基础生命科学导论实验_主编张金红, 刁虎欣_9787030345363

基础生命科学导论实验

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丛书名：国家级教学团队·科学素质教育丛书

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张金红、刁虎欣编著的《基础生命科学导论实验》由南开大学“国家级科学素质教育系列公共课教学团队”和国家级生物实验教学示范中心组织编写。教学宗旨以生命科学实验技术知识为育人载体，但并不以系统传授生命科学实验技术知识为重点，而是以传播科学精神、提高科学素养为重点，既培养学生正确的科学观、技术观，也培养学生正确的世界观、人生观、价值观；融素质教育于课程教学之中，使学生的科学素质、文化素质、思想素质全面提高。《基础生命科学导论实验》共分7章：植物生物学实验、动物生物学实验、微生物学实验、细胞生物学与遗传学实验、生物化学与分子生物学实验、现代生物技术演示实验、社会实践教学。具体内容选取编写较简单、易操作的实验项目，并充分体现实验内容的基础性、科学性、趣味性和应用性；以演示实验的方式介绍现代生命科学的高新实验技术；以参观或实习的形式组织实验教学，将污水生物处理、生物多样性参观、现代农业水培或喷淋灌溉等部分内容，以社会实践教学的方式写入实验教材。本书适合非生物类专业素质教育教学选用，也可供相关工作人员参考使用。

第一章　植物生物学实验实验
一　光学显微镜的构造和使用
【实验目的与要求】
（1）了解光学显微镜的构造和功能。
（2）正确掌握显微镜的使用方法。
【背景知识与实验原理】
1.背景知识
（1）普通光学显微镜的构造与功能
显微镜的种类很多，但基本构造相同，都由机械和光学部分组成。
机械部分：包括镜座，镜柱，镜臂，镜筒，焦距调节器，载物台六个部分。
① 镜座：是显微镜基部的底座，起支持及固定镜体的作用。
② 镜柱：直立的柱，它与镜座相连，上接镜臂及载物台。
③ 镜臂：拿取显微镜时手握之处，上连镜筒，下连镜柱。
④ 镜筒：与镜臂相连的中空的圆形长筒，上连目镜，下连物镜转换器。镜筒的作用是保护成像的光路。
⑤ 焦距调节器：分粗调节器与细调节器。粗调节器位于镜柱上的两个大旋钮，用于较大幅度地升降载物台，以调节物镜与标本之间的距离获得合适的焦距；细调节器在粗调节器的轴心，用以更精细地调节焦距，使用时，一般旋转不可超过一周。若发生向前方（或后方）不能旋转时可向相反方向转动数圈，然后用粗调节器调整，调整后再旋转细调节器。
⑥ 载物台：是方形的用来装载标本玻片之平台，中央有一圆孔，称通光孔。便于通过光线，台之后侧有一机械移动器（推进器），是一种移动标本玻片的机械装置，可使玻片标本向前后左右移动，用以调整玻片标本的位置。
光学部分：是构成显微镜的主要部分，由成像系统与照明系统组成。成像系统包括物镜和目镜，照明系统包括反光镜及聚光器。
① 目镜：位于镜筒的上端，直接与人的眼目相接，可将物镜放大的像进一步放大。由两块透镜组成（其中之一常常附有一个指针，用于指示观察的目的物），常常备有几个倍数不同的目镜（5 × ，10 × ，16 × ），根据需要可以更换使用，放大倍数刻在目镜金属筒上，目镜越长其放大倍数越小。
② 视度圈：直接与目镜相连，旋转时可调节目镜与物体的距离，使像更加清晰。
③ 物镜：是决定显微镜质量的最重要的部件，由嵌于金属筒内的数组透镜组成。有三或四个不同倍数的物镜，放大倍数刻在物镜金属筒上（如5 × ，10 × ，45 × ），习惯上把放大倍数为10 × 以下的物镜称为低倍镜，（40 × ）～（55 × ）的物镜称为高倍镜。此外还有油浸物镜（简称油镜），放大倍数为100 × ，物镜的金属筒越长放大倍数越大，镜头与标本间的距离越近。
④ 聚光器：位于载物台下方的中央部分，由数个透镜组成，其作用是聚集光线，使射入镜筒的光线增强并增加标本的亮度。聚光器可用调节螺旋进行上下调节，以求适宜光度，聚光器向下降落，明亮度降低；向上移动，亮度加强。聚光器的下面附有虹彩光圈，上有操纵杆，利用操纵杆可以调节光的强弱。
⑤ 反射镜：位于聚光器下方，反射镜具有轮转关节，可以改变光线的方向，使光线射向聚光器（反射镜有平凹两面，可以上下旋转，凹面镜聚光强，多在弱光或有障碍物的地方使用，平面镜光线均匀，多在强光时使用），用电光源时可将其取下。
⑥ 照明光源：显微镜的成像质量与照明光源有密切联系，显微镜的照明可用电光源和天然光源，电光源安装在显微镜的底座里，由一个灯泡和一组棱镜组成。灯泡发出的光经一组棱镜折射后，先后经过底座上一个通光孔、聚光器、物体、物镜、镜筒、目镜等。最后到达观察者的眼睛。底座的侧面有一个光源开关和一个光强调节器，底座的通光孔处安装有一个金属圈，必要时，可以将黄色或蓝色等滤光玻片放于其中，以改变光源灯的色调，一般不使用。普通光学显微镜的构造如图1-1-1 。
（2）光学显微镜的发展推动了生命科学的研究进展显微镜（ microscope）是一种借助物理方法使物体放大影像的仪器。最早发明于16世纪晚期，至今已有四百多年的历史。现在，它已经成为了一种极为重要的科学仪器，广泛地用于生物、化学、物理、冶金、酿造等各领域，对人类的发展做出了巨大而卓越的贡献。
人类很早以前就有探索微观世界奥秘的要求，但是苦于没有理想的工具和手段。
1590 年，荷兰的眼镜商詹森（ Janssen）发明了第一个简陋的复式显微镜。1675 年荷兰生物学家列文虎克（ Avon Leeuwenhoek）用显微镜发现了十分微小的原生动物和红血球，甚至用显微镜研究动物的受精作用。列文虎克掌握了很高的磨制镜片的技艺，制成了当时世界上最精致的可以放大270 倍的显微镜。之后数百年，人们一直用光学显微镜观察和探索微观世界，但是由于光学显微镜的分辨率只能达到光波的半波长左右，人类的探索受到了限制。进入20 世纪，光电子技术得到了长足的发展，1933 年德国人制成了第一台电子显微镜，近几十年，又有许多新型的电子显微镜问世。
现在的光学显微镜可把物体放大1500 倍，分辨的最小极限达0.2 微米。常见光学显微镜有以下几种：明视野显微镜又称生物显微镜，用来观察生物切片、生物细胞、细菌以及活体组织培养、流质沉淀等，同时可以观察其他透明或者半透明物体以及粉末、细小颗粒等物体。暗视野显微镜由于不将透明光射入直接观察系统，无物体时，视野暗黑，不可能观察到任何物体，当有物体时，以物体衍射回的光与散射光等在暗的背景中明亮可见。相位差显微镜是利用光的衍射和干涉现象通过透过标本光线的光程差或相位差转换为明暗差别，这样可以分辨密度不同的结构。视频显微镜是将传统的显微镜与摄像系统，显示器或者电脑相结合，达到对被测物体放大观察的目的。荧光显微镜是用短波长的光线照射经过荧光素染色的被检物体，使之受激发后而产生长波长的荧光进行观察。偏光显微镜是利用偏振光对光学上各向异性的材料样品在不染色的情况下能够清晰分辨的一种显微镜。倒置显微镜能从样品容器下面取景，是适应生物学、医学等领域中的组织培养、细胞离体培养、浮游生物、环境保护、食品检验等的显微观察。实体显微镜又称“体视显微镜”
或“解剖镜” ，是一种具有正象立体感地目视仪器。
（3）实体显微镜的构造与功能实体显微镜光学系统由一对斯密特棱镜、一组大物镜、一组小物镜、及一对目镜共四部分组成。机械系统包括镜柱、载物台、调节螺旋等组成。实体光学显微镜的构造如图1-1-2 。
实体显微镜放大倍数一般为10～150 倍左右，光源为落射光，通过其目镜看到的为与实物一致的正像，且有较大的焦深，可以获得较好的立体感，非常适合伴随解剖操作观察细微结构以及毫米级动植物个体、器官结构的活体观察。
2.实验原理
（1）普通光学显微镜的成像原理光学显微镜是利用光学的成像原理观察植物体的结构。首先光射到聚光镜上，把光线会集成束，穿过标本制片，进入到物镜的透镜上。经过物镜将制片上的像作第一次放大，为倒立的实像，这一倒立的实像经过目镜第二次放大，形成眼睛在目镜中看到的最后放大的倒立的虚像。
物体在显微镜下放大的倍数是目镜放大倍数与物镜放大倍数的乘积（表1-1-1）。
（2）实体显微镜基本原理观察物体经调焦使其处于大物镜的焦面上，然后被小物镜收敛和被斯密特棱镜折射后，成像在目镜的焦面上。斯密特棱镜使光束转向并使像倒转，故在目镜焦面上的像是与物体一致的正像，此像经目镜放大后为我们所观察。由于肉眼通过两目镜以不同的角度观察物体，使像具有立体感。
【实验材料与用具】
1.实验材料普通光学显微镜观察材料：洋葱表皮细胞制片，西红柿果肉制片实体显微镜观察材料：碧桃花（ Prunus persica），连翘花（ H y pericum per f oratum）2.实验用具普通光学显微镜　Olympus 　日本实体显微镜　Zoom 645 　江南新兴
【实验方法与操作步骤】
1.普通生物显微镜的操作步骤与注意事项普通生物显微镜的使用包括两个方面：一是光度的调节，一是焦距的调节，使用步骤如下：
（1）显微镜的携取：从镜箱内取出显微镜时要用右手紧握镜臂，左手托住镜座并保持平衡状态，切勿只用一只手提取，以免目镜掉落或与它物相碰。显微镜取出后，将其放在离桌边3～4cm 处的左前方，左手绘图者与此相反。
（2）光源调节：一般情况下可用电光源。使用其他光源时，需安上反光镜以调节光强度：对光时须用低倍镜对着通光孔，通过目镜一面观察视野的明亮度，一面调节反光镜，使视野中的颜色均匀而明亮为止。
（3）低倍镜使用：观察任何标本都须先用低倍镜，然后再根据需要使用高倍镜。因低倍镜视野范围大，容易发现标本与找到需观察的部位。低倍镜使用步骤如下：
① 把制好的切片放在载物台上，用压片夹卡住切片，使用推进器将切片中的标本正对准通光孔中央。
② 调节低倍物镜与标本的距离，用双眼从侧面看物镜，使其下降至距标本大约在5mm 左右。
③ 用粗调节器定焦距：然后用双目通过目镜注视视野，同时用粗调节器使镜筒慢慢上升，直到能清楚的看到标本为止。在用观察显微镜时，一定要两眼睁开，以减少眼睛疲劳。
④ 为了使物像更清楚，可以用细调节器轻微转动以得到更清楚的物像。
（4）高倍镜的使用：在低倍镜下需要对较小物体或细微结构进行观察时使用高倍镜，步骤如下：
① 将在低倍镜下找到的目标移至视野的最中心。
② 小心地转动镜头转换器，换低倍镜为高倍物镜。
③ 旋转细调节器直至视野中的物像清晰为止。
（5）油镜的使用：用高倍镜不能满足需要时需用油镜，油镜的使用方法参见微生物学实验部分。
（6）显微镜使用完毕后，旋转粗调节器，使载物台下降，取下玻片标本，然后转动镜头转换器，使两物镜头之间的部分对着通光孔，将显微镜置于镜箱中。
2.实体显微镜的操作步骤
（1）将目镜插入目镜筒中。
（2）转动棱镜罩壳，调整两目镜之间的距离，使其与操作者两眼间的距离相一致。
（3）将物体放在底座中央，转动焦距调节器使左光路成像清晰；再转动视度圈，使右边光路成像清晰。
（4）调换目镜可获得不同倍率下的物像。
3.使用显微镜的注意事项
（1）提取显微镜时，须一手握住镜臂，一手托住镜座。
（2）显微镜各部分要保持清洁，若镜头上有灰尘时，必须用软绸布或擦镜纸轻拭之；金属部分如有灰尘污垢，可用纱布轻轻擦拭；切勿用手巾更不应用手指拭之。
（3）观察制片时，一定要先使用低倍镜，把要观察的目的物放在视野的正中央，可以先看到一个全貌。具有一般的概念后，选定要放大观察的部分，再换高倍镜，加以仔细的观察。
（4）标本要加盖玻片，然后观察，载玻片上的水滴，药液、酒精等切勿过多以免触及载物台或腐蚀镜头。
（5）调换载玻片时，将载物台略微下降。
（6）显微镜有不灵活之处，万不可用力转动，遇有障碍立即报告教师，切勿自行修理，以免扩大损坏处，绝对不可玩弄和拆卸显微镜。
【实验报告】
1.实验结果绘制两张植物切片的生物图（生物绘图方法与要求参照附录）
2.思考题
（1）生物显微镜的构造分哪几部分？各部分有什么作用？
（2）反复练习使用低倍镜及高倍镜观察切片，使用时应特别注意什么问题？
（3）如何计算显微镜的放大倍数？你现在所用的显微镜可以放大多少倍？
（4）使用生物显微镜过程中，应做好哪些保养工作？应注意哪些问题？
（5）体视显微镜的构造如何？各部分有什么作用和特点？
（6）体视显微镜和生物显微镜有何异同？
实验二　植物花形态结构及常见植物花的类型
【实验目的和要求】
（1）了解植物花的各部分结构及类型，可以对一些常见的花进行简单的鉴别。
（2）掌握子房的结构、胚珠的结构。
【背景知识与实验原理】
1.背景知识植物花的生物功能和开发应用　
从植物形态学角度来看，花为节间缩短的枝条，其上生长着变态的叶。它是被子植物的繁殖器官，通过开花，传粉，受精后形成果实。花是由花柄、花托、花萼、花冠、雄蕊群、雌蕊群等几部分所组成。花的结构如图1-2-1所示。

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