高倍镜观察线粒体的实验设计

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  【内容摘要】线粒体是为生命活动提供能量的细胞器,普遍存在于动植物细胞中,在显微镜下能否观察到线粒体,是我们认识和研究这一细胞器的基础,也是激发学生学习兴趣的重要手段。然而高中生物课本对口腔上皮细胞线粒体观察实验设计过于简单,实验现象不够明显,最大的问题是染液浓度过高,使染色后的口腔细胞所有结构均染成蓝紫色,根本看不到线粒体的结构,导致实验以失败告终,大大挫伤学生学习的积极性,为此对这一实验的改进是十分必要的。
  【关键词】亮绿色 桔黄色 浅绿色浅红色
  目的
  1.学习并掌握不同染液对线粒体染色和观察的基本方法。
  2.了解口腔上皮细胞中线粒体的形态,分布,数量。
  3.培养学生运用发散性思维方式解决问题的能力。
  用品
  1.器材:显微镜,盖玻片,载玻片,滴管,镊子,牙签。
  2.试剂:质量分数0.05%的健那绿水溶液称A液(可用1滴英雄牌蓝墨水 2ml水的蓝墨水染液代替)。1滴英雄牌红墨水 10ml水混合均匀称B液,苏丹3(0.1克) 100ml95%酒精混合均匀称C液。
  原理
  口腔上皮细胞中的线粒体数量几百到上千个,形态多数呈圆球状,少数为短棒状,其中线粒体内膜上分布有细胞色素氧化酶,该酶能使健那绿,蓝墨水,红墨水,苏丹3染液保持氧化状态,分别使线粒体呈现亮绿色,浅绿色,浅红色,桔黄色。而细胞质中的染料被还原成无色。
  方法
  1.A液染色时装片的制作与观察
  滴一滴清水于载玻片上,用牙签在漱净的口腔内侧轻轻刮几下,将附有口腔细胞的牙签在载玻片的一滴清水中摆动几下,再滴一滴A液,染色2~3分钟,盖上盖玻片,置于16×10倍镜下观察,找到细胞质无色透明,其中散落着亮绿色小颗粒(线粒体)的细胞,或细胞质呈浅蓝色,其中线粒体呈蓝绿色的细胞,然后,换用16×40倍显微镜观察。
  注意事项:观察到清晰的线粒体后,要轻微调节微调,边调节边观察。注意观察不同焦距下细胞中不同部位的线粒体。
  2.动态和静态口腔上皮细胞的观察
  用牙签轻轻触压一下步骤1的细胞装片的盖玻片,同时在16×10倍镜下观察染液中运动和静止状态下的口腔细胞,尤其注意观察翻转运动的细胞和线粒体清晰可见的细胞。观察运动的细胞可以看到口腔上皮细胞的全方位构造,更要注意观察细胞前后径即薄厚程度不同的细胞,观察发现,少数细胞前后径较大,细胞比较饱满,多数细胞前后径中等,部分细胞前后径较小,同一细胞不同部位的薄厚也是不同的,有的细胞不同部位还折叠在一起等形态特点。观察线粒体清晰可见的运动着的细胞时,注意观察分布在细胞不同部位的线粒体。静态细胞的观察,注意观察不同姿态的细胞,重点仔细观察直立的,倾斜的,平铺的,重叠的,折叠的细胞特点。所有这些观察能更好帮助我们认识线粒体在细胞中的分布和形态特点。
  3.不同染液染色时临时装片的制作与观察
  分别用B液、C液、蓝墨水对口腔上皮细胞染色,其中染色,观察的方法与步骤1相同,只是苏丹3染液将线粒体染成桔黄色,红墨水染液将线粒体染成浅红色,蓝墨水与健那绿使线粒体呈现相似的颜色。观察过程中要重点寻找如下图片,并仔细观察细胞中线粒体的存在状态。
  说明:上述图片中的线粒体在16×40倍镜下比16×10倍的镜下更清晰,能更清楚看到苏丹3,健那绿,蓝墨水,红墨水染色后线粒体分别呈桔黄色,亮绿色,浅红色,浅绿色。
  质疑
  1、这一实验能得出怎样的实验结论?
  2、为什么同一细胞不同部位的线粒体只有在不同焦距下才能看得到?
  3、为什么绝大多数细胞中的线粒体呈大小不一,分布不均匀的点状结构,只有少数细胞中线粒体是清晰可见的圆球状或短棒状?
  拓展
  实验研究发现,生物细胞中的线粒体主要集中在生命力旺盛,分泌能力强大的动植物器官,组织细胞里,只是不同生物细胞中线粒体数量不同,形态各异。如:洋葱,大蒜,百合,马铃薯等,它们的根尖部位的分生组织细胞中,洋葱,百合的鳞片表皮细胞中,瓜类植物如黄瓜,西瓜,南瓜,西葫芦等植物的幼嫩瓜藤的纤毛细胞中,丝瓜,冬瓜等的果实表面纤毛细胞中,都含有线粒体。
  经过对校园植物馆的太阳花,万寿菊,孔雀草,黄花菜,油菜花,沙漠地带的马兰花等植物的新鲜花瓣表皮纤毛的镜下观察,动物中鱼类的新鲜鱼子,鸽子,牛羊的肝脏,肾脏,心肌组织细胞经过严格线粒体筛选,分离,提纯观察,结果发现均广泛存在线粒体。对单细胞微生物酵母菌特殊染色后观察,也存在线粒体,但数量极少。因此观察亚显微结构线粒体的材料来源丰富。
  那么通过什么方法,采取怎样的措施完成细胞中线粒体分离提取,是认识、观察、研究线粒体的基础。为此我们选择了几种比较理想的材料开展如下活动。
  活动一:1、材料用品:剪刀,镊子,培养皿,载玻片盖玻片,纱布,滤纸条,显微镜,洋葱鳞片,洋葱根尖,百合鳞片,百合根尖,20%盐酸,0.005%健那绿染液。2、实验方法:用剪刀剪去约1厘米的洋葱和百合根尖,分别放在两个培养皿中,加入约1毫升20%盐酸溶液浸泡5分钟,然后用镊子取出根尖放入蒸馏水浸泡2分钟左右,将处理好的洋葱和百合根尖分别放置在擦拭干净的载玻片中央,分别滴一滴健那绿染液染色2分钟,放上盖玻片,用滤纸条吸取多余染液,再用橡皮擦轻轻敲打盖玻片尽量使根尖组织细胞分散开来,放在低倍显微镜观察伸长区细胞,之后换用高倍镜观察,结果发现细胞质分散着蓝绿色的小颗粒-线粒体,仔细对比洋葱和百合根尖伸长区细胞中线粒体的分布,形态,数量。3、实验结论:洋葱百合根尖线粒体主要分布在细胞质中靠近细胞膜的区域,细胞核周围线粒体稀少,大多呈蓝绿色颗粒状。4、注意事项:根尖要选择生长最快的;染液浓度不能过高;染色时间不宜过长或过短;制片中的敲击力量要适中,避免细胞过分分散或多层重叠,影响观察效果。
  活动二:选取盛开的太阳花,孔雀草,菊花花瓣,幼嫩瓜藤为实验材料按活动一设计实验,开展活动,活动中要选择浅色花瓣,用镊子取下植物表面纤毛,再置与载波片中央的水滴中无需染色,盖上盖玻片在高倍镜下即能看到细胞中线粒体。
  活动三:动物肝脏的一个细胞中大约有1000~2000个线粒体,因此实验室常用新鲜动物肝脏为材料分离,提纯线粒体,也是观察研究线粒体的首选素材。但实验过程更为复杂,要求更为严格,动员学生上网查询,学习动物肝脏中提取线粒體的实验原理,方法步骤,操作要领,注意事项,掌握差速分离线粒体的技术,学会匀浆介质的配制方法。为更深层次探究微观领域打下坚实基础。
  (作者单位:甘肃省玉门市第一中学)
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