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生命科学导论实验一 细胞形态结构观察及显微镜的使用,实验一 细胞形态结构观察和光学显微镜的使用 一. 实验目的 1.了解和掌握普通光学显微镜的的基本原理和操作规程。 2.了解细胞的基本形态结构。 3.通过比较不同细胞形态，了解正常肝细胞与脂肪肝细 胞的基本形态结构及区别。 二. 实验原理 细胞是生物体的基本结构单位。构成生物机体的细胞是多种多样的。要对细胞进行研究，首先要从其形态结构人手。所以，要借助显微镜的成像及放大原理，在显微镜下，才能观察到细胞的基本形态结构。,基础知识,显微镜概述： 显微镜是观察细胞的主要工具。根据光源不同，可分为光学显微镜和电子显微镜两大类。前者以可见光（紫外线显微镜以紫外光）为光源，后者则以电子束为光源。 1.光学显微镜 普通生物显微镜由3部分构成： 照明系统：包括光源和聚光器。 光学放大系统：由物镜和目镜组成， 是显微镜的主体。 机械装置：用于固定材料和观察方便， 包括镜台(载物台) 、调节器和、 物镜转换器(旋转器)等。,尼康E-600显微镜,2.荧光显微镜,尼康E800荧光DIC显微镜,荧光显微镜照片（微管呈绿色、微丝红色、核蓝色）,3. 激光共聚焦扫描显微镜,LCSM照片 蓝色为细胞核，绿色为微管,4.暗视野显微镜 暗视野显微镜（dark field microscope）的聚光镜中央有当光片，使照明光线不直接进人物镜，只允许被标本反射和衍射的光线进入物镜，因而视野的背景是黑的，物体的边缘是亮的。利用这种显微镜能见到小至 4-200nm的微粒子，分辨率可比普通显微镜高50倍。 5.相差显微镜,一种介壳虫的染色体,6. 偏光显微镜 偏光显微镜（polarizing microscope）用于检测具有双折射性的物质，如纤维丝、纺锤体、胶原、染色体等等。 7.微分干涉差显微镜 DIC显微镜其优点是能显示结构的三维立体投影影像。与相差显微镜相比，其标本可略厚一点，折射率差别更大，故影像的立体感更强。,DIC显微镜下的硅藻（伪彩色）,8. 倒置显微镜,9. 透射电子显微镜,JEM-1011透射电子显微镜,莱卡超薄切片机,内质网透射电镜图（伪彩色）,冰冻蚀刻电镜照片,10. 扫描电子显微镜,JEOL扫描电子显微镜,人类血细胞SEM照片,11. 显微操作技术,尼康NT-88NE显微操作/注射仪,在物镜上，有镜口率(N.A.)的标志，它反应该镜头分辨力的大小，其数字越大，表示分辨率越高，各物镜的镜口率如下表： 物镜 镜口率(N.A.) 工作距离(mm) 10× 0.25 5.40 40× 0.65 0.39 100× 1.30 0.11 显微镜的总放大倍数等于目镜和物镜放大倍数的乘积， 公式为: M = K1xK2 焦点深度: 显微镜调焦到看清标本某一点时，不仅是这一物点，而且它的 上下两侧也能看清楚两侧的厚度叫做焦点深度。看到标本的全 厚度，必须调节螺旋仔细地从上到下进行观察。,三、实验程序 (一)显微镜的使用 1. 观察前的准备工作 (1)观察者要养成显微镜镜检的工作习惯，观察时要双 眼同时睁开，一边观察一边进行记录或描绘。 (2)观察时所用的材料、药品和各种器具要预先准备好。 (3)显微镜在使用之前应检查一下它的各个部件是否完整 和正常，并对载物台、目镜、物镜以及聚光器上端透 镜进行必要的清洁工作。然后进行合轴调节。,瞳 距 调 节,2. 显微镜的调节,屈 光 度 调 节,调节,粗 调 松 紧 调 节 旋 钮,聚 光 镜 中 心 调 节,3. 观察操作： (1) 低、高倍镜的使用: 先把低倍的物镜用粗调焦螺旋下降至离盖玻片0.5cm处，然后一边观察视野一边上升物镜，直至看到图像，再将标本移到视野中心，用细调焦螺旋把物镜调至最清晰处，若要用高倍镜观察时，把所要进一步放大观察的部位移至视野中央，直接顺时针转换成高倍物镜，然后用细调焦螺旋调焦，至看清物像。,(2) 兔肝细胞苏木精-伊红(H·E·)染色玻片标本的观察 先在干燥系物镜下观察肝小叶的概况，辨认肝细胞，然后用油镜仔细观察肝细胞的显微结构。注意肝细胞的形状，细胞核和核仁的形状和数量，细胞核和细胞质的染色区别等。,(3)脂肪肝细胞标本观察,细胞浆内出现的脂滴超过生理范围，或正常不出现脂滴的细胞中出现脂滴，即称为脂肪变。肝脏是脂肪酸代谢的主要器官，肝脂肪变较常见，严重时几乎所有的肝细胞均发生脂肪变，肝脏肿大，可有轻度压痛及肝功能异常，称为脂肪肝。 肝脂肪变时，肉眼可见肝脏均匀肿大，呈淡黄色，包膜紧张，边缘较钝，质地略软；切面呈淡黄色而稍隆起，包膜外翻，触之油腻感。镜下可见轻者肝细胞内出现多少不等的小脂肪空泡，多分布在核的周围；重者空泡大而多，散布在整个胞浆中，甚至融合成大空泡，将细胞核挤压至一边，与脂肪细胞相似。脂肪变多分布在肝小叶中央，可在其周边，也可累及整个肝小叶，其分布常与病因有一定的关系。,正常肝脏肝小叶 1.中央静脉 2.肝细胞索 3.肝血窦,脂肪肝患者的肝脏 （肝细胞浆中出现大量脂肪空泡）,肝细胞脂肪变性 1.肝细胞胞浆内出现大小不等的脂肪空泡； 2.右上角为饿酸染色的脂肪细胞,脂滴染成 黑色。,肝脂肪变轻者，由于肝脏有很强的代偿能力，一般不出现肝功障碍。但长期肝脂肪变可能引起肝纤维组织增生，甚至肝硬化。严重弥漫性肝脂肪变亦可引起肝功障碍，如妊娠高血压综合征发生严重肝脂肪变，临床称为脂肪肝，患者可能出现肝昏迷而死亡。 引起肝脂肪变的原因很多，如氯仿、四氯化碳、磷等化学毒物中毒，妊娠中毒、酒精中毒、馒性肝淤血、肥胖病、糖尿病、漫性消耗性疾病等。常见脂肪肝的病理类型及其病理变化为： 1.酒糟性脂肪肝 此型脂肪肝由嗜酒引起，嗜酒时间及饮酒量与随后发生的肝损伤之问井无严格的平行关系。每天饮用酒精60g以上者均会出现脂肪肝，但在戒酒后几周内可完全恢复。但是，如果每天饮用酒精超过160g，则可出现脂肪肝炎。,2.毒性脂肪肝 本病系化学物质（毒物或药物）引起的肝损伤。有些物质本身或其代谢产物可通过物理化学途径直接损伤肝细胞，称为直接的绝对肝毒素。属于此类的有四氯化碳、氯仿、磷等。有些物质不是通过毒物本身损伤肝细胞，而只是使一定的物质代谢过程失常，造成肝细胞脂肪变或坏死，称为间接的绝对肝毒素。此类毒物主要为药物，如细胞抑制剂（抗代谢药物）、抗生素（四环素）、镇痛剂（扑热息痛）及抗风湿药（保泰松）等。 3.营养不良性脂肪肝 许多原因均可引起营养不良，如食物摄人不足、消化道严重疾病阻碍营养吸收、神经性厌食等，均可导致营养不良。 4.妊娠性脂肪肝 通常见于妊娠高血压症患者或妊娠末期的初产妇。,小肠平滑肌肉瘤肝转移 CT增强示肝内多个圆形低密度灶，病灶中心见更低密度灶，为“牛眼征”（箭头）。,肝细胞癌 CT平扫可见右肝内叶有一类圆形稍高密度占位性病变（黑箭头），边缘光滑，密度不均，内有不规则低密度区。下腔静脉内可见高密度影（白箭头），有腹水形成（*号）。,四. 思考题 描绘一个脂肪肝细胞的基本形态结构。,实验二 人类体细胞染色体组型分析,一. 实验目的 1.通过对人类染色体组型进行分析，可以初步学会对染色体进行 分析的方法. 2.通过人体细胞染色体组型图制备，熟悉人体细胞有丝分裂中期染色体的形态特征。 二. 实验原理 细胞分裂过程中，染色体的形态和结构会发生一系列规律性变化，其中以中期染色体形态表现最为明显和典型，它是由两条相同的姐妹染色单体（sister chromatid）构成，彼此以着丝粒(centromere)相连。,核型（karyotype）是指染色体组在有丝分裂中期的表型，包括染色体的数目、大小、形态特征等的总和。 按照染色体的数目、大小和着丝粒位置、臂比、次缢痕、随体等形态特征，对生物核内的染色体进行配对、分组、归类、编号等分析的过程称为染色体核型分析（karyotype analysis）。 染色体核型分析技术已在医学上得到广泛应用，它可用来诊断由染色体异常引起的遗传性疾病；同时，还可应用于动植物的育种，研究物种间的亲缘关系，探讨物种进化机制，鉴定远缘杂种，追踪鉴别外源染色体或染色体片段等方面，因而具有十分重要的利用价值。 将一个染色体组的全部染色体逐个按其特征绘制下来，再按长短、形态等特征排列起来的图象称为核型模式图或染色体组型(idiogram),二000年六月二十六日，人类基因组草图绘制完成。美国总统克林顿、英国首相布莱尔以及参与此项科研工作的一些研究结构宣布这项对人类有重要意义的科研成果顺利完成，同时他们将把这项科研成果免费向全世界公开。图为在显微镜下看到的人类染色体。,人类的体细胞的正常染色体组型(男性)如下图所示：46条染色体，相互构成23对，其中1号22号是常染色体，还有1对是性染色体XY。依据染色体的大小和着丝粒的位置等特征，可以将这些染色体分为七组(见下页表)。,三. 实验材料 人类体细胞有丝分裂中期染色体放大照片，剪刀，镊子，胶水。 四. 实验步骤 1计数：统计照片上人类(男性或女性)染色体的数目，然后，将每条染色体分别剪下。 2配对、分组：按照染色体的大小及着丝粒的位置(见表)，将所有染色体配对并分为7组。 3调整：仔细观察各个染色体的特征，如果发现有排列顺序不适当的，应该及时进行调整。 4 .染色体排列：染色体对从大到小，短臂向上、长臂向下，各染色体的着丝粒排在一条直线上。有特殊标记的染色体（如含有随体的）以及性染色体等可单独排列。 5粘贴：将以上各组染色体，按顺序粘贴。,着丝粒是染色体的最显著特征，碱性染料染色着色浅，且表现缢缩，所以也叫主缢痕（primary constriction）。着丝粒连接两个染色单体，并将染色单体分为两臂，较长的称为长臂（q），较短的称为短臂（p）。根据着丝粒在染色体上所处的位置，可将染色体分为4种类型：中着丝粒染色体（metacentric chromosome），两臂长度相等或大致相等；近中着丝粒染色体（submetacentric chromosome），细胞分裂后期移动时呈L型；近端着丝粒染色体（acrocentric chromosome），具有微小短臂，细胞分裂后期移动时呈棒形；端着丝粒染色体（telocentric chromosome），着丝粒位于染色体一端。,染色体畸变综合症,染色体病（染色体畸变综合症） 先天性的染色体数目或结构异常所引起的疾病。 共有表型：智力低下，发育迟缓,染色体病,常染色体病 性染色体病,一常染色体病,共有表型： 智力低下（先天性、非进行性） 生长发育迟缓 先天性心脏病 皮纹改变：通贯手、atd角增大、 弓形纹多 五官、四肢畸形,（一）三体综合症,先天愚型（ 21三体、owns 综合症） 主要临床表现：智力低下，生长发育迟 缓，特殊面容、皮纹。 核型：47, XX（XY）, +21- 95%,- 5%,产生机理：母亲的卵子形成过程中21 号染色体不分离,嵌合型（46 / 47,+21） 易位型,213 三体（Patau 综合症） 核型：47, XX (XY) , +13-80% （高龄孕妇减数分裂中13号染色体不分离）,-20%,嵌合型：46 / 47，+13 易位型：多为罗伯逊易位,如：t (13q14q) t (13q13q),3. 18三体（Edwards 综合症） 核型：47, XX（XY）, + 18-80% 易位型、嵌合型-20% （二）单体及部分单体综合症 常染色体单体性致死（死胎、流产） 例：5p 综合征 46, XX（XY）, del ( 5 ) ( p15 ),二. 性染色体异常综合症,(一) 性染色体与性别决定 性别决定 X染色体与X染色质,Lyon 假说: 女性的两条X 染色体中，只有一条有 活性，另一条无活性，并在间期形成 X 染色质。,X 染色体数 = X 染色质数+1 失活的 X 染色体可随机地来自父亲 或母亲，但一旦在胚胎早期细胞中 决定以后，将延续于这个细胞的后 裔中。 例：抗血友病球蛋白与血友病 A,（二）性染色体病,共有表型 性发育不全或两性畸形，有的患者只表现为生殖能力差，原发性闭经，智力稍差等。 1. Turner 综合症（性腺发育不全） 核型：45，X 部分为 45, X / 46, XX,产生机理：母亲卵子形成过程中X染色体不分离,2. Klinefelter 综合症 （先天性睾丸发育不全） 核型：47, XXY- 80%,产生机理：双亲的配子形成过程中 染色体不分离,46, XX / 47, XXY 46, XY / 47, XXY 46, XX / 46, XY,- 20%,3. XYY 综合症 核型: 47, XYY 少数 46, XY / 47, XYY 4. X 三体综合症 核型: 47, XXX,5. 脆性 X 染色体综合症 ( fragile X ) 脆性部位 ( fragile site ): 在染色体的某一特定部位上恒定地出现裂隙和趋向于断裂的部位，是可遗传的特征。 脆性 X 染色体（fra X ）： 具有脆性部位的 X 染色体（X q2728),脆性 X 染色体综合症特点： 中度重度智力低下 语言障碍 特殊体征：长脸、招风耳、大睾丸 发病机理 FMR-1 基因：与CGG区有关 ( CGG )n,三. 实验材料 人类体细胞有丝分裂中期染色体放大照片，剪刀，镊子，胶水。 四. 实验步骤 1计数：统计照片上人类(男性或女性)染色体的数目，然后，将每条染色体分别剪下。 2配对、分组：按照染色体的大小及着丝粒的位置(见表)，将所有染色体配对并分为7组。 3调整：仔细观察各个染色体的特征，如果发现有排列顺序不适当的，应该及时进行调整。 4 .染色体排列：染色体对从大到小，短臂向上、长臂向下，各染色体的着丝粒排在一条直线上。有特殊标记的染色体（如含有随体的）以及性染色体等可单独排列。 5粘贴：将以上各组染色体，按顺序粘贴。,