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，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）。

  高中地理;

（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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