细胞质内含有多种细胞器。有些细胞器如线粒体、高尔基体、内质网、溶酶体等普遍存在于各种细胞中,而另有些细胞器如叶绿体,只存在于植物细胞中。细胞质内的这些结构,除叶绿体外,一般在光学显微镜下不易看见,必须经过一定的固定染色方法处理后,才能看到大多数细胞器,或直接用相差显微镜观察。
线粒体
线粒体是一种动态的易变结构。经过处理在光学显微镜下呈现为颗粒状、棒状或弯曲细线。线粒体的形态和数量随不同生物、不同组织及不同生理状态而发生变化,例如肝细胞、胰细胞的线粒体通常呈线状,成熟的卵细胞内线粒体呈颗粒状,肾细胞内的线粒体呈棒状。显示线粒体的方法可以概括为以下几种:
1.生活细胞的观察。如将组织培养细胞或其他生活细胞,放在相差显微镜下,就可以看到细胞质内有线状小体活动,这就是线粒体。
2.活细胞染色法。就是利用某些无毒或毒性较小的染料,显示出细胞内某些特殊结构存在的真实性,而并不对细胞的活动有影响,如Janus green B(詹纳斯绿B),就是一种毒性较小的碱性染料。将其配制成一定浓度,对活细胞进行染色,在细胞质内可以看到被染成蓝绿色的线状或颗粒小体,这就是线粒体。还可看到其在细胞质内的活动状况。线粒体所以能显示出蓝绿色,是由于线粒体中具有细胞色素氧化酶系统,它是染料始终处于氧化状态呈蓝绿色,而在周围的细胞质中的染料被还原呈无色。
3.固定染色法(即永久制片法)。用特殊的固定液染色处理动物的组织或细胞后,可显示出线粒体的形态。但所用材料必须新鲜,否则线粒体常因已经破坏而显示不出,线粒体的组成成分主要是脂蛋白,脂类又以磷脂为主,用于线粒体的固定液含有饿酸,重铬酸钾等。因为两者均能使脂类物质保存下来,故可显示出线粒体的形态。用于显示线粒体形态的固定、染色方法较多,常用的有Altmann染色法、Regand染色法及Chmpy-Kull染色法等,但欲显示线粒体的细微结构,则要用电镜技术。
4.生化分离提取方法。在一定的低温条件下,将组织细胞破碎制备成匀浆,用于线粒体组分及其在不同生理状态的分离分析研究。
高尔基体
高尔基体显示的方法,目前使用较多的是:
1.固定染色法。1889年Golgi用镀银的方法显示出这种细胞器,目前仍应用AgNO3或饿酸处理材料,将高尔基体显示为棕黑色。这是由于AgNO3、饿酸在高尔基体的部位被还原之故,所以显出高尔基体的形态及其在细胞内的分布。常用的方法有DaFano硝酸钴-硝酸银镀银法,Aoyama镀银法及Romony Cajal镀银法等,而欲显示其细胞结构,就得使用电镜技术。
2.活体染色法。将中性红配制成一定的浓度,对细胞进行活体染色,以显示高尔基体。但此种显示高尔基体的方法,仍不如詹纳斯绿显示线粒体的方法更为广泛。因为中性红只能染高尔基体的液泡部分,因此有一定的局限性。
一、目的与要求
本次实验的重点是观察线粒体及高尔基体形态及其在细胞内的分布,主要观察永久制片,同时也做一些活体染色的观察。此外,还要与电镜照片比较,以进一步了解认识这两种细胞器的超微结构。其次,还应知道细胞质内除上述两种细胞器之外,还有其他的细胞器如叶绿体、中心体等,细胞质内除细胞器外,还有内含物如脂类,多糖等。
二、实验内容
1.线粒体的观察
2.高尔基体的观察
3.叶绿体的观察
4.细胞内含物(多糖、脂滴、淀粉粒)的观察
三、实验步骤
(一)线粒体
1.永久制片的观察
本次实验所用标本是按Regand染色法制作的。简单的讲,这种方法,所选用的固定剂是重铬酸钾和福尔马林,材料经过固定、脱水、透明、包埋于石蜡中;在经切片制成薄切片标本;然后,用铁矾苏本精进行染色,细胞质内的线粒体被染成蓝黑色(详细制作方法见本实验末附录)。
观察制版标本时,要注意线粒体在不同细胞内的心态及在细胞质内的分布部位。
(1)兔肝细胞:先在低倍镜下找到标本,再换高倍镜观察,肝细胞为多角形的较大细胞,细胞中央有一圆形细胞核,此时换上油镜头,再继续观察,注意在肝细胞只能感线粒体是什么形状?它们在细胞质内是怎样分布的?
按上述方法继续观察其他标本。
(2)小鼠肾细胞:肾小管细胞为方形,在细胞核周围被染成蓝黑色的是线粒体,仔细观察它们是什么形状?
(3)小鼠肠细胞:细胞呈长柱状,注意线粒体形状及在细胞内的分布?
2.活体染色标本的制作与观察
(1)活体染色所用染色剂的一般要求
染料浓度:一般是非常稀的,詹纳斯绿作为活体染液,它的使用浓度范围在1/3000—1/10000,也有人用1/30000浓度。使用浓度要依不同材料而异,如对植物细胞线粒体的活体染色,可用1%,配制时可用等渗盐水,如生理盐水或Ringer液。
配制时间:宜在使用时配制新鲜液,不可久存。
(2)鼠肝细胞线粒体的活体染色:剪断颈动脉,放血处死小鼠,剖腹,取出肝脏,放在滴定板上。沿肝脏边缘,用刀片切取2—3mm厚的切片,置滴定板的凹孔内。加2—3滴1/10000浓度的詹纳斯绿染液,染色20—30分钟。取出肚脏,用生理盐水洗去染料,再用刀片切取很薄的小片,置载片上。滴一滴生理盐水于肝切片上,加上盖玻片,再放上一张小滤纸,用拇指猛压载片,使细胞分离或压碎。
观察时,先在低倍镜下找到完整的肝细胞,再在高倍镜下观察细胞质内的线粒体。
(3)洋葱鳞片表皮细胞线粒体的活体染色:取一载玻片,在其中央加一滴0.5%詹纳斯绿染液。用镊子从洋葱鳞片的内表面撕下一小块表皮,放在载玻片上的染料中,并使其展开,染5—10分钟,用吸管吸取蒸馏水,滴于染色的载玻片上,使染液冲淡,最后使标本周围液体近于无色。此时,用镊子取一盖玻片,先将它的一边轻轻接触到载玻片染液的边缘。此时再慢慢地放下盖玻片,这样可以避免出现气泡。如载玻片上水过多,可用一吸水纸从盖玻片的一侧吸去过多的染液。此时,可放在显微镜下进行观察。
先用低倍镜进行观察,找到细胞后,即可转入高倍镜继续观察,此时,要注意细胞核位于细胞的近中部的一侧。在它的周围有致密的原生质体,在原生质中有被染成蓝绿色的小颗粒。此即线粒体。
3.电镜照片的观察
观察了光学显微镜的线粒体以后,在观察线粒体的电镜照片。在电镜照片上,可以看到,线粒体不是一个简单的杆状或颗粒状,从切面看它是一个具有双层膜的小囊:外膜完整、内膜连续不断地向线粒体的基质褶入,形成一些列双膜的嵴(cristae). 嵴的形状和数目随细胞不同而异。可以说线粒体是一个复杂的膜系统。
(二)高尔基体
本实验所用标本是按Aoyama镀银法制作的,简单地讲。在制作中,首先将材料放于含有氯化()和福尔马林的固定剂中,进行固定,然后镀银,若干小时后,取出放入还原液。最后,经脱水、包埋、切片,制成薄切标本。用这种方法制成的标本,在细胞内的高尔基体被显示为棕黑色(详细方法见本实验末附录)。
1.高尔基体永久制片的观察。在兔神经节细胞核的周围原生质中,可看到棕黑色的网状物,此即为高尔基体。
2.高尔基体电镜照片的观察
在观察了光学显微镜下的高尔基体后,在观察示范电镜照片,注意高尔基体是由几部分组成的。
(三)叶绿体
叶绿体—示范:叶片横切面上,在叶肉细胞质部位有许多圆形颗粒,此即叶绿体。
此种材料,亦可取新鲜叶片,用刀片做徒手切片或用镊子撕下菠菜叶肉细胞将切片放于载玻片上,滴一滴蒸馏水,加上盖玻片,即可在显微镜下直接观察绿色的叶绿体。
在电镜下,叶绿体和线粒体一样,也显示为一个复杂的膜系统,对照电镜照片你能说出叶绿体的超微结构吗?
(四)细胞内含物
1.多糖:观察小鼠肝细胞的永久制片,肝细胞内储存有大量的肝糖,可以用PAS反应显示肝糖在细胞内存在的部位。
2.脂滴:取花生的子叶,用徒手切片法,切成薄片,放于载玻片上,加一滴苏丹3染液染色5分钟,用蒸馏水洗去染液,加盖玻片,即可进行观察,观察时注意脂滴的颜色及其在细胞内的分布。
3.淀粉:取一块马铃薯,用徒手切片法,切成薄片,将薄片放于载玻片上的水滴中,加盖玻片后即可观察,先观察一下淀粉粒的形状及在细胞内的分布,然后在加碘液染色5分钟,用蒸馏水洗去染液,加盖片观察。
附录:线粒体及高尔基体永久标本的制作
(一)显示线粒体—Regand染色法
1.取材固定:固定材料必须新鲜,所以要求杀死动物后立即取材,切成1—2mm3大小的块,投入固定液中。
固定液:
3%重铬酸钾20ml
福尔马林(中性)5ml
固定4天(可在冰箱中),每天换固定液一次。4天后转入3%重铬酸钾中7天,每2天换一次液体。
2.流水冲洗24小时后,脱水、透明、包埋、切片等过程均按常规。
3.染色
(1)切片脱蜡到水(按常规);
(2)媒染:用5%铁明矾溶液,在35℃内放24小时后用蒸馏水洗;
(3)染色:苏木精液染24小时;
(4)分色:用5%铁明矾进行分色,此步要在显微镜下进行,边分色,边检查,直至适合为止;
(5)水洗;
(6)脱水——封片(按常规);
(7)镜检:线粒体被染成蓝黑色。
(二)显示高尔基体—DaFano氏硝酸钴镀银法
1.溶液的配制
(1)硝酸钴溶液:
硝酸钴1g
中性福尔马林15ml
蒸馏水35ml
(或用乙醇或甲醇30ml,中性福尔马林15—20ml,水80ml配制)
(2)硝酸银溶液:
硝酸银1.5g
蒸馏水 100m
(3)还原剂:
对苯二酚1—2g
中性福尔马林15ml
亚硫酸钠0.1—0.5g
蒸馏水100ml
2.镀银步骤
(1)固定:在硝酸钴溶液中固定10—24小时,但不宜超过24小时;
(2)蒸馏水快洗;
(3)室温下在硝酸银溶液中放置36—48小时;
(4)蒸馏水冲洗;
(5)还原剂中还原,8—24小时;
(6)蒸馏水洗,快步脱水,透明,包埋;
(7)切片—帖片—脱蜡到水—封片;
(8)镜检,高尔基体呈黑色,细胞质呈黄色。