在这一节中，我们将介绍的细胞结构草履虫．除非提到，我们指的是草履虫caudatum作为草履虫细胞的典型例子．
我们还有4篇关于草履虫的博文:
第一部分草履虫的生物学分类——名称、历史和进化
第二部分。的结构草履虫细胞
第三部分。草履虫繁殖、生理和行为
第四部分草履虫的自然栖息与栽培——为你的显微工程寻找草履虫
本文将介绍
草履虫的解剖学
[在这张图中]显示草履虫细胞解剖结构的标记图。
每个结构/细胞器及其功能将在本文中解释。
草履虫有一种柔软的铠甲，叫做被膜
草履虫细胞的身体被一层坚硬但有弹性的膜包裹着，称为被膜。细胞膜是由细胞产生的一种薄的凝胶状物质组成的。草履虫的一层被膜使草履虫具有明确的形态，并能很好地保护其细胞成分。草履虫的膜在本质上也是有弹性的，这使得草履虫可以轻微地改变它的形状。
草履虫的皮肤上覆盖着许多被称为纤毛的细小毛发
覆盖在细胞膜上的是许多微小的毛，叫做纤毛(单数纤毛)。纤毛是分布在细胞各处的突出物。一个p . caudatum细胞可以有5000-6000根纤毛。
纤毛是非常微小的结构，直径约为0.25 μm，长度可达20 μm。我们只能看到细胞纤毛的整体运动，但在普通光学显微镜下很难清楚地看到它们。
[在这个视频中]显微镜下草履虫纤毛的运动。
草履虫细胞上有两种纤毛:口纤毛和体纤毛。口服纤毛存在于口腔槽的表面。他们帮助收集食物材料。体纤毛都在体表上，便于其运动。它们就像显微镜下的桨一样，推动有机体向一个方向移动。
体纤毛纵向排列(沿头尾轴)，在整个细胞中长度相当均匀。在细胞的后端也有一些较长的纤毛(非常明显p . caudatum)．这些表单尾一丛纤毛(因此得名caudatum)．
草履虫细胞上不同类型的纤毛-口纤毛，体纤毛和尾簇。
纤毛的微观视图
科学家花了大量的时间和精力研究草履虫纤毛。为什么?
这是因为纤毛不是微生物所独有的，如草履虫或纤毛。事实上，我们的细胞上也有纤毛。例如，运动纤毛存在于呼吸道的呼吸上皮细胞上，它们通过清除黏液和污垢来清洁我们的肺部。
先进的显微镜在这类细胞生物学研究中是很强大的。例如，扫描电子显微镜(扫描电镜)可以让我们看到草履虫纤毛的形态、方向和密度。与一个透射电子显微镜(TEM)，可以看到纤毛横切面的超微结构。在基于抗体的免疫荧光染色的帮助下，科学家甚至可以看到什么样的蛋白质有助于纤毛的结构、运动和生长。
[在这张图中]科学家们使用先进的显微镜来回答草履虫纤毛的问题。左图:扫描电镜显示纤毛的形态(图片来源:Judith L. Van Houten)。中:TEM为我们提供了详细的纤毛横切面图像(图片来源:Richard Allen)。右图:荧光显微镜显示纤毛如何固定在细胞表面。
毛膜和纤毛的结构
在先进显微镜的帮助下，科学家们现在知道纤毛是如何生长和运动的细节。正如你在下面的插图中所看到的，这层膜并不光滑。相反，有许多肿块(称为肺泡)，在膜上有一个凹陷。纤毛通过每个凹处的中心孔伸出，在基部有锚。
[在这张图中]纤毛和被膜的详细结构。
科学家们还发现了纤毛内的物质。纤毛由微管束组成。微管是细胞内具有多种功能的蛋白质纤维。微管可以作为细胞间的高速公路用于分子和细胞器的运输。在细胞分裂，从两个中心体投射出的微管纤维将染色体分开形成新的细胞核。开云体育电脑官网
纤毛的组织。
每个纤毛包含9对微管，形成一个环的外部和两个中心微管。这种结构被称为轴素。微管是由交联蛋白连接在一起的。每一对微管纤维之间都有一种叫做动力蛋白的运动蛋白。
图片来源:LadyofHatswiki。
马达蛋白(动力蛋白)的使用三磷酸腺苷作为沿着微管爬行的能量。当动力蛋白在一侧向上运动而在另一侧向下运动时，纤毛弯曲。反复的弯曲-放松的循环使纤毛像桨一样，来回拍打来创造运动。
看看纤毛是如何摆动的
如果纤毛只是以同样的方式来回摆动，细胞就无法移动。向前和向后划水都要到位不同的阶段才能产生有意义的推进力。
科学家们使用带有高速摄像机的显微镜来捕捉草履虫纤毛是如何推动整个身体运动的。他们看起来很聪明!
[在这个视频中]纤毛的运动表现出美丽的异时波状协调，相邻纤毛之间保持恒定的相位差。
通过逐帧分析高速视频，科学家们发现草履虫的游泳方式与我们的前爬泳游泳方式相似。
有效(向前)冲程:在有效的划水过程中，纤毛垂直向上延伸(为了吸收更多的水)，与水拍打，从而使身体向前，使水向后。
恢复(向后)冲程:恢复中风时纤毛通过向后运动恢复到原来的位置。纤毛倾向于弯曲，并保持更接近细胞表面，以减少阻力。
[在这张图中]草履虫纤毛的描边图案。
纤毛的运动可分为有效(向前)和恢复(向后)两种。两种划水交替重复，以推动草履虫的身体，当我们游泳在前匍匐式。
草履虫细胞不像我们只有两条手臂，它有成千上万的纤毛。为了有效地游泳，所有的纤毛都不会同时移动。纤毛群分为两种协调节律。
同步的节奏-横排纤毛同时移动。
异时节律——纵排纤毛依次跳动。这就产生了从前端到后端的异时波。
[在这张图中]纤毛以异时节奏移动，以产生推进力。
另一个有趣的行为是草履虫的逃跑方式。如果草履虫遇到障碍，纤毛的跳动就会停止并逆转。这使得草履虫向后游，以避开障碍物或捕食者。
草履虫能移动多快?
你可能想知道草履虫能移动多快?他们跑得比奥运金牌得主还快!
大多数纤毛虫，比如草履虫，都是不可思议的游泳者。纤毛的原因吗?当你的体型不足一毫米时，水就像黏糊糊的糖浆。像鱼一样游泳不是很有效率!如果你想游得快又能机动，纤毛是最好的选择。
草履虫的纤毛像许多小桨一样移动，推动生物体在水中以一种“是体长的四倍每秒”。对于一个p . caudatum它的长度为300微米(微米)，它可以以每秒1200微米(等于每小时0.0027英里)的速度游泳。如果迈克尔·菲尔普斯(6英尺4英寸，1.93米)像草履虫一样游泳，他将以每秒7.72米的速度游完100米，用时12.95秒。这比游泳世界纪录快了四倍!
[在这张图中]原生动物的三种运动方式。
纤毛——协调地跳动着游动。伪足-通过改变细胞形状在表面爬行。鞭毛——像螺旋桨一样旋转游动。
图片来源:流明．
草履虫如何进食?
口沟
草履虫吃其他微生物，如细菌、酵母或藻类。它们通过一个类似于我们的嘴-食道-胃的系统进食。有一个大斜浅洼地，叫口沟，在草履虫身体的腹外侧。这个口腔槽给动物一个不对称的外观。
口腔槽是食物进入细胞的入口。口腔槽表面覆盖有口腔纤毛。这些口腔纤毛拍打形成流入口腔的水流，将食物带入口腔槽。
[在这张图中]草履虫进食系统的近景。
你可以沿着红色箭头追踪食物通过草履虫的进食系统的路径。首先，通过口腔纤毛的运动，食物颗粒被收集到口腔槽中。食物物质从胞口到达胞咽，然后通过吞噬进入食物液泡。食物液泡内的消化酶将食物分解成小的营养分子。营养物质被细胞吸收进入细胞质后，不可消化的碎片从肛门孔排出。
胞口，胞咽和食物液泡
口腔槽的末端连接着一个漏斗状结构，叫做入口孔或细胞的嘴．口腔纤毛还覆盖在胞口腔内，将食物颗粒带到胞口漏斗底部，并延伸到细胞咽部。
的细胞咽是一种管状结构(像我们的食道)，通向食物液泡。食物液泡由细胞咽的后端萌发形成的。食物液泡的功能就像我们的胃，含有消化酶，把食物分解成营养分子。
通过食物液泡吞噬的摄食过程，称为吞噬作用，是常见的单细胞微生物如变形虫．然而，只有纤毛虫和Euglena科的成员发展了特殊的细胞口-细胞咽系统。
草履虫会拉屎吗?
肛门孔
答案是肯定的。草履虫有自己的排泄方式。消化后的食物中的营养物质被细胞质吸收后，食物液泡内仍有难以消化的残渣。废物将从一个叫做肛门孔或细胞肛．
各种单细胞真核生物都有肛门孔。草履虫的肛孔是不被脊和纤毛覆盖的被膜区域。薄的膜使液泡合并到细胞表面并被排空。
草履虫细胞体的特化“皮”
外质和内质
与多细胞生物有一层专门的皮肤细胞作为保护屏障不同，单细胞草履虫发育出一层“细胞皮肤”来保护自己。
如前所述，最外层是由膜和纤毛组成的软壳。与细胞膜结合的是一层狭窄的特殊化的坚固细胞质外周层，称为外质．在星质下面是一种更流动的细胞质:胞质内质．这个区域包含了大部分的细胞成分和细胞器。
[在这张图中]草履虫皮肤结构的近距离观察。
在这张草履虫细胞的高分辨率图像中，你可以看到两层细胞质:外质和内质。毛囊是嵌在外质层中的保护性细胞器。(图片由Michael Plewka的作品）
与细胞质(内质)的其他部分相比，外质形成薄、密、透明的外层，包含毛囊和纤维结构。纤毛的根也固定在外质层。草履虫的皮层和外质共同起保护作用。
刺细胞
刺细胞是位于外质中的纺锤状小细胞器，在被膜表面开有一个微小的孔。毛囊与外质垂直排列。毛囊内充满了含有膨胀物质的致密折射液。当细胞受到机械、化学或电的刺激时，毛囊排出其内容物，成为又长又细的刺刺刺。在它们被释放后，新的由着丝体产生。
毛囊的确切功能还不十分清楚，尽管一个流行的理论是它们对防御捕食者很重要。毛囊也可以帮助细胞粘附和支持草履虫细胞体。
[在这个图中]草履虫的毛囊。
毛囊是纺锤状的细胞器，可以释放刺丝作为抵御捕食者的保护。左图:透射电镜图像显示毛囊嵌在外质中。当受到外界刺激时，毛囊的核心会吞咽并将刺刺从鞘中推出。(图片来源:Bannister, J. Cell science . 11:99 - 929,1972)右图:高度放大的相位对比图像显示草履虫释放其尖状毛囊以保护自己。(图片来源:Walter Dawn，大英百科全书)
草履虫的细胞体里面是什么?
细胞质和细胞器
像正常的真核细胞一样，草履虫的膜层里面有一种果冻状的物质叫做细胞质．细胞质包括胞质所有的细胞器．细胞内的细胞质就像浓缩的汤。它是溶于水的各种物质的复杂混合物。你可以找到小分子，如离子(钠、钾或煅烧钙)、氨基酸、核苷酸(DNA的基本单位)、脂类、糖，以及大分子，如蛋白质和rna。
草履虫具有真核细胞的所有常见细胞器，包括线粒体(细胞的能量来源)，内质网而且核糖体(其中蛋白质合成)，高尔基体(牢房里的邮局)，溶酶体(消化酶的储存)，过氧化物酶体(细胞内的化学实验室)。
与植物细胞不同，草履虫没有叶绿体。
草履虫不像普通的真核细胞，它有两个核一个大的和一个小的。草履虫也有两种液泡:伸缩泡而且食物泡在人类细胞中是不存在的。
草履虫是由一个双核CPU -宏核和微核
草履虫最不寻常的特征是它们的细胞核。细胞核有两种类型，它们的形状、内容和功能不同。
[在此图中]a的大核(MA)和微核(MI)p . putrinum细胞。白色和黑色箭头指向细胞质内的共生细菌。
图片来源:MDPI
微核
原子核的两种类型是微核和大核。的微核是二倍体;也就是说，它包含每个草履虫染色体的两个副本(人类的细胞核也是二倍体)。微核包含生物体中存在的所有DNA(称为基因组)。这种DNA在繁殖过程中从一代传给另一代。
大核
另一方面，大核含有来自微核的DNA子集。这些DNA片段从微核复制到大核，因为它们携带草履虫细胞经常需要的基因。大核中的基因被主动转录为mRNA，然后转译为蛋白质。大核为多倍体，或包含每个染色体的多个拷贝，有时可达800个拷贝。
微核与大核的功能
换句话说，函数微核是为了保持基因的稳定性并确保理想的基因传递给下一代。它也被称为生殖系或生殖核。大核在非生殖细胞功能中起作用，包括细胞日常功能所需基因的表达。大核也被称为营养核。
如果我们用计算机作比喻，微核就是保存细胞程序完整副本的硬盘驱动器。宏核充当随机存取存储器(RAM)，存储工作数据和机器码。计算机只将当前正在使用的程序从硬盘加载到ram。在草履虫细胞中，更活跃的基因(意味着细胞需要更多由这些基因编码的蛋白质)可能在大核中有更多的副本。
草履虫和其他纤毛虫有两个不同的细胞核的另一个原因是，这是一种机制，通过这种机制，草履虫和其他纤毛虫可以避开基因入侵者(即窥探自己进入基因组的DNA片段，例如病毒的DNA)。
由于有两个细胞核，如果一段DNA在微核中而不在大核中，它将在下一轮细胞分裂中被移除。换句话说，如果某种外来物质进入了微核基因组，那么当下一个宏核产生时，它将被移除，不包含在表达的基因组中。这种机制如同原始的DNA免疫系统;也就是说，研究基因组并试图阻止入侵元素。
形态学上，大核呈肾样或椭球状。微核靠近大核。它是一个小而紧凑的结构，球形的形状。所有草履虫物种都有一个大核。然而，微核的数量因物种而异。例如,p .水母有两个微核和p . multimicronucleatum有几个。
草履虫的两种重要液泡
“液泡”这个名字描述的是这些细胞器看起来透明，往往充满液体。液泡在草履虫细胞中具有特定的功能。草履虫有两种液泡:收缩液泡和食物液泡．
收缩液泡起渗透调节水泵的作用
一个草履虫细胞有两个星形收缩液泡坐在身体的两端。它们充满液体，存在于内质和外质之间的固定位置。收缩液泡负责渗透调节，或从电池中排出多余的水。
如何应对“渗透力”是所有生物面临的普遍挑战。这对草履虫等单细胞微生物尤为重要。
我们知道，每个细胞都被细胞膜包围着。这种膜上有小孔，允许小分子(如水)通过，但不允许大分子(如盐)通过。由于这种性质，细胞膜是部分透性的。渗透作用是水分子通过部分透水膜从高水浓度区域(稀溶液)移动到低水浓度区域(浓溶液)的过程。
[在这张图中]动物细胞(图中以红细胞为例)对渗透压很敏感。当我们的细胞处于等张的环境(就像我们的血液)，水分子进出相等，细胞是安全的。如果环境变成了低渗的意味着溶质(矿物质)比等渗少，水会进入细胞以达到平衡。如果不把多余的水从细胞中除去，细胞会膨胀甚至破裂。另一方面，”高渗是由于环境中溶质增多，会导致细胞萎缩。
收缩液泡的作用是调节细胞内的水量。淡水是草履虫的低渗环境，水通过渗透进入细胞。收缩液泡通过收缩和防止细胞吸收过多的水甚至破裂来将水排出细胞外。
收缩液泡是如何工作的?
每个收缩液泡都与几个根管相连(形成了它的星形)。多余的水分从草履虫体内排出，通过这些管道进入收缩液泡。水的积累使液泡增大。一旦蓄水池达到一个容纳阈值，收缩液泡收缩通过膜上的一个孔排出多余的水。
两个收缩液泡独立工作。后收缩液泡靠近细胞咽部，因此由于有更多的水通过而收缩得更快。当收缩液泡破裂时，它可能周期性地消失，因此被称为临时器官。
[在这张图中]草履虫的高清图像显示两个星形收缩液泡和一个大核。这张照片是由来自巴拿马巴拿马城的罗格里奥·莫雷诺(Rogelio Moreno)在40倍放大倍率下使用差分干涉对比度(DIC)拍摄的。接收到的图像2013年尼康显微摄影大赛第四名．
食物液泡
当草履虫细胞通过口腔槽收集食物，并通过胞口向细胞咽部底部移动时，这些食物物质被囊入食物液泡．食物液泡与细胞器融合称为溶酶体它的酶分解食物分子并进行消化。
食物液泡是不收缩的，形状大致为球形。它们作为一个隔离的隔间，允许酶只分解食物颗粒，而不能分解其他细胞器。食物液泡的大小取决于食物的量和消化的进展。难以消化的碎片会从被膜上的开口中喷射出来肛门孔或细胞肛．
广播:草履虫是如何移动的?-生物博士问答
广播:草履虫吃什么?-生物博士问答
广播:草履虫如何进食?-生物博士问答
广播:草履虫用什么来防御?-生物博士问答
广播:草履虫是单细胞还是多细胞?-生物博士问答
广播:草履虫有多大?-生物博士问答
广播:草履虫是原核生物还是真核生物?-生物博士问答
广播:草履虫是如何调节自身含水量的?-生物博士问答