高倍显微镜观察叶绿体和线粒体.docx

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高倍显微镜观察叶绿体和线粒体

高倍显微镜观察叶绿体和线粒体

实验方案设计

学   院  生命科学学院  

专   业  生物科学（师范）

年   级  2009级5班   

小组成员

2011年12月18日

一、实验背景资料

（一）主要背景

本实验来源于新人教版普通高中课程标准实验教材必修1第三章第二节细胞器中的实验——用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。

中学生物学中与本实验相关的理论知识主要有必修1中第三章——细胞的基本结构内容部分关于叶绿体和线粒体的介绍，同时在后面的第四章、第五章还分别有关于细胞的呼吸作用和植物细胞光合作用的介绍以及必修3中关于生态系统的介绍等，这些知识与本实验都有一定的联系。

其中重点是在“细胞内细胞器的分工”中谈到叶绿体是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”，线粒体是细胞的动力车间，植物细胞生命活动所需的能量，大约有95％都是来自线粒体。

同时关于本部分内容在课堂上老师还可以对叶绿体和线粒体的基本结构、形状和功能做一些补充，如高等植物中叶绿体具有双层膜结构，两膜间没有联系。

在叶绿体内部存在复杂的层膜结构，它悬浮于基质中，这些层膜叫做类囊体。

类囊体也是双层膜结构，它通常又由几十个垛叠在一起而构成基粒，类囊体膜上有光合作用的色素。

在绿色植物和藻类中普遍存在的叶绿体是光合作用场所。

同时叶绿体也有自己特有的双链环状DNA，核糖体和进行蛋白质生物合成的酶，能合成出一部分自己所必需的蛋白质，因此科学家认为叶绿体是一种半自主性的细胞器。

另外叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞含有的细胞器，所以认为叶绿体是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。

而对于线粒体也需要适当的做一些介绍，主要包括线粒体由两层膜包被，外膜平滑，内膜向内折叠形成嵴，为酶提供更多的粘附位点，两层膜之间有腔，线粒体中央是基质。

在基质内含有有氧呼吸作用的全部酶类，线粒体能为细胞的生命活动提供场所，是细胞内有氧呼吸和形成ATP的主要场所，所以将其称为细胞的“动力工厂”。

另外，线粒体有自身的DNA和遗传体系，因此，科学家线粒体也是一种半自主性的细胞器。

另外，在初中的时候学生已经接触过显微镜，知道它的一般使用方法，在之前的实验脂肪的鉴定中也使用过显微镜，学生对显微镜的使用有一些基础，但高倍镜的使用可能不太熟练，这节课着重于高倍镜的使用方法。

课程标准对本实验相关内容的要求如下：

1、使用高倍显微镜观察叶绿体、线粒体的形态和分布。

2、掌握高倍镜的使用方法和临时装片的制作方法，能在观察实验中发现问题和提出问题，接受科学方法的训练，培养学生动手能力以及加强学生对细胞微观结构的认识。

3、实验过程中，还能培养学生团队精神。

其中主要涉及到学生如何正确的使用光学显微镜以及如何制作临时装片和在实验操作中的团队合作三方面内容。

同时还对学生的生物学兴趣培养做了一定的要求。

本实验的目的和意义主要让学生学会生物学中的一些基本操作，培养学生动手操作能力以及养成生物科学的一些基本素养，如显微镜的使用，如何观察植物细胞内的一些结构以及临时装片的制作等。

同时通过本实验也能学生了解到团队合作的重要。

另外在本试验中通过对叶绿体的胞质环流等现象的观察，还能激起学生对生物学知识学习的兴趣爱好。

本实验是在学生学习叶绿体、线粒体等相关知识进行的，便于学生对前面学生知识的理解。

同时叶绿体、线粒体是生物细胞的重要细胞器，与生物的多种生命活动有关，对它们的学习便于学生对这些生命现象的理解。

另外本实验的学习还为后面章节——细胞物质的输入和输出、光合作用等相关内容的学习打下了基础。

而在本章节《细胞质的结构和功能》中主要讲述细胞质基质和细胞器两方面的内容，关于细胞器的内容，则是重点讲述线粒体和叶绿体这两种细胞器，主要说明这两种细胞器在动植物体中存在的部位、在细胞内的分布、基本结构和主要功能。

此外，还简要讲述了内质网、核糖体、高尔基体、中心体和液泡这5种细胞器，从而可以看出本实验内容在本章中的重要性。

另外本实验是高中生物课程的第三个大实验，是继“观察DNA和RNA在细胞中的分布”实验后又一个观察生物细胞中结构物质的实验，体现生物学作为一门实验科学，学会观察的重要性，同时也可以看出本实验的重要性。

在开展本实验时常见的难题或疑问主要有以下方面：

1、学生对显微镜的使用可能存在一定的问题（由于一些学生在初中时还少有机会接触到显微镜，虽然在前两次试验中学生也使用到了显微镜，但对显微镜的操作需要有一定的经验才能熟练地掌握，所以在本次试验中显微镜的熟练使用仍是一个难题）；2、实验的选材（要注意所选材料的必须含有大多的叶绿体，这就提高了选材的难度。

同时针对线粒体的选材，因为其在所有真核生物都存在，且主要存在在生长比较旺盛的部位，所以可以思考除了用人口腔上皮细胞外，是否还有更好更方便的材料。

）；3、对于线粒体的观察，除了用健那绿染色外，是否还有其他的更好的染料；4、如何使本实验成功观察实验结果以及实验过程中的一些细节问题，如叶绿体的观察注意保水，线粒体的观察注意染色程度等；5、本实验的观察可否用其他方式替代，比如直接进行叶绿体、线粒体模型的制作，在进行模拟实验。

6、实验的延伸、拓展，除了让学生学会在实验课需要掌握的东西外，是否还可以给他们其他一些启示和引导，比如如何对活细胞中其他的一些结构进行观察等。

（二）相关知识补充

1、叶绿体

（1）叶绿体的结构

叶绿体是绿色植物细胞内进行光合作用的结构，是一种质体。

质体有圆形、卵圆形或盘形3种形态。

叶绿体含有叶绿素a、b而呈绿色，容易区别於另类两类质体──无色的白色体和黄色到红色的有色体。

叶绿素a、b的功能是吸收光能，通过光合作用将光能转变成化学能。

叶绿体扁球状，厚约2.5微米，直径约5微米。

具双层膜，内有间质，间质中含呈溶解状态的酶和片层。

片层由闭合的中空盘状的类囊体垛堆而成，类囊体是形成高能化合物三磷酸腺苷（ATP）所必需。

图一：

叶绿体结构

（2）叶绿体的由来

1880年，法国植物学家、植物叶绿体的发现者席姆佩尔证明淀粉是植物光合作用的产物。

1883年，他经研究发现淀粉只在植物细胞的特定部位形成，并将其命名为叶绿体。

（3）叶绿体与光合作用

叶绿体（chloroplast）是植物细胞所特有的能量转换细胞器，其功能是进行光合作用，即利用光能同化二氧化碳和水，生成糖，同时产生分子氧。

起作用图如下：

图二：

光合作用过程图（c3植物）

2、线粒体

（1）线粒体的结构

线粒体是由两层单位膜套叠而成的封闭囊状结构。

主要由外膜、内膜、膜间隙和基质4部分组成。

外膜平滑，内膜向内折叠形成嵴，两层膜之间即为膜间隙，线粒体中央是基质。

其结构如下：

（外室）

图三：

线     粒体结构图

（2）线粒体的发现

1980年，德国科学家Altmann首先在光学显微镜下观察到动物细胞内存在着一种颗粒状的结构，称做生命小体（bioblast）。

1987年Benda重复了以上实验，并将之命名为线粒体（mitochondria）。

1904年Meves在植物细胞中也发现了线粒体，从而确认线粒体是普遍存在于真核生物所有细胞中的一种重要细胞器。

（3）线粒体与呼吸作用

生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的总过程，叫做呼吸作用。

它包括有氧呼吸和无氧呼吸，　其中有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。

它是高等动物和植物进行呼吸作用的主要形式，细胞进行有氧呼吸的主要场所是线粒体。

其过程如下图：

图四：

呼吸作用过程图（有氧呼吸）

2、实验原理

（一）主要原理

1、叶绿体的观察植物绿色部位的细胞中含有叶绿体。

如果将叶片的横切片制成临时装片，就可以在显微镜下观察到叶绿体。

某些植物幼嫩的叶也可直接用于观察叶绿体。

2、线粒体的观察线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，内含细胞色素氧化酶系。

健那绿是一种碱性染料,可以专一性地对线粒体进行染色。

与线粒体内的细胞色素氧化酶系发生作用时，染料始终保持氧化状态,呈蓝绿色;而线粒体周围的细胞质中的染料被还原为无色的状态。

通过染色可以在高倍显微镜下观察到呈现蓝绿色的线粒体。

（二）知识介绍

1、光学显微镜

（1）显微镜的介绍

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。

主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。

显微镜分光学显微镜和电子显微镜：

光学显微镜是在1590年由荷兰的杨森父子所首创。

现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米。

在本次试验中我们将使用到光学显微镜，它通常由光学部分、照明部分和机械三部分组成，它的具体构造如下图：

图五：

光学显微镜构造图

（2）显微镜的使用方法

a.对光：

（a）将低倍镜转至镜筒下方与镜筒成一直线。

（b）拨动反光镜，调节至视野最亮无阴影。

反光镜有平、凹两面，光源强时用平面，较暗时用凹面，需要强光时，将聚光器提高，光圈放大；需要弱光时，将聚光器降低，或光圈适当缩小。

（c）将待观察的标本置载物台上，转动粗调节器使镜筒下降至接物镜接近标本。

于转动粗调节器的同时，须俯身在镜旁仔细观察接物镜与标本之间的距离。

（d）左眼于接目镜观察，同时左手转动粗调节，使镜筒徐徐上升以调节焦距，使视野内的物象看到上时即停，再调微调节器，至标本清晰为止。

b.接物镜的使用及光线的调节：

显微镜一般具有三个接物镜，即低倍、高倍及油镜，固定于接物镜转换盘孔中。

观察标本时，先使用低倍接物镜，此时，视野较大，标本较易查出，但放大倍数较小（一般放大100倍），较小的物体不易观察其结构。

高倍接物镜放大的倍数较大（一般放大400倍），能观察微小的物体或结构。

寄生虫的蠕虫卵，微丝蚴，原虫的滋养体及包囊，昆虫的幼虫，均使用低、高倍镜。

组织细胞内的原虫，则使用油镜。

使用低、高倍镜观察，如在低倍镜下不能准确鉴定所见的物体或其内部构造时，则转高倍镜观察。

使用油镜观察，一般加一滴油后直接将油镜头浸入油滴中进行镜检观察。

c.低倍、高倍、油镜头的识别：

（a）标明放大倍数10×，40×，100×，或10/0.25，40/0.65，100/1.30。

（b）低倍镜最短，高倍镜较长，油镜最长。

（c）镜头前面的镜孔低倍镜最大，高倍镜较大，油镜最小。

（d）油镜头上常刻有黑色环圈，或“油”字。

d.低倍镜换高倍镜的使用方法：

（a）光线对好后，移动推进器寻找需要观察的标本。

（b）如标本的体积较大，不能清楚查见其构造因而不能确认时，则将标本移至视野中央，再旋转高倍接物镜于镜筒下方。

（c）旋转微调节器至物象清晰为止。

（d）调节聚光器及光圈，使视野内的物象达到最清晰的程度。

2、健那绿

健那绿，即JanusgreenB染液，原来也曾译为詹纳斯绿B，常用作线粒体专一性活体染色剂。

中文别名健那绿、詹纳斯绿、双氮嗪绿、苏铁木精，英