Методи вивчення клітини

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Введення

Рослина, як і будь-який живий організм, складається з клітин, причому кожна клітина породжується теж клітиною. Клітина - це найпростіша і обов'язкова одиниця живого, це його елемент, основа будови, розвитку і всієї життєдіяльності організму.

Існують рослини, побудовані з однієї-єдиної клітини. До них відносяться одноклітинні водорості і одноклітинні гриби. Зазвичай це мікроскопічні організми, але є й досить великі одноклітинні (довжина одноклітинної морської водорості ацетабуляріі досягає 7 см). Більшість рослин, з якими ми стикаємося в повсякденному житті, - це багатоклітинні організми, побудовані з великої кількості клітин. Наприклад, в одному аркуші деревної рослини їх близько 20 000 000. Якщо дерево має 200 000 листів (а це цілком реальна цифра), то число клітин в усіх них становить 4000 000 000 000. Дерево в цілому містить ще раз на 15 більше клітин.

Рослини, за винятком деяких нижчих, складаються з органів, кожен з яких виконує свою функцію в організмі. Наприклад, у квіткових рослин органами є корінь, стебло, лист, квітка. Кожен орган зазвичай побудований з кількох тканин. Тканина - це зібрання клітин, подібних за будовою і функціями. Клітини кожної тканини мають свою спеціальність. Виконуючи роботу по своїй спеціальності, вони вносять вклад в життя цілого рослини, яка полягає в поєднанні і взаємодії різних видів роботи різних клітин, органів, тканин.

Основними, найбільш загальними компонентами, з яких побудовані клітини, є ядро, цитоплазма з численними органоидами різної будови і функцій, оболонка, вакуоль. Оболонка покриває клітку зовні, під нею знаходиться цитоплазма, в ній - ядро і одна або кілька вакуоль. Як будова, так і властивості клітин різних тканин у зв'язку з їх різною спеціалізацією різко різняться. Перераховані основні компоненти і органели, про яких мова піде далі, розвинені в них у різному ступені, мають неоднакове будову, а іноді той чи інший компонент може зовсім відсутніми.

Найголовнішими групами тканин, з яких побудовані вегетативні (безпосередньо не пов'язані з розмноженням) органи вищої рослини, є наступні: покривні, основні, механічні, провідні, видільні, меристематические. У кожну групу зазвичай входить кілька тканин, що мають схожу спеціалізацію, але побудованих кожна по-своєму з певного виду клітин. Тканини в органах не ізольовані один від одного, а складають системи тканин, в яких елементи окремих тканин чергуються. Так, деревина - це система з механічною і проводить, а іноді й основної тканини.

Структура рослинної клітини

Клітина є основною структурною і функціональною одиницею живих організмів.

Клітини ембріональних (неспеціалізованих) тканин тварин і рослин в загальному плані будови дуже схожі. Саме ця обставина у свій час стало причиною для появи і розвитку клітинної теорії. Морфологічні відмінності проявляються вже в диференційованих клітинах спеціалізованих тканин рослин і тварин. Особливості будови рослинної клітини, як і рослини в цілому, пов'язані зі способом життя та у спосіб харчування. Більшість рослин веде стосовно нерухомий (прикріплений) спосіб життя. Специфіка живлення рослин полягає в тому, що вода і поживні речовини: органічні та неорганічні, знаходяться навколо в розсіяному вигляді і рослині доводиться їх поглинати шляхом дифузії. Крім того, зелені рослини на світлі здійснюють автотрофний спосіб харчування. Завдяки цьому, еволюційно склалися деякі специфічні особливості будови та росту рослинних клітин. До них відносяться:

  • міцна полісахаридний клітинна стінка, навколишнє клітку і складова жорсткий каркас;

  • пластидних система, що виникла у зв'язку з автотрофним типом харчування;

  • вакуолярно система, яка в зрілих клітинах зазвичай представлена ​​великою центральною вакуолью, що займає до 95% об'єму клітини і що грає важливу роль у підтримці тургорного тиску;

  • особливий тип росту клітин шляхом розтягування (за рахунок збільшення обсягу вакуолі);

  • тотипотентність, тобто можливість регенерації повного рослини з диференційованої рослинної клітини;

  • є ще одна деталь, яка відрізняє рослинні клітини від клітин тварин: у рослин при діленні клітин не виражені центріолі.

Будова клітини в найзагальнішому вигляді відомо вам ще з курсу загальної біології та при підготовці до вступних іспитів ви досить добре вивчали цю тему. Ця тема в різних аспектах розглядається і у відповідних університетських курсах (наприклад, зоологія безхребетних, нижчі рослини). Крім того, більш детальне знайомство з кліткою на високому рівні має бути в курсі «цитологія». Нам же важливо акцентувати увагу на специфічні особливості будови рослинної клітини, причому переважно клітини вищої рослини.

При самому поверхневому розгляді структури типової рослинної клітини в її складі виявляються три основні компоненти:

  1. клітинна стінка,

  2. вакуоль, що займає в зрілих клітинах центральне становище і заповнює практично весь їхній обсяг і

  3. протопласт, відтісняє вакуолью до периферії у вигляді постенная шару.

  4. Саме ці компоненти виявляються на малому збільшенні світлового мікроскопа. Причому клітинна оболонка і вакуоль є продуктами життєдіяльності протопласта.

Живе тіло клітини? протопласт складається з органоїдів, занурених у гіалоплазми. До організмам клітини відносяться: ядро, пластиди, мітохондрії, діктіосоми, ендоплазматичний ретикулум, мікротільця та ін гіалоплазми з органелами за вирахуванням ядра складає цитоплазму клітини.

Для вираження розмірів субклітинних структур використовуються певні міри довжини: мікрометр і нанометр.

Мікрометр в системі одиниць СІ величина, що дорівнює 10-6 м. Кажучи іншими словами, мікрометр (абревіатура мкм) становить 1 / 1000000 частку метра і 1 / 1000 частку міліметра. 1 мкм = 10-6 м. Стара назва цього заходу мікрон.

Нанометр в тій же системі представляє мільйонну частку міліметра 1 нм = 10-9 м і тисячну частку мікрометра.

Розміри і форма рослинних клітин варіюються в широкому діапазоні. У типовому випадку розміри клітин вищої рослини коливаються в межах 10 - 300 мкм. Правда, зустрічаються клітини - гіганти, наприклад, клітини соковитої м'якоті плодів цитрусових складають у поперечнику кілька міліметрів або надзвичайно довгі луб'яні волокна у кропиви досягають 80 мм довжини при мікроскопічної товщині.

За формою розрізняють ізодіаметрічеськіє клітини, у яких лінійні розміри у всіх напрямках рівні або відрізняються незначно (тобто довжина, ширина і висота цих клітин порівнянні). Такі клітини називають паренхімних (паренхіма).

Сильно витягнуті клітини, у яких довжина у багато разів (іноді в сотні і тисячі) перевищує висоту і ширину, називають прозенхімнимі (прозенхіма).

Методи вивчення рослинної клітини

Для вивчення клітин розроблено і застосовується безліч методів, можливості яких визначають рівень наших знань у цій області. Успіхи у вивченні біології клітини, включаючи найбільш видатні досягнення останніх років, як правило, пов'язані з застосуванням нових методів. Тому для більш повного розуміння клітинної біології необхідно мати хоча б деяке уявлення про відповідні методи дослідження клітини.

Світлова мікроскопія

Самим древнім і, разом з тим, найбільш поширеним методом вивчення клітини є мікроскопія. Можна сказати, що і початок вивчення клітини було покладено винаходом світлового оптичного мікроскопа.

Неозброєним людське око має роздільну здатність близько 1 / 10 мм. Це означає, що якщо ви дивитеся на дві лінії, які знаходяться один від одного на відстані менше 0,1 мм, вони зливаються в одну. Щоб розрізнити структури, розташовані більш тісно, ​​застосовують оптичні прилади, наприклад, мікроскоп.

Але можливості світлового мікроскопа не безмежні. Межа дозволу світлового мікроскопа задається довжиною світлової хвилі, тобто оптичний мікроскоп може бути використаний тільки для вивчення таких структур, мінімальні розміри яких порівнянні з довжиною хвилі світлового випромінювання. Кращий світловий мікроскоп має роздільну здатність близько 0.2 мкм (або 200 нм), тобто приблизно в 500 разів покращує людське око. Теоретично побудувати світловий мікроскоп з великим дозволом неможливо.

Багато компонентів клітини близькі за своєю оптичної щільності і без спеціальної обробки практично не видно в звичайний мікроскоп. Для того, щоб зробити їх видимими, використовують різні барвники, що володіють певною вибірковістю.

На початку XIX ст. Виникла потреба в барвниках для фарбування текстильних тканин, що в свою чергу викликало прискорений розвиток органічної хімії. Виявилося, що деякі з цих барвників забарвлюють і біологічні тканини і, що було вже зовсім несподівано, часто переважно зв'язуються з певними компонентами клітини. Використання таких виборчих барвників дає можливість більш тонко дослідити внутрішню будову клітини. Наведемо лише кілька прикладів:

  • барвник гематоксилін забарвлює деякі компоненти ядра в синій або фіолетовий колір;

  • після обробки послідовно флороглюцину і потім соляною кислотою одревесневшие оболонки клітин стають вишнево - червоними;

  • барвник судан III окращівает опробковевшіе клітинні оболонки в рожевий колір;

  • слабкий розчин йоду в йодистим калії забарвлює крохмальні зерна в синій колір.

Для проведення мікроскопічних досліджень більшу частину тканин перед фарбуванням фіксують. Після фіксації клітини стають проникними для барвників, а структура клітини стабілізується. Одним з найбільш поширених фіксаторів в ботаніці є етиловий спирт.

Фіксація і фарбування не єдині процедури, які використовуються для приготування препаратів. Товщина більшості тканин занадто велика, щоб їх відразу можна було спостерігати при високому дозволі. Тому виконують тонкі зрізи на мікротому. У цьому приладі використаний принцип хліборізки. Для рослинних тканин виготовляють трохи більше товсті зрізи, ніж для тварин, оскільки клітини рослин зазвичай крупніше. Товщина зрізів рослинних тканин для світлової мікроскопії близько 10 мкм - 20 мкм. Деякі тканини занадто м'які, щоб з них відразу ж можна було отримати зрізи. Тому після фіксації їх заливають в розплавлений парафін або спеціальну смолу, що насичують всю тканину. Після охолодження утворюється твердий блок, який потім ріжеться на мікротому. Правда, для рослинних тканин заливка застосовується значно рідше, ніж для тварин. Це пояснюється тим, що рослинні клітини мають міцні клітинні стінки, складові каркас тканини. Особливо міцні одревесневшие оболонки.

Однак заливка може порушити структуру клітини, тому застосовують ще й інший метод, де ця небезпека зменшена? швидке заморожування. Тут можна обійтися без фіксації і заливки. Заморожену тканину ріжуть на спеціальному мікротому (кріотоме).

Заморожені зрізи, приготовані таким способом, мають явну перевагу, оскільки в них краще зберігаються особливості природної структури. Однак їх важче готувати, а присутність кристалів льоду все ж порушує деякі деталі.

Мікроскопісту завжди непокоїла можливість втрати і спотворення деяких компонентів клітини в процесі фіксації і забарвлення. Тому отримані результати перевіряють іншими методами.

Дуже привабливою представлялася можливість досліджувати під мікроскопом живі клітини, але так, щоб більш чітко проявилися деталі їх будови. Таку можливість дають особливі оптичні системи: фазово-контрастний і інтерференційний мікроскопи. Добре відомо, що світлові хвилі, як хвиля води, можуть інтерферувати один з одним, збільшуючи або зменшуючи амплітуду результуючих хвиль. У звичайному мікроскопі, проходячи через окремі компоненти клітини, світлові хвилі змінюють свою фазу, хоча людське око цих відмінностей не вловлює. Але за рахунок інтерференції можна перетворити хвилі, і тоді різні компоненти клітини можна відрізнити один від одного під мікроскопом, не вдаючись до фарбування. У цих мікроскопах використовують 2 пучка світлових хвиль, які взаємодіють (накладаються) один на одного, підсилюючи або зменшуючи амплітуду хвиль, що надходять в око від різних компонентів клітини.

Електронна мікроскопія

Можливості світлового мікроскопа, як вже було сказано, обмежуються довжиною хвилі видимого світла. Його максимальна роздільна здатність становить приблизно 0.2 мкм.

Великий крок вперед був зроблений в мікроскопії в 20-х роках нашого століття, коли було виявлено, що відповідним чином підібрані електромагнітні поля можна використовувати подібно лінзам для фокусування пучків електронів.

Довжина хвилі електрона значно менше, чет довжина хвилі видимого світла, і якщо замість світла використовувати електрони, то межа дозволу мікроскопа може бути помітно знижений.

На основі всього цього був створений мікроскоп, в якому замість світла використовується пучок електронів. Перший електронний мікроскоп сконструювали в 1931 р. Кнолл і Руска в Німеччині. Минуло, проте, багато років, перш ніж з'явилася можливість вивчати за допомогою цього мікроскопа зрізи тканин. Лише в 50-і роки були розроблені методи виготовлення зрізів, що володіють необхідними якостями. З цього часу почалася нова ера мікроскопії, і в науку буквально ринув потік інформації про тонкий будові клітин (ультраструктури клітин).

Складнощі електронної мікроскопії полягають у тому, що для дослідження біологічних зразків необхідна спеціальна обробка препаратів.

Перша трудність полягає в тому, що електрони мають дуже обмеженою проникаючу здатність, тому слід виготовляти ультратонкі зрізи, товщиною 50 - 100 нм. Для того, щоб отримати настільки тонкі зрізи, тканини спершу просочують смолою: смола полімеризується і формує твердий пластмасовий блок. Потім за допомогою гострого скляного чи алмазного ножа зрізи нарізають на спеціальному мікротому.

Є ще одна складність: при проходженні через біологічну тканину електронів не виходить контрастного зображення. Для того, щоб отримати контраст, тонкі зрізи біологічних зразків просочують солями важких металів.

Існує два основних типи електронних мікроскопів. У трансмісивному (просвічує) мікроскопі пучок електронів, проходячи крізь спеціально підготовлений зразок, залишає його зображення на екрані. Роздільна здатність сучасної трансмісійного електронного мікроскопа майже в 400 разів більше світлового. Ці мікроскопи мають роздільну здатність близько 0,5 нм (для порівняння: діаметр атома водню близько 0,1 нм).

Незважаючи на таке високе дозвіл, що просвічують електронні мікроскопи мають великі недоліки:

  • доводиться працювати з фіксованими матеріалами;

  • зображення на екрані виходить двовимірним (плоским);

  • при обробці важкими металами руйнуються і видозмінюються деякі клітинні структури.

Тривимірне (об'ємне) зображення отримують за допомогою скануючого електронного мікроскопа (ЕМ). Тут промінь не проходить через зразок, а відбивається від його поверхні.

Досліджуваний зразок фіксують і висушують, після чого покривають тонким шаром металу? операція називається оттенением (зразок відтіняють).

У скануючому ЕМ сфокусований електронний пучок направляється на зразок (зразок сканують). У результаті металева поверхня зразка випускає вторинні електрони слабкою енергії. Вони реєструються і перетворюються у зображення на телевізійному екрані. Максимальна роздільна здатність скануючого мікроскопа невелика, близько 10 нм, але зате зображення виходить об'ємним.

Метод заморожування-сколювання

Принципово нові можливості електронної мікроскопії відкрилися порівняно недавно, після розробки методу «заморожування - сколювання». За допомогою цього методу досліджуються найтонші деталі будови клітини, при цьому виходить об'ємне зображення в трансмісивному електронному мікроскопі.

При звичайному заморожуванні у клітинах утворюються кристалики льоду, які помітно спотворюють їх структуру. Щоб уникнути цього клітини заморожують дуже швидко при температурі рідкого азоту (- 196 | С). При такому миттєвому заморожуванні кристали льоду не встигають утворитися, і клітина не відчуває деформацій.

Заморожений блок розколюють лезом ножа (звідси і назва методу). Потім, звичайно у вакуумній камері, надлишок льоду видаляють сублімацією. Ця операція називається травленням. Після травлення більш різко позначається рельєф у площині відколу. Отриманий зразок відтіняється, тобто на поверхню зразка напилюється тонкий шар важких металів. Проте весь фокус полягає в тому, що напилення проводиться під кутом до поверхні зразка. Це дуже важливий момент. З'являється ефект тіні, зображення виглядає об'ємним.

У трансмісивному мікроскопі електронний промінь здатний проникнути тільки через дуже тонкі зрізи. Звичайна товщина відтіняють зразків надмірно велика, тому органічну матерію, підстилаючу шар металу, необхідно розчинити. У результаті залишається тонка металева репліка (або відбиток) з поверхні зразка. Репліку і використовують в трансмісивному мікроскопі.

Цей метод надав, наприклад, унікальну можливість спостерігати внутрішню будову мембран клітини.

Диференціальне центрифугування

Крім мікроскопії, інше основне і широко поширеним методом вивчення клітин є диференціальне центрифугування або фракціонування.

Принцип методу полягає в тому, що при центрифугуванні розвивається відцентрова сила, під впливом якої зважені частинки осідають на дно центріфужний пробірки.

Після того, як на початку 40-х років почали використовувати ультрацентрифугу, поділ клітинних компонентів стало цілком реальним.

Перш, ніж піддати клітини центрифугированию, їх необхідно зруйнувати - зруйнувати жорсткий каркас клітинних оболонок. Для цього використовують різні методи: ультразвукову вібрацію, продавлювання через маленькі отвори або саме звичайне подрібнення рослинних тканин товкачем у фарфоровій ступі. При обережному застосуванні методів руйнування можна зберегти деякі органели цілими.

При високошвидкісному центрифугуванні великі компоненти клітини (наприклад, ядра) швидко осідають (седіментіруют), при відносно низьких швидкостях і утворюють осад на дні центріфужний пробірки. При більш високих швидкостях в осад випадають більш дрібні компоненти, такі як хлоропласти і мітохондрії.

Тобто при центрифугуванні компоненти клітини розпадаються на фракції: великі та дрібні, тому друга назва методу? фракціонування. При цьому, чим вище швидкість і тривалість цетріфугірованія, тим дрібніше отримана фракція.

Швидкість седиментації (осадження) компонентів виражається за допомогою коефіцієнта седиментації, що позначається S.

Етапи диференціального центрифугування: низька швидкість (ядра, цитоскелет), середня швидкість (хлоропласти), висока швидкість (мітохондрії, різосоми, мікротільця), дуже висока швидкість (рибосоми).

Фракціоновані клітинні екстракти, звані також безклітинним системами, широко використовуються для вивчення внутрішньоклітинних процесів. Тільки працюючи з безклітинним екстрактами, можна встановити детальний молекулярний механізм біологічних процесів. Так, використання саме цього методу принесло тріумфальний успіх у вивченні біосинтезу білка.

Ну і взагалі, чисті фракції внутрішньоклітинних структур можна піддавати будь-яким видам аналізу.

Метод культури клітин

Клітини тварин, виділені в культуру (тобто поміщені на поживне середовище), гинуть після певного числа поділів, тому вважаються важким і незручним об'єктом для культивування. Інша справа клітини рослин, здатні ділитися необмежену кількість разів.

Метод культури клітин полегшує вивчення механізмів клітинної диференціації в рослин.

На живильному середовищі клітини рослин утворюють однорідну недиференційовану клітинну масу-каллус. Каллус обробляють гормонами. Під впливом гормонів клітини калюсу можуть давати початок різним органам.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
52.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Методи переносу генетичного матеріалу в клітини ссавців
Методи вивчення ринку
Методи вивчення сезонності
Предмет та методи вивчення статистики
Методи вивчення спадковості людини
Статистичні методи вивчення інвестицій
Методи вивчення трудової діяльності
Методи вивчення кореляційних зв`язків
Методи вивчення психіки тварин і людей
© Усі права захищені
написати до нас