МУ Биология Самостоятельная

11

1.ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ

1.1.Раздел 1. Живые системы: клетка, организм

1.1.1. Занятие 1. Устройство и правила работы с микроскопом. Структурные основы жизнедеятельности клетки. Изучение строения бактериальной, растительной и животной клеток

Микроскоп (от греч. micro's — малый, scopeo — смотрю) — оптический прибор для изучения мелких объектов, трудно различимых или не видимых невооруженным глазом.

Дня работы необходимы: микроскоп, предметные и покровные стекла, пинцет, капельница с водой, полоски фильтровальной бумаги, вата, ножницы.

Ознакомление с устройством микроскопа

Рассмотрите основные части микроскопа. Найдите две системы оптических стекол: окуляр (направлен к глазу наблюдателя; от лат. oculus — глаз) и объектив (направлен к рассматриваемому объекту), привинченный к нижней части металлической трубки — тубуса. Окуляр вставляется в верхнюю часть этой трубки, может выниматься из тубуса и заменяться другим. Найдите предметный столик: он расположен на колонке штатива, к которому подвижно прикреплен тубус. На столик помещают рассматриваемый препарат, закрепляя его зажимами. Поднимите и опустите тубус вращением макрометрического винта, изменяя расстояние между объективом и препаратом до получения ясного изображения. Более тонкая наводка на фокус производится микрометрическим винтом.

У биологических микроскопов по бокам столика расположены два винта — препаратоводители. Вращая их, можно передвигать столик вместе с препаратом в горизонтальной плоскости в ту или другую сторону, не касаясь препарата руками.

Освещается препарат пучком света, направляемым через круглое отверстие в предметном столике, от подвижного осветительного зеркала, которое находится под предметным столиком. Наличие у зеркала плоской и вогнутой сторон позволяет изменять силу освещения; для этой же дели можно использовать диафрагму.

Внекоторых старых системах микроскопов применяются цилиндрические диафрагмы.

Вцентре верхней части таких диафрагм имеется круглое отверстие диаметром 1, 3 или 6 мм. Смена диафрагм с отверстием разного диаметра дает возможность изменять силу освещения препарата.

Исследовательские микроскопы и новые марки микроскопов снабжены для регулирования освещения препарата осветительным аппаратом, помещенным между зеркалом и предметным столиком и состоящим из конденсора (нескольких мощных собирательных линз) и одной или двух ирисовых диафрагм. Этот прибор позволяет очень тонко

Найдите на нижней части тубуса вращающийся револьвер, в гнезда его ввинчены три объектива, дающие разные увеличения. Револьвер служит для облегчения смены объективов (например, для замены слабого объектива

более сильным). Можно изменять увеличение также сменой окуляров. Объектив должен быть строго центрирован по отношению к отверстию тубуса. В противном случае поле зрения частично будет затемнено и необходимо регулировать освещение препарата.

Вревольвере для центрирования объектива имеется специальное приспособление, задерживающее объектив в тот момент, когда он точно подойдет под тубус при вращении револьвера. В момент совпадения объектива и отверстия тубуса происходят защелкивание (слышен легкий звук) и задержка движения револьвера.

Смените объективы, вращая револьвер, и проверьте точность центрирования задержкой револьвера.

11

12

1 — зеркало; 2 —столик; 3 —клеммы; 4 — объективы; 5 —тубус; б — окуляр; - кремальера; 8 - колонка штатива; 9 - ножка штатива; 10 -микрометрический винт; 11 -- револьвер; 12 — осветитель; 13 — винты препаратоводителя; 14 — винт конденсатора.

Рисунок 1 – Микроскопы.

Объектив дает в тубусе микроскопа истинное изображение, которое рассматривается глазом наблюдателя через окуляр. Видимое в окуляр изображение — увеличенное и обратное.

Обратите внимание, что увеличение каждого объектива и окуляра обозначено на их оправе (окуляр 8Х, объектив 40Х). Общее увеличение микроскопа равно увеличению объектива, умноженному на увеличение окуляра.

Для достижения увеличения в 1000 раз и более применяются так называемые иммерсионные объективы (лат. immersio—погружение). При этом между препаратом и линзой объектива помещается капля кедрового масла, имеющего показатель преломления света, одинаковый со стеклом, и нижняя линза объектива погружается в каплю масла, нанесенную на препарат.

В отечественных биологических микроскопах иммерсионный объектив обозначается

90Х, в заграничных—1/12, 1/16, 1/18.

При работе с иммерсионными объективами необходимо более интенсивное освещение поля зрения. При употреблении масляной иммерсии следует обращать внимание на то, чтобы в масляном слое в поле зрения не было пузырьков воздуха, которые могут помешать получению ясного изображения. Их можно удалить, касаясь палочкой или препаровальной иглой покровного стекла.

При работе с микроскопом важно знать увеличение, при котором исследуется тот или иной объект, и записать его при зарисовке объекта.

Правила пользования микроскопом. Необходимо бережно обращаться с микроскопом. При извлечении его из футляра, переноске или перестановке с одного места на другое его следует брать за ручку штатива. Микроскоп ставят на рабочий стол ручкой штатива к себе; установив на столе, в дальнейшем его не сдвигают с места. Благодаря этому обеспечивается постоянство освещения, и микроскоп предохраняется от возможного падения, сотрясения и поломки. Особенно бережно надо обращаться с линзами объективов и окуляров; их можно протирать только мягкой полотняной тряпочкой или замшей. Запрещается развинчивать окуляры и объективы, крутить без необходимости микрометрический винт. В случае какихлибо недочетов в работе микроскопа следует обращаться к преподавателю.

Для рассмотрения препарата необходимо:

12

13

1)поставить микроскоп перед собой на рабочем столе ручкой штатива к себе;

2)вращением револьвера установить объектив с малым увеличением (8Х), поднять конденсор вверх и открыть диафрагму. Объектив необходимо поставить точно под тубусом, поворачивая револьвер до тех пор, пока рука не почувствует легкий толчок

и задержку движения револьвера;

3)смотреть в окуляр и одновременно вращать осветительное зеркало, пока поле зрения не будет ярко и равномерно освещено. Чересчур резкий свет можно ослабить с помощью диафрагмы(слишком яркое освещение мешает работе и вредно для глаз);

4)положить препарат на предметный столик (покровным стеклом вверх) так, чтобы заключенный в препарате объект находился непосредственно пол объективом;

5)вращением микрометрического винта опустить тубус, уменьшив расстояние между объективом и препаратом до 1/2, см (следить, чтобы объектив не коснулся препарата, иначе можно раздавить препарат и повредить объектив);

6)смотреть в окуляр и медленно поднимать кремальерой тубус, пока в поле зрения не появится четкое изображение;

7)добиться вращением микрометрического винта более точной наводки на фокус;

8)при длительном изучении препарата закрепить его на предметном столике при помощи клемм и изучать, медленно передвигая с помощью винтов, вращающих столик. В то же время слегка вращать взад и вперед микрометрический винт, чтобы лучше просмотреть всю толщу препарата;

9)перейти от малого увеличения на большое, для этого: передвигая препарат, поставьте в центр поля зрения ту деталь объекта, которую желательно рассмотреть при большом увеличении. Запомните, что если изучаемая деталь объекта лежит не в центре, то при смене объектива она может оказаться за пределами поля зрения. Поворачивая револьвер, поставьте объектив с большим увеличением (40Х). при этом слегка приподнимите тубус (объектив большого увеличения всегда бывает длиннее) и» глядя сбоку микроскопа, осторожно, опасаясь раздавить .препарат и испортить линзу, опустите тубус, пока объектив не коснется поверхности препарата, а затем, смотря в окуляр, очень медленно поднимайте его до тех пор, пока не появятся очертания предмета. Микрометрическим винтом, вращая его вправо и влево, уточните наводку на фокус;

10)приучаться смотреть в микроскоп левым глазом, не закрывая правый; это позволяет, рассматривая препарат, одновременно его зарисовать.

Задание 1. Изучите устройство микроскопа и правила пользования микроскопом.

Задание 2. Изучение волоса под микроскопом.

Оборудование: Микроскоп, волос, ножницы, пинцет, пипетка, предметные и покровные

стекла,

Изготовление препарата. Отрежьте ножницами часть волоса длиной примерно 3 см, разрежьте пополам и положите на предметное стекло, сделав перекрест; нанеситепипеткой одну каплю воды и накройте покровным стеклом. Рассмотрите временный препарат с помощью микроскопа

Изучение препарата. Поставьте в рабочее положение объектив малого увеличения. Найдите изображение и зарисуйте его в альбом, правильно отразив размеры наблюдаемых структур (толщина волос). Затем центрируйте препарат,переместите в рабочее положение объектив большого увеличения и сфокусируйте изображение. Сравните размеры объекта при разных увеличениях и зарисуйте изображение в альбом, отразив имеющиеся различия.

Задание 3.Изучение волокон ваты и пузырьков воздуха под микроскопом. Оборудование: Микроскоп, кусочек ваты, ножницы, пинцет, пипетка, предметные и

покровные стекла, чашкам Петри

13

14

Изготовление препарата. Возьмите из чашки Петри пинцетом небольшой пучок волокон ваты. Положите его на предметное стекло, разрыхлите, добавьте одну каплю воды и накройте покровным стеклом.

Изучение препарата. Приготовив временный препарат, рассмотрите его сначала при малом, а затем при большом увеличении микроскопа.

При малом увеличении рассмотрите перекрещивающиеся волокна ваты, а между ними образования округлой или неправильной формы, имеющие четкие темные контуры – пузырьки воздуха.

Передвигайте препарат с помощью винтов – препаратоводителей или руками, пока не найдете такой участок, где волокна лежат редко, и среди них пузырьки воздуха небольших размеров. Зарисуйте пузырек воздуха и окружающие его 2 – 3 волокна ваты, строго соблюдая соотношение размеров.

Затем рассмотрите и зарисуйте этот же участок при большом увеличении микроскопа Для этого надо тщательно центрировать препарат при малом увеличении.

После того, как препарат центрирован, переведите в рабочее положение объектив большого увеличения, найдите и зарисуйте изученный ранее участок, отразив разницу в размерах при малом и большом увеличениях. На рисунках обозначьте цифрамиволокна ваты и пузырек воздуха, сделайте подписи под рисунком.

Задание 4. Изучите правила вскрытия и препарирования животных.

Лучший метод изучения организма животных — исследование живого объекта, особенно наблюдение строения и жизненных отправлений животного в естественных условиях, если это возможно. Строение отдельных частей животного, его органов и систем приходится изучать, применяя вскрытие и препарирование.

Для работы необходимы: препаровальные доски (для крупных животных), препаровальные ванны (для мелких животных), скальпели, пинцеты, ножницы, препаровальные иглы, булавки, лупа ручная и штативная, микроскоп (в зависимости от занятия).

Правила вскрытия и препарирования животных

1.Вскрытие беспозвоночных животных производится со спинной стороны, позвоночных животных — с брюшной.

2.Крупных позвоночных животных (например, голубя, кролика, крысу) вскрывают на специальной препаровальной доске (рис. 2), беспозвоночных и мелких позвоночных животных

впрепаровальной ванночке, дно которой залито воском (рис. 5).

Рисунок 2 – Препаровальная доска с голубем, приготовленным для вскрытия.

3.Вскрытие в препаровальной ванночке осуществляется под водой, если это не оговаривается особо.

4.К восковому дну ванночки вскрываемое животное прочно прикрепляют булавками, втыкая их наклонно в самые, плотные и наиболее удаленные от препарируемого места части тела животного. На препаровальной доске животных привязывают шпагатом к крючкам, имеющемся на углах.

5.Для вскрытия животных используют препаровальные инструменты: скальпели,

14

15

ножницы, пинцеты, препаровальные иглы.

6.При загрязнении воды в ванночке вскрытий объект следует осторожно промыть под слабой струей воды и сменить воду в ванночке.

7.Правила вскрытия крупных животных излагаются в соответствующих разделах, посвященных изучению этих животных.

8.Только после внимательного рассмотрения и зарисовки вскрытого животного можно отпрепарировать и удалить те органы и части тела, которые мешают дальнейшему вскрытию или исследованию.

9.После препарирования тщательно моют и обтирают инструменты, с помощью которых производилось вскрытие, и кладут их на место, указанное преподавателем. Категорически запрещается втыкать инструменты в восковое дно препаровальной ванночки.

Рисунок 3 – Препаровальная ванночка с восковым дном для вскрытия мелких животных.

Задание 5. Изучите методы зарисовки биологических объектов.

При изучении биологических объектов большое значение имеет их зарисовка. Зарисовывание — не только средство запоминания, во и способ более углубленного изучения рассматриваемого объекта.

Правила зарисовки исследуемых объектов.

Прежде чем зарисовать изучаемый объект (препарат, вскрытое животное), следует внимательно изучить его и только после этого начинать зарисовку.

Рисунки необходимо выполнять тщательно, отнюдь не чернильным карандашом и тем более не чернилами, а только мягким, хорошо очинённым карандашом для рисования. Рисунки должны быть четкими, крупных размеров. Рекомендуется рисовать в специальном альбоме на чертежной бумаге.

Зарисовки должны сопровождаться надписями, поясняющими детали строения изучаемого объекта, указаниями: 1) с чего сделана зарисовка (тотальный препарат, микропрепарат; живой объект, таблица, схема), 2) увеличения окуляра и объектива, 3) систематического положения (тип, класс, русское и латинское названия).

Строение мелких животных или органов и тканей крупных животных зарисовывают так, как они видны под микроскопом или лупой (ни в коем случае не копировать учебную таблицу или рисунок в книге). В некоторых случаях необходимо зарисовать только внешний вид животного (клеща, скорпиона, паука и др.). При вскрытии зарисовывают все системы внутренних органов (пищеварительную, нервную, выделительную и т. д.).

Рекомендуется раскрашивать их цветными карандашами, например выделительную систему — зеленым, кровеносную — красным, нервную — желтым, пищеварительную -- коричневым, мужскую половую систему— синим, женскую половую систему - - черным, дыхательную— простым карандашом.

Задание 6. По рисунку 4 вспомните строение типичной животной и растительной клетки. Перенесите рисунок в тетрадь.

Живой организм (животное или растение), за исключением одноклеточных организмов» состоит из множества клеток. Клетки, одинаковые по форме и выполняемым функциям, образуют ткани, из которых формируются органы и системы органов.

В каждой клетке, как растительной, так и животной, различают протоплазму, или цитоплазму, и ядро. Кроме того, в протоплазме имеются клеточные органоиды, выполняющие определенную функцию в клетке.

Несмотря на сходство в строении, клетки животных организмов отличаются от клеток растительных.

15

16

Эндоплазмагический ретикулум складчатый - структура, накапливающая и выделяющая синтезированные белки в рибосомах.

Рисунок 4 – Строение эукариотической клетки.

Эндоплазматический ретикулум гладкий - структура, образующая, выделяющая и переносящая жиры по всей клетке вместе с белками складчатого ретикулума.

Лизосомы - органеллы, ответственные за переваривание веществ, поступающих в цитоплазму.

Рибосомы - органеллы, синтезирующие белки из молекул аминокислот.

Клеточная или цитоплазматическая оболочка полупроницаемая структура, окружающая клетку. Обеспечивает связь клетки с внеклеточной средой.

Цитоплазма - вещество, заполняющее всю клетку и содержащее все клеточные тельца, включая ядро.

Микроворсинки - складки и выпуклости цитоплазм этической оболочки, обеспечивающие прохождение веществ через нее.

16

17

Центросома - участвует в митозе или делении клеток. Центриоли - центральные части центросомы.

Вакуоли - маленькие пузырьки в цитоплазме, заполненные клеточной жидкостью. Ядро - один из основополагающих компонентов клетки, так как ядро является

носителем наследственных признаков и влияет на размножение и передачу биологической наследственности.

Ядерная оболочка - пористая оболочка, регулирующая проход веществ между ядром и цитоплазмой.

Ядрышки - сферические органеллы ядра, участвующие в образовании рибосом. Внутриклеточные нити - органеллы, содержащиеся в цитоплазме.

Митохондрии - органеллы, принимающие участие в большом числе химических реакций, таких как клеточное дыхание.

Задание 7. Приготовить временный препарат клеток кожицы лука. Рассмотреть и зарисовать при большом увеличении несколько клеток. Отметить на рисунке границы между клетками, протоплазму и ядро.

Оборудование: Микроскоп, луковица, пинцет, препаровальные иглы, предметные и покровные стекла, чашка Петри , пинцет ,йод. .

Изготовление препарата. 1) Протрите предметное стекло салфеткой, 2)На предметное стекло капните воду , 3) Возьмите луковицу. Разрежьте её вдоль и снимите наружные чешуи. С мясистой чешуи оторвите иголкой кусочек поверхностной плёнки пинцетом. 4) Поместите кожицу на предметное стекло, расправьте препаровальными иглами от складок и капните (1 каплю) йода.5) Накройте покровным стеклом препарат.

Изучение препарата. Рассмотрите при малом увеличении микроскопа. На микропрепарате видны продолговатые клетки, плотно прилегающие одна к другой.

При большом увеличении можно рассмотреть плотную прозрачную оболочку с более тонкими участками – порами. Клетки кожицы разных размеров, многоугольные, с тонкими, плотно сомкнутыми стенками. В некоторых местах стенки пересечены узкими канальцами – порами, которые посередине перегорожены тонкой мембраной. В клетке хорошо видно ядро с ядрышком. Ядро окружено цитоплазмой, составляющей так называемый ядерный кармашек, соединенный тяжами с постенным слоем цитоплазмы. В цитоплазме встречаются капли эфирных масел, а в вакуолях – мелкие кубические или призматические кристаллы щавелевокислого кальция (рисунок 5).

Рисунок 5 – Клетки эпидермы сочной чешуи луковицы лука. А – луковица лука; Б – клетки эпидермы: 1 – стенка клетки, 2 – цитоплазма, 3 – ядро, 4 – ядрышко, 5 – вакуоль.

17

18

Цитоплазма в клетках кожицы лука более вязкая, чем у водных растений. О высокой вязкости цитоплазмы можно судить по характеру плазмолиза. Во многих клетках плазмолиз вогнутый. Отошедшие от стенок искривленные участки протопласта обращены к стенкам вогнутыми сторонами. В некоторых местах протопласт связан с клеточными стенками тонкими цитоплазматическими тяжами – «нитями Гехта», часть которых со временем разрывается.

Лучше всего наблюдать плазмолиз в клетках лиловых чешуй лука. Окраска чешуй обусловлена наличием в клеточном соке водорастворимого пигмента – антоциана. По мере выхода из вакуоли воды концентрация пигмента увеличивается, и окраска клеточного сока становится интенсивнее.

1.1.2. Занятие 2. Содержание химических элементов в клетке. Неорганические и органические вещества, их роль в клетке.

Цель. Раскрыть особенности строения неорганических и органических веществ клетки; углубить и обобщить знания о функциях химических элементов в жизнедеятельности клетки; развить умение выявлять взаимосвязь строения и функций веществ.

Оборудование и материалы. Микроскопы, предметные и покровные стекла, свежий 3% раствор пероксида водорода, стаканы с водой, стеклянные палочки, йод, пробирки, пинцет, ткани растений (кусочки сырого и вареного картофеля) и животных (кусочки сырого и вареного мяса), стакан с элодеей, песок, ступка, пестик, мука, кусочки ткани.

Порядок выполнения работы. Изучить: 1) неорганические соединения клетки; 2) органические соединения клетки.

Задание 8. Изучение органических веществ, входящие в состав клетки.

Возьмите немного муки и поместите в кусочек ткани, затем опустите, получившийся клубочек в стакан воды и хорошо вымочите. Пронаблюдайте, что будет происходить. После добавьте в этот стакан 2-3 капли йода. Что произошло? Объясните. Теперь возьмите в руки комочек муки из тряпочки. Какой он на ощупь. Почему? Опишите ход практической работы в альбоме, дайте пояснения проводимым опытам.

Задание 9. Изучение каталитической активности ферментов в живых тканях. Вариант 1.

1.Приготовьте пять пробирок и поместите в первую пробирку немного песка, во вторую – кусочек сырого картофеля, в третью – кусочек вареного картофеля, в четвертую – кусочек сырого мяса, в пятую – кусочек вареного мяса. Внесите пипеткой в каждую из пробирок немного пероксида водорода. Пронаблюдайте, что будет происходить в каждой из пробирок.

2.Измельчите в ступке кусочек сырого картофеля с небольшим количеством песка. Перенесите измельченный картофель вместе с песком в пробирку и внеситев смесь немного пероксида водорода. Сравните активность измельченной и целой растительной ткани.

3.Составьте таблицу, показывающую активность каждой ткани при различной

обработке.

4.Объясните полученные результаты. Ответьте на вопросы: в каких пробирках проявилась активность фермента? Объясните почему. Как проявляется активность фермента в живых и мертвых тканях? Объясните наблюдаемое явление. Как влияет измельчение ткани на активность фермента? Различается ли активность фермента в живых тканях растений и животных? Как бы вы предложили измерить скорость разложения пероксида водорода? Как вы считаете, все ли живые организмы содержат фермент каталазу, обеспечивающий разложение пероксида водорода? Ответ обоснуйте.

Вариант 2.

Приготовьте препарат листа элодеи, рассмотрите его под микроскопом.

18

19

Нанесите на микропрепарат каплю пероксида водорода и наблюдайте за изменением состояния клеток.

Объясните наблюдаемое явление. Ответьте на вопросы: какой газ выделяется из клеток листа? Почему происходит его выделение?

Нанесите каплю пероксида водорода на предметное стекло, рассмотрите её под микроскопом, опишите наблюдаемую картину. Сравните состояние пероксида водорода в листе элодеи и на стекле. Сделайте выводы, запишите в альбоме.

Задание 10. Используя материал лекции и § 17, 42 учебника А. П. Пехова «Биология с основами экологии», заполните таблицы 1 и 2 в тетради.

Таблица 1 – Химическая организация клетки. Неорганические и органические вещества

Таблица 2 – Сравнительная характеристика ДНК и РНК

Признаки ДНК РНК

Местонахождения в клетке

Местонахождение в ядре

Строение макромолекулы

Мономеры

Состав нуклеотида

Типы нуклеотидов

Свойства

Функции

Задание для самоподготовки. Изучить материал по теме и ответить на следующие вопросы: 1) объясните строение и функции неорганических веществ; 2) каковы строение и функции органических веществ.

1.1.3. Занятие 3. Энергетический обмен, его сущность и значение

Гликолиз – процесс анаэробного распада глюкозы, идущий с освобождением энергии, конечным продуктом которого является пировиноградная кислота (рис. 28). Цепь реакций, составляющих суть гликолиза, можно разбить на три этапа:

I. Подготовительный этап – фосфорилирование гексозы и ее расщепление на две фосфотриозы.

II. Первое субстратное фосфорилирование, которое начинается с 3-фосфоглицеринового альдегида и кончается 3-фосфоглицериновой кислотой. Окисление альдегида до кислоты связано с освобождением энергии. В этом процессе на каждую фосфотриозу синтезируется одна молекула АТФ.

III. Второе субстратное фосфорилирование, при котором 3-фосфоглицериновая кислота за счет внутримолекулярного окисления отдает фосфат с образованием АТФ.

Поскольку глюкоза стабильное соединение, на ее активацию необходима затрата энергии, что осуществляется в процессе образования фосфорных эфиров глюкозы в ряде подготовительных реакций. Глюкоза (в пиранозной форме) фосфорилируется АТФ с участием гексокиназы, превращаясь в глюкозо-6-фосфат, который изомеризуется в фруктозо-6-фосфат с помощью глюкозофосфатизомеразы. Фруктозо-6-фосфат фосфорилируется вторично фосфофрукгокиназой с использованием еще одной молекулы АТФ.

19

20

Фруктозо-1,6-дифосфат – лабильная фуранозная форма с симметрично расположенными фосфатными группами. Обе эти группы несут отрицательный заряд, отталкиваясь друг от друга электростатически. Такая структура легко расщепляется альдолазой на две фосфотриозы. Следовательно, смысл подготовительного этапа состоит в активации молекулы гексозы за счет двойного фосфорилирования и перевода в фуранозную форму с

в самом субстрате. Этот фосфат при участии пируваткиназы передается на AДФ и образуется АТФ, а енолпируват самопроизвольно переходит в более стабильную форму – пируват – конечный продукт гликолиза.

Энергетический выход гликолиза. При окислении одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. При этом за счет первого и второго субстратного фосфорилирования образуются четыре молекулы АТФ. Однако две молекулы АТФ тратятся на фосфорилирование гексозы на I этапе гликолиза. Таким образом, чистый выход гликолитического субстратного фосфорилирования составляет две молекулы АТФ.

20