植物生理学实验

实验一 植物细胞的观测 一、植物细胞的活体染色及死活鉴定 活体染色是介于活体观察和固定、切片染色之间的一种方法，是选用某些无毒或毒性较小的染色剂，显示出细胞内某些构造的存在，而不影响细胞的生命活动也不产生任何物理、化学变化以致引起细胞死亡的方法。 中性红是常用的活性染料之一，又是一种pH指示剂，其变色范围在pH6.4～8.0之间（由红变黄），在酸性条件下中性红的解离度很强，带色的阳离子呈樱桃红色，在pH7以上，它不解离而以分子态溶解于水呈橙黄色的溶液。中性红的分子式为： 活的植物细胞，其含水分的纤维素细胞壁上往往有羟基，液泡呈酸性。如果用偏酸性的中性红溶液进行活体染色（活染）时，由于中性红在介质中已成解离态，其带色的阳离子易被吸附在细胞壁上使壁显红色，而活细胞的原生质和液泡均无色；如果在中性或微碱性的液体环境中，中性红分子便有进入液泡并呈解离形式的趋势，当中性红分子进入偏酸的液泡处，解离出带色的阳离子而呈玫瑰红色，累积在液泡里，这时液泡显色而原生质和细胞壁不着色；如果是死细胞，原生质体凝固并丧失半透性，表现为细胞核和细胞质均被染成橙红色。可根据这些现象鉴定细胞死活。 【实验材料】 洋葱鳞茎，大葱叶基部分，小麦叶片等。 【实验设备】 显微镜，小培养皿，载玻片和盖玻片，刀片，尖头镊子，吸水纸，酒精灯等（本书省略了常用和简单的实验仪器与设备，如天平等）。 【实验试剂】 0.03%中性红溶液：0.3 g中性红溶于1000 mL蒸馏水中（本书省略了水等常用试剂）。 【实验步骤与结果】 1．取洋葱的内层幼嫩鳞片，用刀片在鳞片内侧纵横切割成0.5 cm2的小块，用尖头镊子将内表皮小块轻轻撕下，置于载玻片上，滴加清水后盖上盖玻片，在较暗的视野下进行镜检。仔细辨认成熟细胞的各个部分：①透明而界限清晰的细胞壁；②有颗粒状结构的原生质；③中央大液泡。若用小麦叶片为材料时，可采1片叶片，将叶背面朝上平铺在载玻片上，再将此载玻片放入盛有少量清水的培养皿内，用左手将叶片按平，右手用刀片从一个方向轻轻刮去下表皮和叶肉部分，只留下透明的一层上表皮细胞，然后将其切成约1 cm2的小块。 2．将制成的表皮小块放入盛有0.03%中性红溶液的小培养皿中染色5～10 min，然后取出浸入自来水中漂洗10 min，选其中染色均匀的材料小块进行镜检，仔细观察经活体染色后的细胞各部分：注意液泡、细胞壁以及原生质的染色情况，图示并分析说明实验结果。 3．将中性红染色后的材料小块取出用蒸馏水漂洗10 min后，在显微镜下观察。注意细胞壁、液泡，以及原生质的染色情况，图示并分析说明实验结果。 4．在上述制片中寻找个别死细胞，注意观察细胞核和原生质的染色情况。图示并分析说明实验结果。或另取制片放在载玻片上在酒精灯火焰上微微加热使细胞致死，在显微镜下观察死细胞内原生质、细胞核的染色情况。 二、质壁分离及质壁分离复原 生活细胞的原生质体及质膜具有半透性，细胞内部还包含着一个大液泡，它具有一定的渗透势。当细胞与外界高渗溶液接触时，细胞内的水分外渗，原生质体随液泡一起收缩而脱离了细胞壁发生分离现象；当细胞与低渗溶液接触时，细胞吸水发生质壁分离复原。死细胞没有这种现象，因此，可利用质壁分离及质壁分离复原现象来鉴定细胞死活。 植物细胞的质壁分离可有多种形式，如凸形、帽形等，如图1-1所示。 质壁分离形式的不同往往与原生质的黏性有关，凡是原生质黏度大的，能维持较长时间的凹形；原生质黏度小的，较快形成凸状质壁分离。Ca2＋能降低原生质胶体的水合度，即可增高原生质的黏性；而K＋则相反，它能提高原生质胶体的水合度，降低原生质的黏性。因此，经Ca2＋处理后，原生质发生凹形质壁分离，而经K＋处理则发生凸形质壁分离。当用K＋的高渗溶液进行长时间质壁分离时，由于原生质水合度大大增加，似帽状包围在收缩的液泡两端，称为帽状质壁分离。 【实验材料】 洋葱鳞茎，大葱叶基部分，小麦叶片等。 【实验设备】 显微镜，小培养皿，载玻片和盖玻片，刀片，尖头镊子，滤纸条等。 【实验试剂】 1 mol/L蔗糖溶液，0.02 mol/L CaCl2溶液，0.03 mol/L KCl溶液。 【实验步骤与结果】 1．同上实验制取活体染色制片，在显微镜下确定活细胞的观测视野后，在载玻片的一端轻轻滴加一滴1 mol/L蔗糖溶液，在载玻片的另一端用滤纸条吸引以使蔗糖液浸到全部制片上。处理的同时在镜下注意观察生活细胞发生质壁分离的变化过程：整个细胞首先发生轻微均匀的收缩，随着胞壁松弛，原生质逐渐自细胞角隅处脱离壁发生“初始质壁分离”现象。注意在原生质收缩的同时，有很多被撕扯的原生质丝（称Hecht线）仍将“质”与“壁”连系着，这表明生活原生质体本是紧贴着细胞壁的，由于细胞脱水，原生质也随着发生不均匀的收缩，使原生质细丝残留下来。 2．在制片一端滴加清水，在另一端用滤纸条将水吸引到全部制片上，观察细胞质壁分离复原现象。 3．取实验一制备的活体染色制片，然后将制片分别浸入0.02 mol//L的CaCl2与0.03 mol/L的KCl溶液内，浸泡20～24 h后，取出置于载玻片上，盖上盖玻片，再滴加1 mol//L的蔗糖溶液使之发生质壁分离，仔细观察质壁分离的不同形式。 若轻轻挤压已发生质壁分离的细胞，由于液泡破裂，有中性红着色的泡液流出，中性红遇K＋或Ca2＋后立即形成暗红色小颗粒，布满整个细胞腔。生活无损的细胞则无此现象。 【思考题】 1．根据实验结果，说明活细胞与死细胞原生质性质有哪些不同？如何加以区别？ 2．在用中性红活体染色时，用自来水（pH7.0以上）冲洗浸泡与用蒸馏水（pH7.0以下）效果有何不同？为什么？ 3．死细胞为什么不能发生质壁分离及质壁分离复原？ 一、小麦幼根中液泡的形成 大液泡是植物细胞特有的细胞器之一，由单层膜包裹。液泡的主要功能是积累和贮存养料及多种代谢产物，同时也协助调节细胞渗透压，维持细胞内水分平衡等。液泡中可积累和贮存糖、蛋白质、磷脂、单宁、有机酸、植物碱、色素和盐类等，因此花、叶和果实的颜色，除绿色之外，大多由液泡内所积累的色素所产生。 【实验材料】 萌发的小麦胚根。 【实验设备】 显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，滴管，刀片，小培养皿。 【实验试剂】 0.03%中性红溶液。 【实验步骤与结果】 切取萌发小麦胚根尖端（距尖端1 cm左右），浸入中性红溶液中染色10～15 min，然后取出用自来水冲洗5～10 min，撕取表皮（或作断根纵剖面）于显微镜下进行镜检。可见：在分生区胚性细胞里有少量零星的小红点，表示液泡已开始形成；进入伸长期的细胞内有红色网状交错的液泡结构；在成熟段的细胞里，则有一个很完整的大型液泡，一般位于细胞的中央。 二、液泡的分离 【实验材料】 紫洋葱，紫萝卜叶。 【实验设备】 小镊子，载玻片与盖玻片，显微镜。 【实验试剂】 0.5 mol//L蔗糖溶液。 【实验步骤与结果】 撕取紫色洋葱或萝卜叶片表皮，置于载玻片上，滴加清水后盖上盖玻片，于显微镜下观察制片中的细胞内有一个完整的、含花青素的玫瑰紫色大液泡。用滤纸条吸引液体的方法连续滴加0.5 mol//L蔗糖溶液，细胞逐渐发生质壁分离，随着处理时间延长，含有花青素的液泡会完整地游离出来。 【思考题】 1．阐述植物液泡的结构与功能。 2．液泡膜上有哪些蛋白可参与其渗透调节作用？ 3．说明植物保卫细胞的运动与液泡的关系。 在生活细胞内，原生质的活跃流动现象统称为原生质运动。原生质运动是生活细胞的重要标志之一。原生质可以在细胞内流动，也可以通过胞间连丝穿流于细胞与组织之间，有时并非全部原生质都参与运动而仅限于局部细胞质，往往原生质表面的透明层（hyaloplasm）处于静止状态。 原生质运动在所有生活细胞中均可见，但往往在某些特定材料中表现得特别明显。有时由于在制片时对材料的机械损伤，也会引起原生质发生强烈的运动。 原生质运动是细胞消耗能量而做功的生理过程，它与植物体内的物质运输与分配，以及多种酶促反应密切联系。原生质运动有各种形式，一般将原生质运动归为两类，凡并非因外界环境的改变而引起的原生质运动，称为自发性的原生质运动；由于某种外界原因而引起的原生质运动称为诱发性的原生质运动。 本实验使用光学显微镜观察几种植物细胞原生质的运动现象；测定原生质运动的速度及观察呼吸抑制剂2，4-二硝基苯酚（DNP）对原生质运动的影响。 【实验材料】 黑藻，轮藻，小麦幼苗（种子萌发2～3 d的根，长1～2 cm），紫鸭跖草（正在开花的）、洋葱鳞茎（紫皮），南瓜叶片表皮毛或茎部表皮毛。 【实验设备】 显微镜，载玻片，盖玻片，镊子，剪刀，目镜测微尺，台尺，秒表，滤纸等。 【实验试剂】 5×10－4 mol/L的2，4-二硝基苯酚溶液。 【实验步骤】 1．观察几种植物细胞的原生质运动现象 ①黑藻叶片的观察：用镊子取下黑藻幼嫩叶片放于载玻片上，滴加清水并盖上盖玻片，在显微镜下观察，寻找沿叶片中脉的部分，细胞中叶绿体随原生质沿胞壁移动（若室温低于20℃或阴天看不见原生质运动现象时，可用强光照射15～20 min后再观察）。注意整个叶片中哪些部分原生质流动得*快，相邻两细胞中流动方向有何不同。 ②轮藻节间细胞的观察，取一株轮藻（含有两个以上的节）节间，用水洗净后置于载玻片上，加盖玻片于显微镜下观察，由于轮藻节间外面常有沉积物附着不易看清，因此可先在低倍物镜下移动载玻片，找到合适的部分后再换高倍物镜观察，细胞中排列整齐的叶绿体并不移动，而原生质透明部分夹带着大小颗粒一起流动，小心地调动细螺旋仔细观察。 ③小麦根毛的观察：将小麦根剪下放在载玻片上，加盖玻片在低倍镜下找到根尖以上的根毛区，然后在高倍镜下进行镜检，可以看到透明原生质夹带一些颗粒沿根毛细胞壁流动，注意根毛尖端和基部原生质流动方向的变化。