Микроскоп прибор для изучения растений: Приборы ЦКП-Центральный сибирский ботанический сад СО РАН

Регистр лекарственных средств России РЛС Пациент 2003.

Назад

Оглавление
Вперёд

Основным прибором для непосредственного наблюдения клетки является микроскоп. Микроскоп – оптический прибор для получения сильно увеличенного изображения объекта и его структур, созданного отраженным светом.

Оптический микроскоп при использовании белого света позволяет наблюдать структуры, размером примерно 0,25 мкм, при использовании ультрафиолетовых лучей – 0,1 мкм, а инфракрасных – 0,4 мкм. Напомним, что размеры клетки животных колеблются, как правило, в пределах 3-30 мкм.

Микроскоп, в котором источником света служит пучок электронов, называют электронным. В электроном микроскопе изображение формируется в результате рассеяния электронов. Его разрешающая способность высока, она позволяет наблюдать частицы, размером 0,001 мкм. Клетки и их компоненты прозрачны, поэтому для получения изображения образцы окрашивают или используют специальные методы повышения контрастности изображения (флуоресцентный, поляризационный и другие). С помощью оптического микроскопа наблюдают органеллы живых клеток (например, митохондрии), ядрышки и хромосомы клеточного ядра, ориентацию молекул в структурах клетки и так далее. Электронный микроскоп дает возможность непосредственно изучать биологические ультраструктуры.

Еще более тонким методом изучения строения клетки является рентгеноструктурный анализ, основанный на дифракции (“огибании препятствий”) рентгеновских лучей. По этому методу на исследуемый образец направляют пучок рентгеновских лучей и на фотопленке, помещенной за объектом, регистрируют полученную дифракционную картину. Этот метод дает возможность не только определять пространственное расположение молекул, но и точно измерять расстояние между ними и даже выявлять их внутримолекулярную организацию.

Широкое применение при изучении структуры клетки получили и спектроскопические методы – абсорбционная и флуоресцентная спектроскопия, дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм, ядерный магнитный резонанс.

Абсорбционная спектроскопия основана на измерении степени поглощения света молекулами, которая зависит от их структуры и окружения. С помощью этого метода можно проводить измерение концентрации растворенных веществ, исследование химических реакций, идентификацию веществ. Измерение поглощения осуществляют с помощью спектрофотометра.

Для ряда молекул поглощение света сопровождается испусканием (флуоресценцией) света с большей длиной волны (то есть меньшей энергией). Спектры испускания также зависят от окружения молекул, поэтому регистрация и измерение таких спектров дает информацию о свойствах макромолекул и их взаимодействиях с другими молекулами. Прибор для измерения флуоресценции называют спектрофлуориметр и с помощью такого прибора изучают строение и структурные особенности белков и нуклеиновых кислот, определяют вязкость внутри живых клеток, проводят количественное определение ДНК и так далее.

Дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм – методы, основанные на изучении взаимодействия оптически активных молекул с поляризованным светом. С помощью этих методов можно изучать структуру и пространственные изменения в ферментах, нуклеиновых кислотах и других биомолекулах, содержащих оптически активные центры.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) – еще один спектроскопический метод, способный давать информацию о структуре веществ, взаимодействиях между молекулами и о молекулярном движении, в частности в белках и нуклеиновых кислотах. Ампулу с образцом помещают в магнитное поле и регистрируют резонансную частоту перехода атомных ядер и ее смещение, обусловленное окружением. Полученный спектр сравнивают с рассчитанным и с данными других методов исследований, и делают соответствующие выводы. Интерпретация результатов ЯМР-спектроскопии, в особенности применительно к молекулам большого размера, очень трудоемкая и непростая задача, которая под силу только специалистам – профессионалам в этой области.

Еще одним методом изучения клетки или ее части является авторадиография. Этот метод основан на поглощении радиоактивного изотопа клеткой и выявлении его внутриклеточной локализации. Полученные этим методом изображения изучают под микроскопом. Таким способом можно, например, подсчитывать число молекул ДНК, изучать влияние различных факторов на метаболизм клетки и так далее.

Очень важно отметить, что изучение структурной и химической организации клеток можно проводить только на специально подготовленных образцах. Для этого применяют целый ряд методов. Перед тем, как кратко охарактеризовать основные из них, следует выделить два основных пути исследования клеток. Первый – это наблюдение клеток в организме или в свежевыделенной из организма ткани, а второй – наблюдение клеток, убитых с помощью специальных методов, сохраняющих их морфологическую и химическую структуру. Такие специальные методы называют фиксацией.

К методам исследования живых клеток относятся культура ткани и микрургия.

Культура ткани позволяет наблюдать клетку в наиболее благоприятных условиях. Этот метод заключается в том, что мелкие кусочки тканей помещают в среду, в которой клетки способны к автономному росту и, поддерживая температуру, свойственную организму, наблюдают их развитие и рост. Таким способом изучают пищевые потребности клетки, влияние на них различных экспериментальных условий, а также получают чистые клеточные линии.

Микрургия заключается в том, что внутрь клетки вводят какой-либо микроинструмент (микропипетка, микроигла, микроэлектрод и другие), движения которого в поле зрения микроскопа регулируются специальным приспособлением. Таким методом можно рассекать клетки и извлекать некоторые их части, вводить в клетку различные вещества, измерять ее электрическую активность или пересаживать отдельные органеллы из одной клетки в другую.

Фиксация представляет собой такой способ умерщвления клетки, который обеспечивает сохранение ее прижизненной структуры и в известной степени химического состава. Фиксацию проводят специальными реагентами (например, смесь абсолютного спирта и ледяной уксусной кислоты), путем быстрого замораживания и последующего обезвоживания в вакууме (лиофилизация) и другими методами. Подготовленные образцы окрашивают, делают необходимые срезы и исследуют с помощью указанных выше методов и приборов.

Наш сайт использует файлы cookie, чтобы улучшить работу сайта, повысить его эффективность и удобство. Продолжая использовать сайт rlsnet.ru, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cookie.

Растения. История открытия клетки. Увеличительные приборы – онлайн-тренажер для подготовки к ЕНТ, итоговой аттестации и ВОУД

Основной признак живых организмов – клеточное строение. Несмотря на малые размеры клетки, в ней постоянно протекают процессы жизнедеятельности (обмен веществ, энергообмен, газообмен, размножение, дыхание, раздражимость).

Клетки разнообразны по строению и размерам. В природе есть живые организмы, состоящие только из одной клетки – одноклеточные организмы (бактерии, некоторый растения, грибы, животные), из большого количества клеток – многоклеточные организмы (большинство видов растений и животных).

История создания увеличительных приборов и изучения клетки

В 1590 год – Ханс и Захарий Янсены, авторы примитивного микроскопа, который увеличивал в 5–10 раз.

В1609 году Г. Галилей построил зрительную трубку для рассматривания мелких предметов, которая увеличивала в 32 раза.

В 1665 г. английский ученый Роберт Гук впервые открыл наличие клеток в организме растений. Рассмотрев маленькие ячейки, он назвал их «клетками».

В 1681 году А. Левингук усовершенствовал микроскоп, он прославился созданием увеличительных линз, которые увеличивали в 100–300 раз. Именно он разглядел простейших организмов – микроорганизмы.

В 1831 году Р. Броун открыл ядро (от лат. нуклеус) в растительной клетке.

В 1838–1839 гг. не­мецкие ученые ботаник Матиас Шлейден и зоо­лог Теодор Шванн проанализировали все существующие на тот момент знания о клеточ­ном строении живой природы и сформулирова­ли клеточную теорию.

В 1858 г. немецкий ученый Рудольф Вирхов доказал, что клетки образуются путем деления материнской клетки.

УВЕЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Лупа – самый распространенный увеличительный прибор. Состоит из линзы и оправы. Увеличивает в 3–5 раз. Рассматривают мелкие предметы, которые невозможно рассмотреть невооруженным глазом.

Штативная лупа – имеет более сложное строение, чем ручная лупа. Увеличивает в 10–25 раз.

Микроскоп – сложный прибор, увеличивающий изображения в несколько сотен раз (электронный, световой). Световой микроскоп даёт увеличение до 1500 раз. Значительно большее увеличение у электронных микроскопов – увеличение от 1000 до 10000 раз.

Составные части светового микроскопа

Тубус – зрительная трубка, содержащая увеличительные стекла.

Окуляр – линзы в верхней части тубуса.

Объектив – линзы в нижней части тубуса.

Винты настройки – опускают и поднимают тубус.

К тубусу прикрепляется штатив.

Также имеется предметный столик, где размещают объект исследования.

Зеркало для улавливания света.

Пучок света просвечивает исследуемые предметы насквозь, поэтому такие микроскопы называются световыми. Чтобы узнать насколько увеличивается рассматриваемое изображение, необходимо умножить числа, указанные на объективе и окуляре. Например, на объективе число 30, на окуляре – 20.

30 * 20 = 600, т. е. микроскоп увеличивает в 600 раз.

Сборник электронных книг UC Press, 1982–2004 гг.: форма поиска

5 Преимущества наблюдения за растениями под микроскопом

Великий шведский ботаник Карл Линней разработал план классификации растений в своей публикации 1735 года Systema Naturae . Линней делил природный мир на царство, тип, класс, порядок, семейство, род и виды. Он разработал биномиальную номенклатуру, согласно которой каждому виду присваивалось уникальное название из двух слов: первое слово описывало род, а второе — вид.

Биномиальная номенклатура Линнея установила универсальную систему наименования видов растений и животных, которая упорядочила ранее хаотичную описательную систему, в которой один вид цветка мог быть описан несколькими способами.

Система таксономии Линнея все еще используется сегодня, с подклассами и категориями, определяемыми по мере того, как ученые делают новые открытия. Анализ ДНК изменил некоторые выводы Линнея, но общая структура его системы классификации, особенно его биномиальная номенклатура, по-прежнему является стандартной в естественных науках.

У Линнея был микроскоп, но, как ни странно, он не проявлял к нему особого интереса. Он написал только одну работу о микроскопическом наблюдении, Mundum Invisibiliem , когда пытался выяснить, где разместить грибы в своей схеме классификации.

Однако история признала, насколько важны микроскопы для продолжения работы Линнея по открытию и классификации. Здесь мы перечисляем 5 преимуществ наблюдения за растениями под микроскопом.

Ячеистая структура

Помещение очень тонкого кусочка растительного материала под микроскоп дает наблюдателю возможность увидеть клеточные структуры внутри растения. При большем увеличении любопытные исследователи могут увидеть, что клетки — это больше, чем просто капли с границей и центром, а сложные структуры, которые выполняют следующие важные функции, необходимые для жизненного цикла растения.

Рост растений

С помощью мощных микроскопов ученые-растители разработали новую гипотезу о том, как растут растения. Раньше ботаники думали, что простое давление на стенки клеток растений вызывает их расширение. Новая идея, выдвинутая исследователями из Университета Париж-Сакле, утверждает, что «жесткие» стенки растительных клеток могут иметь внутреннюю способность к росту.

Репродукция растений

В своей книге Systema Naturae Линней описывает репродукцию растений, сравнивая ее с репродукцией человека и проводя аналогии с женихом и невестой. Но до недавнего времени наблюдать за процессами размножения растений было невозможно. Достижения в области микроскопии теперь позволяют наблюдать за репродуктивным процессом растений. Понимание того, как размножаются растения, может иметь решающее значение для спасения исчезающих видов и размножения полезных растений.

Воздействие на окружающую среду

Изучение растительных клеток под микроскопом может выявить признаки стрессов и повреждений окружающей среды. В то время как растение может выглядеть здоровым на макроскопическом уровне, на клеточном уровне оно может страдать от стрессов окружающей среды, таких как изменение климата или токсическое загрязнение. Наблюдение под микроскопом может быть системой раннего предупреждения о стрессах сельскохозяйственных культур, предупреждая ученых о надвигающихся опасностях для продуктов питания.

Болезнь

Подобно воздействию окружающей среды, ботаники могут наблюдать и выявлять болезни растений с помощью микроскопов. Паразиты, насекомые, бактерии, грибки и вирусы могут вызывать заболевания и гибель растений вплоть до старовозрастных деревьев. Выявление источника бедствия растения может помочь в раннем вмешательстве для лечения основной причины или для защиты соседних образцов от распространения патогена растений.

Таксономия

При жизни Линней ни разу не выезжал за пределы Северной Европы. Но по мере того, как европейские страны развивали экономические системы, основанные на мореплавании и мировой торговле, студенты и поклонники Линнея согласились и вернули ему образцы ранее неизвестных видов растений для классификации.

Работа Линнея по классификации и организации мира природы не прекратилась с его смертью в 1778 году. Натуралисты продолжили его работу во всем мире, в то время как микроскопы одновременно разработали более мощные линзы.

Сегодня анализ ДНК может определить генетический состав видов растений и более точно поместить их в правильную классификацию или вообще установить новый вид. Одним из наиболее важных применений генетического анализа растений является подтверждение соответствия международным стандартам «генетически модифицированных организмов». Анализ ДНК может установить, является ли этикетка «без ГМО» точной. Флуоресцентные микроскопы используют флуоресценцию вместо или в дополнение к отражению, затуханию или поглощению света для анализа образца и могут использоваться для выявления геномных аберраций в растительных клетках.

Полевая работа и образование

До недавнего времени образцы приходилось доставлять в лаборатории, в которых были установлены микроскопы, используемые для их исследования. Однако теперь портативные микроскопы делают возможным полевое изучение образцов растений. Складные микроскопы можно положить в рюкзак или карман. Исследователи могут подготовить слайды на месте, где растет растение, и наблюдать за живыми свойствами образца прямо в то время, когда ученый его собирает.

Портативные микроскопы, недорого сделанные из бумаги и небольшой линзы, могут работать с мобильными телефонами для загрузки изображений для анализа в лаборатории, расположенные за тысячи миль от места исследования. Исследователи могут работать вместе гораздо быстрее, чтобы идентифицировать виды, болезни или экологический ущерб жизни растений.

Возможно, самая важная польза от наблюдения за растениями под микроскопом носит образовательный характер: когда дети, у которых никогда не было возможности использовать микроскоп в научных исследованиях, впервые смотрят через линзу фолдскопа, их реакции вызывают изумление, удивление и лучшие из все, любопытство.

Поощрение любознательности юных умов является краеугольным камнем построения лучшего будущего не только для отдельных детей, но и для всего мирового сообщества. Дети в отдаленных уголках мира использовали эти микроскопы, чтобы помочь в уходе за посевами, определяя области, которые следует изолировать, чтобы предотвратить распространение вредителей растений.

Обилие растительной жизни на этой планете поражает: от густых дождевых лесов Центральной и Южной Америки до выносливых городских деревьев и даже сорняков, прорастающих из трещин на тротуарах, растительная жизнь есть повсюду.