細(xì)胞壁是由多糖、蛋白質(zhì)、芳香族化合物組成的復(fù)合體,是植物的重要組成部分,也是區(qū)別于動物的特征之一。它主要起支撐作用,同時參與細(xì)胞識別、保護(hù)植物細(xì)胞免受外界病菌的侵?jǐn)_等。1665年,羅伯特.胡克首先用顯微鏡發(fā)現(xiàn)了植物細(xì)胞壁的微觀結(jié)構(gòu)。隨著實(shí)驗手段的改進(jìn),包括各種染色技術(shù)和顯微鏡技術(shù)的發(fā)展,使人們對細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步的認(rèn)識。近幾年,AFM逐漸應(yīng)用到細(xì)胞壁的相關(guān)研究中。

細(xì)胞壁多糖纖維素以微纖絲(microfibril)的形式存在,光學(xué)顯微鏡無法看到微纖絲的結(jié)構(gòu)。1996年,Kirby等用AFM分別觀察了蘋果(Maluspumila)、荸薺(Eleocharisdulcis)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)和胡蘿卜(Daucuscarota)幾種植物軟組織細(xì)胞壁的超級結(jié)構(gòu)(Kirbyetal.,1996)。他們將樣品分為凍融和鮮樣兩組,測得微纖絲的直徑為25nm。單個細(xì)胞壁多糖分子(Morrisetal.,1997)、洋蔥(Alliumcepa)和擬南芥初生壁的結(jié)構(gòu)(DaviesandHarris,2003)、細(xì)胞壁多糖復(fù)合物鼠李半乳糖醛酸聚糖(RG-Ⅱ)分子(Perezetal.,2003)的AFM成像相繼獲得成功;Yan等(2004)對原始細(xì)胞壁進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁表面覆蓋一層蠟質(zhì),初生壁和次生壁的纖維素和半纖維素呈網(wǎng)狀排列,木質(zhì)素位于網(wǎng)絡(luò)表面,次生壁中有單晶和三晶的纖維素晶體結(jié)構(gòu)存在,同時對相圖(phase)進(jìn)行了分析。與以往的提取方式不同,Ding和Himmel(2006)直接觀察玉米(Zeamays)初生壁微纖絲,提出了纖維網(wǎng)絡(luò)理論及其合成過程。一些針對細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的化學(xué)、物理處理先后展開。分析纖維素酶對棉花纖維的作用時,AFM圖像提供了最直觀的證據(jù)。CBHI纖維素酶單獨(dú)作用6小時,沿微纖絲伸展方向出現(xiàn)明顯的縫隙;EGⅡ纖維素酶單獨(dú)作用6小時,纖維表面剝落且光滑;EGⅡ先作用6小時,然后CBHⅠ作用6小時,纖維膨脹且光滑,無縫隙,可能是由于吸附EGⅡ后影響了CBHⅠ的作用;而CBHⅠ和EGⅡ同時加入作用6小時,無法辨認(rèn)出微纖絲的輪廓,推斷兩種纖維素酶同時存在時才會使棉花纖維降解(Leeetal.,2000)。Thimm等(2000)對芹菜(Apiumgraveolens)軟組織細(xì)胞的研究表明,在脫水過程中微纖絲的直徑增加,凍干后微纖絲的直徑大于空氣干燥的直徑。Yoshino等(2000)利用AFM觀察經(jīng)過氙氣處理過的大麥(Hordeumvulgare)胚芽鞘細(xì)胞,與對照相比,在空氣中經(jīng)0.1MPa氙氣處理,細(xì)胞壁變得粗糙,120nm寬、5nm高的纖維結(jié)構(gòu)分布于初生壁中;而在溶液中經(jīng)0.38MPa氙氣處理后的細(xì)胞壁局部粗糙,局部平滑;0.48MPa處理的則變得光滑。經(jīng)紫外線處理后,葡萄(Vitisvinifera)細(xì)胞壁表面出現(xiàn)了果膠分子鏈,證明細(xì)胞壁具有抵抗紫外線的能力(Lesniewskaetal.,2004)。由黑云杉(Piceamariana)制成的牛皮紙紙漿樣品經(jīng)過過氧化氫(H2O2)漂白后,纖維表面出現(xiàn)球狀的木質(zhì)素分子堆積,證明了H2O2能夠氧化纖維素和木質(zhì)素兩種生物大分子。