植物细胞质膜外保护质膜和原生质体的厚壁。它是决定植物细胞形状的较坚韧而复杂的结构。细胞壁的结构与成分因植物种类、细胞发育程度及功能的不同而有很大差别。原核细胞也有细胞壁，但其结构和成分都与真核细胞不同（见细菌细胞壁）。

高等绿色植物的细胞壁分三层，即胞间层、初生壁和次生壁。胞间层又称中胶层，位于相邻细胞初生壁之间，由无定形的果胶物质组成，起粘连作用。初生壁位于胞间层两侧细胞的质膜或次生壁的外面，主要由半纤维素和纤维素组成，还有少量脂类、果胶质和蛋白质。初生壁较薄，厚约1～3μm，具弹性，可随细胞的生长而延长。次生壁位于质膜与初生壁之间，厚约5～10μm，可明显分为外层、中间层和内层，其主要成分也是半纤维素和纤维素，但后者的含量远高于前者，此外，还含有大量木质素或其他物质。次生壁较坚硬，可使细胞具有较大的机械强度。有的植物细胞无次生壁，有的则在次生壁内侧还有一层三生壁。

初生壁形成时不是均匀地加厚，而是间断地在局部地方比较薄，称初生纹孔场。次生壁生成时往往在初生纹孔场部位留有多种形态的腔室，称纹孔。纹孔的类型、形状和数目随细胞而异，相邻细胞的纹孔常成对发生，有利于细胞间物质流通。有些植物的次生壁上还分化有瘤状物。

高等绿色植物细胞壁上的纤维素支架是纤维素分子组成的纤丝系统。电镜下通常见到的是大纤丝，它由若干直径约10nm的微纤丝组成。微纤丝由平行排列的长链状的纤维素分子组成，后者是由1，4连结的β-葡萄糖残基所组成的高分子聚合物。微纤丝在细胞壁中的排列不完全相同，如在初生壁一般呈无定向的交织网状；在次生壁各层中的排列几乎呈平行状，但不同层次的微纤丝走向不同（图1）。

图1 细胞壁的亚显微结构图解

构成细胞壁的支架物质，在高等绿色植物和藻类以纤维素为主，真菌主要为甲壳多糖，蓝藻以肽聚糖为主。支架之间的充填衬质主要是非纤维素多糖、蛋白质和水。多糖包括果胶、半纤维素、胼胝质、粘液和树胶等；蛋白质的主要成分是伸展素，它对细胞初生壁的伸展起重要作用；水的含量变化能影响衬质的凝胶性质。支架物质决定细胞壁的基本构造，其软硬程度取决于衬质的性质。有些细胞在支架和衬质形成后，还有木质素、矿物质和色素等填充于支架物质或衬质中；或有角质、蜡质、木栓质、孢粉质等附加在壁的外表面，使细胞壁的组成、物理性质和功能更加特化。

细胞分裂末期，靠近赤道面的纺锤丝周围微管数量增加，并向周围扩散，形成桶状的成膜体。来源于高尔基复合体的小泡，沿微管集中于赤道面上，小泡膜互相融合形成子细胞的质膜，其中的内含物也连成一片，构成细胞板。新合成的多糖沉积于此，逐渐形成中层。在形成细胞壁时，合成果胶和半纤维素的单体单糖及糖酸，在高尔基复合体内进行初加工，而后输送到质膜外面，并聚合成大分子。合成纤维素的前体葡萄糖与二磷酸鸟苷结合后送到胞体外，由附着于质膜外侧的纤维素聚合酶合成纤维素。酶分子的排列较为规则，能决定纤维素的走向。当细胞停止生长时，纤维素继续沉积在初生壁上形成次生壁。纤维素的沉积常分层进行，一般与细胞的长轴平行，每层略有倾斜，使壁的结构成分交织成网，增加了壁的机械强度（图2）。

图2 细胞壁多糖分子的合成和运输示意图

由于细胞壁的组成主要是惰性物质，且具有一定的机械强度，故能防止病原体侵袭和承受机械应力（如重力、水流和风力等）。在环境湿度波动较大时，维持细胞的体积和形态不发生严重改变。由于初生壁及其包围的细胞空腔（如导管及管胞）均为多孔而亲水的毛细管道，故为细胞间良好的水分和无机盐运输通道，形成了质外体途径；次生壁的添加成分均为疏水物质，故能在植物表面形成既容许氧气进入，又防止失水的保护层。