基本介紹
基本信息,簡史,第一階段,第二階段,第三階段,第四階段,發展,學科交叉,細胞社會學,生物經濟,時代特點,發展前景,
基本信息
細胞生物學是以細胞為研究對象，從細胞的整體水平、亞顯微水平、分子水平等三個層次，以動態的觀點， 研究細胞和細胞器的結構和功能、細胞的生活史和各種生命活動規律的學科。細胞生物學是現代生命科學的前沿分支學科之一，主要是從細胞的不同結構層次來研究細胞的生命活動的基本規律拔良符。從生命結構層次看，細胞生物學位於分子生物學與發育生物學之間，同它們相互銜接，幾疊船龍互相滲透。
細胞生物學
細胞生物學運用近代物理學和化學的技術成就和分子生物學的方法、概念，在細胞水平上研究生命活動的科學，其講料核心問題是遺傳與發育的問題。
簡史
細胞生物學雖說是一個比較年輕的學科，從學術思想上卻可以追溯到較早的年代。凝淋企1883年德國胚胎學家W.魯就闡述過關於遺傳和發育的構想。他假定受精卵中包含著所有的遺傳物質，後者在卵裂時不是平均地分配到子細胞中，這種不同質的分裂決定子細胞及其後代的命運。試霸乘德國動物學家魏斯曼發展了這種想法，提出了種質學說，認為裂球的不均等分裂導致了細胞的分化。雖然這些見解都已證明是錯誤的，但是可以看出細胞生物學所要解決的問題在那時已被提出來了。以後E.B.威爾遜1927年在他的《細胞──在發育和遺傳中》的巨著中明確指出：細胞是生命活動的基本單位，發育和遺傳這些生命現象應當在細胞上研究。1934年，美國遺傳學家和胚胎學家T.H.摩爾根在遺傳學取得巨大成就之後，在企圖融合發育與遺傳的《胚胎學與遺傳學》一書中寫道：“可以構想，各原生質區域在開始時的差異會影響基因的活動，然後基因又反轉過來影響原生質，後者就開始一系列新的、相應的反應。這樣，我們可以勾畫出胚胎各部分的逐步建立和分化。”但在摩爾根的年代，由於細胞學和其他相鄰學科還未發生密切的聯繫，或者說其他學科尚未能在細胞水平上開展關於發育和遺傳的研究，所以細胞生物學只能在50年代之後，各方面的條件逐漸成熟了，才得以蓬勃發展。
從研究內容來看細胞生物學的發展可分為三個層次，即：顯微水平、超微水平和分子水平。從端戀葛時間縱軸來看細胞生物學的歷史大致可以劃分為四個主要的階段：
第一階段
從16世紀後期到19世紀30年代，是細胞發現和細胞知識的積累階段。通過對大量動植物的觀察，人們逐漸意識到不同的生物都是由形形色色的細胞構成的。
第二階段
從1839年M.J.施萊登和T.A.H.施旺的細胞學說問世以來姜鞏趨仔，確立了細胞（真核細胞）是多細胞生物結構和生命活動的基本單位。開闢了一個新的研究領域，但是長期以來，細胞學的研究偏重在結構方面，在顯微水平研究細胞的結構與功能是這一時期的主要特點。形態學、胚胎學和染色體知識的積累，使人們認識了細胞在生命活動中的重要作用。1893年Hertwig的專著《細胞與組織》（Die Zelle und die Gewebe）出版，標誌著細胞學的誕生。其後1896年哥倫比亞大學Wilson編著的The Cell in Development and Heredity、1920年墨爾本大學Agar編著的Cytology 都是這一領域最早的教科書。
第三階段
從20世紀30年代到70年代，電子顯微鏡技術出現後，使人們對於光學顯微鏡下看不到的精細結構有了明確的認識，把細胞學帶入了第三大發展時期。這短短40年間不僅發現了細胞的各類超微結構，而且也認識了細胞膜、線粒體、葉綠體等不同結構的功能，使細胞學發展為細胞生物學。同時，分子生物學、分子遺傳學以原核生物為材料取得的成就，使人們了解到遺傳密碼、中心法則以及原核生物中基因表達的調節與控制等基本問題，這些都直接促進了細胞生物學的發展。De Robertis等人1924出版的普通細胞學（General Cytology）在1965年第四版的時候定名為細胞生物學（Cell Biology），這是最早的細胞生物學教材之一。
細胞膜結構
細胞膜結構第四階段
從20世紀70年代基因重組技術的出現到當前，細胞生物學與分子生物學的結合愈來愈緊密，研究細胞的分子結構及其在生命活動中的作用成為主要任務，基因調控、信號轉導、腫瘤生物學、細胞分化和凋亡是當代的研究熱點。
發展
19世紀後期顯微技術的改進，生物固定技術（如：Fleming 1882，1884；Canoy 1886）和染色技術的出現極大的方便了人們對細胞顯微結構的認識，各種細胞器相繼被發現，20世紀30年代電子顯微鏡技術的問世，使細胞形態的研究達到了空前的高潮。20世紀50年代分子生物學的興起，推動細胞生物學的研究進入了分子水平。
1.1831 英國人Robert Brown 發現植物細胞核。
2.1832 比利時人C. J. Dumortier 觀察了藻類的細胞分裂，並認為細胞來源於原來存在的細胞。
3.1835 德國人H. von Molh 仔細觀察了植物的細胞分裂，認為是植物的根和芽尖極易觀察到的現象。
4.1835 法國人F. Dujardin 觀察動物活細胞時發現“肉樣質”（Sarcode）。
5.1839 捷克人J. E. Pukinye 用protoplasm這一術語描述細胞物質，“Protoplast”為神學用語，指人類始祖亞當。
6.1841 波蘭人R. Remak發現雞胚血細胞的直接分裂（無絲分裂）。
7.1846 德國人H. von Mohl研究了植物原生質，發表了“identifies protoplasm as the substance of cells”。
8.1848 德國人W. Hofmeister 描繪了鴨跖草Tradescantia的花粉母細胞，明確的體現出染色體，但他沒有認識到之一重要性，40年後德國人H. von Waldeyer因這一結構可被鹼性染料著色而定名為Chromosome。
9.1861 德國人M. Shultze 認為動物細胞內的肉樣質和植物體內的原生質具有同樣的意義，他給細胞的定義是：“the cell is an accumulation of living substance or protoplasm definitely delimited in space and possessing a cell membrane and nucleus。”
10.1864 德國人Max Schultze 觀察了植物的胞間連絲。
11.1865 德國人J. von Suchs 發現葉綠體。
12.1866 奧地利人G. Mendel 發表了對豌豆的雜交試驗結果，提出遺傳的分離規律和自由組合規律。
13.1868 英國人T. H. Huxley 在愛丁堡作題為“生命的物質基礎”（the physical basis of life）的演講報告時首次把原生質的概念介紹給了英國公眾。
14.1869 瑞士人F. Miescher 從膿細胞中分離出核酸。
15.1876 德國人O.Hertwig發現海膽的受精現象，其論文題目為“observe the fertilization of a sea urchin egg”。
16.1879 德國人W. Flemming觀察了蠑螈細胞的有絲分裂，於1882年提出了mitosis 這一術語。後來德國人E. Strasburger(1876-80)在植物細胞中發現有絲分裂，認為有絲分裂的實質是核內絲狀物（染色體）的形成及其向兩個子細胞的平均分配，動植物的受精實質上是父本和母本配子核的融合，並於1984提出了Prophase和Metaphase的概念。
17.1882 德國人E. Strasburger 提出細胞質（cytoplasm）和核質（nucleoplasm）的概念。
19.1883 比利時人E. van Beneden和德國人T. Boveri發現中心體。
20.1884 德國人O.Hertwig和E. Strasburger提出細胞核控制遺傳的論斷。
21.1886 德國人A. Weismann 提出種質論。
22.1890 德國人Richard Altmann 描述了線粒體的染色方法，他推測線粒體就像細胞的內共生物，並認為線粒體與能量代謝有關。他還於1889年提出了核酸的概念。
23.1892 德國人T. Boveri和O. Hertwig研究了減數分裂的本質，並描述了染色體聯會現象。
24.1898 義大利人C. Golgi 用銀染法觀察高爾基體。
25.1900孟德爾在34年前發表的遺傳法則被重新發現。
26.1905 美國人Clarence McClung shows that female mammals have 2 X chromosomes and that males have an X and a Y
27.1908 美國人T. H. Morgan以Drosophila melanogaster為材料開始著名的遺傳學實驗，1910年提出遺傳的染色體理論，1919年發表“遺傳的本質”（Physical Basis of Heredity）。1926年發表“基因學說”（The Theory of the Gene）
30.1940 德國人G. A. Kausche和H. Ruska 發表了世界第一張葉綠體的電鏡照片。
31.1941 美國人G. W. Beadle和E. L. Tatum提出一個基因一個酶的概念。
32.1944 美國人O. Avery，C. Macleod 和M. McCarthy等人通過微生物轉化試驗證明DNA是遺傳物質。
33.1945 美國的K. R. Porter、A. Claude 和E. F. Fullam發現小鼠成纖維細胞中的內質網。
34.1949 加拿大人M. Bar發現巴氏小體。
35.1951 美國人James Bonner發現線粒體與細胞呼吸有關。
36.1953 美國人J. D. Watson 和英國人F. H. C. Crick提出DNA雙螺旋模型。
38.1955 美國人Vincent Du Vigneaud因人工合成多肽而獲諾貝爾獎。
39.1956年，蔣有興（美籍華人）利用徐道覺發明的低滲處理技術證實了人的2n為46條，而不是48條。
40.1957 J. D. Robertson[2]用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結構。
42.1961-64 美國人M. W. Nirenberg破譯DNA遺傳密碼。
43.1968 瑞士人Werner Arber從細菌中發現DNA限制性內切酶。
45.1971 美國人Daniel Nathans 和Hamilton Smith發展了核酸酶切技術。
46.1973 美國人S. Cohen和H. Boyer將外源基因拼接在質粒中，並在大腸桿菌中表達，從而揭開基因工程的序幕。
48.1982 美國人S. B. Prusiner發現蛋白質因子Prion，更新了醫學感染的概念，於1997年獲諾貝爾生理醫學獎。
49.1983 美國人K. B. Mullis發明PCR儀，1987年發表了“Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction”，於1993年獲諾貝爾化學獎。
50.1984 德國人G. J. F. Kohler、阿根廷人C. Milstein[3]和丹麥科學家N. K. Jerne由於發展了單克隆抗體技術，完善了極微量蛋白質的檢測技術而分享了諾貝爾生理醫學獎。
51.1989 美國人S. Altman和T. R. Cech由於發現某些RNA具有酶的功能（稱為核酶）而共享諾貝爾化學獎。Bishop和Varmus由於發現正常細胞同樣帶有原癌基因而分享當年的諾貝爾生理醫學獎。
52.1997多利羊在盧斯林研究所誕生，成為世紀末的重大新聞。多利是Ian Wilmut領導的研究小組克隆的（圖1-3）。
53.1998 美國人T. Wakayama和R. Yanagimachi成功地用凍乾精子繁殖出小鼠。
54.2000 世界首例克隆豬在蘇格蘭誕生，是由Alan Coleman領導的研究小組克隆的。
55.2001 美國人Leland Hartwell、英國人Paul Nurse、Timothy Hunt因對細胞周期調控機理的研究而獲諾貝爾生理醫學獎。
56.2002 英國人Sydney Brenner、美國人H. Robert Horvitz和英國人John E. Sulston，因在器官發育的遺傳調控和細胞程式性死亡方面的研究獲諾貝爾生理學或醫學獎。
57.2003 美國科學家Peter Agre和Roderick MacKinnon，分別因對細胞膜水通道，離子通道結構和機理研究而獲諾貝爾化學獎。
學科交叉
細胞生物學廣泛地利用相鄰學科的成就，在技術方法上是博採眾長，凡是能夠解決問題的都會被使用。例如用分子生物學的方法研究基因的結構，用生物化學、分子生物學的方法研究染色體上的各種非組蛋白和它們對基因活動的調節和控制或者利用免疫學的方法研究細胞骨架的各種蛋白（微管蛋白、微絲蛋白、各種中等纖維蛋白）在細胞中的分布以及在生命活動中的變化。起源於分子遺傳學的重組DNA技術和起源於免疫學的產生單克隆抗體的雜交瘤技術，也成了細胞生物學的有力工具。顯然，一種方法所解決的問題不一定屬於原來建立這一方法的學科。例如用分子生物學的方法解決了核小體的結構，嚴格地說這應是形態學的範疇。這樣的例子並不少見，在這裡學科的界限也被抹掉了。也許可以說細胞核移植、微量注射和細胞融合是細胞生物學自身發展起來的方法，但是用這些方法進行的實驗往往也需要其他方法配合來做進一步分析。
細胞生物學與其說是一個學科，倒不如說它是一個領域。這可以從兩個方面來理解：一是它的核心問題的性質──把發育與遺傳在細胞水平結合起來，這就不局限於一個學科的範圍。二是它和許多學科都有交叉，甚至界限難分。例如，就研究材料而言，單細胞的原生動物既是最簡單的動物，也是最複雜的細胞，因為它們集許多功能於一身；尤其是其中的纖毛蟲，不僅對於研究某些問題，例如纖毛和鞭毛的運動，特別有利，關於發育和遺傳的研究也積累了大量有價值的資料。但是這類研究也可以列入原生動物學的範疇。其次，就研究的問題而言，免疫性是細胞的重要功能之一，細胞免疫應屬細胞生物學的範疇，但這也是免疫學的基本問題。
由於廣泛的學科交叉，細胞生物學雖然範圍廣闊，卻不能像有些學科那樣再劃分一些分支學科──如象細胞學那樣，根據從哪個角度研究細胞而分為細胞形態學、細胞化學等。如果要把它的內容再適當地劃分，可以首先分為兩個方面：一是研究細胞的各種組分的結構和功能（按具體的研究對象），這應是進一步研究的基礎，把它們羅列出來，例如基因組和基因表達、染色質和染色體、各種細胞器、細胞的表面膜和膜系、細胞骨架、細胞外間質等等。其次是根據研究細胞的哪些生命活動劃分，例如細胞分裂、生長、運動、興奮性、分化、衰老與病變等，研究細胞在這些過程中的變化，產生這些過程的機制等。
當然這僅是人為地劃分，這些方面都不是各自孤立的，而是相互有關連的。從細胞的各個組分講，例如表面膜與細胞外間質有密切關係，表面膜又不是簡單地覆蓋著細胞質的一層膜，而是通過一些細微結構──已經知道其中之一是肌動蛋白分子，這又聯繫到細胞骨架了──與細胞質密切相連。這樣，表面膜才能和細胞內部息息相關。另一方面，從研究的問題出發，研究分裂、分化等生命現象，離不開結構的基礎。例如研究細胞分裂就涉及到染色質怎樣包紮成染色體，染色體的分裂和運動，細胞骨架的變化包括微管蛋白的聚合和解聚，與表面膜有關的分裂溝的形成，還有細胞分裂的調節與控制。再如研究細胞分化除去要了解某種細胞在分化過程中細胞器的變化、它們所特有的結構蛋白質的變化，主要地還要了解導致分化的物質基礎以及這些物質怎樣作用於基因調控的水平，導致有關的基因被激活。可見研究的重點儘管可以人為地劃分，但一定要把細胞作為一個整體看待，一定要把生命過程和細胞組分的結構和功能聯繫起來。
細胞社會學
細胞生物學的研究往往樂於使用培養的細胞，它的優點是可以提供足夠量的細胞做生化分析，並且只有一種細胞，材料比較單一，分析結果方便。但是對於某些方面的研究則有不足之處，因為細胞在任何一個有機體裡都是處於一個社會之中，和別的細胞不同程度地混雜在一起，在其生命活動中不可能不受到相鄰的其他細胞的影響，甚至是相鄰的同類細胞的影響，其處境要比培養的細胞複雜得多。因此有些問題或者很難用培養的細胞進行，或者所得的結果只能部分地反映實際的情況，為了研究在一個細胞群中細胞與細胞間的相互關係，細胞社會學被提了出來。
細胞社會學的內容相當廣泛，包括不同細胞或相同細胞的相互識別，細胞的聚集與粘連、細胞間的交通和信息交流，細胞與細胞外間質的相互影響，甚至還可包括細胞群中組織分化模式的形成。有些方面已經積累了一些資料，從細胞社會學的角度有目的地深入下去一定會提供更系統的，有用的信息。由於細胞社會學是以細胞群體為對象，而且有些問題也是發育生物學需要了解的，發展下去很可能它會成為細胞生物學與發育生物學之間的橋樑。
展望細胞生物學的研究，除去上面的工作──關於各細胞組分的結構與功能，以及對各種生命現象的了解──還要繼續深入外，是什麼原因使得基因能夠有序地選擇性地表達，可能會成為今後重點研究的問題；此外，細胞社會學也會越來越受到重視。
生物經濟
20世紀50年代人們還搞不清楚自己的染色體是多少條，但到了2000年“人類基因組計畫”工作草圖完成，標誌著以研究基因功能為主的後基因組時代到來。隨後蛋白質組學（proteomics），RNA組學（RNomics），糖組學（glycomics）、代謝組學（metabolomics）等各種“組學”研究相繼登場，以及計算生物學、納米生物學的發展，進入了系統生物學的迅速發展時期，可以預見在不遠的將來，生物科學會將人類社會帶入一個新的發展階段。
人類經歷了漫長的採獵文明後，約在一萬年前進入農業經濟時代，18世紀60年代，英國率先進入工業經濟，20世紀50美國最早走完工業經濟的歷程，進入資訊時代。據專家估計這一經濟形態的“壽命”為75~80年，到本世紀20年代將漸漸失去活力，屆時人類迎接下一個經濟時代，即生物經濟時代的到來，生物經濟的資源為基因，其核心技術為建立在細胞與分子生物學理論基礎上的各類生物技術。
時代特點
一、推動產業革命，創造新的經濟生長點。生物產業的比重將逐步提高，藥品中有15%基於生物技術，這一數字據估計到2010年會增加到40 %。生物晶片已廣泛套用於科研、醫療、農業、食品、環境保護、司法鑑定等領域，將會成為與微電子晶片一樣重要的產業。轉基因動植物的市場前景廣闊，2004 年全球轉基因作物的種植面積已經達到8100萬公頃。
二、推動醫學革命，延長人類壽命。20世紀初人類平均壽命約為40多歲左右，抗生素和疫苗的套用、醫療技術的提高和公共衛生觀念的提出使人類擺脫了傳染病的威脅，人類平均壽命逐漸提高，20世紀末人類平均壽命達到70多歲。但是心血管病、癌症和各類遺傳病或遺傳相關的疾病仍然是威脅人類健康的主凶。21世紀生物技術將推動新一輪醫學革命，從疾病預防、疾病診斷、藥物研製、組織工程、基因治療、器官移植、抗衰老等方面，延長人類壽命。1990美國國立衛生研究院（NIH）進行了世界首例基因治療，給一名患有先天性重度聯合免疫缺陷病的4歲女孩實施了基因治療。這種疾病是因為缺乏正常的腺苷脫氨酶（ADA）基因而引起的。專家們以病毒作為載體，將ADA基因導入從患者血液中分離出來的淋巴細胞，在體外培養後再輸回病人體內，使這位女孩體內ADA酶的含量升高，免疫功能有所恢復，能正常活動而無副作用。這是世界首例基因治療成功的病人，在此之後，全世界掀起基因治療的熱潮。
三、推動綠色革命，解決食品危機。20世紀60年代以來，雜交玉米、雜交小麥和雜交水稻等農作物優質品種的栽培，標誌著傳統植物育種理論和各種農業措施在作物改良中的套用達到了高峰，對農業產生了深遠的影響，被譽為第一次綠色革命。而二十一世紀轉基因動植物、組織培養、胚胎移植、動物克隆等一系列新技術將再一次改變農業的面貌，新技術群將更有利於人們創造新品種、生產人類所急需的糧食、藥物和工業用品，推動第二次綠色革命。
四、創造生物新品種，改善生態環境。植物抗旱、抗鹽基因的發現與套用，將有可能徹底改變10億畝乾旱地區的生態環境，使5億畝不毛之地、鹽鹼地變為良田。用於廢氣、廢水、廢渣處理的基因工程極端微生物的套用，可降解生物塑膠產品的產業化推廣，將會解決工業排放、白色垃圾等環保難題，有效改善生態環境。
五、發展綠色能源，解決能源危機。煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的開發具有十分重要的戰略意義。全球生物質能的儲量為18000億噸，相當於640億噸石油。生物能源將會使作物秸稈等廢棄的有機物成為能源，緩解化石能源不足的危機，為石油短缺國家解決能源危機問題找到一個較為經濟的途徑。利用“綠金”代替“黑金”，開發生物乙醇、生物柴油、生物發電、生物氫等替代部分化石能源，已經成為許多國家的能源戰略。除此之外，植物光合作用機理研究取得重大突破，人工光解水產生的氫氣將成為繼化石燃料之後主要的能源。
可以預見，在未來的時代細胞生物學仍然是生命科學的領頭學科，是支撐生物技術發展的基礎科學。儘管發現細胞已經300多年了，人類對細胞在整體層次上（哪怕是“簡單的”細菌）的工作機理並未獲得一個完整清晰的認識。細胞生物學在如下領域內的發現將為生物技術帶來新的發展動力。①對幹細胞生長和分化的控制機制的認識或許會帶來治療套用方面的重大突破；②對遺傳基因和生化途徑調控機制的認識將催生更先進的遺傳修飾方法；③理解細胞感知環境的機理會有助於研發具有廣泛套用前景的生物感測器；④了解細胞骨架和分子馬達的協同工作機制將很可能在下半個世紀中引領納米技術的生物套用。
發展前景
1．有效地解決當今重大疑難疾病治療的世界性難題：當前胚胎組織幹細胞技術已經發展到只要獲取病人身體上任意活細胞的DNA，就可以培養出身體除大腦以外的任意部分組織結構的器官（科普：皮膚，指甲等組織也是器官的一種），從而達到醫學上真正的器官再生。
2．帶動信息產業和某些特殊行業如電腦製造業的劃時代的革命；一個你從未想到過的世界：1、當今的電腦在人類的生活中起著舉足輕重的作用，人們日常的工作、學習、生產、生活包括科學研究、航空航天這些高端行業都依賴電腦。當今的電腦基本模式都是馮、諾依曼模式，製造材料都是金屬材料居多，從本質上來說從電腦誕生的第一天到現在，它的運行模式沒有發生任何實質變化。而生物學的發展則可以再未來有可能徹底解決這個問題，用生物材料製造類似人類大腦運行的模式運行的超級電腦，讓電腦像人類一樣的思考和工作，真正意義上實現運行原理的飛躍。2、複製一個你自己的手或者是腳成本低廉，可以隨時“換”手腳甚至是心臟，讓你的壽命延長到200-300歲甚至更多。社會結構和人的社會意識能發生什麼變化，你能想像嗎
3．經濟結構發生變化：鋼鐵已經不是在重工業的標誌性的產品了。堅硬“骨頭”構成的房屋，高度仿生化的汽車、飛機等等。返璞歸真的生活在等待著你。
4．生物技術的發展其實已經超越了你的想像，但是根據《國際教科文組織45號協定》中約定的各國之間由於民族、文化、生活傳統等巨大差異造成的一些列相關問題的討論決議。很多已經實現了的成果和產品不能進入我們的現實生活。這也是制約生物技術發展和套用的最關鍵因素。
第三階段
從20世紀30年代到70年代，電子顯微鏡技術出現後，使人們對於光學顯微鏡下看不到的精細結構有了明確的認識，把細胞學帶入了第三大發展時期。這短短40年間不僅發現了細胞的各類超微結構，而且也認識了細胞膜、線粒體、葉綠體等不同結構的功能，使細胞學發展為細胞生物學。同時，分子生物學、分子遺傳學以原核生物為材料取得的成就，使人們了解到遺傳密碼、中心法則以及原核生物中基因表達的調節與控制等基本問題，這些都直接促進了細胞生物學的發展。De Robertis等人1924出版的普通細胞學（General Cytology）在1965年第四版的時候定名為細胞生物學（Cell Biology），這是最早的細胞生物學教材之一。細胞膜結構
細胞膜結構第四階段
從20世紀70年代基因重組技術的出現到當前，細胞生物學與分子生物學的結合愈來愈緊密，研究細胞的分子結構及其在生命活動中的作用成為主要任務，基因調控、信號轉導、腫瘤生物學、細胞分化和凋亡是當代的研究熱點。
發展
19世紀後期顯微技術的改進，生物固定技術（如：Fleming 1882，1884；Canoy 1886）和染色技術的出現極大的方便了人們對細胞顯微結構的認識，各種細胞器相繼被發現，20世紀30年代電子顯微鏡技術的問世，使細胞形態的研究達到了空前的高潮。20世紀50年代分子生物學的興起，推動細胞生物學的研究進入了分子水平。
1.1831 英國人Robert Brown 發現植物細胞核。
2.1832 比利時人C. J. Dumortier 觀察了藻類的細胞分裂，並認為細胞來源於原來存在的細胞。
3.1835 德國人H. von Molh 仔細觀察了植物的細胞分裂，認為是植物的根和芽尖極易觀察到的現象。
4.1835 法國人F. Dujardin 觀察動物活細胞時發現“肉樣質”（Sarcode）。
5.1839 捷克人J. E. Pukinye 用protoplasm這一術語描述細胞物質，“Protoplast”為神學用語，指人類始祖亞當。
6.1841 波蘭人R. Remak發現雞胚血細胞的直接分裂（無絲分裂）。
7.1846 德國人H. von Mohl研究了植物原生質，發表了“identifies protoplasm as the substance of cells”。
8.1848 德國人W. Hofmeister 描繪了鴨跖草Tradescantia的花粉母細胞，明確的體現出染色體，但他沒有認識到之一重要性，40年後德國人H. von Waldeyer因這一結構可被鹼性染料著色而定名為Chromosome。
9.1861 德國人M. Shultze 認為動物細胞內的肉樣質和植物體內的原生質具有同樣的意義，他給細胞的定義是：“the cell is an accumulation of living substance or protoplasm definitely delimited in space and possessing a cell membrane and nucleus。”
10.1864 德國人Max Schultze 觀察了植物的胞間連絲。
11.1865 德國人J. von Suchs 發現葉綠體。
12.1866 奧地利人G. Mendel 發表了對豌豆的雜交試驗結果，提出遺傳的分離規律和自由組合規律。
13.1868 英國人T. H. Huxley 在愛丁堡作題為“生命的物質基礎”（the physical basis of life）的演講報告時首次把原生質的概念介紹給了英國公眾。
14.1869 瑞士人F. Miescher 從膿細胞中分離出核酸。
15.1876 德國人O.Hertwig發現海膽的受精現象，其論文題目為“observe the fertilization of a sea urchin egg”。
16.1879 德國人W. Flemming觀察了蠑螈細胞的有絲分裂，於1882年提出了mitosis 這一術語。後來德國人E. Strasburger(1876-80)在植物細胞中發現有絲分裂，認為有絲分裂的實質是核內絲狀物（染色體）的形成及其向兩個子細胞的平均分配，動植物的受精實質上是父本和母本配子核的融合，並於1984提出了Prophase和Metaphase的概念。
17.1882 德國人E. Strasburger 提出細胞質（cytoplasm）和核質（nucleoplasm）的概念。
19.1883 比利時人E. van Beneden和德國人T. Boveri發現中心體。
20.1884 德國人O.Hertwig和E. Strasburger提出細胞核控制遺傳的論斷。
21.1886 德國人A. Weismann 提出種質論。
22.1890 德國人Richard Altmann 描述了線粒體的染色方法，他推測線粒體就像細胞的內共生物，並認為線粒體與能量代謝有關。他還於1889年提出了核酸的概念。
23.1892 德國人T. Boveri和O. Hertwig研究了減數分裂的本質，並描述了染色體聯會現象。
24.1898 義大利人C. Golgi 用銀染法觀察高爾基體。
25.1900孟德爾在34年前發表的遺傳法則被重新發現。
26.1905 美國人Clarence McClung shows that female mammals have 2 X chromosomes and that males have an X and a Y
27.1908 美國人T. H. Morgan以Drosophila melanogaster為材料開始著名的遺傳學實驗，1910年提出遺傳的染色體理論，1919年發表“遺傳的本質”（Physical Basis of Heredity）。1926年發表“基因學說”（The Theory of the Gene）
30.1940 德國人G. A. Kausche和H. Ruska 發表了世界第一張葉綠體的電鏡照片。
31.1941 美國人G. W. Beadle和E. L. Tatum提出一個基因一個酶的概念。
32.1944 美國人O. Avery，C. Macleod 和M. McCarthy等人通過微生物轉化試驗證明DNA是遺傳物質。
33.1945 美國的K. R. Porter、A. Claude 和E. F. Fullam發現小鼠成纖維細胞中的內質網。
34.1949 加拿大人M. Bar發現巴氏小體。
35.1951 美國人James Bonner發現線粒體與細胞呼吸有關。
36.1953 美國人J. D. Watson 和英國人F. H. C. Crick提出DNA雙螺旋模型。
38.1955 美國人Vincent Du Vigneaud因人工合成多肽而獲諾貝爾獎。
39.1956年，蔣有興（美籍華人）利用徐道覺發明的低滲處理技術證實了人的2n為46條，而不是48條。
40.1957 J. D. Robertson[2]用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結構。
42.1961-64 美國人M. W. Nirenberg破譯DNA遺傳密碼。
43.1968 瑞士人Werner Arber從細菌中發現DNA限制性內切酶。
45.1971 美國人Daniel Nathans 和Hamilton Smith發展了核酸酶切技術。
46.1973 美國人S. Cohen和H. Boyer將外源基因拼接在質粒中，並在大腸桿菌中表達，從而揭開基因工程的序幕。
48.1982 美國人S. B. Prusiner發現蛋白質因子Prion，更新了醫學感染的概念，於1997年獲諾貝爾生理醫學獎。
49.1983 美國人K. B. Mullis發明PCR儀，1987年發表了“Specific synthesis of DNA in vitro via a polymerase-catalyzed chain reaction”，於1993年獲諾貝爾化學獎。
50.1984 德國人G. J. F. Kohler、阿根廷人C. Milstein[3]和丹麥科學家N. K. Jerne由於發展了單克隆抗體技術，完善了極微量蛋白質的檢測技術而分享了諾貝爾生理醫學獎。
51.1989 美國人S. Altman和T. R. Cech由於發現某些RNA具有酶的功能（稱為核酶）而共享諾貝爾化學獎。Bishop和Varmus由於發現正常細胞同樣帶有原癌基因而分享當年的諾貝爾生理醫學獎。
52.1997多利羊在盧斯林研究所誕生，成為世紀末的重大新聞。多利是Ian Wilmut領導的研究小組克隆的（圖1-3）。
53.1998 美國人T. Wakayama和R. Yanagimachi成功地用凍乾精子繁殖出小鼠。
54.2000 世界首例克隆豬在蘇格蘭誕生，是由Alan Coleman領導的研究小組克隆的。
55.2001 美國人Leland Hartwell、英國人Paul Nurse、Timothy Hunt因對細胞周期調控機理的研究而獲諾貝爾生理醫學獎。
56.2002 英國人Sydney Brenner、美國人H. Robert Horvitz和英國人John E. Sulston，因在器官發育的遺傳調控和細胞程式性死亡方面的研究獲諾貝爾生理學或醫學獎。
57.2003 美國科學家Peter Agre和Roderick MacKinnon，分別因對細胞膜水通道，離子通道結構和機理研究而獲諾貝爾化學獎。
學科交叉
細胞生物學廣泛地利用相鄰學科的成就，在技術方法上是博採眾長，凡是能夠解決問題的都會被使用。例如用分子生物學的方法研究基因的結構，用生物化學、分子生物學的方法研究染色體上的各種非組蛋白和它們對基因活動的調節和控制或者利用免疫學的方法研究細胞骨架的各種蛋白（微管蛋白、微絲蛋白、各種中等纖維蛋白）在細胞中的分布以及在生命活動中的變化。起源於分子遺傳學的重組DNA技術和起源於免疫學的產生單克隆抗體的雜交瘤技術，也成了細胞生物學的有力工具。顯然，一種方法所解決的問題不一定屬於原來建立這一方法的學科。例如用分子生物學的方法解決了核小體的結構，嚴格地說這應是形態學的範疇。這樣的例子並不少見，在這裡學科的界限也被抹掉了。也許可以說細胞核移植、微量注射和細胞融合是細胞生物學自身發展起來的方法，但是用這些方法進行的實驗往往也需要其他方法配合來做進一步分析。
細胞生物學與其說是一個學科，倒不如說它是一個領域。這可以從兩個方面來理解：一是它的核心問題的性質──把發育與遺傳在細胞水平結合起來，這就不局限於一個學科的範圍。二是它和許多學科都有交叉，甚至界限難分。例如，就研究材料而言，單細胞的原生動物既是最簡單的動物，也是最複雜的細胞，因為它們集許多功能於一身；尤其是其中的纖毛蟲，不僅對於研究某些問題，例如纖毛和鞭毛的運動，特別有利，關於發育和遺傳的研究也積累了大量有價值的資料。但是這類研究也可以列入原生動物學的範疇。其次，就研究的問題而言，免疫性是細胞的重要功能之一，細胞免疫應屬細胞生物學的範疇，但這也是免疫學的基本問題。
由於廣泛的學科交叉，細胞生物學雖然範圍廣闊，卻不能像有些學科那樣再劃分一些分支學科──如象細胞學那樣，根據從哪個角度研究細胞而分為細胞形態學、細胞化學等。如果要把它的內容再適當地劃分，可以首先分為兩個方面：一是研究細胞的各種組分的結構和功能（按具體的研究對象），這應是進一步研究的基礎，把它們羅列出來，例如基因組和基因表達、染色質和染色體、各種細胞器、細胞的表面膜和膜系、細胞骨架、細胞外間質等等。其次是根據研究細胞的哪些生命活動劃分，例如細胞分裂、生長、運動、興奮性、分化、衰老與病變等，研究細胞在這些過程中的變化，產生這些過程的機制等。
當然這僅是人為地劃分，這些方面都不是各自孤立的，而是相互有關連的。從細胞的各個組分講，例如表面膜與細胞外間質有密切關係，表面膜又不是簡單地覆蓋著細胞質的一層膜，而是通過一些細微結構──已經知道其中之一是肌動蛋白分子，這又聯繫到細胞骨架了──與細胞質密切相連。這樣，表面膜才能和細胞內部息息相關。另一方面，從研究的問題出發，研究分裂、分化等生命現象，離不開結構的基礎。例如研究細胞分裂就涉及到染色質怎樣包紮成染色體，染色體的分裂和運動，細胞骨架的變化包括微管蛋白的聚合和解聚，與表面膜有關的分裂溝的形成，還有細胞分裂的調節與控制。再如研究細胞分化除去要了解某種細胞在分化過程中細胞器的變化、它們所特有的結構蛋白質的變化，主要地還要了解導致分化的物質基礎以及這些物質怎樣作用於基因調控的水平，導致有關的基因被激活。可見研究的重點儘管可以人為地劃分，但一定要把細胞作為一個整體看待，一定要把生命過程和細胞組分的結構和功能聯繫起來。
細胞社會學
細胞生物學的研究往往樂於使用培養的細胞，它的優點是可以提供足夠量的細胞做生化分析，並且只有一種細胞，材料比較單一，分析結果方便。但是對於某些方面的研究則有不足之處，因為細胞在任何一個有機體裡都是處於一個社會之中，和別的細胞不同程度地混雜在一起，在其生命活動中不可能不受到相鄰的其他細胞的影響，甚至是相鄰的同類細胞的影響，其處境要比培養的細胞複雜得多。因此有些問題或者很難用培養的細胞進行，或者所得的結果只能部分地反映實際的情況，為了研究在一個細胞群中細胞與細胞間的相互關係，細胞社會學被提了出來。
細胞社會學的內容相當廣泛，包括不同細胞或相同細胞的相互識別，細胞的聚集與粘連、細胞間的交通和信息交流，細胞與細胞外間質的相互影響，甚至還可包括細胞群中組織分化模式的形成。有些方面已經積累了一些資料，從細胞社會學的角度有目的地深入下去一定會提供更系統的，有用的信息。由於細胞社會學是以細胞群體為對象，而且有些問題也是發育生物學需要了解的，發展下去很可能它會成為細胞生物學與發育生物學之間的橋樑。
展望細胞生物學的研究，除去上面的工作──關於各細胞組分的結構與功能，以及對各種生命現象的了解──還要繼續深入外，是什麼原因使得基因能夠有序地選擇性地表達，可能會成為今後重點研究的問題；此外，細胞社會學也會越來越受到重視。
生物經濟
20世紀50年代人們還搞不清楚自己的染色體是多少條，但到了2000年“人類基因組計畫”工作草圖完成，標誌著以研究基因功能為主的後基因組時代到來。隨後蛋白質組學（proteomics），RNA組學（RNomics），糖組學（glycomics）、代謝組學（metabolomics）等各種“組學”研究相繼登場，以及計算生物學、納米生物學的發展，進入了系統生物學的迅速發展時期，可以預見在不遠的將來，生物科學會將人類社會帶入一個新的發展階段。
人類經歷了漫長的採獵文明後，約在一萬年前進入農業經濟時代，18世紀60年代，英國率先進入工業經濟，20世紀50美國最早走完工業經濟的歷程，進入資訊時代。據專家估計這一經濟形態的“壽命”為75~80年，到本世紀20年代將漸漸失去活力，屆時人類迎接下一個經濟時代，即生物經濟時代的到來，生物經濟的資源為基因，其核心技術為建立在細胞與分子生物學理論基礎上的各類生物技術。
時代特點
一、推動產業革命，創造新的經濟生長點。生物產業的比重將逐步提高，藥品中有15%基於生物技術，這一數字據估計到2010年會增加到40 %。生物晶片已廣泛套用於科研、醫療、農業、食品、環境保護、司法鑑定等領域，將會成為與微電子晶片一樣重要的產業。轉基因動植物的市場前景廣闊，2004 年全球轉基因作物的種植面積已經達到8100萬公頃。
二、推動醫學革命，延長人類壽命。20世紀初人類平均壽命約為40多歲左右，抗生素和疫苗的套用、醫療技術的提高和公共衛生觀念的提出使人類擺脫了傳染病的威脅，人類平均壽命逐漸提高，20世紀末人類平均壽命達到70多歲。但是心血管病、癌症和各類遺傳病或遺傳相關的疾病仍然是威脅人類健康的主凶。21世紀生物技術將推動新一輪醫學革命，從疾病預防、疾病診斷、藥物研製、組織工程、基因治療、器官移植、抗衰老等方面，延長人類壽命。1990美國國立衛生研究院（NIH）進行了世界首例基因治療，給一名患有先天性重度聯合免疫缺陷病的4歲女孩實施了基因治療。這種疾病是因為缺乏正常的腺苷脫氨酶（ADA）基因而引起的。專家們以病毒作為載體，將ADA基因導入從患者血液中分離出來的淋巴細胞，在體外培養後再輸回病人體內，使這位女孩體內ADA酶的含量升高，免疫功能有所恢復，能正常活動而無副作用。這是世界首例基因治療成功的病人，在此之後，全世界掀起基因治療的熱潮。
三、推動綠色革命，解決食品危機。20世紀60年代以來，雜交玉米、雜交小麥和雜交水稻等農作物優質品種的栽培，標誌著傳統植物育種理論和各種農業措施在作物改良中的套用達到了高峰，對農業產生了深遠的影響，被譽為第一次綠色革命。而二十一世紀轉基因動植物、組織培養、胚胎移植、動物克隆等一系列新技術將再一次改變農業的面貌，新技術群將更有利於人們創造新品種、生產人類所急需的糧食、藥物和工業用品，推動第二次綠色革命。
四、創造生物新品種，改善生態環境。植物抗旱、抗鹽基因的發現與套用，將有可能徹底改變10億畝乾旱地區的生態環境，使5億畝不毛之地、鹽鹼地變為良田。用於廢氣、廢水、廢渣處理的基因工程極端微生物的套用，可降解生物塑膠產品的產業化推廣，將會解決工業排放、白色垃圾等環保難題，有效改善生態環境。
五、發展綠色能源，解決能源危機。煤、石油等化石能源的枯竭指日可待，替代能源的開發具有十分重要的戰略意義。全球生物質能的儲量為18000億噸，相當於640億噸石油。生物能源將會使作物秸稈等廢棄的有機物成為能源，緩解化石能源不足的危機，為石油短缺國家解決能源危機問題找到一個較為經濟的途徑。利用“綠金”代替“黑金”，開發生物乙醇、生物柴油、生物發電、生物氫等替代部分化石能源，已經成為許多國家的能源戰略。除此之外，植物光合作用機理研究取得重大突破，人工光解水產生的氫氣將成為繼化石燃料之後主要的能源。
可以預見，在未來的時代細胞生物學仍然是生命科學的領頭學科，是支撐生物技術發展的基礎科學。儘管發現細胞已經300多年了，人類對細胞在整體層次上（哪怕是“簡單的”細菌）的工作機理並未獲得一個完整清晰的認識。細胞生物學在如下領域內的發現將為生物技術帶來新的發展動力。①對幹細胞生長和分化的控制機制的認識或許會帶來治療套用方面的重大突破；②對遺傳基因和生化途徑調控機制的認識將催生更先進的遺傳修飾方法；③理解細胞感知環境的機理會有助於研發具有廣泛套用前景的生物感測器；④了解細胞骨架和分子馬達的協同工作機制將很可能在下半個世紀中引領納米技術的生物套用。
發展前景
1．有效地解決當今重大疑難疾病治療的世界性難題：當前胚胎組織幹細胞技術已經發展到只要獲取病人身體上任意活細胞的DNA，就可以培養出身體除大腦以外的任意部分組織結構的器官（科普：皮膚，指甲等組織也是器官的一種），從而達到醫學上真正的器官再生。
2．帶動信息產業和某些特殊行業如電腦製造業的劃時代的革命；一個你從未想到過的世界：1、當今的電腦在人類的生活中起著舉足輕重的作用，人們日常的工作、學習、生產、生活包括科學研究、航空航天這些高端行業都依賴電腦。當今的電腦基本模式都是馮、諾依曼模式，製造材料都是金屬材料居多，從本質上來說從電腦誕生的第一天到現在，它的運行模式沒有發生任何實質變化。而生物學的發展則可以再未來有可能徹底解決這個問題，用生物材料製造類似人類大腦運行的模式運行的超級電腦，讓電腦像人類一樣的思考和工作，真正意義上實現運行原理的飛躍。2、複製一個你自己的手或者是腳成本低廉，可以隨時“換”手腳甚至是心臟，讓你的壽命延長到200-300歲甚至更多。社會結構和人的社會意識能發生什麼變化，你能想像嗎
3．經濟結構發生變化：鋼鐵已經不是在重工業的標誌性的產品了。堅硬“骨頭”構成的房屋，高度仿生化的汽車、飛機等等。返璞歸真的生活在等待著你。
4．生物技術的發展其實已經超越了你的想像，但是根據《國際教科文組織45號協定》中約定的各國之間由於民族、文化、生活傳統等巨大差異造成的一些列相關問題的討論決議。很多已經實現了的成果和產品不能進入我們的現實生活。這也是制約生物技術發展和套用的最關鍵因素。
