Теоретический материал
Министерство образования Московской области
Государственное образовательное учреждение высшего образования
Московской области
«Московский государственный областной гуманитарный институт»
Фармацевтический факультет
Кафедра фармакологии и фармацевтических дисциплин
Методические указания для студентов по теме:
«Правила работы с микроскопом. Строение и осмотические свойства растительной клетки. Пластиды. Запасные питательные вещества растительной клетки: крахмальные зерна, простые и сложные алейроновые зерна, жиры»
Компетенции обучающегося, формируемые в результате
освоения темы:
1. Способность и готовность анализировать социально значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-1)
2. Способность и готовность работать с научной литературой, анализировать информацию, вести поиск, превращать прочитанное в средство для решения профессиональных задач (выделять основные положения, следствия из них и предложения) (ПК-48)
Методические указания для студентов по теме:
«Правила работы с микроскопом. Строение и осмотические свойства растительной клетки. Пластиды. Запасные питательные вещества растительной клетки: крахмальные зерна, простые и сложные алейроновые зерна, жиры»
По разделу 5 «Основы цитологии»
Цель: Познакомиться с устройством светового микроскопа, освоить навыки микроскопирования и приготовления временных препаратов. Изучить строение растительной клетки. Познакомиться с разнообразием запасных питательных веществ в растительной клетке, местами их локализации в клетке и органах растений.
Вопросы для подготовки к занятию:
1. Устройство микроскопа, работа с микроскопом.
2. Техника изготовления временных препаратов.
3. Строение растительной клетки, ее осмотические свойства.
4. Классификация пластид, их функции, локализация в растении, значение для диагностики лекарственного растительного сырья.
5. Классификация запасных питательных веществ.
6. Локализация запасных питательных веществ в клетке и растении.
7. Значение запасных питательных веществ для растения и диагностики лекарственного растительного сырья.
8. Гистохимические реакции для обнаружения запасных питательных веществ.
Теоретический материал
Световой микроскоп состоит из осветительной, оптической и механической систем. Оптическая система микроскопа включает объектив, окуляр, конденсор. Осветительная система – зеркало или подсветка. Механическая система – штатив, подставка, тубус, тубусодержатель, механизмы макрометрической (макровинт) и микрометрической (микровинт) фокусировок, револьвер и предметный столик. Зрительная трубка (тубус) сверху несет систему линз (окуляр), а снизу имеет вторую систему линз (объектив). Объектив обеспечивает увеличение, которое можно определить по цифрам или буквам на его оправе (например 8, 20, 40). Он дает обратное изображение объекта. Окуляр состоит из двух линз и увеличивает картину, построенную объективом. Малое увеличение можно получить с помощью комбинаций объектива 8 и окуляра 7×, 10×, 15×. Большое увеличение микроскопа можно получить с помощью комбинации объектива 40 и окуляров 7×, 10×, 15×.
На занятиях используются готовые и временные препараты. Для приготовления временных препаратов следует соблюдать следующую последовательность действий: на середину чистого предметного стекла капнуть воды и поместить в нее исследуемый объект, затем накрыть покровным стеклом так, чтобы вода вытеснила воздух и заполнила все пространство под покровным стеклом. Для этого большим и указательным пальцами правой руки взять покровное стекло за уголки, завести его за каплю и противоположным краем стекла, наклоняя его под острым углом к предметному стеклу, коснуться краем капли. Затем осторожно и постепенно опустить стекло на каплю. Если вода не заполняет всего пространства под покровным стеклом, то стеклянной палочкой сбоку покровного стекла добавляют небольшую каплю. В силу поверхностного натяжения капля втягивается под стекло и заполняет под ним все пространство. Если вода выступит за края покровного стекла, ее следует удалить, прикладывая сбоку полоску фильтровальной бумаги.
Живая клетка растений представляет собой объемное тело, состоящее из протопласта, который внутри себя продуцирует вакуоль, а наружу –клеточную стенку. Протопласт (от греч. протос – первый, пластос – вылепленный) состоит из цитоплазмы и ядра. Ядро – состоит из двумембранной липопротеидной оболочки, кариоплазмы, хроматина одного или нескольких ядрышек. Цитоплазма неоднородна по строению и составу и включает в себя органоиды, погруженные в гиалоплазму. Органоиды могут быть 1-, 2-мембранные и безмембранные. К 1-мембранным относится: эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы. Двумембранными являются митохондрии и пластиды. К безмембранным относят рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты и немембранные макромолекулярные комплексы. Наружная мембрана протопласта, прилегающая к клеточной стенке, называется плазмолемма.
Пластиды – органеллы, встречающиеся только в растительной клетке. В зависимости от уровня сложности строения, выполняемых функций и окраски, различают три основных типа пластид: хлоропласты (зеленого цвета, содержат пигменты – это хлорофилл и каротиноиды), хромопласты (желтого, оранжевого или красного цвета, содержат пигменты – каротиноиды) и лейкопласты (бесцветные).
Гиалоплазма (от греч. гиалине – прозрачный), основная плазма или матрикс цитоплазмы, представляет собой сложную систему истинных и коллоидных растворов различных веществ, среди которых основную роль играют высокомолекулярные соединения, главным образом белки. Важнейшая роль гиалоплазмы заключается в том, что эта среда объединяет все клеточные структуры и обеспечивает химическое взаимодействие их друг с другом. В живой растительной клетке основное вещество находится в постоянном движении. Это движение называется током цитоплазмы или циклозом, который прекращается в мертвой клетке.
Клетки высших растительных организмов в цитоплазме содержат вакуоли. У молодых клеток может быть несколько мелких вакуолей, которые по мере роста и дифференцировки клетки сливаются друг с другом и образуют одну или несколько крупных вакуолей, занимающих до 80% объема всей клетки. Мембрана, ограничивающая вакуоли носит название тонопласта. Полость вакуоли заполнена клеточным соком, представляющим собой водный раствор минеральных солей и различных органических соединений: углеводов (моно-, ди- и полисахаридов), белков, органических кислот (часто встречаются лимонная, щавелевая, яблочная, янтарная кислоты) и их солей (оксалат кальция), алкалоиды, танины, гликозиды. Среди последних, наиболее интересна группа флавоноидов, окрашивающих клеточный сок в желтый (флавоны) и в красно-фиолетовый (антоцианы) цвет.
Одной из главных функций вакуолей является поддержание тургорного давления клеток, которое служит одним из факторов роста, обеспечивая рост клеток растяжением и способствует поддержанию формы неодревесневших частей растений. Потеря тургора вызывает увядание растений. Тургорное давление связано с избирательной проницаемостью тонопласта для воды и явлением осмоса. Недостаток воды в клетке ведет к плазмолизу, т.е. к сокращению объема вакуоли и отделения протопласта от оболочки. Плазмолиз может быть вызван искусственно при погружении клетки в гипертонический раствор какой-либо соли или сахара. Плазмолиз обычно обратим и может служить показателем живого состояния протопласта.
Все многообразие форм растительных клеток в зависимости от соотношения длины и ширины подразделяется на две группы: 1) паренхимные (от греч. пар – равный, энхима – налитое) или изодиаметрические – это клетки длина которых равна ширине или превышает ее не более чем в три раза; 2) прозенхимные (от греч. прос – по направлению к …, энхима – налитое) – длина которых превосходит ширину более чем в три раза.
В качестве запасных питательных веществ в клетках встречаются все виды органических соединений: углеводы, белки, жиры. Углеводы могут локализоваться в пластидах, вакуолях и клеточной оболочке. В клеточном соке вакуолей встречаются водорастворимые соединения: моносахара, дисахара и полисахариды (инулин). Наиболее распространенным видом запасных углеводов в растительной клетке является крахмал. По происхождению различают крахмал ассимиляционный (первичный) и запасной (вторичный). Ассимиляционный крахмал образуется в хлоропластах в результате процесса фотосинтеза. Запасной крахмал откладывается в клетке в форме крахмальных зерен в лейкопластах и обычно сосредоточен в клетках запасающих тканей различных органов. Запасные белки откладываются в форме алейроновых зерен преимущественно в запасающих тканях семян. Запасные жиры и масла рассеяны в цитоплазме в виде отдельных мелких капель или содержатся в особых структурах – элайопластах, преимущественно в клетках семян.
Практическая работа
Задание 1. Изучите правила работы с микроскопом
1. Вспомните строение светового микроскопа (рис. 1).
2. Подготовьте рабочее место.
1) Установите микроскоп на столе против левого плеча (против правого плеча, если Вы левша), примерно на 10 см от края стола, тубусодержателем к себе и не сдвигайте до конца занятия. Тетрадь и все предметы, необходимые для работы, расположите справа от микроскопа.
2) Протрите части оптической и осветительной системы микроскопа.
3) Глядя в окуляр, направьте вогнутое зеркало к источнику света и добейтесь оптимального освещения поля зрения или (при наличии) включите подсветку.
4) Тщательно промойте и, или протрите предметные и покровные стекла (поместите стекло в складку марлевой салфетки между большим и указательным пальцами руки и протрите их легкими и круговыми движениями пальцев). Недостаточно чистые стекла делают изображения мутным и затрудняют изучение объекта.
Задание 2. Изучите строение растительной клетки
Приготовьте временный препарат эпидермиса (кожицы) сочной чешуи луковицы лука репчатого. Для этого:
1) 
Подготовьте предметное и покровное стекла.
2) Нанесите стеклянной палочкой на середину предметного стекла каплю воды.
3) 
Внутреннюю мясистую чешую лука слегка надрежьте и препаровальной иглой или пинцетом снимите эпидерму. Отделите от нее небольшой кусочек (примерно 5×5мм)
4) Эпидермис расправьте препаровальной иглой в капле воды на предметном стекле и накройте покровным стеклом.
При малом увеличении микроскопа в поле зрения будут видны множество плотно сомкнутых клеток многоугольной формы и разных размеров (рис. 2). При большом увеличении микроскопа рассмотрите и зарисуйте строение 2-3 клеток, отметьте их клеточную стенку, ядро, цитоплазму, вакуоли.
Задание 3. Рассмотрите хлоропласты в клетках листа элодеи (алое, каланхое и др. растений).
1) Поместите кусочек листа в каплю воды на предметном стекле. Накройте покровным стеклом, при этом следите, чтобы все клетки листа были погружены в воду и препарат не содержал пузырьков воздуха.
2) При большом увеличении внимательно изучите форму и расположение хлоропластов. Обратить внимание, что в клетке хлоропласты обычно располагаются вдоль клеточной оболочки, в постенном слое цитоплазмы (рис. 3, 4). Они имеют форму двояковыпуклой линзы и при рассмотрении сверху видны в виде округлых телец, а при рассмотрении сбоку – в виде овальных. Регулируя освещение, можно заметить внутри хлоропластов блестящие зернышки первичного крахмала.
3) Изучите движение цитоплазмы, на
|
4) В альбоме зарисуйте в крупном масштабе 1-2 клетки листа, показав пластиды в разном положении. Обозначьте клеточную стенку, цитоплазму, ядро, вакуоли, хлоропласты с зернами крахмала. Направление движения цитоплазмы укажите стрелками.
5) Запишите в тетради функции хлоропластов и название их пигменты.
Задание 4. Рассмотрите хромопласты в клетках мякоти плодов (околоплодник) рябины, шиповника, боярышника или облепихи и лепестков календулы.
1. Приготовьте временный препарат клеток мякоти плодов:
1) Для этого кончиком препаровальной иглы или пинцета захватите немного клеток прямо под кожицей, поместите их в каплю воды и равномерно распределите на предметном стекле с помощью иглы, накройте препарат покровным стеклом.
2) 
При малом увеличении выберите клетку, в которой наиболее четко видны хромопласты. Обратить внимание на то, что клетки мякоти плодов имеют округлую, овальную или слегка 
угловатую форму. Клеточная стенка 
прозрачная и очень тонкая. Под оболочкой различим постенный слой цитоплазмы с хромопластами и ядром. Хромопласты имеют желто-оранжевый или оранжево-красный цвет и разнообразную форму – округлую, овальную, ромбическую, игольчатую, серповидную или треугольную (рис.5,6,7).
3) Зарисуйте клетки мякоти нескольких плодов, показав разнообразие форм хромопластов. Запишите в тетради, какие пигменты присутствуют в хромопластах, и укажите функции пластид.
2. Приготовьте временный препарат лепестков календулы:
Положите лепесток или часть лепестка в каплю воды на предметное стекло. Накройте препарат покровным стеклом. Зарисуйте 1-2 клетки в крупном масштабе.
Задание 5. Рассмотрите клетки, окрашенные пигментами клеточного сока в лепестках цветков василька синего и коровяка обыкновенного, в листьях гинуры плетеносной и мякоти плодов черемухи обыкновенной, рябины (аронии) черноплодной или смородины черной.
1. Сделайте плоскостной препарат предложенного объекта, используя порядок действия из задания 4. Зарисуйте 1-2 клетки в крупном масштабе (рис. 8).
2. Изучите явление плазмолиза на этом же объекте. Для этого:
1) 
Снимите препарат со столика микроскопа и на предметное стекло, вплотную к покровному стеклу, под которым в воде находится исследуемый объект, нанесите каплю гипертонического (8-10%-ного) раствора натрия нитрата или сахара.
2) С противоположной стороны покровного стекла, также вплотную к не 
му, положите полоску фильтровальной бумаги и оттяните воду до тех пор, пока гипертонический раствор не заменит ее полностью.
3) Через некоторое время наблюдайте за протопластом, который начинает отходить от оболочки клетки (рис. 9, 10). Обратите внимание, что протопласт сначала отходит от оболочки в углах клетки (стадия уголкового плазмолиза), затем он остается соединенным с нею лишь в некоторых местах. На этой стадии он имеет неправильные, угловатые очертания. Позднее протопласт отделяется от всей внутренней поверхности оболочки, округляется и располагается в середине клетки или возле одной из ее стенок (стадия выпуклого плазмолиза). Пространство между протопластом и оболочками клетки заполняется плазмолизирующим раствором.
4) Зарисуйте клетку в крупном масштабе на разных стадиях плазмолиза.
5) Запишите в тетради, что такое плазмолиз и каким образом можно вызвать его в лабораторных условиях. Ответьте на вопрос: обратим ли этот процесс?
3. Проведите реакцию деплазмолиза, не снимая покровного стекла. Для этого оттяните фильтровальной бумагой гипертонический раствор и замените его водой. Объем вакуоли при этом увеличится, цитоплазма займет постенное положение, восстановится тургор.
Задание 6. Занеситеинформацию в таблицу,обозначая объекты исследования цвет пигментов и их функции.
Место локализации, цвет и функции пигментов.
| Наименование объекта исследования | Пигменты пластид | Пигменты вакуоли | Функция |
Задание 7. Изучите строение крахмальных зерен в семени каштана.
1. Сделайте несколько срезов эндосперма семени каштана лезвием опасной бритвы.
2. 
Перенесите срезы в заранее приготовленные на предметном стекле две капли воды. В одну из капель добавьте реактив Люголя (раствор йода в йодистом калии), что даст возможность наблюдать неокрашенные и окрашенные препараты (рис. 11).
3. Накройте срезы покровными стеклами.
4. 
При малом увеличении микроскопа внимательно просмотрите сначала неокрашенные срезы и найдите наиболее тонкий участок, где ясно различимы клетки и их содержимое. Поместите этот участок в центр поля зрения и переведите микроскоп на большое увеличение.
5. Изучите строение крахмальных зерен, зарисуйте две клетки эндосперма семени каштана, отразив особенности их строения (форму, слоистость, положение центра образования).
6. Изучите окрашенные срезы, запишите в тетради результат качественной реакции, с помощью цветного карандаша отразите изменение окраски в одной из нарисованных ранее клеток.
Задание 8. Изучите типы строения крахмальных зерен в разных видах муки (рис. 12, 13).
1. С помощью препаровальной иглы захватите небольшое количество муки и перенесите ее в заранее приготовленную на предметном стекле каплю воды. Накройте покровным стеклом.
2. 
При малом увеличении микроскопа найдите наиболее подходящий участок, где ясно различимы клетки. Поместите этот участок в центр поля зрения и переведите микроскоп на большое увеличение.
3. Изучите строение зерен: определите форму, тип слоистости и тип сложения.
Заполните таблицу:
Сравнительная характеристика крахмальных зерен в разных видах муки.
| Наименование объекта | Описание формы, типа слоистости и сложения и другие отличительные признаки | Рисунок |
Задание 9. Изучите сферокристаллы инулина, являющегося запасным питательным веществом у представителей семейства Asteraceae.
1. 
Сделайте несколько поперечных срезов корня одуванчика с помощью лезвия опасной бритвы и перенесите полученные срезы в заранее приготовленную каплю спирта на предметное стекло.
2. Накройте срезы покровным стеклом.
3. При малом увеличении микроскопа внимательно просмотрите срезы и найдите наиболее тонкий участок, где ясно различимы клетки, содержащие сферокристаллы инулина. Поместите этот участок в центр поля зрения и переведите на большое увеличение микроскопа (рис. 14).
4. Зарисуйте одну несколько клеток со сферокристаллами и сделайте обозначения.
5. Запишите в тетради качественную реакцию на инулин и его природу.
Задание 10. Проведите качественную реакцию наслизь в клетках листа алое.
1. Сделайте несколько тонких поперечных срезов листа и поместите их в каплю воды на предметном стекле. Накройте покровным стеклом, при этом следите, чтобы весь лист был погружен в воду и препарат не содержал пузырьков воздуха.
2. Изучите форму крупных клеток мезофилла со слизью. Зарисуйте несколько клеток.
3. Окрасьте препарат 2,5% раствором щелочи. Запишите в тетради результат качественной реакции.
Задание 11. Изучите простые алейроновые и крахмальные зерна в семенах растений семейства бобовых (горох фасоль бобы).
1. Сделайте несколько срезов эндосперма семени с помощью лезвия опасной бритвы.
2. Перенесите срезы в заранее приготовленные на предметном стекле две капли воды. В одну из капель добавьте реактив Люголя, что даст возможность наблюдать неокрашенные и окрашенные препараты (рис. 15, 16).
3. Накройте срезы покровными стеклами.
4. При малом увеличении микроскопа внимательно просмотрите сначала неокрашенные срезы и найдите наиболее тонкий участок, где ясно различимы клетки и их содержимое. Поместите этот участок в центр поля зрения и переведите микроскоп на большое увеличение.
5. Изучите строение крахмальных зерен, зарисуйте две клетки эндосперма семени, отразив особенности их строения (форму зерен, слоистость, положение центра образования, форму трещен).
6. Изучите окрашенные срезы, запишите в тетради результаты качественной реакции, с помощью цветного карандаша отразите изменение окраски крахмальных и алейроновых зерен в одной из нарисованных ранее клеток.
Задание 12. Изучите сложные алейроновые зерна и капли жирного масла семян клещевины.
1. Снимите с семени клещевины кожуру.
2. Сделайте эндоспермом семени два мазка на предметном стекле.
3. На один мазок капните реактив Люголя, что даст возможность наблюдать сложные алейроновые зерна, на другой – реактив Судан III, для окраски жирных масел (рис. 17, 18).
4. Накройте препараты покровными стеклами.
5. 
Изучите строение алейроновых зерен на большом увеличении и как можно быстрее сделайте рисунок препарата. Укажите на рисунке оболочку алейронового зерна, кристаллоид и глобоиды. Запишите в тетради результат качественной реакции.
6. На препарате, окрашенном Суданом III, на малом и большом увеличениях рассмотрите капли жирного масла. Зарисуйте их и запишите в тетради окраску качественной реакции.
7. Можно так же посмотреть капли жирного масла в семенах подсолнечника, миндаля, плодах облепихи, кедровом орехе и др.
Задание 13. Занесите в таблицу результаты качественных реакций на разные виды запасных питательных веществ:
Места локализации, и гистохимические реакции
на запасные питательные вещества растительной клетки.
| Запасное питательное вещество (химическая природа) | Реактив (результат реакции) | Локализация | ||
| клетка | ткань | орган | ||
| Крахмал (полисахарид) | ||||
| Инулин (полисахарид) | ||||
| Слизи (полисахариды) | ||||
| Алейроновые зерна (белок) | ||||
| Капли масла (жир) |
Вопросы для самоконтроля
1. Основные части механической системы микроскопа.
2. Основные части оптической системы микроскопа.
3. Основные части осветительной системы микроскопа.
3. Правила смены объектива малого увеличения микроскопа на объектив большого увеличения микроскопа.
4. Основные правила работы с макро- и микровинтом.
5. Положение, в котором следует оставлять микроскоп после окончании работы.
6. Формы клеток.
7. Основные органоиды растительных клеток, которые можно наблюдать в световой и электронный микроскоп.
8. Основные свойства цитоплазмы как живой системы.
9. Типы движения цитоплазмы.
10. Плазмолиз, тургор.
11. Типы пластид, их функции.
12. Пигменты пластид, их роль.
13. Пигменты клеточного сока, их значение.
14. Различие между первичным и вторичным крахмалом.
15. Причина слоистости крахмальных зерен.
16. Структура сложного алейронового зерна.
17. Части клетки и органы растения, в которых накапливается запасной белок.
18. Реактивы, с помощью которых можно обнаружить в клетках запасные вещества: крахмал, белок, инулин, жирное масло.