程当中进行演化，而一个简单的分子，在传宗接代过程中是无能为力把其它物质聚集在自己周围的，它必须形成具有一定结构的复杂形态的实体。
在原始海洋里，随着时间推移，自然合成的生物大分子浓度越来越高，最终形成了具有一定形态结构的分子实体，并进一步进化为最原始的生命。


相关参考：http://old.biovip.com/content/20050826/35141.htm

地球的诞生

在我们居住的这个美丽的浅蓝色星球上，繁衍生息着十几万种微生物，30多万种植物和100多万种动物，那么人们不禁要问，如此丰富多样的生物最初是从哪里来的呢？

科学家研究发现，今天我们地球上的生物，无论大小，都是由细胞组成的，细胞里与生命活动有关的主要是一些结构复杂的生物分子，这些生物分子是怎样起源的呢？故事得从地球的诞生讲起。

以下片段虽为日语，但单从精彩的画面，我们也可以窥探到当时壮观的场面。

那是在大约50亿年前，宇宙中一团弥漫的缓缓转动的气体尘埃云形成了原始太阳系。到了47亿年前，原始太阳系里一些气体尘埃云又凝聚形成了最初的地球。刚刚诞生的地球十分寒冷、荒凉，没有结构复杂的物质，当然也不会有生命。生命是随着原始大气的诞生开始孕育的。


在早期太阳系里，一些处于原始状态的天体频繁和幼小的地球相撞，这一方面增大了地球体积，另一方面运动的能量转化为热能贮存在了地球内部。撞击不断地发生，地球内部蓄积了大量热能。地球的平均温度高达摄氏几千度，内部的金属和矿物变成了融融的炽热岩浆。岩浆在地球内部剧烈运动着，不时冲出地球表面形成火山爆发。在原始地球上，火山爆发十分频繁。随着火山爆发，地球内部一些气体被源源不断地释放出来，形成了原始大气。不过，这时的地球上仍然没有生物分子。
在以后的岁月里，由于日积月累，原始大气中的水蒸气越来越多，地球表面温度开始降低。当降低到水的沸点以下时，水蒸气就化作倾盆大雨降落到了地面上。倾盆大雨不分昼夜地下着，形成了最初的海洋，这为生命的诞生准备了摇篮。

一个蛮精彩的片段，不但有地球形成的模拟视频，还有很好听的音乐，揭示了地球表面的形成过程。

那时地球表面的温度仍然很高，到了大约36亿年前，海水的温度已降为80℃左右，然而在此之前，原始生命就已悄悄孕育了。


生命的诞生与原始大气十分有缘。据推测，原始大气的主要成份是一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水蒸气、氨气。这些简单的气体分子要想成为生物分子，就必须变得足够复杂。合成复杂物质是需要消耗能量的。


值得庆幸的是，在原始地球上有各种形式的能量可供利用。首先，原始大气没有臭氧层，阳光中的紫外线可以毫无顾忌地进入大气，这为地球带来了能量。其次，原始大气中会出现闪电，闪电是一种能量释放现象。再次，原始地球上火山活动频繁，火山喷发可以释放大量热量。


简单的气体分子在吸收了能量之后，它们会变得异常地活泼，进而产生化学反应，形成复杂的(生命)物质。美国的科学家米勒是第一位模拟原始地球的大气的条件，成功地合成出复杂（生命）物质的科学家。


来源：http://www.most.gov.cn/kxjspj/gzkp/200702/t20070201_40765.htm

蔡老师的生物天地

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