Цель: Ознакомиться со строением крахмальных зерен основных пищевых растений. Практическая работа «Строение клубня

Клубни отличаются от корневищ тем, что у них стебель короткий и толстый, а листья недоразвиты. Как и на всяком побеге, у них имеются почки и расположены они на верхушке и в пазухах недоразвитых листьев. Придаточные корни на клубнях не развиваются. Клубни у картофеля вырастают из подземных почек не сразу. Сначала из почки растёт длинный белый подземный побег — столон. Столон живёт меньше года. Верхушка со временем начинает утолщаться и превращается к осени в клубень.

В клубне накапливается много крахмала в виде мелких зёрен. Клубень картофеля — это видоизменённый побег с утолщённым стеблем и мелкими листьями.

Что делать. Рассмотрите внешнее строение клубня картофеля.

Что наблюдать. Найдите на его поверхности верхушечную и пазушные почки (глазки), рубцы от листьев (бровки) и рубец от отделившегося столона.

Что делать. Подсчитайте число глазков на клубне.

Что наблюдать. Найдите на клубне верхушку и основание.

Обратите внимание на неравномерное распределение глазков на утолщённом стебле.

Ту часть клубня, где больше глазков, называют верхушкой, а противоположную где рубец от столона — основанием.

Что делать. Разрежьте клубень на две части. На разрез клубня капните каплю раствора иода.

• Как изменилась окраска разреза клубня?
• Какие вещества отложены в клетках клубня?
• Каково значение клубня в жизни растения?

Подготовить к отчёту. Зарисуйте в тетради внешний вид клубня и подпишите его части. Запишите признаки, доказывающие, что клубень — это побег.

Ткань (мякоть) картофеля, овощей и плодов состоит из тон­костенных клеток, разрастающихся примерно одинаково во всех направлениях. Такую ткань называют паренхимной. Содер­жимое отдельных клеток представляет собой полужидкую мас­су - цитоплазму, в которую погружены различные клеточные элементы (органеллы) - вакуоли, пластиды, ядра, крахмальные зерна и др. (рис. 9.2). Все органеллы клетки окружены мембрана­ми. Каждая клетка покрыта оболочкой, представляющей собой первичную клеточную стенку.

Оболочки каждых двух соседних клеток скрепляются с по­мощью срединных пластинок, образуя остов паренхимной ткани (рис. 9.3).

Контакт между содержимым клеток осуществляется через плазмодесмы, которые представляют собой тонкие цитоплазматические тяжи, проходящие через оболочки.

Поверхность отдельных экземпляров овощей и плодов по­крыта покровной тканью - эпидермисом (плоды, наземные овощи) или перидермой (картофель, свекла, репа и др.).

Поскольку в свежих овощах содержится значительное коли­чество воды, то все структурные элементы их паренхимной ткани в той илиЧшой степени гидратированы. Вода как растворитель оказывает важное влияние на механические свойства растительной ткани. Гидратируя в той или иной степени гидрофильные соединения, она пластифицирует структуру стенок и срединных пластин. Это обеспечивает достаточно высокое тургорное дав­ление в тканях.

Тургор - состояние напряжения, возникающее вследствие давле­ния содержимого клеток на их эластичные оболочки и давления оболо­чек на содержимое клеток.

Тургорное давление может снижаться, например, при увядании или подсыхании овощей и плодов или возрастать, что наблюдается при погружении увядших овощей в воду. Это свойство овощей и плодов можно учитывать при их кулинарной переработке. Так, картофель и корнеплоды с ослабленным тур-гором перед механической очисткой рекомендуют замачивать в течение нескольких часов для сокращения времени обработки и снижения количества отходов.

Рис. 9.2. Строение растительной клетки

Рис. 9.3. Стенка растительной ткани:

1 -- срединная пластинка; 2 - плазмалемма.

Увеличение х 45000 (по Ж.-К. Ролан, А. Сёлеши, Д. Сёлеши)

Вакуоль - самый крупный элемент, расположенный в цен­тре клетки. Она представляет собой своеобразный пузырек, запол­ненный клеточным соком, и является наиболее гидратированным элементом клетки паренхимы овощей и плодов (95...98 % воды). В состав сухого остатка клеточного сока входят в том или ином количестве практически все водорастворимые пищевые вещества.

Основная масса Сахаров, содержащихся в картофеле, овощах и плодах в свободном состоянии, растворимого пектина, органи­ческих кислот, водорастворимых витаминов и полифенольных соединений концентрируется в вакуолях.

В клеточном соке содержится примерно 60... 80 % мине­ральных веществ от общего их количества в овощах и плодах. Со­ли одновалентных металлов (калия, натрия и др.) практически полностью концентрируются в клеточном соке. Солей же каль­ция, железа, меди, магния содержится в нем несколько меньше, так как они входят в состав других элементов тканей.

Клеточный сок содержит как свободные аминокислоты, так и растворимые белки, которые образуют в вакуолях растворы от­носительно слабой концентрации.

Тонкий слой цитоплазмы с другими органеллами занима­ет в клетке пристенное положение. В состав цитоплазмы входят в основном белки, ферменты и в небольшом количестве липиды (соотношение белков и липидов 90:1). В цитоплазме, как и в ва­куолях, они находятся в виде раствора, но более концентриро­ванного (10 %).

Пластиды - это органеллы, которые присутствуют только в растительных клетках. Наиболее типичные из них - хлоропласты, которые содержат хлорофилл. В определенных физиологи­ческих условиях пластиды не образуют хлорофилл; в этих случа­ях они вырабатывают либо белки (протеопласты), либо липиды и пигменты (хромопласты), но чаще всего такие пластиды выпол­няют резервные функции, и тогда в них накапливается крахмал (амилопласты), поэтому пластиды бывают окрашенными и бес­цветными. Последние называют лейкопластами.

В состав хлоропластов кроме хлорофилла входят белки и липиды в соотношении 40:30, а также крахмальные зерна.

В процессе развития хромопластов образуются крупные глобулы, или кристаллы, содержащие каротиноиды, в том числе и каротины. Присутствие этих пигментов в зеленых овощах и не­которых плодах (крыжовник, виноград, слива ренклод и др.) обусловливает различные оттенки их зелено-желтой окраски. Каротины придают желто-оранжевую окраску моркови, репе и др. Однако не всегда оранжевая окраска указывает на высокое содержание их в плодах и овощах; например, окраска апельси­нов, мандаринов обусловлена другим пигментом - криптоксантином. В то же время в зеленых овощах относительно высокое содержание каротина может быть замаскировано хлорофиллом.

Амилопласты заполнены в основном крупными гранула­ми крахмала. Следует отметить, что в растительных клетках все содержащиеся в них крахмальные зерна находятся в пространст­ве, ограниченном оболочкой амилопластов или других пластид.

Ядро клетки содержит хроматин (деспирализованные хро­мосомы), состоящий из ДНК и основных белков (гистонов), и ядрышки, богатые РНК.

Мембраны - это активный молекулярный комплекс, спо­собный осуществлять обмен веществ и энергии.

Цитоплазма на границе с клеточной оболочкой покрыта про­стой мембраной, называемой плазмалеммой. Внешнюю гра-ни1ДУ плазмалеммы можно увидеть при рассмотрении под микро­скопом препаратов растительной ткани, обработанных концент рированным раствором поваренной соли. Из-за разности между осмотическим давлением внутри клетки и вне ее происходит пе­реход воды из клетки в окружающую среду, вызывающий плазмо­лиз - отделение цитоплазмы от клеточной оболочки. Аналогич­но плазмолиз можно вызвать, обрабатывая срезы растительной ткани концентрированными растворами Сахаров или кислот.

Цитоплазматические мембраны регулируют клеточную про­ницаемость, избирательно задерживая либо пропуская молекулы и ионы тех или иных веществ в клетку и за ее пределы.

Вакуоль, как и цитоплазма, также окружена простой мембра­ной, называемой тонопластом.

Основные структурные компоненты мембран - белки и по­лярные липиды (фосфолипиды). Существуют различные типы строения цитоплазматической мембраны: трехслойное (из двух слоев белка с биомолекулярной прослойкой липидов), грануляр­ное (из частиц, диаметр которых составляет около 100 Ю- 10 м, или из более мелких частиц - субъединиц). В настоящее время мембрану рассматривают как жидкую структуру, пронизанную белками.

Поверхность ядер, пластид и других цитоплазматических структур покрыта двойной мембраной, состоящей из двух рядов простых мембран, разделенных перинуклеарным пространст­вом. Эти мембраны препятствуют также смешиванию содержи­мого двух соседних органелл. Отдельные вещества переходят из одних органелл в другие лишь в строго определенных количест­вах, необходимых для протекания физиологических процессов в тканях.

Клеточные оболочки в совокупности со срединны­ми пластинками называют клеточными стенками. В от­личие от мембран они характеризуются полной проницаемостью.

Клеточные стенки составляют 0,7...5,0 % сырой массы ово­щей и плодов. Так, в овощах плодовой группы, например в ка­бачках, количество их не превышает 0,7 %. В листовых овощах - белокочанной капусте, салате, шпинате - около 2 %. Наиболь­шим содержанием клеточных стенок отличаются корнеплоды - 2...4%.

В состав клеточных стенок входят в основном полисахариды (80...95 %) - клетчатка, гемицеллюлозы и протопектин, поэтому их часто называют углеводами клеточных стенок. В со­став клеточных оболочек входят все перечисленные выше поли­сахариды. Считают, что срединные пластинки состоят в основном из кислых полисахаридов (протопектина), играющих роль межклеточного цементирующего вещества, которому иногда со­путствуют протеиновые соединения, а в наиболее старых тка­нях - лигнин.

Таб.9.1. Содержание экстенсина и оксипролина

в клеточных стенках некоторых растительных продуктов (%)

Кроме углеводов в клеточных стенках содержатся азотистые вещества, лигнин, липиды, воска, минеральные вещества.

Из азотистых веществ в клеточных стенках растительной тка­ни обнаружен структурный белок экстенсии - полимер из груп­пы гликопротеидов, белковая часть которого связана с углевода­ми - остатками арабинозы и галактозы. Молекулярная масса белковой части таких макромолекул равна 50 000, экстенсии имеет форму жесткого стержня, на 50 % состоит из оксипролина. В клеточной стенке присутствует несколько фракций белка, раз­личающихся содержанием оксипролина.

Экстенсии в некоторых отношениях напоминает белок кол­лаген, выполняющий аналогичные функции в животных тканях. Содержание экстенсина и оксипролина в клеточных стенках раз­личных овощей и картофеля неодинаково (табл. 9.1). Клеточные стенки картофеля состоят примерно на 1/5 из экстенсина. В кле­точных стенках корнеплодов его содержится в 2 раза меньше, чем в клеточных стенках картофеля; в клеточных стенках дыни содержание экстенсина не превышает 5 %.

Соотношение углеводов и экстенсина в клеточных стенках зависит от вида растительной ткани. Клеточные стенки многих растительных продуктов состоят примерно на 1/3 из целлюлозы, на 1/3 из гемицеллюлоз и на 1/3 из пектиновых веществ и белка. В клеточных стенках томатов между углеводами и белком суще­ствует другое соотношение -1:1.

Лигнин - природный полимер сложного строения, фор­мирующий клеточные стенки растений. Играет роль инкрусти­рующего вещества, скрепляющего волокна целлюлозы и геми­целлюлоз. Ковалентно связан с полисахаридами гемицеллюлоз (кспланом), с пектиновыми веществами и белком. Содержание лигнина в тканях растений зависит от их вида и степени одревес­нения. Значительное количество лигнина содержится в клеточ­ных стенках свеклы, моркови, меньше его накапливается в бело­кочанной капусте.

В связи с тем, что размягчение картофеля, овощей и плодов, происходящее в процессе их тепловой кулинарной обработки, связывают с деструкцией клеточных стенок, представляется це­лесообразным рассмотреть строение последних.

По современным представлениям, клеточная стенка - это вы­соко специализированный агрегат, состоящий из различных по­лимеров (целлюлозы, гемицеллюлоз, пектиновых веществ, белков и др.), структура которых у разных растений закодирована с той же степенью точности, что и структура молекул белков.

На рис. 9.4 представлена модель структуры первичной клеточной стенки.

Первичная клеточная стенка состоит из волокон (микрофиб­рилл) целлюлозы, которые занимают менее 20 % объема гидратированной стенки. Располагаясь в клеточных стенках парал­лельно, целлюлозные волокна с помощью водородных связей образуют мицеллы, которые имеют правильную, почти кристал­лическую упаковку. Одна мицелла целлюлозы может отстоять от другой на расстоянии, равном десяти ее диаметрам. Пространст­во между мицеллами целлюлозы заполнено аморфным основ­ным веществом (матриксом), состоящим из пектиновых ве­ществ, гемицеллюлоз (ксилоглюкан и арбиногалантан) и струк­турного белка, связанного с тетрасахаридами.

Первичная стенка клетки рассматривается как целая мешко­образная макромолекула, компоненты которой тесно взаимо­связаны. Между мицеллами целлюлозы и ксилоглюканом суще­ствуют многочисленные водородные связи. В свою очередь, кси­логлюкан ковалентно связан с боковыми галактановыми цепями пектиновых веществ, а пектиновые вещества через арабиногалактан ковалентно связаны со структурным белком.

Учитывая, что клеточные стенки многих овощей и плодов от­личаются относительно высоким содержанием двухвалентных катионов, в основном Са и Mg (0,5... 1,0 %), между пектиновыми молекулами, содержащими свободные карбоксильные группы, могут возникать хелатные связи в виде солевых мостиков.

Рис. 9.4. Структура первичной клеточной стенки (по Альберсхейму):

1 - микрофибрилла целлюлозы: 2 - ксилоглюкан; 3 - главные

рамногалактуроновые цепи пектиновых веществ; 4 - боковые

галактановые цепи пектиновых веществ; 5- структурный белок

с арабинозными тетрасахаридами; 6- арабиногалактан

Вероятность образования солевых мостиков и степень этерификации полигалактуроновых кислот связаны обратной зависи­мостью. Солевые мостики способствуют упрочнению клеточных стенок и паренхимной ткани в целом.

Покровные ткани клубней картофеля, корнеплодов и других овощей характеризуются пониженной пищевой цен­ностью из-за концентрации в них клетчатки и гемицеллюлоз, поэтому при кулинарной обработке картофеля и большинства овощей эти ткани удаляют.

Ход работы

Исследуют препараты, полученные из сырых и вареных овощей. Для получения препаратов из овощей от каждого экземпляра отделяют часть мякоти и разрезают ее пополам. Одну половину до снятия срезов хранят в холодной воде, другую варят до готовности. Для обеспечения сравнимости результатов срезы для микроскопирования снимают с тех мест мякоти, которые соприкасались друг с другом до разрезания перед варкой. Замоченные семена фасоли делят на две семядоли, одну из которых варят.

Для микроскопирования на каждое предметное стекло помещают по два препарата: с левой стороны – из сырых продуктов, с правой – из вареных, добавив к ним по капле воды. Каждый препарат рассматривают в неокрашенном и окрашенном виде. В качестве красителей для препаратов из овощей используют сафранин, который окрашивает пектиновые вещества в оранжево-желтый цвет, а клетчатку и хлопья денатурированных белков – в вишнево-красный, для крахмалосодержащих овощей используют, кроме того, йод. Окрашивание препаратов из фасоли производят только йодом, который окрашивает крахмальные зерна в сине-черный цвет, а белковую матрицу и клеточные стенки – в золотисто-желтый.

При окрашивании препаратов с них удаляют воду с помощью фильтровальной бумаги, наносят по капле краски и выдерживают в течение двух минут. Затем с препаратов снимают избыток красящего вещества и добавляют к ним по капле воды. На окрашенные и неокрашенные препараты кладут покровные стекла.

Микроскопирование препаратов производить сначала при малом увеличении, а затем при большом. Зарисовать препараты при большом увеличении.

1. Изучение строения тканей картофеля и корнеплодов .

Из середины очищенного клубня (корнеплода) вырезать ломтик толщиной 5 мм и разрезать его пополам. Одну половинку поместить в стакан с холодной водой, вторую – в стакан с кипящей водой и варить 10-15 мин. Из сырой и вареной частей клубня (корнеплода) вырезать, соблюдая симметрию, по одному брусочку поперечным сечением 5×5 мм. С помощью бритвенного лезвия сделать с торцевой стороны каждого брусочка по два прозрачных среза площадью 2-4 мм 2 . Перенести их иглой на три предметных стекла и добавить по капле воды.

Препараты на одном предметном стекле оставить неокрашенными, на другом – окрасить йодом, на третьем – сафранином и йодом. Препараты накрыть предметными стеклами и рассмотреть под микроскопом. Обратить внимание на форму клеток, плотность прилегания их друг к другу, состояние клеточных стенок, зерен крахмала в тканях сырого и вареного картофеля (корнеплодов).

2. Изучение строения тканей лука репчатого. От луковицы отделить мясистую чешую и разрезать ее пополам вдоль оси роста, одну половинку поместить в стакан с холодной водой, а другую сварить в течение 15 мин. С внутренней стороны сырых и вареных чешуек снять с помощью препаровальной иглы тонкую пленку. Полученные пленки расправить. Вырезать из наиболее тонких участков по два препарата площадью 2× 2 мм 2 и поместить их на два предметных стекла, добавив к каждому препарату по капле воды. Препараты на одном предметном стекле оставить неокрашенными, а на другом окрасить сафранином. Подготовленные препараты покрыть покровными стеклами и рассмотреть под микроскопом. Обратить внимание на толщину и состояние клеточных стенок, плотность прилегания их друг к другу, степень прозрачности содержимого клеток, наличие ядер. Отметить различия в строении тканей сырого и вареного лука, а также в структуре и интенсивности окраски отдельных элементов клеток.

Неокрашенные препараты использовать для наблюдения плазмолиза клеток. С препаратов снять покровные стекла, фильтровальной бумагой удалить воду и добавить несколько капель 10%-ного раствора поваренной соли, выдержать в течение 5-10 мин, накрыть покровными стеклами и вновь рассмотреть под микроскопом. Найти в поле зрения плазмолизованные клетки в препаратах сырого лука, объяснить отсутствие таких клеток в препарате из вареного лука. Сделать зарисовки.

3. Изучение строения тканей семян фасоли . Предварительно замоченное семя фасоли разделить на две семядоли, одну из которых варить в течение 1 ч. Из каждой семядоли сделать по два среза для приготовления препаратов, неокрашенных и окрашенных йодом. При рассмотрении препаратов под микроскопом обратить внимание на различие в структуре тканей сырых и вареных семян фасоли.

Сделать выводы о влиянии тепловой кулинарной обработки на структуру тканей овощей.

Задание №2. Изучить влияние технологических факторов на

Сохранность клеточных стенок картофеля при изготовлении

Картофельного пюре

Ход работы

Вариант 1. Оставшиеся от предыдущего исследования две боковые части клубня картофеля поместить в стакан с кипящей водой и варить в течение 20-25 мин. Одну часть в горячем состоянии растереть в ступке, другую охладить до комнатной температуры и также растереть.

Приготовить препараты для микроскопирования. На предметное стекло перенести препаровальной иглой немного того и другого пюре, добавить по капле раствора йода и накрыть покровными стеклами. При рассмотрении препаратов при малом увеличении сравнить количество клеток с разрушенными клеточными стенками в том и другом пюре. Рассмотреть препараты при большом увеличении и зарисовать. Сделать вывод о влиянии температуры вареного картофеля при его протирании на степень сохраняемости клеточных стенок.

Вариант 2. Провести сравнительное микроскопирование сухого картофельного пюре и восстановленного жидкостью с последующим перемешиванием и без него.

Отвесить две пробы сухого пюре массой по 25 г и поместить их в два стакана. В двух других стаканах нагреть до 78 - 80°С по 100 см 3 воды и залить ею сухое пюре. Один стакан закрыть часовым стеклом и выдержать пюре в течение 2 мин для набухания. Приготовить для микроскопирования препараты из сухого пюре и восстановленного. Концом стеклянной палочки, смоченной водой, взять немного сухого пюре и поместить на предметное стекло, добавить каплю воды, затем окрасить йодом, накрыть покровным стеклом и рассмотреть под микроскопом. Отметить наличие в сухом пюре клеток с разрушенными клеточными стенками. Из восстановленного пюре приготовить препараты и рассмотреть их под микроскопом, как указано в варианте 1.

Сопоставить количество клеток с разрушенными клеточными стенками, в пюре из свежего картофеля, протертого в горячем состоянии, и в сухом пюре, а также в восстановленном пюре. Зарисовать препараты.

»: Повышенный уровень лейкоцитов, бактериальная инфекция, картофель содержит крахмал, насекомые переносят заболевания — эти и другие похожие высказывания приходится слышать отовсюду. Каждый день с экранов телевизоров, из уст знакомых, с полос газет и журналов нам в мозг поступает одна и та же информация. Информация, которая, как может показаться, является уделом лишь специалистов — медиков и биологов. Ведь именно они касаются этих вопросов в своей повседневной жизни. Простому же человеку достаются лишь только выводы из тех или иных исследований, сухие слова, не обладающие наглядностью. В этой статье я постараюсь рассказать просто о сложном. О том, как каждый может приблизить к себе неуловимый, на первый взгляд, мир клеток и микроорганизмов.

Вот уже два года, как я наблюдаю за этим миром у себя дома, и год, как делаю фотоснимки. За это время я успел увидеть собственными глазами, какие бывают клетки крови, что опадает с крыльев бабочек и молей, как бьётся сердце у улитки. Конечно, многое можно было бы почерпнуть из учебников, видеолекций и с тематических веб-сайтов. Единственное, что осталось бы не почерпнутым - это ощущение присутствия и близости к тому, чего не видно невооружённым глазом. То, что прочитано в книге или увидено в телепередаче, скорее всего, сотрется из памяти в весьма сжатые сроки. Что увидено лично в объектив микроскопа - останется с тобой навсегда. И останется не столько сам образ увиденного, сколько понимание, что мир устроен именно так, а не иначе. Что это не просто слова из книжки, а личный опыт. Опыт, который в наше время доступен каждому.

Что купить?

Театр начинается с вешалки, а исследование - с покупки оборудования. В нашем случае это будет микроскоп, ибо в лупу много не разглядишь. Из основных характеристик микроскопа «для домашних нужд» стоит выделить, конечно же, набор доступных увеличений, которые определяются произведением увеличений окуляра и объектива. Не всякий биологический образец хорош для исследования на больших увеличениях. Связано это с тем, что большее увеличение оптической системы предполагает меньшую глубину резкости. Следовательно, изображение неровных поверхностей препарата частично будет размыто. Поэтому важно иметь набор объективов и окуляров , позволяющий вести наблюдения во всем диапазоне увеличения: 10–20×, 40–60×, 100–200×, 400–600×, 900–1000×. Иногда бывает оправдано увеличение 1500×, достигающееся при покупке окуляра 15× и объектива 100×. Всё, что увеличивает сильнее, разрешающей способности заметно не прибавит, так как на увеличениях около 2000–2500× уже близок так называемый «оптический предел », обусловленный дифракционными явлениями.

Следующим немаловажным моментом является тип насадки. Обычно выделяют монокулярную, бинокулярную и тринокулярную разновидности. Принцип классификации основывается на том, «сколькими глазами» вы хотите смотреть на объект. В случае монокулярной системы вам придётся щуриться, постоянно меняя глаза от усталости при длительном наблюдении. Здесь вам на помощь придёт бинокулярная насадка, в которую, как и следует из её названия, можно глядеть обоими глазами. В целом, это более благоприятно скажется на самочувствии ваших глаз. Не следует путать бинокуляр со стереомикроскопом. Последний позволяет добиться объёмного восприятия наблюдаемого объекта за счёт наличия двух объективов, в то время как бинокулярные микроскопы просто подают на оба глаза одно и то же изображение. Для фото- и видеосъёмки микрообъектов понадобится «третий глаз», а именно насадка для установки камеры. Многие производители выпускают специальные камеры для своих моделей микроскопов, хотя можно использовать и обычный фотоаппарат (правда, при этом придётся купить переходник).

Наблюдение при больших увеличениях требует хорошего освещения в силу небольшой апертуры соответствующих объективов. Канули те времена, когда препарат исследовали в отражённом от зеркала свете. Сейчас микроскопы представляют собой комплексные оптико-механо-электрические приборы, в которых всецело используются достижения научно-технического прогресса. В современных устройствах имеется своя лампочка, свет от которой распространяется через специальное устройство - конденсор , - которое и освещает препарат. В зависимости от типа конденсора можно выделить различные способы наблюдения, самыми популярными из которых являются методы светлого и тёмного поля. Первый метод, знакомый многим ещё со школы, предполагает, что препарат освещается равномерно снизу. При этом в тех местах, где препарат оптически прозрачен, свет распространяется от конденсора в объектив, а в непрозрачной среде свет поглощается, приобретает окраску и рассеивается. Поэтому на белом фоне получается тёмное изображение - отсюда и название метода.

С темнопольным конденсором всё иначе. Он устроен так, что лучи света, выходящие из него, направлены в разные стороны, кроме непосредственно отверстия объектива. Поэтому они проходят сквозь оптически прозрачную среду, не попадая в поле зрения наблюдателя. С другой стороны, лучи, попавшие на непрозрачный объект, рассеиваются на нём во все стороны, в том числе и в направлении объектива. Поэтому в итоге на тёмном фоне будет виден светлый объект. Такой метод наблюдения хорош для исследования прозрачных объектов, которые на светлом фоне не являются контрастными. По умолчанию большинство микроскопов являются светлопольными. Поэтому, если вы планируете расширить набор методов наблюдения, то стоит выбирать модели микроскопов, в которых предусмотрена установка дополнительного оборудования: конденсоров, устройств фазового контраста, поляризаторов и т.п.

Как известно, оптические системы не идеальны: прохождение света через них сопряжено с искажениями изображения - аберрациями . Поэтому объективы и окуляры стараются изготавливать так, чтобы эти аберрации максимально устранить. Всё это сказывается на их конечной стоимости. Из соображений цены и качества имеет смысл покупать планахроматические объективы. Они используются при профессиональных исследованиях и имеют адекватную цену. Объективы с большим увеличением (например, 100×) имеют числовую апертуру больше 1, что предполагает использование масла при наблюдении - так называемая иммерсия . Поэтому, если кроме «сухих» объективов вы берёте ещё и иммерсионные, стоит заранее позаботиться об иммерсионном масле. Его показатель преломления обязательно должен соответствовать вашему конкретному объективу.

Конечно, это не весь список параметров, которые следует учитывать при покупке микроскопа. Иногда бывает важно обратить внимание на устройство и расположение предметного столика и рукояток для управления им. Стоит выбрать и тип осветителя, которым может быть как обычная лампа накаливания, так и светодиод, который светит ярче и греется меньше. Также микроскопы могут иметь индивидуальные особенности. Но основное, что стоило бы сказать об их устройстве, пожалуй, сказано. Каждая дополнительная опция - это добавка к цене, поэтому выбор модели и комплектации - это удел конечного потребителя.

В последнее время наметилась тенденция покупки микроскопов для детей. Такие устройства обычно являются монокулярами с небольшим набором объективов и скромными параметрами, стоят недорого и могут послужить хорошей отправной точкой не только для непосредственно наблюдений, но и для ознакомления с основными принципами работы микроскопа. После этого ребёнку уже можно будет купить более серьёзное устройство на основании выводов, сделанных при работе с «бюджетной» моделью.

Как смотреть?

Любительское наблюдение не предполагает исключительных навыков ни в работе с микроскопом, ни в подготовке препаратов. Конечно, можно купить далеко не дешёвые наборы уже готовых препаратов, но тогда не таким ярким будет ощущение вашего личного присутствия в исследовании, да и готовые препараты рано или поздно наскучат. Поэтому, купив микроскоп, стоит задуматься о реальных объектах для наблюдения. Кроме того, вам понадобятся хоть и специальные, но доступные средства для подготовки препаратов.

Наблюдение в проходящем свете предполагает, что исследуемый объект является достаточно тонким. Даже не каждая кожура с ягоды или фрукта сама по себе обладает необходимой толщиной, поэтому в микроскопии исследуют срезы. В домашних условиях достаточно адекватные срезы можно делать обычными лезвиями для бритья. При определённой сноровке можно достигнуть толщины среза в несколько клеточных слоёв, что во многом повысит дифференцируемость объектов препарата. В идеале стоит работать с моноклеточным слоем ткани, ибо несколько слоёв клеток, наложенных друг на друга, создают нечёткое и сумбурное изображение.

Исследуемый препарат помещается на стекло предметное и, в случае необходимости, накрывается стеклом покровным. Поэтому, если в комплекте к микроскопу стёкла не прилагаются, их следует купить отдельно. Сделать это можно в ближайшем магазине медицинской техники. Однако не каждый препарат хорошо прилегает к стеклу, поэтому применяют методы фиксации. Основными являются фиксация огнём и спиртом. Первый метод требует определённого навыка, так как можно попросту «спалить» препарат. Второй способ зачастую более оправдан. Чистый спирт достать не всегда возможно, поэтому в аптеке в качестве заменителя можно приобрести антисептик, который, по сути, является спиртом с примесями. Там же стоит купить йод и зелёнку. Эти привычные для нас средства дезинфекции на деле оказываются ещё и хорошими красителями для препаратов. Ведь не всякий препарат открывает свою сущность при первом взгляде. Иногда ему нужно «помочь», подкрасив его форменные элементы: ядро, цитоплазму, органеллы.

Для взятия образцов крови следует приобрести скарификаторы, пипетки и вату. Всё это есть в продаже в медицинских магазинах и аптеках. Кроме того, для сбора объектов из дикой природы следует запастись маленькими пакетиками и баночками. Брать с собой баночку для набора воды из ближайшего водоёма при выезде на природу должно стать у вас хорошей привычкой.

Что смотреть?

Микроскоп приобретён, инструменты закуплены - пора начинать. И начать следует с самого доступного. Что может быть доступнее кожуры репчатого лука (рис. 1 и 2)? Являясь тонкой сама по себе, кожура лука, будучи подкрашенной йодом, обнаруживает в своём строении чётко дифференцируемые ядра. Этот опыт, хорошо знакомый со школы, пожалуй, и стоит провести первым. Саму кожуру лука нужно залить йодом и оставить окрашиваться на 10–15 минут, после чего нужно промыть её под струёй воды.

Кроме того, йод можно использовать для окраски картофеля (рис. 3). Не стоит забывать, что срез необходимо делать как можно более тонким. Буквально 5–10 минут пребывания среза картофеля в йоде проявят пласты крахмала, которые окрасятся в синий цвет. Йод является достаточно универсальным красителем. Им можно окрашивать широкий спектр препаратов.

Рисунок 1. Кожица лука (увеличение: 1000×). Окраска йодом. На фотографии дифференцируется ядро в клетке.

Рисунок 2. Кожица лука (увеличение: 1000×). Окраска Азур-Эозином. На фотографии в ядре дифференцируется ядрышко.

Рисунок 3. Зерна крахмала в картофеле (увеличение: 100×). Окраска йодом.

На балконах жилых домов часто скапливается большое количество трупов летающих насекомых. Не торопитесь от них избавляться: они могут послужить ценным материалом для исследования. Как видно из фотографий, вы обнаружите, что крылья насекомых волосатые (рис. 4–6). Насекомым это необходимо для того, чтобы крылья не намокали . В силу большого поверхностного натяжения, капли воды не могут «провалиться» сквозь волоски и коснуться крыла.

Это явление называется гидрофобностью . Подробно мы о нем говорили в статье «Физическая водобоязнь ». - Ред.

Рисунок 4. Крыло божьей коровки (увеличение: 400×).

Рисунок 5. Крыло бибионида (увеличение: 400×).

Рисунок 6. Крыло бабочки боярышницы (увеличение: 100×).

Если вы когда-нибудь задевали крыло бабочки или моли, то, наверное, замечали, что с неё слетает какая-то «пыль». На фотографиях отчётливо видно, что этой пылью являются чешуйки с их крыльев (рис. 7). Они имеют разную форму и достаточно легки на отрыв.

Кроме того, можно поверхностно изучить строение конечностей членистоногих (рис. 8), рассмотреть хитиновые плёнки - например, на спине таракана (рис. 9). При должном увеличении можно убедиться, что такие плёнки состоят из плотно прилегающих (возможно, сросшихся) чешуек.

Рисунок 7. Чешуйки с крыльев моли (увеличение: 400×).

Рисунок 8. Конечность паука (увеличение: 100×).

Рисунок 9. Плёнка на спине таракана (увеличение: 400×).

Следующее, что стоило бы понаблюдать - это кожура ягод и фруктов (рис. 10 и 11). Не все фрукты и ягоды обладают приемлемой для наблюдения в микроскоп кожурой. Либо её клеточное строение может быть не дифференцируемым, либо толщина не позволит добиться чёткого изображения. Так или иначе, придётся сделать немало попыток, прежде чем вы получите хороший препарат. Вам придётся перебрать разные сорта винограда - например, для того, чтобы найти тот, у которого красящие вещества в кожуре имели бы «приятную для глаза» форму, или сделать несколько срезов кожицы сливы, пока не добьётесь моноклеточного слоя. В любом случае, вознаграждение за проделанную работу будет достойным.

Рисунок 10. Кожура чёрного винограда (увеличение: 1000×).

Рисунок 11. Кожура сливы (увеличение: 1000×).

Рисунок 12. Лист клевера (увеличение: 100×). Некоторые клетки содержат тёмнокрасный пигмент.

Достаточно доступным для исследования объектом является зелень: трава, водоросли, листья (рис. 12 и 13). Но, несмотря на повсеместную распространённость, выбрать и приготовить хороший образец бывает не так-то просто.

Самым интересным в зелени являются, пожалуй, хлоропласты (рис. 14 и 15). Поэтому срез должен быть исключительно тонким. Нередко приемлемой толщиной обладают зелёные водоросли, встречающиеся в любых открытых водоёмах.

Рисунок 13. Лист земляники (увеличение: 40×).Рисунок 16. Плавающая водоросль со жгутиком (увеличение: 400×).

Рисунок 17. Детёныш улитки (увеличение: 40×).

Рисунок 18. Мазок крови. Окраска Азур-Эозином по Романовскому (увеличение: 1000×). На фотографии эозинофил на фоне эритроцитов.

Сам себе учёный

Видео 1. Биение сердца улитки (увеличение оптического микроскопа 100×).

После исследования простых и доступных препаратов естественным желанием является усложнение техник наблюдения и расширение класса изучаемых объектов. Для этого, во-первых, понадобится литература по специальным методам исследования, а, во-вторых, специальные средства. Эти средства, хотя и являются своими для каждого типа объектов, всё-таки обладают некоторой общностью и универсальностью. Например, всеобще известный метод окраски по Граму, когда разные виды бактерий после окраски дифференцируются по цветам, может быть применён и при окраске других, не бактериальных, клеток. Близким к нему по сути является и метод окраски мазков крови по Романовскому. В продаже имеется как уже готовый жидкий краситель, так и порошок, состоящий из таких красящих веществ, как азур и эозин. Все красители можно купить в специализированных медико-биологических магазинах, либо заказать в интернете. Если же по каким-то причинам вы не можете достать краситель для крови, можно попросить лаборанта, делающего вам анализ крови в больнице, приложить к анализу стёклышко с окрашенным мазком вашей крови.

Продолжая тему исследования крови, нельзя не упомянуть камеру Горяева - устройство для подсчёта форменных элементов крови. Будучи важным инструментом для оценки количества эритроцитов в крови ещё в те времена, когда не было устройств для автоматического анализа её состава, камера Горяева также позволяет измерять размеры объектов благодаря нанесённой на неё разметке с известными размерами делений. Методы исследования крови и других жидкостей с помощью камеры Горяева описаны в специальной литературе.

Заключение

В данной статье я постарался рассмотреть основные моменты, связанные с выбором микроскопа, подручных средств и основные классы объектов для наблюдения, которые нетрудно встретить в быту и на природе. Как уже было сказано, специальные средства наблюдения предполагают наличие хотя бы начальных навыков работы с микроскопом, поэтому их обзор выходит за рамки данной статьи. Как видно из фотографий, микроскопия может стать приятным хобби, а может быть, для кого-то даже и искусством.

В современном мире, где разнообразные технические средства и устройства находятся в шаговой доступности, каждый сам решает, на что ему потратить собственные деньги. Из развлекательных соображений это может быть дорогостоящий ноутбук или телевизор с запредельным размером диагонали. Но находятся и те, кто отводит свой взор от экранов и направляет его либо далеко в космос, приобретая телескоп, либо, смотря в окуляр микроскопа, проникают взглядом глубоко внутрь. Внутрь той природы, частью которой мы являемся.

Литература

1. Ландсберг Г.С. (2003). Оптика. § 92 (стр. 301);
2. Гуревич А.А. (2003). Пресноводные водоросли;
3. Козинец Г.И. (1998). Атлас клеток крови и костного мозга;
4. Коржевский Д.Э. (2010). Основы гистологичесой техники..

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЕЖИ

РЕСПУБЛИКИ КРЫМ

КРЫМСКОЕ РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ВНЕШКОЛЬНОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

«ЦЕНТР ЭКОЛОГО-НАТУРАЛИСТИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА

УЧАЩЕЙСЯ МОЛОДЕЖИ»

ОТКРЫТОЕ ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ:

ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Разработала:

Кузнецова Елена Юрьевна, методист высшей категории,

руководитель учебного коллектива

«Основы биологии», к.с.-х.н.

г. Симферополь, 2014 г.

Тема занятия : Изучение строения растительной клетки под микроскопом

Цель : закрепить и углубить знания об особенностях строения растительной клетки.

Тип занятия : лабораторное занятие

Используемые формы и методы : беседа, тестирование, работа с микроскопической техникой.

Вводимые понятия : клеточная стенка, ядро, вакуоль, хлорофилловые зерна, крахмальные зерна, плазмолиз, деплазмолиз.

Материалы и оборудование : микроскопы с принадлежностями, вода, 5% раствор поваренной соли, сочная чешуя лука, лист валлиснерии, картофель.

План проведения занятия :

Актуализация знаний. Тестирование.

Строение микроскопа и работа с микроскопической техникой.

Методика изготовления временных препаратов. Приготовление препарата эпидермы сочной чешуи лука, микроскопирование.

Постановка эксперимента. Явления плазмолиза и деплазмолиза.

Крахмальные зерна мякоти картофеля.

Хлорофилловые зерна листа валлиснерии.

Ход занятия :

1. Актуализация знаний. Тестирование .

Тестовые задания по теме «Строение растительной клетки»

1 Какие органеллы отсутствуют в животной клетке:

a ) митохондрии б) пластиды в) рибосомы г) ядро

2. В каких органеллах образуется первичный крахмал:

3. В каких органеллах происходит окислительное фосфорилирование:

a ) митохондрии б) хлоропласты в) ядро г) рибосомы

4. Какая группа липидов формирует основу клеточных мембран:

а) нейтральные жиры б) фосфолипиды в) воски г) каратиноиды

5. Растительная клетка, в отличие от животной, имеет:

а) эндоплазматический ретикулум б) комплекс Гольджи

в) вакуоль с клеточным соком г) митохондрии

6. Гранулярный эндоплазматический ретикулум отличается от агранулярного наличием:

а) центросом б) лизосом в) рибосом г) пероксисом

7. Митохондрии называют энергетическими станциями клетки. Такое название органелл связано с их функцией:

а) синтеза белков б) внутриклеточного пищеварения

в) транспорта газов, в частности кислорода г) синтеза АТФ

8. Запас питательных веществ клетки содержится в:

а) ядре б) хлоропластах в) ядрышке г) лейкопластах

9. В какой из этих органелл осуществляется фотофосфорилирование:

Строение микроскопа и работа с микроскопической техникой .

В состав механического устройства микроскопа входят штатив, предметный столик, осветительная система, кремальера, микромет-рический винт, тубус и револьвер.

На предметный столик кладется объект изучения. Под предметным столиком расположено осветительное устройство; в него входит двусто-роннее зеркальце. Собирая лучи, идущие от источника освещения, вогнутое зеркало отражает их в виде пучка лучей, который через отверстие в центре столика направляется на объект.

Оптическая система микроскопа состоит из окуляра, объектива и связывающего их тубуса. Объективы бывают двух родов: для малого и большого увеличения изображения. При необходимости сменить объектив пользуются револьвером – вогнутой круглой пластинкой с ввинченными в нее объективами. Вся оптическая система подвижна: поднимая ее вращением кремальеры против часовой стрелки или опуская ее вращением по часовой стрелке, находят положение, при котором объект становится видимым наблюдателю.

Строение микроскопа :

1 – окуляр; 2- револьвер для смены объективов; 3 – объектив;

4 – кремальера для грубой наводки;

5 – микрометрический винт для точной наводки; 6 – предметный столик; 7 – зеркало; 8 - конденсор

3. Методика изготовления временных препаратов. Приготовление препарата эпидермы сочной чешуи лука, микроскопирование .

Приготовить предметное стекло с каплей воды;

Из мясистой чешуи луковицы скальпелем вырезать небольшой кусочек (около 1 см 2) с внутренней (вогнутой) стороны, пинцетом или иглой снять прозрачную пленку (эпидермис). Положить в приготовленную каплю и наложить покровное стекло;

Изучить строение клетки при малом и большом увеличении;

Зарисовать одну клетку. Отметить клеточную стенку, постенный слой цитоплазмы, ядро, вакуоль с клеточным соком.

Строение растительной клетки

Постановка эксперимента. Явления плазмолиза и деплазмолиза .

Приготовить новый препарат из кожицы лука. Снять препарат со столика микроскопа, заменить воду под покровным стеклом 5% раствором поваренной соли (NaCl). Покровное стекло можно не снимать: каплю раствора нанести около него, чтобы она слилась с водой под стеклом, а потом с противоположной стороны приложить полоску фильтровальной бумаги. Раствор войдет под покровное стекло и заменит воду.

Мы поместили клетку в гипертонический раствор, т.е. концентрация раствора вне клетки превышает концентрацию веществ в клетке. При этом вода выходит из вакуоли, объем вакуоли уменьшается, цитоплазма отходит от оболочки и сокращается вместе с вакуолью. Наблюдается явление плазмолиза .

В зависимости от степени концентрации взятого раствора, быстроты обработки и формы клетки картины плазмолиза могут быть различными.

Если плазмолиз идет медленно в слабом растворе, содержимое клетки чаще всего вначале отходит от оболочки по концам клетки (уголковый плазмолиз), могут быть затронуты большие участки клетки (вогнутый плазмолиз). Содержимое клетки может обособиться в одну круглую каплю (выпуклый плазмолиз). При воздействии на клетку более крепкого раствора плазмолиз протекает быстрее, и возникают картины судорожного плазмолиза, при котором содержимое остается связанным с оболочкой многочисленными нитями Гехта.

Явление плазмолиза

А – Растительная клетка:

1 – клеточная стенка;

2 – вакуоль;

3 – постенный слой цитоплазмы;

4 – ядро.

Б – Д – Плазмолиз:

Б – уголковый;

В – вогнутый;

Г – выпуклый;

Д – судорожный

5 – нити Гехта

При плазмолизе клетка остается живой. Более того, показателем жизнеспособности клетки может служить способность ее к плазмолизу. При возврате клетки в чистую воду наступает деплазмолиз , при котором клетка опять поглощает воду, вакуоль увеличивается в объеме, и цитоплазма, прижимаясь к оболочке, растягивает ее.

Зарисовать разные стадии плазмолиза с соответствующими обозначениями.

Провести явление деплазмолиза, вытеснив из-под покровного стекла раствор соли с помощью воды и фильтровальной бумаги.

Крахмальные зерна мякоти картофеля

Крахмальные зерна - основной тип запасных питательных веществ растительной клетки. Образуются только в пластидах живых клеток, в их строме. В хлоропластах на свету откладываются зерна ассимиляционного (первичного) крахмала, образующиеся при избытке продуктов фотосинтеза – сахаров.

Приготовить препарат крахмальных зерен из мякоти картофеля. С этой целью на предметное стекло в каплю воды выдавить сок мякоти клубня картофеля. Рассмотреть под микроскопом, зарисовать.

Крахмальные зерна картофеля

Хлорофилловые зерна листа валлиснерии

Приготовить препарат из листа валлиснерии, поставив в центр поля зрения достаточно крупные клетки нижней трети листовой пластинки, недалеко от средней жилки. Рассмотреть этот участок под большим увеличением, зарисовать хлоропласты.

Хлоропласты в клетках листа валлиснерии

Выводы по занятию :

Установить отличия растительной и животной клеток;

Установить закономерности осмотических явлений в клетке.

Домашнее задание :

Разгадать кроссворд «Клеточное строение»

Кроссворд «Клеточное строение»

По горизонтали : 2 . Жидкое подвижное содержимое клетки. 5 . Главный органоид клетки. 8 . Составная часть микроскопа. 10 . Единица живого организма. 12 . Простой увеличительный прибор. 13 . Трубка в микроскопе, в которую вставлены увеличительные стекла. 16 . Создатель микроскопа. 18 . Физиологический процесс, свойственный живой клетке. 19 . То, на чем приготавливают препараты. 22 . Участок между клетками с разрушенным межклеточным веществом, заполненный воздухом.

По вертикали : 1 . Окулус (лат. ). 3 . Сложный оптический прибор. 4 . Тонкий участок в оболочке клетки. 6 . Главная структура ядра. 7 . Полость клетки, заполненная клеточным соком. 9 . Часть в верхнем конце тубуса микроскопа, состоящая из оправы и двух увеличительных стекол. 11 . Часть микроскопа, к которой прикреплен тубус. 14 . Покров клетки. 15 . Мелкие тельца в цитоплазме растительной клетки. 17 . Часть луковицы, из которой приготавливают препарат. 20 . Часть микроскопа, расположенная на нижнем конце тубуса. 21 . Водное растение, в клетках листа которого можно увидеть движение цитоплазмы.