Анатомия и морфология растений

Введение

Лабораторный практикум является необходимым, очень важным дополнением к теоретическому курсу ботаники. Основная его задача – углубление и закрепление знаний, полученных на лекциях, выработка навыков самостоятельной исследовательской работы.

В процессе выполнения лабораторных работ студенты знакомятся с особенностями анатомического и морфологического строения растений, произрастающих в различных экологических условиях, изучают разнообразие растений различных систематических групп, учатся анализировать и грамотно оформлять результаты наблюдений, что, несомненно, пригодится им в будущих научных исследованиях.

Итогом лабораторной работы является обсуждение темы занятия, выполнение каждым студентом индивидуальных письменных заданий и оформление рисунков в альбом.

Для проведения лабораторных занятий используется следующее современное оборудование, приобретенное в рамках программы развития СФУ:

• Микроскопы марок Primo Star (Carl Zeiss, Germany, 2007) и Axio Star (Carl Zeiss, Germany, 2007) – световые микроскопы универсального применения, которые предназначены преимущественно для исследования клеточных и тканевых культур. Primo Star представляет собой микроскоп проходящего света, отличающийся компактной конструкцией и небольшой площадью для размещения штатива. Наряду с высокоразрешающими объективами с бесконечной оптикой и важными в микроскопии методами светлого и темного полей, а также методом фазового контраста пользователю предлагается фотовыход для фото- и видеодокументации.

• Микроскоп стереоскопический МБС-10 (Россия, 2007) – предназначен для наблюдения как объемных предметов, так и тонких пленочных и прозрачных объектов. Наблюдение может производиться как при искусственном, так и при естественном освещении в отраженном и проходящем свете. Увеличение в пределах 4,6–100 крат.

• Интерактивная доска SMART Board 3000i использует все возможности персонального компьютера в режиме реального времени. Специальное программное обеспечение позволяет работать с текстами и графическими объектами, аудио- и видеоматериалами, интернет-ресурсами; делать записи (как при помощи специальных маркеров, так и просто рукой) прямо поверх открытых документов; сохранять и тиражировать информацию. Преподаватель может управлять компьютером непосредственно с доски, без помощи манипулятора «мышь» и клавиатуры, а входящее в комплект программное обеспечение предоставляет возможность рисовать и запоминать любые комментарии, а также выполнять множество других действий.

Правила техники безопасности

При работе в ботанической лаборатории

Находясь в лаборатории, необходимо выполнять следующие общие требования и меры предосторожности:

1. Запрещается входить в лабораторию в верхней одежде.

2. Работать в лаборатории допускается только в специальном халате.

3. На каждом лабораторном занятии назначается дежурный из числа студентов, который отвечает за санитарное состояние лаборатории на время занятия.

4. Открывать окна в лаборатории можно только по разрешению преподавателя.

5. В лабораторию запрещается приносить напитки и продукты и употреблять их. 6. Включать и выключать тумблеры в электрическом щитке можно только с разрешения преподавателя.

7. При работе с оборудованием и оптическими приборами при обнаружении неисправности приборов, электропроводки или розеток нужно сообщить преподавателю. Запрещается самому производить ремонт неисправностей.

8. При изготовлении временных препаратов осторожно обращаться с режущими инструментами и стеклами. В случае нанесения порезов необходимо поставить в известность преподавателя для оказания медицинской помощи.

9. Запрещается выбрасывать сломанные предметные и покровные стекла в мусоросборник, осколки необходимо складывать в специальный контейнер.

10. Для работы с фиксированными в спирте объектами необходимо использовать пинцет.

11. По окончании работы следует сдать инструменты и отработанные препараты преподавателю. Микроскопы отключить от сети и накрыть чехлами. Навести порядок на рабочем месте, сдать его дежурному.

При работе с реактивами необходимо соблюдать следующие правила:

1. Работу с концентрированными кислотами, щелочами и ядовитыми веществами можно проводить только в вытяжном шкафу.

2. Наливать или насыпать реактивы следует только над столом.

3. Не следует оставлять открытыми банки с реактивами.

4. Пролитые или рассыпанные реактивы нужно немедленно удалить со стола с помощью тряпки и промыть поверхность водой.

Лабораторная работа 1

Микроскопирование ботанических объектов

Цель работы: ознакомиться с устройством микроскопа и правилами работы в лаборатории ботаники.

Задачи:

1. Ознакомиться с правилами по технике безопасности при работе в ботанической лаборатории.

2. Изучить устройство микроскопа и порядок работы на нем.

3. Освоить методики изготовления препаратов.

Микроскоп представляет собой оптико-механический прибор, позволяющий получать сильно увеличенное изображение рассматриваемого предмета, размеры которого лежат за пределами разрешающей способности невооруженного глаза. В микроскопе можно выделить следующие части: оптическую систему – главную часть микроскопа, осветительное устройство и механическую систему.

Механическая часть состоит из подставки, тубусодержателя, тубуса, предметного столика, револьвера, макро- и микрометренных винтов, служащих для наведения на резкость (рис. 1).

Рис. 1. Строение микроскопа: 1 – окуляр; 2 – тубус;

3 – сетевой блок; 4 – тубусодержатель; 5 – револьвер для объективов; 6 – поворотная ручка для включения и выключения и для регулировки интенсивности освещения; 7 – микровинт для точной настройки; 8 – макровинт для грубой настройки; 9 – ручка для перемещения предметного столика в направлении Х; 10 – ручка для перемещения предметного столика в направлении Y; 11 – осветитель; 12 – конденсор; 13 – объектив; 14 – предметный столик; 15 – пружинный рычаг объектодержателя

К осветительному устройству, предназначенному для направления света на препарат, установки оптимального освещения объекта и регулировки силы освещения, относятся встроенная лампа, конденсор, диафрагма и матовые стекла. У некоторых микроскопов вместо встроенного осветителя имеется зеркало, а осветитель ставится отдельно.

К оптической системе микроскопа принадлежат объективы и окуляр. Объектив дает сильно увеличенное, действительное, обратное изображение изучаемого объекта. Он состоит из системы линз, заключенных в металлическую оправу. Самая главная – наружная (фронтальная) линза, от фокусного расстояния которой зависит увеличение объектива. Обычно на револьвере находятся несколько объективов с различным увеличением (4×, 10×, 40×, 100×). От увеличения объектива зависят еще две его характеристики: рабочее расстояние, т. е. расстояние от фронтальной линзы до плоскости препарата, и площадь поля зрения. Чем больше увеличение объектива, тем меньше его рабочее расстояние и ýже поле зрения.

Окуляр служит для рассмотрения изображения объекта, даваемого объективом, т. е. выполняет роль лупы. Он состоит из 2–3 линз и дает дополнительное увеличение объекта, значение которого указано на его оправе. Общее увеличение микроскопа складывается из произведения увеличения объектива и окуляра.

Отчетливость получаемого изображения определяется разрешающей способностью микроскопа, которая зависит от длины волны используемого света и числовой апертуры оптической системы микроскопа (ее значение указано на оправе объектива). Чем больше значение числовой апертуры, тем выше разрешающая способность. Повысить разрешающую способность микроскопа можно, увеличив показатель преломления среды, граничащей с линзой. Для этого между фронтальной линзой объектива и исследуемым объектом помещают каплю жидкости с высоким значением показателя преломления, например каплю воды (n = 1,3), глицерина (n = 1,4) или кедрового масла (n = 1,5). Для каждой указанной жидкости существуют специальные объективы, которые называются иммерсионными.

Порядок работы с микроскопом

(настройка микроскопа с встроенным осветителем)

1. Расчехлить микроскоп и поставить в удобное для работы положение. С правой стороны должны находиться необходимые предметы (предметные и покровные стекла, реактивы, препаровальные иглы, альбом для зарисовок).

2. Включить осветитель.

3. Установить объектив малого увеличения (4Ч с красной полосой).

4. Положить препарат на предметный столик микроскопа, закрепив его рычагом объектодержателя. Положение препарата относительно объектива отрегулировать с помощью ручек перемещения предметного столика.

5. Движением макровинта, при направлении взгляда сбоку на препарат, осторожно опустить объектив. Глядя в окуляр и вращая макровинт на себя, постепенно поднимать тубусодержатель, пока изучаемый объект не попадет в фокус. Неясное изображение сфокусировать микровинтом.

6. Вращением поворотной ручки на штативе микроскопа установить оптимальное освещение поля зрения.

Для работы с большим увеличением (10Ч, 40Ч, 100Ч):

7. Поставить объект или интересующую часть объекта в центр поля зрения, так как при большом увеличении площадь поля зрения сильно сокращается.

8. Поворотом револьвера до щелчка осторожно сменить объектив.

9. Неясное изображение сфокусировать сначала макро-, а потом микровинтами.

10. Резкость изображения отрегулировать с помощью диафрагмы.

11. По окончании работы микроскоп снова перевести на малое увеличение и только после этого снять препарат с предметного столика.

12. Выключить осветитель, надеть чехол.

Оформление результатов наблюдений

На практических занятиях по морфологии и анатомии растений большое внимание должно быть уделено рисунку. Для зарисовок необходим альбом или отдельные чертежные листы формата А4. Рисунки рекомендуется делать простым карандашом. При работе с окрашенными препаратами допускается работа с цветными карандашами. Надписи к рисункам желательно делать ручкой. Поперечные срезы радиально-симметричных органов (стебля, корня) в целях экономии времени рекомендуется изображать в виде сектора.

В верхней части альбомного листа ставится дата и тема занятия. Рисунок должен быть небольшим, четким. На один альбомный лист должно входить в среднем три рисунка. Под рисунком с левой стороны указывается номер (например: рис. 1) и пишется его название. Цифровые и буквенные условные обозначения, отмеченные на рисунке, расшифровываются ниже названия (например: рис. 2).

Правила приготовления микропрепаратов

Для приготовления временных микропрепаратов необходимо иметь набор предметных и покровных стекол, препаровальные иглы, пипетку, безопасную бритву, фильтровальную бумагу, реактивы.

Перед началом работы предметное и покровное стекла хорошо промывают водой и насухо протирают мягкой тряпочкой. Далее тонкий срез изучаемого растительного объекта помещают в каплю воды и сверху накрывают покровным стеклом. Покровное стекло обычно берут за края большим и указательным пальцами. Одну из свободных сторон стекла медленно опускают на препарат, слегка смочив в жидкости. Если жидкость на препарате выступает за края покровного стекла, ее удаляют фильтровальной бумагой.

При необходимости окрашивания препарата реактивом, воду из-под покровного стекла отсасывают с помощью фильтровальной бумаги, а капельку реактива наносят с противоположной стороны на край покровного стекла.

Реактивами, часто используемыми при окраске растительных препаратов, являются:

• йод, растворенный в йодиде калия (для окрашивания крахмальных зерен);

• фуксин (для окрашивания цитоплазмы);

• гематоксилин (для окрашивания ядер);

• хлор-цинк-йод (для окрашивания целлюлозных клеточных оболочек);

• флороглюцин и соляная кислота (для окрашивания одревесневших оболочек);

• глицерин (для просветления препарата) и др.

Задание. Приготовить и рассмотреть под микроскопом препарат эпидермиса листа герани.

Ход работы. Снять кусочек нижнего эпидермиса с листа герани. Пипеткой нанести на чистое предметное стекло каплю воды и поместить в нее эпидермис. Сверху аккуратно положить покровное стекло.

Рассмотреть полученный препарат под малым (4Ч) и большим (10Ч) увеличениями.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные части светового микроскопа.

2. Какие элементы входят в состав механической и осветительной частей микроскопа и каково их значение?

3. Назовите значение оптической части микроскопа и ее составляющих. Дайте характеристику объективов.

4. Что такое разрешающая способность микроскопа и каковы способы ее увеличения?

5. Каков порядок работы с микроскопом?

6. Какие существуют правила оформления результатов наблюдений?

7. Назовите последовательность этапов приготовления временных препаратов.

8. Какие реактивы используют при окраске растительных образцов?

Лабораторная работа 2

Строение растительной клетки

Цель работы: ознакомиться с основными структурными элементами растительной клетки, освоить методику изготовления временных препаратов.

Задачи:

1. Изготовить временные препараты.

2. Изучить строение пластид, центральной вакуоли, клеточной стенки.

Клетка представляет собой основную структурную и функциональную единицу всех живых существ. Среди растений есть виды, представленные одной клеткой (некоторые виды водорослей), однако большинство является многоклеточными организмами. Строение клеток разнообразно и зависит от выполняемых ими функций.

В типичном случае растительная клетка состоит из протопласта (живого содержимого) и окружающей его оболочки – клеточной стенки. Общий план строения растительной клетки приведен на схеме.

Протопласт можно подразделить на цитоплазму и ядро. Цитоплазма состоит из гиалоплазмы и органелл. Гиалоплазма представляет собой непрерывную водную коллоидную фазу клетки и обладает определенной вязкостью. Она способна к активному движению за счет трансформации химической энергии в механическую. Гиалоплазма связывает все находящиеся в ней органеллы, обеспечивая их постоянное взаимодействие. Через гиалоплазму идет транспорт аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов, сахаров, неорганических ионов, перенос АТФ.

Часть структурных белковых компонентов гиалоплазмы формирует надмолекулярные агрегаты – микротрубочки и микрофиламенты, образующие цитоскелет клетки. Микротрубочки представляют собой полые цилиндры диаметром 25 нм и располагаются параллельно друг другу близко к плазмалемме. Микротрубочки образуют сеть в цитоплазме интерфазных клеток, волокна веретена деления, входят в состав жгутиков. Предполагается их участие в поддержании формы протопласта, во внутриклеточном транспорте, перемещении органелл, ориентации образуемых плазмалеммой микрофибрилл целлюлозы.

Микрофиламенты имеют диаметр 4–10 нм и состоят из спирально расположенных белковых субъединиц. Микрофиламенты являются сократимыми элементами цитоскелета и предположительно участвуют в движении цитоплазмы и перемещении органелл.

Органеллы – это структурно-функциональные единицы цитоплазмы. В клетке выделяют три типа органелл: немембранные, одномембранные и двумембранные.

Рибосомы относят к немембранным органеллам. Они состоят из рибонуклеопротеидов, образующих большую и малую субъединицы. Предшественники рибосом образуются в результате деятельности ядрышка, а окончательное формирование рибосом происходит в цитоплазме. Рибосомы могут располагаться в гиалоплазме, на мембранах гранулярного ЭПР, в митохондриях и пластидах. Каждая клетка содержит десятки тысяч или миллионы рибосом. Их основная функция – синтез белка. На поверхности гранулярного ЭПР рибосомы образуют полисомы, прикрепляясь к одной молекуле и-РНК, несущей информацию о первичной структуре белка.

К одномембранным органеллам относятся плазмалемма, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли.

Плазмалемма является наружной поверхностной мембраной цитоплазмы. Она плотно прилегает к оболочке клетки и ограничивает протопласт от окружающей среды. Плазмалемма хорошо проницаема для воды, которая проникает в клетку путем диффузии. Для крупных молекул она обычно непроницаема (барьерная функция). Мелкие молекулы и ионы проходят через плазмалемму с разной скоростью, поскольку она ограничивает их свободную диффузию и часто осуществляет перенос (транспортная функция). Кроме того, она выполняет функции синтеза микрофибрилл целлюлозы клеточной оболочки и восприятия гормональных сигналов.

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) представляет собой систему субмикроскопических канальцев, пронизывающих гиалоплазму, соединенных друг с другом и ограниченных одинарной мембраной. Различают два типа ЭПР – гранулярный и агранулярный. Гранулярный ЭПР (шероховатый, г-ЭПР) несет на своих мембранах прикрепленные рибосомы. Состоит из канальцев и уплощенных цистерн. Цистерны ЭПР продырявлены многочисленными «окнами». Количество цистерн г-ЭПР колеблется в зависимости от типа клетки и стадии ее развития. Г-ЭПР выполняет функции синтеза белков (на прикрепленных к мембране снаружи полисомах), направленного транспорта макромолекул и ионов в клетке, участвует в образовании вакуолей, лизосом, диктиосом, а также взаимосвязывает все структурно-функциональные единицы клетки.

Агранулярный ЭПР (гладкий, а-ЭПР) лишен рибосом, имеет вид узких трубочек, пузырьков, цистерн. Обычно развит слабее г-ЭПР. Основная функция – синтез липофильных веществ и их транспорт. Хорошо развит в клетках, синтезирующих эфирные масла, смолы, каучук.

Аппарат Гольджи состоит из диктиосом и пузырьков. Диктиосома представляет собой стопку из 5–7 (до 20) дисковидных цистерн диаметром 1 мкм, ограниченных мембраной. На поперечном срезе диктиосомы цистерны имеют вид парных мембран, прямых или дугообразно согнутых. Диктиосомы переходят по краям в систему тонких ветвящихся трубочек. Диктиосома имеет регенерационный полюс, на котором формируются цистерны из мембран ЭПР, и секреторный полюс, где отчленяются пузырьки Гольджи. В цистернах происходит синтез аморфных полисахаридов, прежде всего гемицеллюлоз и пектиновых веществ матрикса клеточной оболочки, а их транспорт осуществляют пузырьки Гольджи. Кроме того, аппарат Гольджи принимает участие в обновлении плазмалеммы, транспорте белков, образовании вакуолей и лизосом.

Лизосомы представляют собой мелкие цитоплазматические вакуоли и пузырьки – производные ЭПР или аппарата Гольджи. Они содержат гидролитические ферменты и выполняют функцию разрушения (переваривания) отдельных участков цитоплазмы собственной клетки, которое заканчивается образованием на ее месте цитоплазматической вакуоли.

Пероксисомы (микротельца) – мелкие пузырьки, в которых происходит процесс фотодыхания (окисления продуктов фотосинтеза кислородом). Образующийся при этом пероксид водорода, токсичный для клетки, разлагается под действием фермента каталазы.

К двумембранным органеллам относят митохондрии и пластиды. Митохондрии имеют сходное строение у животных и растений. Снаружи они ограничены оболочкой, состоящей из двух мембран и светлого промежутка между ними. Наружная мембрана контролирует обмен веществ между митохондрией и гиалоплазмой. Внутренняя мембрана образует многочисленные выросты в полость митохондрии, называемые кристами. Пространство между кристами заполнено матриксом, в котором встречаются рибосомы, нити ДНК. Основная функция митохондрий – синтез АТФ из АДФ, т. е. обеспечение энергетических потребностей клетки. Синтез АТФ идет за счет окисления сахаров и называется окислительным фосфорилированием. Этот процесс протекает на внутренней мембране митохондрий, активная поверхность которой многократно увеличена за счет образования большого количества крист. Кроме того, митохондрии способны к синтезу белков, происходящему на их собственных рибосомах под контролем митохондриальной ДНК. В некоторых клетках митохондрии участвуют в синтезе липидов, углеводородов.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.