И. Филиппова
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?