ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΤΕΙ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Μ. Παπαδοπούλου Ph. D. Βιολόγος Φυτοπαθολόγος ΚΑΛΑΜΑΤΑ

2 ΓΕΝΙΚΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ 1. Γενικές κανόνες ασφάλειας Η πρόσβαση στους χώρους εργασίας επιτρέπεται μόνο στους εργαζόμενους. Μέσα στο εργαστήριο βρίσκονται μόνο όσοι έχουν άμεση σχέση με τις διεξαγόμενες εργαστηριακές ασκήσεις. Οι διάδρομοι προς τις εξόδους του εργαστηρίου πρέπει να διατηρούνται ελεύθεροι. Κάθε εργαζόμενος στο εργαστήριο είναι υποχρεωμένος για όλο το χρονικό διάστημα που βρίσκονται εντός του χώρου του να φορά ποδιά, γάντια και προστατευτικά γυαλιά. Τα πάντα (ο πάγκος εργασίας, και τα σκεύη / όργανα που χρησιμοποιούνται) πρέπει να διατηρούνται καθαρά και σε τάξη. Απαγορεύεται αυστηρά η παρουσία και κατανάλωση κάθε είδος τροφής καθώς επίσης το κάπνισμα στους χώρους εργαστηρίου. Να χρησιμοποιούνται με προσοχή τα διάφορα όργανα, εργαλεία, σκεύη και αντιδραστήρια. Επίσης προσοχή, στο εργαστήριο βρίσκονται διάφορα επικίνδυνα χημικά. Μετά από κάθε πείραμα με βιολογικά υλικά, πρέπει να γίνεται αφαίρεση των γαντιών και πριν την απομάκρυνση από την περιοχή εργασίας πρέπει να πλένονται τα χέρια. 2. Γενικές οδηγίες εργαστηρίου Βιολογίας. Οι φοιτητές πρέπει να εξοικειωθούν με βασικές διαδικασίες όπως γραπτή επικονίαση και τεκμηρίωση των εργαστηριακών αποτελεσμάτων. Θα πρέπει ο κάθε σπουδαστής να γνωρίζει τι πρόκειται να δουλέψει ή να παρατηρήσει και τι ακριβώς κάνει κάθε στιγμή. Κατά τη διάρκεια της εργασίας να καταγράφονται όλα τα δεδομένα μιας διαδικασίας. Η απεικόνιση των παρατηρούμενων αντικειμένων δεν έχει αξιώσεις καλλιτεχνικού σχεδίου, αλλά πρέπει να είναι πιστό και σαφές και να τονίζει ακριβώς τις λεπτομέρειες που αποτελούν και το θέμα της συγκεκριμένης άσκησης. 2

3 Κατάλογος Ασκήσεων. Άσκηση 1. Όργανα μικροσκοπίας. Προετοιμασία μικροσκοπικών παρασκευασμάτων. Άσκηση 2. Κυτταρολογία. Μικροσκοπική μελέτη της δομής του φυτικού κυττάρου. Πυρήνας, πλαστίδια, χυμοτόπια, κυτταρικό τοίχωμα. Άσκηση 3. Ιστολογία: Στοιχεία ανατομίας των φυτών. Μετακίνηση του νερού. Μέτρηση υδατικού δυναμικού σε κύτταρα πατάτας. Άσκηση 4. Μορφολογικά χαρακτηριστικά των φυτών. Μελέτη της ανθέων, σπερμάτων και καρπών των Αγγειοσπέρμων φυτών. μορφολογίας Άσκηση 5. Ιστολογία. Οι ιστοί ζωικών οργανισμών. Παρατήρηση των πυρήνων του ζωικού κυττάρου. Κλασμάτωση κυττάρου. Φυγοκέντρηση. Άσκηση 6. Μορφολογία των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών μικροοργανισμών. Παρατήρηση μικροσκοπικών παρασκευασμάτων Βακτηρίων, Μυκήτων. Μελέτη των Εδώδιμων ειδών μυκήτων. Άσκηση 7. Βασίλειο Πρώτιστα (Protista). Βασίλειο των Φυτών (Kingdom Plantae). Μορφολογία, συστηματική κατάταξη Βρώσιμων Φίκων (Algae). Παρατήρηση μικροσκοπικών παρασκευασμάτων. Άσκηση 8. Βασικές λειτουργίες του κυττάρου: Φωτοσύνθεση. Προσδιορισμός της περιεκτικότητας των φύλλων σε χλωροφύλλη. Άσκηση 9. Βασικές λειτουργίες του κυττάρου: Αναπνοή. Μέτρηση αναπνοής με τη μέθοδο προσδιορισμού της έκλυσης του διοξειδίου του άνθρακα. Άσκηση 10. Κυτταρική διαίρεση: Μίτωση Μείωση. Χρωμοσώματα. Παρατήρηση μικροσκοπικών παρασκευασμάτων με διαφορετικά στάδια διαίρεσης του κυττάρου. Άσκηση 11. Το γενετικό υλικό. Το DNA. Απομόνωση DNA. Φασματοφωτομετρία. Άσκηση 12. Μέθοδοι μελέτης της δομής και λειτουργίας του κυττάρου: Ένζυμα περιορισμού. Τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA. Ηλεκτροφόρηση. Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (Η μέθοδος PCR.) 3

4 Μέθοδοι μελέτης της δομής, μοριακής σύστασης και λειτουργίας του κυττάρου. Μέσο από εξέλιξη της επιστήμης έχουν αναπτυχθεί αρκετοί αξιόπιστοι μέθοδοι μελέτης της βιολογίας των κυττάρων, συνδέοντας πάντα τη δομή με τη λειτουργία τους, αλλά και των υποκυτταρικών δομών από τις οποίες απαρτίζονται τα κύτταρα. Μια συνοπτική ανασκόπηση των σημαντικών μεθόδων αναφέρονται παρακάτω: 1. Μικροσκόπιο. Οι κλασσικές μικροσκοπικές μέθοδοι μας δίνουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τη δομή των κυττάρων. 2. Εύρεση συγκέντρωσης και κατανομής ανόργανων ιόντων και άλλων μορίων στα κύτταρα. α) χημικές μέθοδοι: μεταβολισμός. βιοχημικές αντιδράσεις για την ανάλυση της χημικής σύστασης του κυττάρου. β) φυσικοχημικές τεχνικές για τον προσδιορισμό ειδικών κυτταρικών συστατικών. (π.χ. αξονικός τομογράφος που βασίζεται σε Φασματοσκοπία ή ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός, - NMR. Όπως σε άλλους φασματοσκοπικούς κλάδους, έτσι και στη φασματοσκοπία NMR, λόγο αλληλεπίδρασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την ύλη, γίνετε εφικτή η μελέτη φυσικών, χημικών και βιολογικών ιδιοτήτων της ύλης, όπως : ο προσδιορισμός τρισδιάστατης δομής Πρωτεΐνων, DNA, RNA, Πολυσακχαριτών, συμπλοκών πρωτεΐνη /DNA, πρωτεΐνη /RNA. Άλλο παράδειγμα είναι οι φθορίζουσες χρωστικές για την μέτρηση συγκέντρωσης ειδικών ιόντων σε μεμονωμένα κύτταρα ή σε διαφορετικά μέρη του κυττάρου. Ακόμα, τα Μικροηλεκτρόδια για την μέτρηση του ηλεκτρικού δυναμικού σε διάφορα τμήματα ). 3. Κυτταροκαλλιέργειες ιστοκαλλιέργειες. (In vitro). Η καλλιέργεια των κυττάρων σε κατάλληλα θρεπτικά υποστρώματα. Η απομόνωση και την καλλιέργεια μεμονωμένων κυττάρων συχνά χρησιμοποιείται για τη μελέτη της επίδρασης ορισμένων παραγόντων, χημικών ή περιβαλλοντικών στην δομή και λειτουργία του κυττάρου. 4. Κλασμάτωση κυττάρων Σπάσιμο των κυττάρων και κλασμάτωση του εκχυλίσματος με φυγοκέντρηση Χρωματογραφία στήλης Ηλεκτροφόρηση 5. Χρήση Ραδιοϊσοτόπων. Σήμανση των μορίων με ραδιοϊσότοπα Παρακολούθηση του μορίου με ραδιοϊσότοπα για την μελέτη του μεταβολισμού του. Εκπέμπετε ακτινοβολία η οποία μπορεί να μετρηθεί με κατάλληλα όργανα. Χρήση: ανάλυση των μεταβολικών μονοπατιών, μελέτη πολλών κυτταρικών λειτουργιών και ο εντοπισμός μεμονωμένων μορίων ( In vitro). 6 Τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA. Άσκηση 1. Όργανα μικροσκοπίας. Προετοιμασία μικροσκοπικών παρασκευασμάτων. Τα περισσότερα κύτταρα είναι ορατά μόνο με την βοήθεια οπτικών μέσων. Ο ανθρώπινος οφθαλμός έχει διακριτικό όριο περίπου 0,1 mm ή 100 μm. Δηλαδή 4

5 το ζωικό κύτταρο έχει διάμετρο μm, ή είναι 5 φορές μικρότερο από το πιο μικρό αντικείμενο που η όραση ενός ανθρώπου μπορεί να αντιληφθεί. Οπτικό μικροσκόπιο Το οπτικό μικροσκόπιο που λέγεται και σύνθετο, αποτελείται από σύστημα φακών (οπτικό σύστημα) κατάλληλα διευθετημένους και το φυσικό ή τεχνητό φωτισμό που περνά μέσα από τα παρατηρούμενα αντικείμενα ή από λεπτές τομές τους. Με το οπτικό μικροσκόπιο επιτυγχάνουμε μεγεθύνσεις φορές και οι ιδιότητες του οργάνου ασφαλώς ταυτίζονται με τις ιδιότητες των φακών που σχετίζονται με το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός. Εφευρέθηκε το 1590 από τους κατασκευαστές οπτικών, Ολλανδούς αδελφούς Jansen. Βελτιώθηκε το τέλος του 17ου αιώνα από το Άγγλο επιστήμονα Robert Hooke ο οποίος το 1665 παρατήρησε και απεικόνισε αποφελλωμένα νεκρά φυτικά κύτταρα. Το οπτικό μικροσκόπιο αποτελείται από το μηχανικό και οπτικό σύστημα. Το μηχανικό σύστημα περιλαμβάνει: Την βάση έχει αρκετό βάρος για την ευστάθεια του μικροσκοπίου. Τον σκελετό το κεντρικό, καμπύλο τμήμα, επάνω στα οποία συναρμολογούνται τα μηχανικά και οπτικά συστήματα. Την τράπεζα - σε αυτό τοποθετείται το αντικείμενο (παρασκεύασμα) και σταθεροποιείται με δυο πίεστρα. Η τράπεζα του μικροσκοπίου έχει στο κέντρο μια οπή που επιτρέπει να περνά το φως και να φωτίζεται το αντικείμενο. Το οπτικό σωλήνα (ή σωλήνες) στο επάνω μέρος του τοποθετείται ο προσοφθάλμιος φακός και στο κάτω το περίστρεπτο με αντικειμενικούς φακούς, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η εναλλαγή διαφόρων μεγεθύνσεων σε συνδυασμό με τον προσοφθάλμιο. Ο προσοφθάλμιος φακός δυο σωλήνες μέσο των οποίων γίνεται η μικροσκοπική παρατήρηση του δείγματος και με τα δυο μάτια. Το περίστρεπτο σε αυτό στερεώνονται οι αντικειμενικοί φακοί. Τον κοχλία ή τους κοχλίες. Με αυτούς γίνονται οι μεγάλες και μικρές κατακόρυφες μετακινήσεις της τράπεζας του μικροσκοπίου. Οδηγός αντικειμένου μετακινεί την τράπεζα δεξιά αριστερά και μπρος πίσω, δηλαδή επιτρέπει την προοδευτική και ακριβή μετακίνηση του αντικειμένου, που βρίσκεται πάνω στη τράπεζα, στους άξονες x και y. Κοχλίας ρύθμισης της έντασης φωτός Το οπτικό σύστημα του μικροσκοπίου αποτελείται από δύο συγκλίνοντα ομοαξονικά συστήματα φακών που αποτελούν τον αντικειμενικό και τον προσοφθάλμιο φακό. Το αντικείμενο τοποθετείται λίγο πέρα από την εστία του αντικειμενικού φακού και έτσι σχηματίζεται είδωλο πραγματικό και ανεστραμμένο. Ο δεύτερος είναι ο προσοφθάλμιος φακός με τον οποίο ο παρατηρητής βλέπει το αντικείμενο και χρησιμεύει για να μεγεθύνει την πραγματική εικόνα που δίνει ο αντικειμενικός. Η απόσταση μεταξύ των δύο φακών πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το άθροισμα των εστιακών τους αποστάσεων, ώστε το είδωλο του αντικειμενικού να σχηματίζεται ανάμεσα στο οπτικό κέντρο και την κύρια εστία του προσοφθάλμιου. Κατά συνέπεια προκύπτει φανταστικό είδωλο, μεγεθυσμένο, του πρώτου ειδώλου. 5

6 ΣΧΗΜΑ1: Ένας από τους πολλούς τύπους εκπαιδευτικών μικροσκοπίων, που χρησιμοποιούνται ευρέως στην εκπαίδευση, με τις αντίστοιχες ενδείξεις των τμημάτων του. Ο φωτισμός του αντικειμένου εξασφαλίζεται από ένα λαμπτήρα ενσωματωμένο στη βάση του μικροσκοπίου. Κάτω από το κυκλικό άνοιγμα της τράπεζας, μέσω του οποίου το φως φτάνει στο παρασκεύασμα, βρίσκεται ένα σύνθετο σύστημα (σύστημα Abbe) που συγκροτείται από το συμπυκνωτή και το διάφραγμα - ίριδα και συνοδεύεται συνήθως από έναν φορέα φίλτρων. Το διάφραγμα - ίρις, διάφραγμα με μεταβαλλόμενη διάμετρο, επιτρέπει την αυξομείωση του φωτισμού ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο αντικειμενικό φακό, το πάχος του υλικού παρατήρησης κ.ά. εξασφαλίζοντας έτσι τον ομοιόμορφο φωτισμό του παρασκευάσματος. Ο συμπυκνωτής αποτελείται από ένα σύστημα φακών με διαφορετικό δείκτη διάθλασης και σχετική ανεξαρτησία κινήσεων, έτσι ώστε ο κατάλληλος στην κάθε περίπτωση συνδυασμός τους να εξασφαλίζει τη διέλευση όσο το δυνατόν περισσότερων φωτεινών ακτινών μέσα από το υλικό μικροσκόπησης. Απουσία συμπυκνωτή ένα μεγάλο μέρος των ακτινών εκτρέπεται με 6

7 αποτέλεσμα ο φωτισμός του αντικειμένου να είναι μειωμένος και το είδωλο λιγότερο ευκρινές. Τα όρια του οπτικού μικροσκοπίου. Διακριτική ικανότητα. Διακριτικό όριο. Ως διακριτική ικανότητα (Δ) ενός ΟΜ ορίζεται το αντίστροφο του διακριτικού ορίου: (1). Δ= 1 Δ Διακριτικό όριο (δ) οπτικού οργάνου είναι η ελάχιστη απόσταση ανάμεσα σε δύο σημεία που τα είδωλα τους διακρίνονται από το παρατηρητή, ξεχωρισμένα μεταξύ τους. Αυτή είναι ανάλογη με το μήκος κύματος της χρησιμοποιούμενης ακτινοβολίας (λ) και αντίστροφη με το αριθμητικό άνοιγμα του φακού, σύμφωνα με τη σχέση (Abbè:) δ = λ/α (2) δ - διακριτική όριο, λ - μήκος κύματος της χρησιμοποιούμενης ακτινοβολίας, Α - αριθμητικό άνοιγμα. Αριθμητικό άνοιγμα Α ενός αντικειμενικού ορίζεται ως το γινόμενο του δείκτη διασθλάσεως (n) του μέσου που παρεμβάλλεται μεταξύ του αντικειμένου και του αντικειμενικού φακού, επί το ημίτονο του μισού γωνιακού ανοίγματος φ. Ως αριθμητικό άνοιγμα ορίζεται η σχέση: A = n * ημ (φ/2) (3) Όπου: n - ο δείκτης διάθλασης του μέσου και φ γωνιακό άνοιγμα - το ½ της μέγιστης γωνίας που σχηματίζεται μεταξύ των ακραίων ακτινών που εισέρχονται στον αντικειμενικό φακό και προέρχονται από το αντικείμενο. Όσο μικρότερο είναι το διακριτικό όριο ενός μικροσκοπίου, τόσο μεγαλύτερη (1) είναι η διακριτική του ικανότητα (περισσότερες λεπτομέρειες μπορεί κανείς να διακρίνει). Από την σχέση (2) προκύπτει ότι το διακριτικό όριο δ ελαχιστοποιείται όταν μικραίνει το μήκος κύματος και όσο μεγαλώνει το αριθμητικό άνοιγμα. Από τη σχέση (3) φαίνεται ότι δεν μπορεί η αύξηση του αριθμητικού ανοίγματος να είναι απεριόριστη γιατί: 1) η αύξηση του ημίτονου της γωνίας δεν μπορεί να υπερβεί τη μονάδα, ενώ ο δείκτης διάθλασης προσδιορίζεται στην οριακή τιμή 1,4. Με βάση τις παραπάνω προϋποθέσεις η (2) απλοποιείται στη δ = 0,61λ. Δηλαδή η διακριτική ικανότητα εξισώνεται περίπου με το μισό του μήκους κύματος της χρησιμοποιούμενης ακτινοβολίας. Επομένως για το μικρότερο μήκος κύματος του ορατού φάσματος που βρίσκεται στα 4000 Α (μονοχρωματικό ιώδες) το διακριτικό όριο δεν μπορεί να ξεπεράσει τη τιμή 2000 Α. Για το λευκό σύνθετο φως, υπολογίζεται γύρω στα 2500 Α. Τα δεδομένα αυτά υποδηλώνουν ότι το οπτικό μικροσκόπιο έχει πεπερασμένες δυνατότητες, και ο κυριότερος οπτικός συντελεστής της διακριτικής ικανότητας του οργάνου είναι το αριθμητικό άνοιγμα (Α). Για σταθερό μήκος κύματος (λ) το διακριτικό όριο (δ) εξαρτάται από το αριθμητικό άνοιγμα (Α), δηλαδή από το δείκτη διαθλάσεως (n) του μέσου που παρεμβάλλεται μεταξύ του αντικειμένου και του αντικειμενικού φακού και του γωνιακού ανοίγματος (φ). Κατά συνέπεια το μεγαλύτερο διακριτικό όριο των οργάνων μικροσκοπίας εξασφαλίζεται με τη χρησιμοποίηση άλλων ακτινοβολιών με μικρότερο μήκος κύματος (π.χ. υπεριώδες, δέσμη ηλεκτρονίων κτλ). Η προϋπόθεση για την καλή λειτουργία του μικροσκοπίου, είναι η κατά το δυνατόν ευθύγραμμη διαδρομή, χωρίς εκτροπή, της φωτεινής δέσμης από κάποιο σημείο του αντικειμένου ως τον αντικειμενικό φακό. Αυτό σημαίνει ότι ο συμπυκνωτής, το περιβάλλον του αντικειμένου και ο αντικειμενικός φακός έχουν περίπου τον ίδιο δείκτη διάθλασης. Η δίοδος των ακτινών μέσα από στρώμα αέρα αυξάνει την εκτροπή των ακτινών και εξασθενεί το είδωλο. Γι αυτό κάθε υλικό παρατηρείται μέσα σε σταγόνες νερού. Στην περίπτωση φακών μεγάλης ισχύος (μικρή εστιακή απόσταση, μικρή περιοχή οπτικού πεδίου) χρησιμοποιείται υγρό καταδύσεως με μεγάλο δείκτη διαθλάσεως, το 7

8 οποίο παρεμβάλλεται ανάμεσα στο αντικείμενο και τον αντικειμενικό, ώστε να περιορίζεται η εκτροπή των ακτινών (αύξηση διακριτικής ικανότητας). Η αποτελεσματικότητα του μικροσκοπίου αυξάνει παραπέρα με τη χρήση κατάλληλων φίλτρων. ΜΕΣΟ ΔΕΙΚΤΗΣ ΔΙΑΘΛΆΣΕΩΣ Αέρας 1,00 Νερό 1,33 Γυαλί 1,51 Κεδρέλαιο 1,52 Είδος μικροσκοπίου: Είδος φακού Μεγέθυνση Διακριτικό όριο Κοινό Plan Achromat 4x 3.3 μm Plan Apochromat 4x 2.1 μm Plan Achromat 40x 0.51 μm Plan Apochromat 40x 0.37 μm Plan Apochromat 100x 0.24 μm Ηλεκτρονικό σάρωσης 2.3 nm Ηλεκτρονικό διέλευσης 0.2 nm Μεγέθυνση του μικροσκοπίου: Η μεγέθυνση που επιτυγχάνουν οι φακοί κυμαίνεται μεταξύ 6x και 25x για τους προσοφθάλμιους και 2,5x έως 100x για τους αντικειμενικούς. Η συνολική μεγέθυνση που εξασφαλίζει το μικροσκόπιο ισούται εμπειρικά με το γινόμενο των δυνατοτήτων μεγέθυνσης των δύο φακών. Δηλαδή η Μεγέθυνση του μικροσκοπίου ορίζεται ως: Μεγέθυνση από τον αντικειμενικό φακό Χ Μεγέθυνση από τον προσοφθάλμιο φακό Η συνολικά προσφερόμενη, κάθε φορά μεγέθυνση προκύπτει αν πολλαπλασιάσουμε τον ακέραιο αριθμό που γράφει ο χρησιμοποιούμενος αντικειμενικός φακός με τον αριθμό που γράφει ο προσοφθάλμιος (π.χ. 4x10=40, 10x10=100, 40x10=400, 4x20=80 κλπ.). Τα παρασκευάσματα. Άμεση παρατήρηση, προσωρινά παρασκευάσματα, Vital χρώση. Το αντικείμενο της μικροσκοπικής παρατήρησης, παρασκεύασμα, τοποθετείται σε μια μικρή (επιφάνειας 25x75mm και πάχους 1 ή 2 mm συνήθως) γυάλινη πλάκα την αντικειμενοφόρο πλάκα. Μικροσκοπικά παρασκευάσματα που προέρχονται από ζωντανούς οργανισμούς (πολυκύτταροι οργανισμοί, μονοκύτταροι οργανισμοί) περιέχουν νερό σε μεγάλο ποσοστό με αποτέλεσμα να είναι σχεδόν αόρατα αν παρατηρηθούν στο μικροσκόπιο χωρίς καμιά ιδιαίτερη επεξεργασία. Για να γίνουν τα παραπάνω παρασκευάσματα ορατά στο οπτικό μικροσκόπιο εφαρμόζονται κατάλληλες τεχνικές χρώσεις. Μια μεγάλη ποικιλία χρωστικών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη χρώση προσωρινών ή μόνιμων παρασκευασμάτων ενώ ταυτόχρονα υπάρχουν δυνατότητες για επιλεκτική χρώση συγκεκριμένων τμημάτων του παρασκευάσματος. Για τη μεγαλύτερη οπτική ευκρίνεια και την ομοιόμορφη κατανομή του παρασκευάσματος χρησιμοποιούνται μικρά (μήκους 18 ή 22mm και πάχους 0,15-0,22mm συνήθως) γυάλινα πλακίδια, καλυπτρίδες, που τοποθετούνται πάνω από το αντικείμενο. Στην αντικειμενοφόρο πλάκα τοποθετούμε πάντοτε νερό και μετά λεπτές τομές από το φυτικό ή ζωικό όργανο που θέλουμε να παρατηρήσουμε. Το νερό έχει διπλή χρησιμότητα: α) έχει ειδικό δείκτη διαθλάσεως παρόμοιο με το γυαλί και αποφεύγονται ανεπιθύμητα οπτικά φαινόμενα. Αν μεσολαβούσε αέρας, ο δείκτης διαθλάσεώς του διαφέρει αρκετά από του γυαλιού και θα εμφανιζόταν χρωματική εκτροπή. β) επανενυδατώνει τα κύτταρα που χάνουν νερό από τη θερμότητα που εκπέμπει η φωτεινή πηγή του μικροσκοπίου. Το νερό το προμηθευόμαστε από τρυβλία (δισκία) πετρί (petri), που χρησιμεύουν επίσης για να κρατούν νωπά τα προς παρατήρηση φυτικά όργανα που περιέχουν ή της τομές από αυτά. Τα παρασκευάσματα τα οποία ετοιμάζονται λίγο πριν την παρατήρησή 8

9 τους (παρατήρηση ζωντανού οργανισμού ή δομών του στη φυσική τους κατάσταση) ονομάζονται νωπά ή προσωρινά παρασκευάσματα. Εκτός από τα νωπά, υπάρχουν και άλλες δύο κατηγορίες παρασκευασμάτων, τα ημιμόνιμα και τα μόνιμα. H παρατήρηση των μικροσκοπικών παρασκευασμάτων γίνεται σε αυτή την περίπτωση μετά από στερέωση (νέκρωση) ή και χρώση του υλικού. Η αντικειμενοφόρος πλάκα τοποθετείται στην τράπεζα μικροσκόπησης και συγκρατείται με το άγκιστρο του οδηγητή. Η μετακίνηση του παρασκευάσματος εξασφαλίζεται με ένα σύστημα κοχλίων προς δύο κατευθύνσεις κάθετες μεταξύ τους. Μετακινώντας κατάλληλα τους παραπάνω κοχλίες το παρασκεύασμα οδηγείται πάνω από το κυκλικό άνοιγμα της τράπεζας. Ξεκινάμε την παρατήρηση χρησιμοποιώντας πάντοτε το μικρότερο αντικειμενικό φακό (ο μικρότερος σε προσφερόμενη μεγέθυνση, είναι και ο μικρότερος σε μήκος, ενώ σε κάποιους τύπους μικροσκοπίων είναι επιπλέον βαμμένος μαύρος, ώστε να ξεχωρίζει αμέσως). Όταν χρησιμοποιούμε το μικρό αντικειμενικό φακό, εστιάζουμε με το μακρομετρικό (το μεγάλο) κοχλία. ΜΟΝΟ ΟΤΑΝ ΔΟΥΜΕ ΚΑΘΑΡΑ με το φακό, με τον οποίο εστιάσαμε, προχωρούμε στην επόμενη μεγέθυνση. Όταν χρησιμοποιούμε οποιονδήποτε άλλον αντικειμενικό φακό εκτός του μικρότερου, εστιάζουμε με το μικρομετρικό (το μικρό) κοχλία. Σημαντικότατες είναι οι επεμβάσεις η αυξομειώσεις του φωτός με την ίριδα (ή διάφραγμα),που μπορούμε να κάνουμε στο φωτισμό που δέχεται το παρασκεύασμα. Οι γενικές αρχές για ένα σωστό φωτισμό λένε ότι χρειαζόμαστε λίγο φως για τα διαφανή παρασκευάσματα και πολύ για τα αδιαφανή. Επίσης γενικά ισχύει ότι χρειαζόμαστε περισσότερο φως, όσο αυξάνουμε τη μεγέθυνση παρατήρησης. Η παρατήρηση υλικού σε φυσική κατάσταση εφαρμόζεται σε περιπτώσεις όπως ελεύθερα κύτταρα σε υγρό μέσο, κύτταρα που απομονώνονται από μικρά κομμάτια ιστών, μονοκυτταρικά ιστολογικά στρώματα, οργανίδια κ.τ.λ. Ο τρόπος αυτός παρατήρησης βελτιώνεται σημαντικά με τη χρησιμοποίηση ορισμένων μη τοξικών χρωστικών ουσιών, οι οποίες έχουν την ικανότητα να χρωματίζουν συγκεκριμένα κύτταρα ή ενδοκυτταρικά στοιχεία in vivo, διαπερνώντας τις πλασματικές μεμβράνες χωρίς να θίγουν τη δομή και τη λειτουργικότητα τους. Πρόκειται για την εφαρμογή της vital χρώσεως που επιτρέπει να αναγνωρίζονται και να ξεχωρίζουν οπτικά ορισμένα μέρη του κυττάρου, τα οποία κανονικά διακρίνονται με δυσκολία. Πιο συγκεκριμένα, η διαφορετική χημική σύσταση των διαφορετικών κυτταρικών στοιχείων προκαλεί τη διαφορετική συμπεριφορά τους απέναντι στην ίδια χρωστική. Αυτό συμβαίνει διότι η χρωστική αποταμιεύεται διαφορικά, είτε επειδή συνδέεται χημικά με ορισμένα ενδοκυτταρικά συστατικά, είτε επειδή διαλύεται σε μια συγκεκριμένη κυτταρική φάση με τη μορφή μορίων η ιόντων. Έτσι εκδηλώνεται η διαφορετική χρώση των επί μέρους συστατικών. Η πλειονότητα των χρωστικών είναι οργανικές αρωματικές ενώσεις. Οι χρωστικές διακρίνονται χημικά σε δύο κατηγορίες στις βασικές ή κατιονικές και στις όξινες ή ανιονικές. Σε μια βασική χρωστική η χρωμοφόρος ομάδα, δηλαδή η προσδιοριστική του χρώματος, είναι κατιονική, ενώ μια όξινη χρωστική, περιέχει ανιονικό χρωμοφόρο. Η ένταση της χρώσης που πραγματοποιείται με μία κατιονική ή ανιονική χρωστική εξαρτάται από την οξύτητα ή την αλκαλικότητα του μέσου. Για μία κατιονική χρωστική όσο πιο μεγάλος είναι ο βαθμός διάστασης με σύγχρονη απελευθέρωση κατιόντων (χαμηλό ph ), τόσο μεγαλύτερη ποσότητα χρωστικής δεσμεύεται. Αντίστοιχα και μία ανιονική χρωστική δίνει εντονότερη χρώση σε υψηλό ph. Κυανούν του μεθυλενίου: Είναι βασική χρωστική της ομάδας της θειαζίνης με μικρή διαλυτότητα στο νερό (3.55%) και μικρότερη στην αλκοόλη (1.48%). Είναι άριστη χρωστική για βακτηριολογικές μελέτες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για παρατηρήσεις στο μικροσκόπιο. Ανάγεται μετά από πρόσληψη δύο ηλεκτρονίων από ένα δέκτη και με τη σειρά του θα δώσει τα ηλεκτρόνια στο Ο 2 αποτελώντας έτσι ένα παράλληλο δρόμο μεταφοράς ηλεκτρονίων στο οξυγόνο. Πράσινο του μεθυλίου: Είναι βασική χρωστική και θεωρείται ειδική για το σύμπλοκο πρωτεΐνη-dna. Η αντίδραση οφείλεται στις φωσφορικές ρίζες του DNA. Στο σύμπλοκο πράσινο του μεθυλίου-dna αντιστοιχούν δέκα άτομα φωσφόρου ανά μόριο χρωστικής. Για την παρασκευή του, ρίχνουμε 1,9g σκόνης πράσινου του μεθυλίου, σε 95ml 500 λευκού οινοπνεύματος.(50 ml αλκοόλης 950 σε 45 ml νερού ). 9

10 Καρμίνιο: Ανήκει χημικά στις οξυανθρακινόνες. Πρόκειται για σύμπλοκο ουσιών με κύριο χρωστικό παράγοντα το καρμινικό οξύ. Σε ουδέτερη περιοχή ph, το καρμίνιο είναι δυσδιάλυτο στο νερό και γι αυτό η χρωστική που χρησιμοποιείται συνήθως στη βοτανική πρακτική παρασκευάζεται με διάλυση 1-2g καρμινίου σε 100 ml οξικό οξύ. Ακολουθεί παρατεταμένος βρασμός με ταυτόχρονη ψύξη και τελικά παίρνεται η χρωστική ως διήθημα. Τo καρμινικό οξύ συμπεριφέρεται ως βασική χρωστική όταν διαλύεται σε μέσον με χαμηλότερο ph του ισοηλεκτρικού του σημείου ( ph 4-4,5), και ως όξινη όταν διαλύεται σε αλκαλικό μέσον. Για το λόγο αυτό το οξικό καρμίνιο είναι βασική χρωστική και αποτελεί ένα εύχρηστο αντιδραστήριο για τη χρώση του πυρήνα και αναγνώριση των χρωμοσωμάτων. Ιώδιο:Ανήκει σε ομάδα ουσιών χωρίς χρωμοφόρες ομάδες δηλαδή χωρίς να είναι χρώματα από χημική άποψη, χρησιμεύουν ως μικροχημικοί δείκτες γιατί εμφανίζουν χρωματικό αποτέλεσμα. Το ιώδιο είναι γνωστό ως χρωματικός δείκτης για την ανίχνευση του αμύλου, όταν χρησιμοποιείται με προσθήκη KJ. Και αυτό διότι το J2 είναι δυσδιάλυτο στο νερό, ενώ διαλύεται στο υδατικό διάλυμα του KJ. Για την παρασκευή του αντιδραστηρίου που είναι γνωστό ως Lugol διαλύονται 1-2gr KJ σε ml απεσταγμένου νερού με προσθήκη στο διάλυμα 1gr J2. Η χρωματική αντίδραση του ιωδίου σε τομές νωπού φυτικού υλικού παρουσιάζει μια ποικιλότητα ανάλογα με τη χημική σύσταση: Χρώμα lugol Χημικές ουσίες Μπλε Άμυλο Καφέ Πρωτεΐνες, Κυτταρίνη, Αλκαλοειδή Κίτρινο Πηκτίνες, Υμενίνη, Καλλόζη Εξαιτίας της χαρακτηριστικής δομής του μορίου του αμύλου με την προσθήκη ιωδίου, το ιώδιο τοποθετείται στις κοιλότητες του μορίου (το άμυλο έχει ελικοειδή μορφή), με αποτέλεσμα το χαρακτηριστικό βαθύ μπλε χρώμα (παρατήρηση αμυλοκόκκων). Τύποι μικροσκοπίων. Το μικροσκόπιο που χρησιμοποιείται στην Βιολογία είναι το μικροσκόπιο φωτεινού πεδίου. Η σύγχρονη βιολογία είναι εξοπλισμένη και με μικροσκόπια, όπως το Μικροσκόπιο αντίθεσης φάσεων, Μικροσκόπιο σκοτεινού πεδίου, Μικροσκόπιο φθορισμού, Μικροσκόπιο πολωμένου φωτός, Μικροσκόπιο διαφοροποιητικής παρεμβατικής αντίθεσης (DIC). Το Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Υψηλού Δυναμικού - διακριτική ικανότητα = 3,1 Αngstrom, το Οπτικό Μικροσκόπιο - διακριτική ικανότητα = 0,2μm. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο επιτρέπει μεγεθυσμένη απεικόνιση ενός αντικειμένου (δείγματος) με διακριτική ικανότητα 0,2nm, μέσω της αλληλεπιδράσεις του με μια δέσμη ηλεκτρονίων και με την βοήθεια μαγνητικών φακών. Διάφορα είδη Ηλεκτρονικών Μικροσκοπιών, ανάλογα με τον βασικό μηχανισμό αλληλεπίδρασης είναι γνωστά ως: Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Διέλευσης, Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Ανάκλασης, Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Εκπομπής, Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Σάρωσης, Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο Υψηλής Τάσης. Το πρώτο Ηλεκτρονικό Μικροσκόπιο κατασκευάστηκε το 1993, από τον Ernst Ruska, Γερμανό μηχανικό. Άσκηση 2. Κυτταρολογία. Μικροσκοπική μελέτη της δομής του φυτικού κυττάρου. Πυρήνας, πλαστίδια, χυμοτόπια, κυτταρικό τοίχωμα. (Κυτταρολογία είναι η επιστήμη της μελέτης των κυττάρων. ) Χαρακτηριστικό του φυτικού κυττάρου είναι το κυτταρικό τοίχωμα που περιβάλει το πρωτοπλάστη εξωτερικά (έτσι λέγεται το φυτικό κύτταρο χωρίς το κυτταρικό του τοίχωμα). Το πάχος του κυτταρικού τοιχώματος ποικίλλει ανάλογα με τον ιστό στον οποίο ανήκει το κύτταρο και του προσφέρει προστασία και στήριξη (εξω -σκελετός), αλλά δεν είναι ζωντανό μέρος του, ούτε καν αναπόσπαστο. Οι λεπτές περιοχές των κυτταρικών τοιχωμάτων ονομάζονται βοθρία και μέσω αυτών τα φυτικά κύτταρα των πολυκύτταρων φυτών επικοινωνούν με τα γειτονικά τους με δέσμες κυτταροπλάσματος, που ονομάζονται πλασμοδέσμες ή πλασμοδέσματα. Τα βοθρία δεν είναι στην πραγματικότητα τρύπες, αλλά περιοχές του κυτταρικού τοιχώματος, όπου το κυτταρικό τοίχωμα δεν φέρει τη δευτερογενή πάχυνση. Η σημαντικότερη σε λειτουργία υποκυτταρική δομή, δηλαδή το σημαντικότερο από τα μέρη που συναποτελούν ένα κύτταρο είναι ο πυρήνας. Πυρήνες διαθέτουν τα κύτταρα των 10

11 πολυκύτταρων οργανισμών, αλλά και πολλοί μονοκύτταροι οργανισμοί. Κάθε κύτταρο που διαθέτει πυρήνα ονομάζεται ευκαρυωτικό (ευ = καλά σχηματισμένο- κάρυο = πυρήνα). Ο πυρήνας περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη, την πυρηνική μεμβράνη, η οποία αποκαλείται και πυρηνικός φάκελος. Η διπλή πυρηνική μεμβράνη καθίσταται ορατή μόνο στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Ο πυρήνας είναι αρκετά μεγάλος σε σχέση με τα άλλα οργανίδια και έχει αρκετή οπτική πυκνότητα (δηλαδή φωτιζόμενος, προσφέρει αρκετή σκίαση), ώστε γίνεται εύκολα ορατός, σε σχετικά χαμηλές μεγεθύνσεις. Το σχήμα ενός πυρήνα είναι φακοειδές, σφαιρικό, ή ατρακτοειδές και η διάμετρός του είναι 5-10 μικρά για τα μεριστωματικά κύτταρα και μικρά για τα μεγάλα ώριμα κύτταρα. Ωστόσο στα μεριστωματικά κύτταρα, επειδή είναι πολύ μικρότερα από τα ώριμα, ο πυρήνας καταλαμβάνει, ποσοστιαία, το μεγαλύτερο χώρο στο κύτταρο. Στο φωτονικό μικροσκόπιο γίνονται, εύκολα, ορατές ορισμένες περιοχές μέσα στον πυρήνα με διαφορετική οπτική πυκνότητα, που με άλλη εστίαση φαίνονται φωτεινότερες και με άλλη σκοτεινότερες και ονομάζονται πυρηνίσκοι. Ένα δεύτερο χαρακτηριστικό του φυτικού κυττάρου είναι το χυμοτόπιο. Το χυμοτόπιο περιβάλλεται από μία μεμβράνη, η οποία λέγεται τονοπλάστης και χρησιμεύει ως «αποθήκη» χρήσιμων ή άχρηστων για το κύτταρο ουσιών. Η πιο συνηθισμένη και πολύ χρήσιμη ουσία που αποθηκεύει ένα χυμοτόπιο είναι το νερό. Εκτός από το νερό περιέχονται, διαλυμένα στο νερό, ανόργανα άλατα, σάκχαρα, υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες και χρωστικές (ανθοκυάνες). Και τα φυτικά και τα ζωικά κύτταρα περιβάλλονται από κυτταρική μεμβράνη. Στα φυτικά κύτταρα η κυτταρική μεμβράνη υπάρχει μέσα από το κυτταρικό τοίχωμα. Επειδή το κυτταρικό τοίχωμα είναι πολύ παχύτερο από την κυτταρική μεμβράνη, η τελευταία δεν είναι ορατή. Τα μεμβρανώδη συστήματα όπως και ο τονοπλάστης, δηλαδή η μεμβράνη του χυμοτοπίου, όσο και η κυτταρική μεμβράνη, δεν αποτελούν αδιαπέραστα φράγματα είναι ημιπερατές ρυθμίζουν το ποσό, το είδος και συχνά και την κατεύθυνση των ουσιών. Τα μόρια του νερού περνούν εύκολα δια μέσου αυτών των μεμβρανών ενώ τα διαλυμένα μόρια περνούν δύσκολα ή καθόλου. Το κυτταρικό τοίχωμα δεν είναι μεμβράνη και μπορούν να περνούν από μέσα του και μόρια διαλύτη και μόρια διαλυμένης ουσίας. Η μεμβράνη δεν είναι πραγματικά κολλημένη με το τοίχωμα, χάρις σε κάποια κολλητική ουσία, απλώς είναι σε πολύ στενή επαφή μαζί του. Η στενή επαφή οφείλεται στη σπαργή του κυττάρου. Ένα κύτταρο βρίσκεται σε σπαργή, όταν δεν έχει έλλειψη νερού. Αν κατορθώσουμε να το κάνουμε να χάσει νερό, θα χαλαρώσει και η επαφή μεταξύ κυτταρικού τοιχώματος και κυτταρικής μεμβράνης. Αυτό επιτυγχάνεται με πυκνό διάλυμα ζαχαρόνερο ή αλατόνερο, που θα προκαλέσει απώλεια νερού από τα κύτταρα (κυρίως από το χυμοτόπιο, που είναι η αποθήκη νερού του κυττάρου και έχει και πολύ μεγάλο όγκο, στον τύπο του κυττάρου που μελετάμε). Με τη συρρίκνωση (ζάρωμα) του πρωτοπλάστη (πρωτοπλάστης = κύτταρο κυτταρικό τοίχωμα), μπορούμε να παρατηρήσουμε την κυτταρική μεμβράνη, που «αποκολλήθηκε» από το κυτταρικό τοίχωμα. Με άλλα λόγια τα φυτικά κύτταρα τείνουν να συγκεντρώσουν σχετικά ισχυρά διαλύματα αλάτων στα χυμοτόπια τους. Έτσι απορροφούν νερό με την ώσμωση και δημιουργούν την εσωτερική τους υδροστατική πίεση (ή πίεση σπαργής ). Α.- ο πρωτοπλάστης βρίσκεται σε πολύ στενή επαφή με το κυτταρικό τοίχωμα. Β. σε σχετικά ισχυρό διάλυμα σακχάρου το νερό εξέρχεται από το κύτταρο στο διάλυμα και ο πρωτοπλάστης συρρικνώνεται ελαφρά. Γ. σε πολύ πυκνό διάλυμα σακχάρου το κύτταρο χάνει ακόμη μεγαλύτερη ποσότητα νερού και συρρικνώνεται ακόμη περισσότερο (κατάσταση πλασμόλυσης). 11

12 Στα πλαστίδια ανήκουν οι άχρωμοι αμυλοπλάστες, που βρίσκονται στα κύτταρα των ριζών, καρπών και αποτελούν αποθήκες αμύλου και άλλων ουσιών, καθώς επίσης οι χρωμοπλάστες, που περιέχουν χρωστικές και βρίσκονται στα άνθη, φύλλα, ρίζες, καρπούς και, ασφαλώς, οι χλωροπλάστες των πράσινων μερών του φυτού, που περιέχουν φωτοσυνθετικές πράσινες χρωστικές. Πολλές φορές τα φύλλα των φυτών παρουσιάζουν ερυθρό ή κυανό χρώμα που οφείλεται σε χρωστικές των χυμοτοπίων όπως είναι οι κατηγορία των ανθοκυανών. Τα πλαστίδια είναι υπεύθυνα για την φωτοσύνθεση, την αποθήκευση προϊόντων (π.χ. άμυλο), καθώς και για τη σύνθεση πολλών ουσιών, όπως λιπαρά οξέα και τερπένια. Έχουν τη δυνατότητα να διαιρούνται να διαφοροποιούνται ή να επαναδιαφοροποιούνται ανάμεσα σε πολλές μορφές που λαμβάνουν, ανάλογα με τον εκάστοτε ρόλο τους, ενώ δεν είναι δυνατό να δημιουργηθούν de novo, παρά μόνο από προϋπάρχοντα οργανίδια. Όλα τα πλαστίδια προέρχονται από τα προπλαστίδια τα οποία βρίσκονται στα μερισματικά μέρη του φυτού και μπορούν να εξελιχτούν στα εξής πλαστίδια, ανάλογα με τη μορφολογία και τη λειτουργία τους α) Χλωροπλάστες: για τη φωτοσύνθεση. β) Χρωμοπλάστες: για τη σύνθεση και αποθήκευση χρωστικών, γ) Λευκοπλάστες: για την αποθήκευση ουσιών και παραγωγή τερπενίων. Ανάλογα με τις ανάγκες που παρουσιάζονται στο φυτό τα πλαστίδια έχουν τη δυνατότητα να μετατρέπονται από τη μία μορφή στην άλλη, όμως οι μεταμόρφωση αυτή είναι μονόδρομοι : λευκοπλάστες χλωροπλάστες, χρωμοπλάστες χλωροπλάστες. Λευκοπλάστες: αφθονούν στο ενδοσπέρμιο, στις κοτυληδόνες των σπερματοφύτων, επίσης και στους κονδύλους της πατάτας. Ανάλογα με το περιεχόμενο τους χωρίζονται σε α) Αμυλοπλάστες: για την αποθήκευση αμύλου, συσσωρεύεται εκεί σε στρώσεις δημιουργώντας κόκκους (αμυλόκοκκους), β) Ελαιοπλάστες: για την αποθήκευση λίπους, γ) Πρωτεινοπλάστες: για την αποθήκευση και διαφοροποίηση πρωτεϊνών. Χρωμοπλάστες: στα φυτικά κύτταρα χρησιμεύουν για την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας για την φωτοσύνθεση και έχουν φωτοπροστατευτική δράση. Περιέχουν κρυστάλλους, ανθοκυάνες, καροτενοειδή (καροτένια & ξανθόφυλλα). Χλωροπλάστες: Υπάρχουν μόνο στα κύτταρα των πράσινων τμημάτων των φυτών. Στα οργανίδια αυτά γίνεται η φωτοσύνθεση. Οι χλωροπλάστες περιβάλλονται από διπλή στοιχειώδη μεμβράνη. Στο εσωτερικό τους υπάρχει μια ρευστή μάζα, το στρώμα, στο οποίο περιέχονται πεπλατυσμένα κυστίδια, τα θυλακοειδή, που στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο, ώστε να σχηματίσουν σωρούς, τα grana, στα οποία περιέχονται μόρια χλωροφύλλης. Υπάρχουν επίσης μεμονωμένες μεμβρανώδεις δομές, τα ελασμάτια, που συνδέουν τα grana μεταξύ τους. Στο στρώμα του χλωροπλάστη βρίσκεται και DNA, όπως επίσης ένζυμα και ριβοσώματα, που του επιτρέπουν να διαιρείται και να δίνει θυγατρικά οργανίδια, αλλά και να συνθέτει μερικές από τις πρωτεΐνες του, χωρίς να εξαρτάται ολοκληρωτικά από το γενετικό υλικό του πυρήνα. Τα μιτοχόνδρια υπάρχουν σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα (φωτοσυνθετικά και μη). Είναι οργανίδια της αερόβιας αναπνοής, στα οποία γίνεται μετατροπή των θρεπτικών στοιχείων σε ενέργεια που αξιοποιείται για τις διάφορες λειτουργίες του κυττάρου. Τα μιτοχόνδρια περιβάλλονται από διπλή μεμβράνη και έχουν ποικιλία σχημάτων και ο αριθμός τους μεταβάλλεται στους διάφορους τύπους κυττάρων. Η εξωτερική μεμβράνη είναι λεία, ενώ η εσωτερική παρουσιάζει αναδιπλώσεις προς το εσωτερικό του μιτοχονδρίου. Στις αναδιπλώσεις αυτές εντοπίζονται διάφορα ένζυμα. Όπως στους χλωροπλάστες, έτσι και στα μιτοχόνδρια ο χώρος μέσα από την εσωτερική μεμβράνη καλύπτεται από μια παχύρρευστη μάζα, τη μήτρα του μιτοχονδρίου. Στο στρώμα του υπάρχει DNA, ένζυμα και ριβοσώματα. Προετοιμασία νωπών παρασκευασμάτων και παρατήρηση των κυττάρων, πυρήνων, χυμοτοπίων και πλαστιδίων των φυτών. 12

13 1. Παρατήρηση κυττάρων και πυρήνων της άνω επιδερμίδας φυλλιδίου του φυτού Allium cepa κ. κρεμμύδι. Τα κύτταρα της επιδερμίδας του φυτού. 2. Προετοιμασία νωπών παρασκευασμάτων από την επιδερμίδα των πετάλων Roza sp. για την παρατήρηση στο μικροσκόπιο των χυμοτοπίων και των κυττάρων σε κατάσταση σπαργής και πλασμόλυσης. 3. Παρατήρηση χρωμοπλαστών σε κύτταρα του φυτού Lycopersicon esculentum κ. τομάτα. Ή Daucus carota κ. καρότο. 4. Παρατήρηση χλωροπλαστών στα καταφρακτικά κύτταρα και στομάτων σε επιδερμικά κύτταρα του φύλλου του φυτού Tradescantia sp. κ. Τηλέγραφος, ή Hedera helix κ. Κισσός 5. Παρατήρηση αμυλοκόκκων σε κύτταρα του κονδύλου του φυτού Solanum tuberosum κ. πατάτα. 6. Παρατήρηση προτεϊνοκόκκων σε κύτταρα των σπερμάτων του φυτού Triticum sp. κ. σιτάρι. Άσκηση 3. Ιστολογία: Στοιχεία ανατομίας των φυτών. Μετακίνηση του νερού. Μέτρηση υδατικού δυναμικού σε κύτταρα πατάτας. Στοιχεία ανατομίας των φυτών Τα ομοειδή κύτταρα συγκροτούν ένα λειτουργικός αρμονικό σύνολο. Ιστός το άθροισμα των ομοειδών κυττάρων που έχουν κοινή καταγωγή, δομή και λειτουργία. Ιστολογικά συστήματα μεγαλύτερη οργανωτική σχηματισμοί. Τα Ιστολογικά συστήματα των φυτών : Το σύστημα του θεμελιώδους ιστού, του δερματικού ιστού, και το σύστημα του αγωγού ιστού. Το σύστημα του θεμελιώδους ιστού: Παρέγχυμα, Κολλέγχυμα, Σκληρέγχυμα. Το σύστημα του δερματικού ιστού: Επιδερμίδα, Περίδερμα. Το σύστημα του αγωγού ιστού: Ξύλωμα, Φλοίωμα. θεμελιώδεις (και Μηχανικοί) ιστοί. Τα παρεγχυματικά κύτταρα (φλοιό και την εντεριώνη του βλαστού, στον φλοιό της ρίζας και το μεσόφυλλο.): ζωντανά με πρωτογενές τοίχωμα και πρωτόπλασμα με πολλά χυμοτόπια, στρογγυλά, επιμήκη, πολυγωνικά ή ακόμη και αστερόμορφα. Μεταξύ τους αφήνουν κενά, τους μεσοκυττάριους χώρους. Ένα σύνολο παρεγχυματικών κυττάρων αποτελεί 13

14 παρεγχυματικό ιστό ή παρέγχυμα. Ανάλογα με την λειτουργία του το παρέγχυμα διακρίνεται σε: α) αφομοιωτικό παρέγχυμα ή χλωρέγχυμα. β) αποταμιευτικό παρέγχυμα. γ) αερέγχυμα. δ) υδατέγχυμα. Σε μερικές περιπτώσεις τα παρεγχυματικά κύτταρα μπορούν να μετατραπούν σε μεριστωματικά. Στηρικτικός ιστός - η μηχανική στήριξη του φυτού και εν μέρει η προστασία των εσωτερικών ιστών. Διακρίνεται στο κολλέγχυμα (τα κολλεγχυματικά κύτταρα) και στο σκληρέγχυμα (σκληρεγχυματικά κύτταρα). Κολλεγχυματικά κύτταρα (κολλέγχυμα): κύτταρα ζωντανά με ανομοιόμορφη πάχυνση του κυτταρικού τους τοιχώματος. Η πάχυνση οφείλεται σε εναπόθεση πηκτίνης και κυτταρίνης, ως εκ τούτου έχει πλαστικότητα και ελαστικότητα και επιτρέπει την αύξηση των γειτονικών ιστών. Στα κολλεγχυματικά κύτταρα οφείλεται η στήριξη των οργάνων στα νεαρά και ποώδη φυτά. Συναντάται στον φλοιό του βλαστού, στους μίσχους των φύλλων κ.α. Σκληρέγχυμα (σκληρεγχυματικά κύτταρα): πιο εξειδικευμένος στηρικτικός ιστός από το κολλέγχυμα, κύτταρα με ομοιόμορφη πάχυνση του κυτταρικού τοιχώματος. Η σκληρότητα τους εξαρτάται από την ποσότητα της λιγνίνης που εναποτίθεται. Όταν η πάχυνση ολοκληρωθεί τα κύτταρα νεκρώνονται. (στους ξυλώδεις βλαστούς, στον φλοιό ή στον αγωγό ιστό). Ανάλογα με το σχήμα τους διακρίνονται : στα λιθώδη κύτταρα και τις σκληρεγχυματικές ίνες. Προστατευτικοί (δερματικοί ) ιστοί. Η επιδερμίδα (μονόστρωμη): τυπικά επιδερμικά κύτταρα, τα καταφρακτικά κύτταρα, τα επιδερμικά με τρίχες και μερικές φορές και αδενικά κύτταρα. Τα τυπικά επιδερμικά κύτταρα είναι ζωντανά, με μεγάλο χυμοτόπιο, χωρίς χλωροπλάστες, στενά ενωμένα μεταξύ τους και στην εξωτερική πλευρά προς το περιβάλλον σχηματίζουν πάχυνση που ονομάζεται εφυμενίδα (κηρώδεις ουσίες οι οποίες την καθιστούν αδιαπέραστη και προστατεύουν τους ιστούς του φυτού από την εξάτμιση). Τα καταφρακτικά κύτταρα ανά δύο σχηματίζουν τα στομάτια. Είναι κύτταρα ζωντανά, περιέχουν χλωροπλάστες, έχουν σχήμα νεφροειδές και ιδιόμορφες παχύνσεις. Οι παχύνσεις και οι χλωροπλάστες διευκολύνουν το άνοιγμα και το κλείσιμο των στοματίων, ούτως ώστε να εξυπηρετούνται οι λειτουργίες της διαπνοής, αναπνοής και φωτοσύνθεσης. Τα στόματα βρίσκονται στην κάτω επιδερμίδα των φύλλων συνήθως. Ο στοματικός πόρος, ανάλογα με την κατάσταση του συγκεκριμένου φύλλου, του συνόλου του φυτού και την ώρα της ημέρας μπορεί να είναι κλειστός, τελείως ανοικτός, ή σε κάποια ενδιάμεση κατάσταση. Ο αριθμός και το σχήμα τους διαφέρει ανάλογα με το είδος του φυτού. Το περίδερμα αντικαθιστά την επιδερμίδα κατά τη δευτερογενή ανάπτυξη του φυτού. Αγωγός ιστός Ο αγωγός ιστός αποτελείται από την ηθμώδη μοίρα ή φλοίωμα (μεταφέρει τις οργανικές ουσίες) και την αγγειώδη ή ξύλωμα (μεταφέρει το νερό με τα διαλυμένα σ αυτό άλατα). Η ηθμώδης μοίρα ή φλοίωμα αποτελείται α) από ηθμοσωλήνες β) σύνδρομα κύτταρα γ) σκληρεγχυματικές ίνες δ) παρεγχυματικά κύτταρα. Οι ηθμοσωλήνες αποτελούν τα κύρια 14

15 αγωγά στοιχεία. Είναι κύτταρα ζωντανά, χωρίς πυρήνα, με πρωτογενές κυτταρικό τοίχωμα, επιμήκη. Τα εγκάρσια τοιχώματα τους είναι διάτρητα με άφθονους πόρους και ονομάζονται ηθμώδεις πλάκες. Η αγγειώδης μοίρα ή ξύλωμα είναι σύνθετος ιστός και αποτελείται από αγγεία, τραχεΐδες, παρεγχυματικά κύτταρα και σκληρεγχυματικές ίνες. Τα αγγεία είναι νεκρά κύτταρα, ευρύτερης διατομής από τις τραχεΐδες. Οι τραχεΐδες είναι νεκρά κύτταρα, επιμήκη, με οξύληκτα άκρα. Η κίνηση του νερού. Η κίνηση του νερού είτε στα ζώντα συστήματα είτε στον αβιοτικό κόσμο γίνετε ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΑ ή ΠΑΘΗΤΙΚΑ και διέπεται από τρις βασικές αρχές : την * ογκώδη ροή. * διάχυση. * όσμωση. Ογκώδης ροή η κίνηση του νερού εξαιτίας των διαφορών στο δυναμικό ενέργειας του νερού (υδατικό δυναμικό). Η μαζική ροή, με κινητήρια δύναμη την πίεση, αποτελεί τον κυριότερο μηχανισμό μετακίνησης του νερού σε μεγάλες αποστάσεις μέσω των αγγείων του ξύλου. Διάχυση - Η κίνηση γίνεται κατά το μήκος μίας καθοδικής κλίσης συγκέντρωσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά συγκέντρωσης τόσο ταχύτερη είναι η διάχυση. Τα μόρια ή ιόντα της διαλυμένης ουσίας κινούνται από μια περιοχή μεγαλύτερης συγκέντρωσης προς μια άλλη με μικρότερη μέχρι να υπάρχει ομοιόμορφη κατανομή δυναμική ισορροπία. Σε αυτή την περίπτωση τα μόρια του νερού κινούνται από την περιοχή με την μικρότερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας προς την περιοχή με την μεγαλύτερη συγκέντρωση. Στην περίπτωση της διάχυσης υπάρχουν πάντα δυο κλίσεις συγκέντρωσης του διαλύτη και της διαλυμένες ουσίας. Κάθε μόριο κινείται ανεξάρτητα από τα άλλα. Ώσμωση - Η διάχυση του νερού ή μια καθαρή ροή νερού από ένα αραιότερο διάλυμα (με μικρότερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας) προς το πυκνότερο διάλυμα (με μεγαλύτερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας) μέσω ημιπερατής μεμβράνης. Για την ποσοτική εκτίμηση της ώσμωσης χρησιμοποιείται η Ωσμωτική πίεση Π που εκφράζεται σε μονάδες πίεσης και συμβολίζεται με την πίεση που θα έπρεπε να ασκηθεί εξωτερικά στο διάλυμα για να αποτραπεί η ώσμωση. Το υδατικό δυναμικό του κυττάρου: Το υδατικό δυναμικό - Ψ, (σε bar megapascal (MPa)) εκφράζει την ελεύτερη ενέργεια του νερού που εξαρτάται από την διαφορά του υδατικού δυναμικού του περιβάλλοντος (Ψπερ.) και του κυττάρου (Ψκυτ), και δείχνει την ικανότητα ενός κυττάρου να απορροφήσει νερό από το περιβάλλον (απορροφητική δύναμη). Το υδατικό δυναμικό του κυττάρου και η φορά του νερού μεταβάλλονται α) από την παρουσία των διαλυμένων ουσιών (ωσμωτική πίεση). Η υψηλή συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών σημαίνει την μείωση του υδατικού δυναμικού και την αύξηση της απορροφητικής δύναμης του κυττάρου. β) από την συγκέντρωση του νερού (υδροστατική πίεση) που τείνει να αυξήσει το υδατικό δυναμικό του κυττάρου με αποτέλεσμα να μειώσει η απορροφητική δύναμη του, γ) από τη βαρύτητα. Υπολογίζεται από τον τύπο - Ψ = m i R T όπου m η μοριακότητα του διαλύματος ή το άθροισμα των μοριακών συγκεντρώσεων των επί μέρους διαλυμένων ουσιών (Σc), i ο βαθμός ιονισμού της διαλυμένης ουσίας, R 0,082 L atm/mole K, η παγκόσμια σταθερά των αερίων, T θερμοκρασία σε βαθμούς Kelvin. Ως μονάδα πίεσης χρησιμοποιείται το MPa (Mol. L-1 * L* MPa mol -1 K-1 * Κ ) Mpa (Mega Pascal), (1 MPa= 9.87 At = 10 bars. ) Το νερό κινείται από μια περιοχή με μεγαλύτερο υδατικό δυναμικό (μικρότερη συγκέντρωση διαβλημένης ουσίας) σε μια άλλη με μικρότερο υδατικό δυναμικό (μεγαλύτερη συγκέντρωση διαβλημένης ουσίας), ανεξάρτητα από την αιτία που προκάλεσε αυτή τη διαφορά δυναμικού. Αυτό ισχύει σε όλα το υδατικό συνεχές έδαφος φυτό ατμόσφαιρα, εκτός από την περίπτωση των ξυλωδών αγγείων, οπού οι κλιμακώσεις 15

16 του υδατικού δυναμικού δεν μπορούν πάντα να προβλέψουν την κατεύθυνση του νερού. Το υδατικό δυναμικό του καθαρού νερού σαφώς είναι μηδέν και του υδατικού διαλύματος μικρότερο του μηδέν δηλαδή θα έχει αρνητική τιμή. Για το υπολογισμό της ώσμωσης γίνεται σύγκριση του Ψ ανάμεσα σε δύο διαλύματα και χρησιμοποιείται η παρακάτω ονοματολογία: Ισοτονικά διαλύματα: Τα διαλύματα έχουν ίδιο Ψ. Υπερτονικό διάλυμα: Το διάλυμα με το χαμηλότερο Ψ. Υποτονικό διάλυμα: Το διάλυμα με το υψηλότερο Ψ. Η πορεία του νερού από το έδαφος ως το ξύλωμα. Η κίνηση του νερού στα αγγεία. Η συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών στο εδαφικό διάλυμα είναι πολύ μικρή έχει μικρή ωσμωτική πίεση, περίπου 0,01ΜΡa, (εξαιρούνται τα αλατούχα εδάφη ). Όσον αφορά το Ψ του εδάφους, τελικά, εξαρτάται από υδροστατική πίεση, Ρ, δηλαδή από την ποσότητα νερού στο έδαφος. Ενώ τα φυτικά κύτταρα έχουν την τάση να συσσωρεύουν ουσίες στα χυμοτόπια τους και έτσι τα φυτά δημιουργούν διαφορές πίεσης, αποκαθιστώντας διαφορές δυναμικού, που και προκαλούν την μετακίνηση του νερού από το έδαφος στην ρίζα με ώσμωση. Η ενεργή πρόσληψη του νερού γίνεται κυρίως από την περιοχή της ρίζας με τα ριζικά τριχίδια (η περιοχή πάνω από τη ζώνη επιμήκυνσης). Από εκεί και πέρα το νερό θα προχωρήσει προς το εσωτερικό της ρίζας μέσου του αποπλάστη (αποπλασματική κίνηση) χωρίς να εισέλθει στο κύτταρο φθάνοντας στα κύτταρα της ενδοδερμίδας, που περιβάλουν την κεντρική στήλη των αγγείων της ρίζας, και των οποίων τα επικλινή τοιχώματα είναι εμποτισμένα με μια λιπόφιλη ουσία σουβερίνη (ταινία Caspary). Υποχρεωτικά το νερό περνά μέσα από τα κύτταρα αυτά (συμπλασματική κίνηση) για να περάσει στην κεντρική στήλη. Η εκλεκτική πρόσληψη από το έδαφος των απαραίτητων ιόντων και η τελική άφιξή τους στα αγγεία της ρίζας αυξάνει τοπικά τη συγκέντρωση τους, άρα αυξάνει την ωσμωτική πίεση του νερού των αγγείων και μειώνει το Ψ, επομένως, το νερό εισέρχεται στα αγγεία από τα παρακείμενα κύτταρα, αυξάνοντας την υδροστατική πίεση στην βάση των αγγείων. Τώρα αν η υψηλή υδροστατική πίεση στη βάση των αγγείων συνοδεύεται από χαμηλότερη πίεση σε υψηλότερο σημείο του αγωγού συστήματος μπορεί να προκαλέσει μαζική ροή του νερού προς τα πάνω. Η μεταφορά του νερού μέσο των αγγείων του φυτού «ταυτίζεται» με τριχοειδείς σωλήνες, χωρίς να ληφθούν υπ οψιν ο μηχανισμούς εισόδου και εξόδου του νερού. Διαπνοή. Είναι η απώλεια νερού από τα φυτά και βασικά από τα στόματα με μορφή υδρατμών. Το νερό στα αγγεία βρίσκεται υπό αρνητική πίεση που σχετίζεται με την διαπνοή των φύλλων. Το νερό που εμποτίζει τα κυτταρικά τοιχώματα εξατμίζεται προς τους ελεύθερους εσωτερικούς χώρους του φύλλου και εξέρχεται δια μέσου των στομάτων σε αέρια κατάσταση (υδρατμοί). Μικροσκοπικές παρατηρήσεις των έτοιμων παρασκευασμάτων με την ανατομική διάπλαση βλαστού, ρίζας, φύλλου. Μέτρηση υδατικού δυναμικού σε κύτταρα πατάτας. Τα μεμβρανώδη συστήματα δεν αποτελούν αδιαπέραστα φράγματα είναι ημιπερατές ρυθμίζουν το ποσό, το είδος και συχνά και την κατεύθυνση των ουσιών. Τα μόρια του νερού περνούν εύκολα δια μέσου αυτών των μεμβρανών ενώ τα διαλυμένα μόρια περνούν δύσκολα ή καθόλου. Έτσι ζωντανή κυτταρική μεμβράνη έχει εκλεκτική διαπερατότητα, δηλαδή επιτρέπει τη δίοδο ορισμένων ουσιών και άλλων όχι. Εκμεταλλευόμενοι αυτήν την ιδιότητά της και το γνωστό από τη φυσική φαινόμενο της ώσμωσης, μπορούμε να προκαλέσουμε μικρή ή έντονη απώλεια νερού του κυττάρου και να το φέρουμε σε αρχικό ή τελικό στάδιο πλασμόλυσης, αντίστοιχα. 16

17 Υλικά: Κόνδυλοι πατάτας. Σακχαρόζη. Απιονισμένο νερό. Φελλοτρυπητήρας. Ογκομετρικοί κύλινδροι. Ζυγός ακριβείας. Μαχαίρι. Διαδικασία : 1. Παρασκευάζουμε 8 διαλύματα σακχαρόζης των 100 ml συγκέντρωσης από 0 (χωρίς σακχαρόζη), 0.1, 0.15, 0.2, 0.25, 0.3, 0.4, 0.5 Μ. Για να παρασκευαστεί ένα διάλυμα σακχαρόζης που έχει συγκέντρωση 1Μ χρειάζεται να διαλυθούν 342 γραμμάρια σε 1000 ml νερό. 2. Με το φελλοτρυπητήρα 8 κυλίνδρους από τις πατάτες μήκος περίπου 3 4 cm., και τοποθετούνται σε βρεγμένο απορροφητικό χαρτί για να διατηρηθεί η υγρασία τους. 3. Κάθε κύλινδρος κόβεται με μαχαίρι σε φέτες πάχους περίπου 2 mm. 4. Σε κάθε ένα διάλυμα τοποθετούνται φέτες από 1-10 κυλίνδρους κονδύλου πατάτας αφού πρώτα ζυγιστούν (αρχικό βάρος). 5. Οι φέτες της πατάτας πρέπει να παραμένουν στο διάλυμα τουλάχιστον 1-1 ½ ώρα. 6. Οι φέτες αφαιρούνται από το διάλυμα, τοποθετούνται επάνω σε χαρτί και κατόπιν ζυγίζονται (τελικό βάρος). Υπολογίστε το υδατικό δυναμικό των κυττάρων της πατάτας, με βάση το παραπάνω τον τύπο. Αποτελέσματα. Συμπληρώστε τον πίνακα που ακολουθεί και υπολογίστε την απόλυτη και την % μεταβολή του βάρους των κονδύλων της πατάτας. Συγκέντρωση Αρχικό βάρος Τελικό βάρος Μεταβολή Ποσοστιαία δια/τος σακχαρόζης κονδύλου Κονδύλου. βάρους μεταβολή (Γραμμάρια). (Γραμμάρια). (τελικό του βάρους (Μ) gr αρχικό) (%) , 1 3,42 0,2 6,84 0,25 8,55 0,3 10,26 0,4 13,68 0,5 17,1 Άσκηση 4. Μορφολογικά χαρακτηριστικά των φυτών. Μελέτη της μορφολογίας ανθέων, σπερμάτων και καρπών των Αγγειοσπέρμων φυτών. Τα όργανα των φυτικών οργανισμών διακρίνονται σε δυο βασικές κατηγορίες: 1. Βλαστικά ρίζα, βλαστός, φύλλα που προσφέρουν αύξηση, στήριξη, ανάπτυξη, συντήρηση. 2. Αναπαραγωγικά άνθη, καρποί, σπέρματα. 17

18 Θεμελιώδη όργανα και αναπτυξιακές περιοχές ενός νεαρού ξυλώδους φυτού. Από Ray και συν 1983 Α Β Γ Μορφές φύλλων: Α Απλό. Β Σύνθετο (Πτεροειδές) φύλλο, Γ μονοκότυλο με παράλληλη νεύρωση και χαρακτηριστικό κολεό που περιβάλει το βλαστό. Από Ray και συν Τα βασικά μέρη των ανθέων των σπερματόφυτων φυτών. 18

19 1 2 Τα ανθικά μέρη του φυτού. Η δομή, το σχήμα και το σχέδιο των διάφορων ανθικών τύπων ποικίλει και σχετίζεται με το πληθυσμό επικονιαστών. Χιλιάδες φυτικών ειδών τα άνθη τους έχουν σημαντικά τροποποιηθεί. Αυτά βασίζονται στον άνεμο ως παράγοντα μεταφοράς γύρις. Σπέρματα κατασκευή που περιέχει το φυτικό έμβρυο το οποίο αναπτύχθηκε από το γονιμοποιημένο ωάριο (σπερματική βλάστη), το ζυγωτό. Το σπέρμα είναι μια μικρογραφία ενός νέου φυτού, καλυμμένο με ένα ισχυρό περίβλημα. Έχει και τις απαραίτητες θρεπτικές ουσίες και τους μηχανισμούς για την διαδικασία της βλάστησης. 1 2 Ο σπόρος των Ψυχανθών, (δικότυλων φυτών 1) αποτελείται από το έμβρυο και το περίβλημα του σπόρου. Το περίβλημα αποτελεί το εξωτερικό μέρος του σπόρου και περιβάλλει το έμβρυο σε όλη του την έκταση. Στο περίβλημα διακρίνει εξωτερικά, το ίχνος του ομφαλικού ιμάντα ή μάτι, τη μικροπύλη και τη ραφή. Στους καρπός μονοκότυλων φυτών (που στην περίπτωση των σιτηρών αποτελεί και το σπόρο καρύοψη), το έμβρυο και ενδοσπέρμιο γεμίζουν την κοιλότητα της ωοθήκης και συμφύονται με το περικάρπιο, δηλαδή το περικάρπιο συμφύεται με το σπέρμα. Ταξινόμηση καρπών Απλοί καρποί Απλοί χαρακτηρίζονται οι καρποί που προέρχονται από έναν ύπερο με ένα ή περισσότερα καρπόφυλλα. Ι. Σαρκώδεις καρποί 1. Ράγα. Όλα τα στρώματα του καρπού είναι σαρκώδη. Οι ράγες είναι πολύσπερμες και ο φλοιός των σπερμάτων είναι σκληρός. Στον σχηματισμό της μπορούν να συμμετέχουν και οι 19

20 πλακούντες (τομάτα) ή οι ιστοί της ανθοδόχης (κολοκυνθώδη ) ή οι βάσεις των σεπάλων και των στημόνων (μπανάνα), οπότε είναι ψευδείς καρποί. Στις ράγες υπάγεται και ο καρπός των εσπεριδοειδών (εσπερίδιο). 2. Δρύπη. Το εξωκάρπιο και το μεσοκάρπιο είναι σαρκώδη, ενώ το ενδοκάρπιο είναι σκληρό και ξυλώδες (πυρήνας). Δρύπη έχουν τα πυρηνόκαρπα. Στο αμύγδαλο το εξωκάρπιο και μεσοκάρπιο γίνονται δερματώδη και αποχωρίζονται από το ενδοκάρπιο. Δρύπη χαρακτηρίζεται και ο καρπός των γιγαρτοκάρπων (μήλο, αχλάδι). Σ αυτά το ενδοκάρπιο είναι περγαμηνές. ΙΙ. Ξηροί καρποί Α. Διαρρηκτοί καρποί 1. Λοβός ή χέδρωπας. Προέρχεται από ύπερο με ένα καρπόφυλλο μέσα στο οποίο αναπτύσσονται τα σπέρματα σε δύο σειρές. Έχει δύο ραφές κατά μήκος των οποίων ανοίγει όταν ωριμάσει. Μερικοί λοβοί είναι αδιάρηκτοι π,χ, τριφύλλι. Λοβό έχουν τα ψυχανθή. 2. Θύλακας. Προέρχεται από ωοθήκη με ένα καρπόφυλλο π.χ. Delphnium, Manolia. 3. Κάψα. Προέρχεται από ωοθήκη με δύο τουλάχιστον καρπόφυλλα. Ανάλογα με τον τρόπο διάρρηξης χωρίζεται σε διάφορες κατηγορίες. Κάψα έχουν η πασχαλιά, παπαρούνα κ.α. 4. Κέρας. Ο καρπός σχηματίζεται από ωοθήκη με δύο καρπόφυλλα που ενώνονται στις άκρες τους. Ανάμεσα τους υπάρχει ψευδοδιάφραγμα πάνω στο οποίο σχηματίζονται τα σπέρματα. Π.χ. Σταυρανθή (Cruciferae) B. Αδιάρηκτοι καρποί 1. Κάρυο. Το περικάρπιο είναι ξηρό δερματώδες έως ξυλώδες (λεπτοκαρυά). Μερικές φορές φέρει εξαρτήματα για την διασπορά, όπως τρίχες (σύνθετα) ή αεροφόρους σάκους (σκλήθρο). Διακρίνεται σε: α) καρύοψη. Το περγαμηνοειδές περικάρπιο συμφύεται με τον φλοιό του σπέρματος. π.χ. σιτηρά. β) αχαίνιο. Το δερματώδες περικάρπιο και ο ανθικός άξονας ενώνονται με τον φλοιό του σπέρματος. Τα κάρυα πολλές φορές αποτελούν επιμέρους καρπούς σύνθετων καρπών, όπως στην καστανιά και την οξυά. 2. Σαμάρα. Μπορεί να έχει διπλή συμμετρική κατασκευή όπως στον σφένδαμο. Σύνθετοι καρποί Οι σύνθετοι καρποί προέρχονται από ένα άνθος, όπως και οι απλοί, το οποίο όμως έχει πολλούς υπέρους. Οι επιμέρους καρποί μπορεί να είναι κάρυα ή δρύπες. Στους καρπούς της φράουλας, τριανταφυλλιάς, συκιάς, καστανιάς οι επιμέρους καρποί είναι κάρυα. Στο φυτό φράουλα ο καρπός προέρχεται από ένα άνθος με απόκαρπες ωοθήκες, που συγκρατούνται πάνω στον ταξιανθικό άξονα. Το εδώδιμο μέρος είναι ο διογκωμένος ανθικός άξονας και στην εξωτερική του επιφάνεια έχει τα κάρυα. Στην καστανιά και την οξυά ο σύνθετος καρπός αποτελείται από δύο έως τρία κάρυα, που συγκρατούνται από λεπιοειδή περιβλήματα. Στους καρπούς του βατόμουρου κλπ. οι επιμέρους καρποί που δημιουργούνται είναι δρύπες. Παρατήρηση της δομής των ανθέων από φυτά διαφόρων ταξινομικών ομάδων φυτών. Μελέτη των μορφολογικών χαρακτηριστικών των καρπών. Παρατήρηση της δομής των σπερμάτων από φυτά διαφόρων ταξινομικών ομάδων δικότυλων και μονοκότυλων φυτών. Άσκηση 5. Ιστολογία. Οι ιστοί ζωικών οργανισμών. Παρατήρηση των πυρήνων του ζωικού κυττάρου. Κλασμάτωση κυττάρου. Φυγοκέντρηση. Γενικά η επιστήμη που εξετάζει τους ιστούς λέγεται Ιστολογία 20

21 Επιθηλιακός ιστός: Ο ρόλος του ιστού είναι κυρίως προστατευτικός. Απομακρύνει επίσης βλέννα και σκόνη και επιτρέπει τη διάχυση και την απορρόφηση ουσιών. Επίσης, συμβάλει στην παραγωγή και στην έκκριση προϊόντων. Ο επιθηλιακός ιστός αποτελείται από κύτταρα στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους, που σχηματίζουν επιφάνειες, οι οποίες καλύπτουν εξωτερικά το σώμα ή επενδύουν εσωτερικά διάφορες κοιλότητες. Τα επιθηλιακά κύτταρα έχουν ποικίλη μορφολογία. Νευρικός ιστός: αποτελεί την βάση του νευρικού συστήματος - το σύστημα επικοινωνίας του σώματος. Αποτελείται από εξειδικευμένα κύτταρα ή νευρώνες που μεταφέρουν την πληροφορία μέσα στον οργανισμό. Ερειστικός ιστός: ή συνδετικός ιστός, ιστός έχει στηρικτικό ρόλο, καθώς επίσης, συνδέει δομές μεταξύ τους και προσδίδει επιπρόσθετη προστασία. Αποτελείται από κύτταρα που βρίσκονται σε άφθονη μεσοκυττάρια ουσία. Η μεσοκυττάρια ουσία είναι γνωστή να περιέχει 2 τύπους πρωτεϊνικών ινιδίων, τα ινίδια κολλαγόνου, τα οποία προσφέρουν στη μεσοκυττάρια ουσία αντοχή και ελαστικότητα, και ελαστίνης, τα οποία αποδίδουν περισσότερη ελαστικότητα. Χόνδρινος Ιστός: Ο χόνδρινος ιστός χαρακτηρίζεται ως συμπαγής, αλλά και εύκαμπτος. Τα κύτταρα του (Χονδροβλάστες) και ίνες κολλαγόνου βρίσκονται σε κοιλότητες της μεσοκυττάριας ουσίας του. Ο ιστός αυτός συναντάται στους αρθρικούς χόνδρους, πτερύγιο του αυτιού και μεσοσπονδύλιους δίσκους. Οστίτης Ιστός: συναντάται αποκλειστικά στα οστά και αποτελείται από εξαιρετικά σκληρή μεσοκυττάρια ουσία. Η ουσία αυτή περιέχει, στης κοιλότητες της, ινίδια κολλαγόνου και άλατα, αλλά και τα κύτταρα του οστίτη ιστού (οστεοκύτταρα). Αίμα: από πολλούς ερμηνευτές θεωρείται ως ιδιαίτερος τύπος χαλαρού συνδετικού ιστού, ο οποίος αποτελείται από 3 είδη κυττάρων: α) Τα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα οποία αποσκοπούν στη μεταφορά οξυγόνου. β)τα λευκά αιμοσφαίρια, τα οποία συμβάλλουν στην ενίσχυση της άμυνας του οργανισμού. γ) Τα αιμοπετάλια, κύρια λειτουργία των οποίων αποτελεί η πήξη του αίματος, σε περίπτωση ανοιχτής πληγής. Επίσης, ως μεσοκυττάρια ουσία σε αυτή την περίπτωση θεωρείται το πλάσμα του αίματος. Μυϊκός ιστός: Ο μυϊκός ιστός αποτελείται από κύτταρα με σχετικά μεγάλο μήκος, που ονομάζονται μυϊκές ίνες. Είναι εξειδικευμένος για συσπάσεις και παραγωγή δύναμης. Χάρη στην ικανότητα των μυϊκών ινών να συστέλλονται, επιτυγχάνονται οι διάφορες κινήσεις των ζωικών οργανισμών. Στηρίζεται στην λειτουργία του μηχανισμού δύο ινωδών πρωτεϊνών της μυοσίνης και της ακτίνης. Στον άνθρωπο διακρίνουμε τρεις τύπους μυϊκού ιστού: το σκελετικό (απαντάται στους γραμμωτούς ή σκελετικούς μυς), τον καρδιακό (μυϊκός ιστός της καρδιάς) και τον λείο (απαντάται στο τοίχωμα των αγγείων και των σπλάχνων). Παρατήρηση των πυρήνων του ζωικού κυττάρου μετά από σπάσιμο των κυττάρων και κλασμάτωση του εκχυλίσματος με φυγοκέντρηση. Η μελέτη των δομικών στοιχείων του κυττάρου ειδικά των πολυκύτταρων οργανισμών, ακόμα, τις επιδράσεις ορισμένων εξωτερικών παραγόντων, προϋποθέτει την απομόνωση την διάσπαση και τον διαχωρισμό των κυττάρων. 21