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细胞结构和功能的实验研究方法——显微镜观察法

核心导读:在高中生物学的教学中,通过切实可行的实验研究方法,深入认识细胞结构和功能,是十分必要的。这主要包括使用显微镜观察和分级离心等技术的运用。 一、细胞形态结构的观察——显微镜观察法 显微镜是中学生物实验教学中的最常用的仪器。熟练地使用高倍显微镜

  在高中生物学的教学中,通过切实可行的实验研究方法,深入认识细胞结构和功能,是十分必要的。这主要包括使用显微镜观察和分级离心等技术的运用。

 

  一、细胞形态结构的观察——显微镜观察法

 

显微镜是中学生物实验教学中的最常用的仪器。熟练地使用高倍显微镜观察不同细胞的结构和功能,是高中生物课程标准要求的重要的实验操作技能。

 

  1 显微镜的结构和使用原则

 

  1.1 显微镜结构和功能的熟悉

 

目镜长度与放大倍数成“反比”,即目镜越长,放大倍数越小;目镜越短,放大倍数越大。

 

物镜长度与放大倍数成“正比”,即镜头越长,放大倍数越大。

 

焦距调好后,镜头与盖玻片的距离越远,物镜越短,放大倍数越小;反之,放大倍数越大。

 

显微镜的放大倍数为目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积。

 

显微镜下视野(是指在显微镜下一次所能观察到的被检玻片标本的范围)中所看到的物象为真实物象的倒立放大的虚象。

 

由于低倍物镜的通光量比高倍物镜的通光量大,所以低倍镜下的视野较明亮;而高倍物镜下,虽然放大倍数大,实际观察到的标本区域小,视野较暗

 

例1 使用显微镜时,所选用的物镜倍数愈大,则下列哪一项叙述不正确?   (C )

 

A.物镜前端愈接近玻片标本           B.物镜前端的透镜片直径愈小

 

C.物镜的镜筒长度愈短               D.物镜下视野的亮度愈小

 

  1.2 显微镜的使用程序和原则:

 

  1.2.1操作的基本程序:取镜——安放——对光——制片——观察

 

  1.2.2把握好几个原则:

 

① 用眼原则:左眼注视目镜,右眼睁开。这样,一可减轻左眼疲劳,二可方便绘图。

 

② 物镜选用原则:先低倍后高倍,由低倍到高倍。可以用低倍物镜观察清楚的就勿需使用高倍物镜。

 

③ 准焦螺旋使用原则:先粗后细,由粗到细。

 

  1.2.3显微镜下视野出现异物几种情况的判断:

 

如移动装片异物不动,说明不在装片上;转动转换器,学习效率,换上高倍镜,仍可观察到,说明不在物镜上;由此,可判断异物在目镜上。

 

  2 活细胞观察法

 

在高中生物课程标准实验教科书中,根据对生物实验材料观察的要求,可以分为活细胞观察法和固定观察法。

 

  2.1 用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体

 

  2.1.1实验材料的选择:

 

观察叶绿体时,宜选用叶绿体大、数目少的材料。如阴生植物藓类的叶、菠菜叶的下表皮(稍带叶肉)等。由于在不同的光照下,叶绿体可以运动并改变在细胞中的分布位置。所以,在不同光照下采集的材料,其叶内叶绿体的形态有所不同。

 

观察线粒体时,一定要用消毒牙签在自己漱净的口腔内侧壁上轻轻刮取,避免破血,以影响涂片和观察效果。

 

  2.1.2临时装片的制作

 

基本程序:净片→滴液→取材→平展→盖片

 

应该注意的问题:

将选取的观察材料要放在滴有清水(或健那绿染液)的载玻片上,以使细胞仍然保持在生活状态,便于观察。

 

  2.2 探究植物细胞的吸水和失水——植物细胞的质壁分离与复原

 

  2.2.1实验操作的简要程序

 

  2.2.2  实验操作成功的关键:

 

①选择生活的、成熟的(具有大液泡)、有颜色的(如紫色洋葱)植物细胞。

 

②所选蔗糖溶液的浓度要适宜(质量浓度为0.3 g/mL)。

 

例2观察植物细胞的质壁分离和复原时,如选用蔗糖的质量浓度为0.5g/mL的溶液时,可观察到质壁分离现象很明显,但不能复原,检查操作步骤都正确。分析造成此实验失败的原因是                       。

(参考答案:细胞因过度失水而死亡,故不能发生质壁分离复原。)

 

例3用高倍显微镜观察已制作好的原生质体的临时装片(原生质体处于质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中)时,应主要观察记录什么?

(参考答案:观察测量原生质体的体积大小变化。)

 

  2.2.3植物细胞质壁分离后复原的类型——诱发复原与自动复原

 

在植物细胞的质壁分离与复原实验中,一般选用的外界溶液是质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液。用蔗糖溶液处理活的植物细胞后,蔗糖溶液的浓度大于植物细胞液的浓度时,植物细胞通过渗透作用失水而发生质壁分离。要使发生了质壁分离的植物细胞恢复原状,必须用清水处理,使外界溶液的浓度低于植物细胞液的浓度,才可发生植物细胞的质壁分离复原,这种复原称为诱发复原。(因蔗糖分子是不能通过选择透过性的膜的。)

 

如果在植物细胞的质壁分离与复原实验中,选择的外界溶液是具一定浓度的硝酸钾溶液、尿素溶液(或甘油溶液、乙二醇溶液)等,当外界溶液的浓度大于植物细胞液的浓度时,植物细胞发生质壁分离后,可不再进行实验处理来降低外界溶液的浓度,随即也可观察到植物细胞出现分离复原的现象,这种复原称为自动复原。

 

植物细胞质壁分离后自动复原的原因是:用硝酸钾溶液处理植物细胞发生质壁分离后,当水分子通过渗透作用自由进出细胞时,硝酸根离子和钾离子(植物细胞生活所必需的矿质离子)可经主动运输进入细胞液,细胞液的浓度不断增大,水分渗入的速率增大,由此出现自动复原。用尿素溶液等处理植物细胞,是因为这些物质分子也可自由进入细胞。但这些外界溶液的浓度如果过大,同样可导致植物细胞过度失水而死亡。

 

例4 将同一植物的细胞,依次在蒸馏水、质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液和0.5mol的甘油溶液中,测得细胞的体积随时间的变化曲线如图所示。请回答:

 

(1)在A、B、C中,细胞在蒸馏水中的是        ,在蔗糖溶液中的是       ,在尿素溶液中的是        。(A、C、B)

 

(2)试简要分析出现B、C曲线差异的原因是:

 

①                                     。

 

(参考答案:甘油分子可通过自由扩散的方式进入细胞液,细胞液的浓度不断增大,细胞由失水逐渐变为吸水,直至平衡。)

 

②                                     。

 

(参考答案:因蔗糖分子不能进入通过具有选择透过性的膜进入细胞,处在较高浓度蔗糖溶液中的细胞不断失水,原生质层收缩,使细胞液浓度升高,失水减慢,直至平衡。)

 

  2.2.4植物细胞的质壁分离与复原实验的应用

 

① 可以判断植物细胞的生活状态;

 

② 可以推测植物细胞的细胞液浓度;

 

③ 可以解释家庭中盐啧食品的防腐原理。

 

例5 某同学用普通光学显微镜观察植物叶肉细胞时,若要进一步确认这些细胞是否为活细胞,请你为该同学介绍一种判断方法。简述该方法的操作过程和出现的现象,并说明该方法能判断这些细胞是活细胞的理由。

(参考答案:运用质壁分离的方法。先观察细胞的形态;然后使叶肉细胞处于较高浓度的蔗糖溶液中;观察植物细胞是否出现质壁分离现象。如果出现质壁分离现象,则可判断是活细胞。因为活细胞能发生渗透作用,死细胞不能,所以可以用质壁分离的方法进行判断。)

 

 

高中生物学的实验教学中,使用光学显微镜除了前面简述的活细胞观察方法之外,最常见的是固定观察法。该实验研究方法它主要包括认识组成细胞的生物大分子、细胞的有丝分裂等。

 

  3  固定观察法

 

  3.1 观察DNA和RNA在细胞中的分布

 

  3.2 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

 

  3.1 实验操作的简要程序:

 

  3.2 装片制作的注意事项

 

  3.2.1 怎样选择根尖取材的时间?

 

取材应一般以上午10:00到下午15:00为宜,因为此时是洋葱根尖细胞分裂最旺盛的时间。取材时,要剪取生长旺盛、带有分生区的根尖。

 

  3.2.2怎样解离根尖才有利于漂洗、染色和压片?

 

解离根尖时一定要充分,至根尖酥软略带透明焦为合适。解离时间不宜过长,否则会使根尖过分酥软,无法漂洗和染色,且染色体成分被破坏。

 

  3.2.3怎样才能观察到处于细胞周期不同时期的图像?

 

用显微镜观察已经制作好的植物细胞有丝分裂装片时,需要先用低倍物镜找到根尖分生区,再寻找处于分裂期的细胞相对较多的部位;然后转换成高倍物镜,缓缓调整细准焦螺旋,找到处于分裂期中期、后期的图像,再寻找其他各时期的图像。为了观察到处于不同分裂时期的细胞分裂,有时候需要慢慢移动装片,从周围寻找到符合要求的物像为止。

 

 

例6 取生长健壮的某植物的根尖,经过解离、漂洗、染色、制片过程,制成临时装片,放在光学显微镜下观察(如右图所示)。

 

(1)从显微镜下的视野中可以看到,在一个细胞周期中,总是处于[ ]_______ _的细胞数目最多,究其原因是                         。

(参考答案:[1]分裂间期,在一个细胞周期中,分裂间期经历的时间最长。)

 

(2)如果要看到细胞有丝分裂的前、中、后、末几个时期               ( C)

     A.应该选一个处于间期的细胞,持续观察它从间期到末期的全过程

     B.如果在低倍镜下看不到细胞,可改用高倍物镜继续观察

     C.如果在一个视野中不能看全各个时期,可移动装片从周围细胞中寻找

     D.如果视野过暗,可以转动细准焦螺旋增加视野的亮度



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