在生物學(xué)和生命科學(xué)的研究中，一個重要的研究方向就是細(xì)胞生物學(xué)，這個學(xué)科重在研究細(xì)胞生命活動規(guī)律及其機(jī)制，主要在分子、細(xì)胞、組織和個體水平進(jìn)行研究，探索體內(nèi)環(huán)境中細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、功能、表型及其調(diào)控機(jī)制，通過各類技術(shù)和方法的使用，闡明生物體表型和功能異常產(chǎn)生的細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制。
　　在2019年10月國家自然科學(xué)基金委員會以植物發(fā)育可塑性的細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)為主題的雙清論壇上，各類報告涉及生物學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)和物理學(xué)等多個學(xué)科。與會專家學(xué)者提出該領(lǐng)域亟待解決的重要基礎(chǔ)科學(xué)問題和急需發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)，包括重點研究細(xì)胞壁等細(xì)胞發(fā)育可塑性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，著眼于從細(xì)胞的分裂和形變理解植物器官的三維形態(tài)建立，以及建立適用于植物研究的高精度細(xì)胞結(jié)構(gòu)解析技術(shù)等。細(xì)胞作為生物體的構(gòu)成單位，在生物體的生命周期過程中不斷生長、分裂，再生長和分裂，如此循環(huán)往復(fù)，直至周期結(jié)束。生物的多樣性決定了細(xì)胞生長和演化形式的多樣性，通常是生命形式越復(fù)雜，其細(xì)胞的演化過程也就越復(fù)雜，這給研究細(xì)胞演化機(jī)制和機(jī)理帶來困難。
　　實驗研究是一種借助于各種各樣的儀器對實驗室或環(huán)境中的各種生命體進(jìn)行研究的基本方法，也是較為直觀的方法。而從實驗上升而來的理論不斷提升著人類對生命基本原理的理解和認(rèn)識。在理論化的過程中，數(shù)學(xué)方法的引入和使用對生物學(xué)的研究起到重要作用。通常所說的生物數(shù)學(xué)包括生物學(xué)的數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)方法，涵蓋統(tǒng)計學(xué)的概率與隨機(jī)過程、微分方程（含偏微分方程）建模和分析、信息學(xué)，以及系統(tǒng)論和控制論等。在實驗研究中使用較多的通常是與統(tǒng)計分析相關(guān)的理論，而微分方程建模研究一般多見于宏觀層面，例如種群的發(fā)展與衰亡，而隨著圖像技術(shù)發(fā)展，其在生物學(xué)特別是在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用也蓬勃發(fā)展起來，誕生了諸如生物和醫(yī)學(xué)圖像學(xué)（即影像學(xué)）等學(xué)科。
　　本書的內(nèi)容是作者近年來完成的一些關(guān)于生物學(xué)方面細(xì)胞分裂機(jī)理的探索性成果。為了讀者閱讀方便起見，本書在寫作上盡量考慮了內(nèi)容的完整性，除了對變分學(xué)相關(guān)理論內(nèi)容介紹之外，主要還有兩部分內(nèi)容，一部分是基于圖像方法的細(xì)胞分裂和演化機(jī)制分析，另一部分是基于生物本能性質(zhì)的細(xì)胞分裂或演化機(jī)制分析，這兩部分共同的理論基礎(chǔ)就是變分原理，或者稱為變分法，變分法理論在17世紀(jì)末出現(xiàn)之后迅速發(fā)展起來，它除了在數(shù)學(xué)相關(guān)學(xué)科得以廣泛應(yīng)用之外，在力學(xué)、物理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、信息論、控制論，以及現(xiàn)在迅速發(fā)展的數(shù)字圖像處理技術(shù)和信息技術(shù)諸方面都獲得了較為深刻的應(yīng)用。