Άσκηση 3: Ζωικό Φυτικό κύτταρο

Άσκηση 3: Ζωικό Φυτικό κύτταρο Σύνοψη Σκοπός της άσκησης είναι η μελέτη της δομής του ζωικού και του φυτικού κυττάρου και η κατανόηση των μεταξύ τους διαφορών. Στο εισαγωγικό μέρος παρουσιάζονται τα δομικά χαρακτηριστικά του τυπικού ευκαρυωτικού κυττάρου και γίνεται αναφορά στη λειτουργία των υποκυτταρικών οργανιδίων. Οι βασικές διαφορές ζωικών και φυτικών κυττάρων συζητούνται και παρουσιάζονται σε φωτογραφίες και σχήματα. Το πρακτικό μέρος αφορά στην παρατήρηση τυπικών φυτικών και ζωικών κυττάρων σε μόνιμα και προσωρινά παρασκευάσματα (κύτταρα κρεμμυδιού, παρεγχυματικά κύτταρα σε εγκάρσιες τομές φύλλων, επιθηλιακά κύτταρα κ.λπ.). Επιπλέον, δίνονται πληροφορίες για την παρατήρηση εξειδικευμένων φυτικών κυττάρων και σχηματισμών, όπως τα στόματα και τα τριχώματα στην επιδερμίδα των φύλλων (σε παρασκευάσματα φύλλων γερανιού, ελιάς κ.λπ.) και ζωικών κυττάρων (νευρικά και μυϊκά κύτταρα) με σκοπό να κατανοήσει ο φοιτητής τη σχέση δομής και λειτουργίας. Προαπαιτούμενη γνώση Από το βιβλίο των Campbell, N.,A., & Reece, J. B. (2010), Βιολογία (τόμος Ι), Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, ISBN:978-960-524-306-7, ο φοιτητής θα πρέπει να ανατρέξει στο Κεφάλαιο 6: Περιήγηση στο κύτταρο. 1. Εισαγωγικό μέρος 1.1. Δομή του ευκαρυωτικού κυττάρου: Ζωικό Φυτικό κύτταρο Τα διάφορα είδη ευκαρυωτικών κυττάρων παρουσιάζουν μεγάλες ομοιότητες ως προς τη χημική τους σύσταση και τις πολύπλοκες βιοχημικές διεργασίες που επιτελούν. Ωστόσο, παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία ως προς το μέγεθος, το σχήμα και τις εσωτερικές τους δομές. Στον άνθρωπο, για παράδειγμα, υπάρχουν 100 περίπου διαφορετικά είδη κυττάρων. Καθένα έχει τη δική του χαρακτηριστική μορφή και επιτελεί μία συγκεκριμένη λειτουργία. Κάποια έχουν επίμηκες σχήμα και δυνατότητα συστολής (μυϊκά κύτταρα), άλλα είναι πλατιά και έχουν καλυπτήριο ρόλο (πλακώδη επιθηλιακά κύτταρα), άλλα έχουν λεπτές προεκτάσεις με τις οποίες μπορούν να μεταβιβάζουν και να δέχονται μηνύματα (νευρικά κύτταρα), άλλα διαθέτουν μαστίγιο που επιτρέπει τη γρήγορη κίνησή τους (σπερματοζωάρια) κ.ο.κ. Όλα αυτά τα διαφορετικά κύτταρα έχουν προκύψει από το ίδιο αρχικό κύτταρο, το γονιμοποιημένο ωάριο (διαφοροποίηση των κυττάρων). Επιπρόσθετα, χάρη στο ηλεκτρονιακό μικροσκόπιο και τις σύγχρονες μεθόδους βιοχημικής ανάλυσης γνωρίζουμε σήμερα ότι τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν πολύπλοκη εσωτερική οργάνωση. Στο εσωτερικό τους υπάρχει ένα πλήθος διαφορετικών δομών που ονομάζονται οργανίδια, καθένα από τα οποία επιτελεί διαφορετική λειτουργία. Ανεξάρτητα από τον τύπο και την προέλευση των κυττάρων, τα κυτταρικά οργανίδια είναι πάντοτε παρόντα. Μιτοχόνδρια, για παράδειγμα, υπάρχουν σε όλα τα κύτταρα. Η μόνη διαφορά που μπορεί να παρατηρηθεί είναι στον αριθμό και στη μορφή των κυτταρικών οργανιδίων. Τα μυϊκά κύτταρα της καρδιάς, π.χ., έχουν περισσότερα μιτοχόνδρια με πολλές πτυχές (ή ελάσματα), συγκριτικά με κύτταρα που έχουν λιγότερο έντονο μεταβολισμό. Περισσότερο ουσιαστικές διαφορές στα κυτταρικά οργανίδια υπάρχουν μεταξύ ζωικών και φυτικών κυττάρων. Είναι επομένως δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να γίνει μια ολοκληρωμένη παρουσίαση του ευκαρυωτικού κυττάρου με βάση μόνο ένα σχήμα ή μία περιγραφή. Για τον λόγο αυτό οι βιολόγοι καταφεύγουν συνήθως στην περιγραφή ενός, ουσιαστικά ανύπαρκτου, κυττάρου που ονομάζουν «τυπικό κύτταρο». Ένα κύτταρο δηλαδή, το οποίο συγκεντρώνει όλα τα κοινά γνωρίσματα. 1.2. Το ζωικό κύτταρο Στην Εικόνα 3.1 απεικονίζονται τα δομικά χαρακτηριστικά του τυπικού ζωικού κυττάρου. Το κύτταρο περιβάλλεται από την πλασματική (κυτταρική) μεμβράνη, η οποία αποτελεί τα όρια του κυττάρου και διατηρεί τις στοιχειώδεις διαφορές μεταξύ του εσωτερικού του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Στο εσωτερικό του κυττάρου διακρίνονται τα διάφορα οργανίδια, μεταξύ των οποίων εξέχουσα θέση κατέχει ο πυρήνας που περιέχει το γενετικό υλικό (DNA). Το DNA οργανώνεται μαζί με πρωτεΐνες σε δομές - 41 -

που ονομάζονται χρωμοσώματα. Στο μη-διαιρούμενο κύτταρο τα χρωμοσώματα δεν είναι ορατά ως ανεξάρτητοι σχηματισμοί, αλλά έχουν τη μορφή ενός διάχυτου δικτύου ινιδίων που καλείται χρωματίνη. Στον πυρήνα μπορούμε επίσης να διακρίνουμε έναν ή περισσότερους πυρηνίσκους. Στον πυρηνίσκο είναι εντοπισμένο το τμήμα του DNA που φέρει τις πληροφορίες για το ριβοσωμικό RNA (rrna). Εδώ γίνονται οι διεργασίες που σχετίζονται με την παραγωγή και συγκρότηση των ριβοσωμάτων. Ο πυρήνας περιβάλλεται από την πυρηνική μεμβράνη ή πυρηνικό φάκελο, που αποτελείται από δύο στοιχειώδεις μεμβράνες, μία εσωτερική και μία εξωτερική. Το μεγαλύτερο μέρος της μεταβολικής δραστηριότητας του κυττάρου συμβαίνει στο κυτόπλασμα (ή κυτταρόπλασμα) που παρεμβάλλεται μεταξύ του πυρήνα και της πλασματικής μεμβράνης (Εικ. 3.1). Ο χώρος του κυτοπλάσματος είναι γεμάτος από ένα πολυδαίδαλο σύνολο μεμβρανικών αγωγών που καλείται ενδοπλασματικό δίκτυο (ΕΔ). Στις μεμβράνες του δικτύου αυτού εδράζονται ένζυμα που συμμετέχουν σε διάφορες βιοχημικές αντιδράσεις. Οι μεμβράνες του ΕΔ εμφανίζονται συχνά συνδεδεμένες με την πλασματική μεμβράνη, τον πυρηνικό φάκελο ή τις μεμβράνες των υπόλοιπων οργανιδίων. Λόγω των συνδέσεων αυτών, το ΕΔ μπορεί να λειτουργεί ως ένας κοινός αγωγός που επιτρέπει τη μεταφορά ουσιών μεταξύ των διαφόρων τμημάτων του κυτοπλάσματος, και ίσως μεταξύ του πυρήνα και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Στο ηλεκτρονιακό μικροσκόπιο το ΕΔ παρουσιάζεται με δύο μορφές: το αδρό και το λείο ΕΔ Το αδρό ΕΔ φέρει στην εξωτερική επιφάνεια των μεμβρανών του ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα είναι μικροί, μη-μεμβρανικοί σχηματισμοί που συγκροτούνται από rrna και πρωτεΐνες και αποτελούν τα εργοστάσια παραγωγής των πρωτεϊνών. Πληθώρα ριβοσωμάτων υπάρχουν όχι μόνο στην επιφάνεια των μεμβρανών του αδρού ΕΔ αλλά και ελεύθερα στο κυτόπλασμα. Οι πρωτεΐνες που συντίθενται στα ριβοσώματα του αδρού ΕΔ εισέρχονται στο εσωτερικό των αγωγών. Εκεί ενδέχεται να υποστούν τροποποιήσεις (π.χ. προσθήκη σακχάρων). Το λείο ΕΔ αν και αποτελεί συνέχεια του αδρού διαφέρει από αυτό γιατί δεν φέρει ριβοσώματα και γιατί έχει περισσότερο σωληνοειδή μορφή. Η λειτουργία του σχετίζεται με τη σύνθεση λιπιδίων και την εξουδετέρωση τοξικών ουσιών. Η συσκευή Golgi αποτελεί έναν ακόμα τύπο μεμβρανικών οργανιδίων που απαντούν στο κυτόπλασμα. Κάθε συσκευή (ή αλλιώς σύμπλεγμα) Golgi αποτελείται από ομάδες παράλληλων πεπλατυσμένων ασκών από στοιχειώδη μεμβράνη. Στο οργανίδιο αυτό συγκεντρώνονται και επεξεργάζονται οι πρωτεΐνες που παράγονται στο ΕΔ. Ειδικότερα, οι πρωτεΐνες που έχουν παραχθεί στο ΕΔ συγκεντρώνονται και κλείνονται σε κυστίδια, τα οποία αποκόπτονται από το ΕΔ και συγχωνεύονται με τις μεμβράνες του συμπλέγματος Golgi. Εκεί υποβάλλονται σε τελική χημική επεξεργασία και αφού πακεταριστούν σε κυστίδια μεταφέρονται σε άλλα σημεία του κυττάρου ή εκκρίνονται από το κύτταρο με τη διαδικασία της εξωκυττάρωσης. Προκειμένου να διατηρήσει το κύτταρο τη δομή και τη λειτουργικότητά του χρειάζεται συνεχή παραγωγή ενέργειας. Τα οργανίδια του κυττάρου που εξειδικεύονται στην μετατροπή της εξωτερικής ενέργειας σε χρησιμοποιήσιμη μορφή ενέργειας είναι τα μιτοχόνδρια. Πρόκειται για οργανίδια που περιβάλλονται από δύο στοιχειώδεις μεμβράνες, μία εξωτερική και μία εσωτερική με πτυχές (Εικ. 3.1). Στα μιτοχόνδρια επιτελείται η οξειδωτική φωσφορυλίωση, δηλαδή η παραγωγή χημικής ενέργειας (υπό μορφή ΑΤΡ) από την οξείδωση της γλυκόζης και των λιπαρών οξέων. Άλλα οργανίδια του κυττάρου που περιβάλλονται από απλή στοιχειώδη μεμβράνη είναι: τα λυσοσώματα, που περιέχουν υδρολυτικά ένζυμα που βοηθούν στην πέψη μεγαλομοριακών ουσιών ενδοκυτταρικής ή εξωκυτταρικής προέλευσης, τα υπεροξεισώματα, στα οποία επιτελούνται διάφορες μεταβολικές διεργασίες με τη βοήθεια εξειδικευμένων ενζύμων που περιέχονται σ αυτά, και τα κενοτόπια, μία κατηγορία κυστιδίων που συμμετέχουν σε πλήθος μεταβολικών ή αποθηκευτικών λειτουργιών. Στους μη μεμβρανικούς σχηματισμούς στο εσωτερικό του κυττάρου συγκαταλέγονται οι μικροσωληνίσκοι και τα μικροϊνίδια, στοιχεία ενός πολύμορφου πλέγματος που διασχίζει το κυτόπλασμα και ονομάζεται κυτταρικός σκελετός. Χάρη στον κυτταρικό σκελετό τα κύτταρα διατηρούν το σχήμα τους, τα οργανίδια συγκρατούνται στη θέση τους αλλά και βοηθούνται στην κίνησή τους στο εσωτερικό του κυττάρου. Στα ζωικά κύτταρα, από μικροσωληνίσκους σχηματίζεται το κεντροσωμάτιο που συμβάλλει στην κυτταρική διαίρεση. Ο κυτταρικός σκελετός βοηθά την κίνηση και του ίδιου του κυττάρου όταν αυτό είναι απαραίτητο. - 42 -

Εικόνα 3.1 Σχηματική παράσταση ζωικού κυττάρου. 1.3. Το φυτικό κύτταρο Στην Εικόνα 3.2 απεικονίζεται ένα τυπικό φυτικό κύτταρο, όπου διακρίνονται οι ομοιότητες και οι διαφορές του από το ζωικό κύτταρο. Όπως το ζωικό κύτταρο, έτσι και το φυτικό περιβάλλεται από πλασματική μεμβράνη. Περιέχει πυρήνα, ριβοσώματα, μιτοχόνδρια, ενδοπλασματικό δίκτυο, συσκευή Golgi, υπεροξεισώματα, μικροσωληνίσκους και μικροϊνίδια. Ωστόσο, ένα φυτικό κύτταρο περιέχει στο κυτόπλασμα επιπλέον εξειδικευμένα οργανίδια που ονομάζονται πλαστίδια. Πλαστίδια καλούνται τα οργανίδια στα οποία γίνεται η παραγωγή (φωτοσύνθεση) και η αποταμίευση ουσιών (κυρίως αμύλου, πρωτεϊνών, ελαίων κ.λπ.). Ο σημαντικότερος τύπος πλαστιδίων είναι οι χλωροπλάστες στους οποίους επιτελείται η λειτουργία της φωτοσύνθεσης, δηλαδή η μετατροπή της φωτεινής ενέργειας του ήλιου σε χημική ενέργεια υπό μορφή οργανικών ενώσεων. Οι χλωροπλάστες, φακοειδούς συνήθως μορφής, περιβάλλονται από διπλή στοιχειώδη μεμβράνη. Η εσωτερική τους μεμβράνη σχηματίζει τα θυλακοειδή, πεπλατυσμένα κυστίδια που στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο σχηματίζοντας σωρούς που ονομάζονται grana. Χλωροπλάστες υπάρχουν μόνο στα φωτοσυνθετικά κύτταρα, όπως είναι τα κύτταρα των πράσινων τμημάτων των φυτών. Άλλες σημαντικές κατηγορίες πλαστιδίων είναι οι άχρωμοι λευκοπλάστες, οι οποίοι συνθέτουν και αποταμιεύουν διάφορες ουσίες γι αυτό και βρίσκονται στα αποταμιευτικά όργανα των φυτών (π.χ. οι αμυλοπλάστες που βρίσκονται στα κύτταρα των ριζών των φυτών και αποτελούν αποθήκες αμύλου), καθώς επίσης οι χρωμοπλάστες που περιέχουν χρωστικές και βρίσκονται στα άνθη, στα φύλλα και στους καρπούς. Τυπικό γνώρισμα του φυτικού κυττάρου είναι τα χυμοτόπια (Εικ. 3.2). Το χυμοτόπιο περιβάλλεται από στοιχειώδη ημιδιαπερατή μεμβράνη που ονομάζεται τονοπλάστης. Στα νεαρά κύτταρα υπάρχουν πολλά μικρά χυμοτόπια, ενώ στα ώριμα διακρίνεται συνήθως ένα μεγάλο κεντρικό χυμοτόπιο που μπορεί να καταλαμβάνει μέχρι και το 90% του όγκου του κυττάρου. Τα χυμοτόπια αποτελούν συνήθως αποθήκες θρεπτικών ουσιών, χρωστικών ή ιόντων. Σε ορισμένες περιπτώσεις εκεί αποθηκεύονται τα άχρηστα προϊόντα του μεταβολισμού. Στοιχείο διάκρισης ανάμεσα στο φυτικό και στο ζωικό κύτταρο αποτελεί και η ύπαρξη κυτταρικού τοιχώματος στο φυτικό κύτταρο (Εικ. 3.2). Πρόκειται για ένα σχετικά ανθεκτικό εξωτερικό περίβλημα που αποτελείται από διάφορους πολυσακχαρίτες, κυριότερος από τους οποίους είναι η κυτταρίνη. Το κυτταρικό - 43 -

τοίχωμα είναι συμπαγές και ικανό να ανθίσταται σε ισχυρές πιέσεις. Προστατεύει έτσι το φυτικό κύτταρο από διάρρηξη όταν βρίσκεται σε υποτονικό περιβάλλον και επειδή του προσδίδει ανθεκτικότητα και ελαστικότητα προσφέρει «σκελετική» υποστήριξη σε ολόκληρο το φυτό. Μια επιπρόσθετη διαφορά μεταξύ φυτικού και ζωικού κυττάρου είναι ότι το φυτικό κύτταρο στερείται κεντροσωματίου. Στον Πίνακα 2.1 (βλέπε Άσκηση 2) συνοψίζονται οι βασικές διαφορές μεταξύ ζωικών και φυτικών κυττάρων. Εικόνα 3.2 Σχηματική παράσταση φυτικού κυττάρου. 2. Πρακτικό μέρος 2.1. Κατάλογος εφοδίων 2.1.1. Συσκευές φωτονικό μικροσκόπιο. 2.1.2. Υλικά μόνιμα παρασκευάσματα φυτικών και ζωικών ιστών, προπλάσματα φυτικού και ζωικού κυττάρου, βολβοί κρεμμυδιού, καρποί πυράκανθου, διάφορα φρεσκοκομμένα φύλλα από γεράνι, αγγελική, μπούζι (παχύφυτο), καθώς και φύλλα από διάφορα αγρωστώδη, πχ. αραβόσιτος, αντικειμενοφόροι, καλυπτρίδες, σταγονόμετρα, διηθητικό χαρτί, βελόνες ανατομίας, λαβίδες, νυστέρι, οδοντογλυφίδες. - 44 -

2.1.3. Διαλύματα χρωστική κυανού του μεθυλενίου (Methyl Blue), χρωστική Lugol (διάλυμα ΚΙ). 2.2. Πειραματική διαδικασία 2.2.1. Παρατήρηση φυτικών κυττάρων 2.2.1α. Παρατήρηση κυττάρων κρεμμυδιού και χρώση τους Πάρτε ένα κρεμμύδι και αφαιρέστε ένα μικρό τμήμα του εσωτερικού χιτώνα. Χρησιμοποιήστε για τον σκοπό αυτό τη λαβίδα σας, προσέχοντας ώστε να ανασηκώσετε ένα μόνο υμένιο (μονοκυτταρικό στρώμα επιδερμίδας). Τοποθετήστε το υμένιο σε μία καθαρή αντικειμενοφόρο στην οποία έχετε τοποθετήσει μία σταγόνα νερό (Εικ. 3.3 και 3.4). Επιδιώξτε να μην αναδιπλωθεί το υμένιο. Τοποθετήστε την καλυπτρίδα, προσέχοντας να μην παγιδευτούν φυσαλίδες. Παρατηρήστε το παρασκεύασμα και συμβουλευτείτε την Εικόνα 3.5. Εικόνα 3.3 Τρόπος παρασκευής νωπού παρασκευάσματος κυττάρων κρεμμυδιού. Εικόνα 3.4 Διαδραστική απεικόνιση του τρόπου παρασκευής ενός νωπού παρασκευάσματος κυττάρων κρεμμυδιού. - 45 -

Εικόνα 3.5 Μικροσκοπική παρατήρηση κυττάρων κρεμμυδιού (100Χ) σε καθαρό νερό και μετά από χρώση με χρωστική Lugol (β) και χρωστική Feulgen (γ). Παρατηρήστε πως βάφονται οι πυρήνες των κυττάρων μετά τη χρώση. Λεπτομέρεια (400Χ) μερικών κυττάρων (δ). Σχεδιάστε στον χώρο που σας δίνεται παρακάτω μία ομάδα από λίγα κύτταρα. Στη συνέχεια τοποθετήστε μια σταγόνα χρωστικής (μπλε του μεθυλενίου) στη μία ακμή της καλυπτρίδας και αφαιρέστε την περίσσεια με διηθητικό χαρτί αλλά από την απέναντι ακμή της καλυπτρίδας. Παρατηρήστε και πάλι το παρασκεύασμα για να διαπιστώστε εάν η χρωστική βελτίωσε τη δυνατότητα παρατήρησης. Επαναλάβετε τη διαδικασία με ένα καινούργια υμένιο που θα διαβρέξετε τη φορά αυτή σε μία σταγόνα χρωστικής Lugol (διάλυμα ΚΙ) αντί για νερό. Παρατηρήστε το παρασκεύασμα και εντοπίστε τους πυρήνες των φυτικών κυττάρων. Κύτταρα κρεμμυδιού χωρίς χρώση Κύτταρα κρεμμυδιού μετά από χρώση με Lugol - 46 -

2.2.1β. Παρατήρηση παρεγχυματικών κυττάρων από καρπό πυράκανθου Ο πυράκανθος ανήκει στα θαμνώδη φυτά. Στους καρπούς του πυράκανθου (Crataeugus pyracantha) θα γίνει παρατήρηση τυπικών παρεγχυματικών κυττάρων. Το παρασκεύασμα είναι νωπό. Με την άκρη της βελόνας ανασηκώστε το πορτοκαλί περικάρπιο του καρπού του πυράκανθου (Εικ. 3.6α). Από το χαλαρό κιτρινωπό μεσοκάρπιο πάρτε με την άκρη της βελόνας μια μικρή ποσότητα υλικού και αραιώστε το μέσα σε μία σταγόνα αποσταγμένου νερού, που έχετε από πριν βάλει επάνω σε μία καθαρή αντικειμενοφόρο πλάκα. Τοποθετήστε την καλυπτρίδα και παρατηρήστε. Αναγνωρίζονται κύτταρα σφαιρικά, κυλινδρικά, πολύπλευρα με γενικώς ακανόνιστο περίγραμμα και διαφανή. Ο πυρήνας δεν φαίνεται γιατί είναι επίσης διαφανής. Μπορείτε όμως να τον εντοπίσετε επειδή περιβάλλεται συνήθως από πλαστίδια (φαινόμενο της «συστροφής των πλαστιδίων») (Εικ. 3.6β). Εικόνα 3.6 Οι καρποί του πυράκανθου (α) και διαγραμματική απεικόνιση παρεγχυματικών κυττάρων καρπού (β). Σχεδιάστε δύο τουλάχιστον κύτταρα πυράκανθου, το ένα οπωσδήποτε με συστροφή πλαστιδίων. Παρεγχυματικά κύτταρα καρπού Crataegous pyracantha 2.2.1γ. Παρατήρηση στομάτων και τριχωμάτων στην επιδερμίδα φύλλων Η επιδερμίδα είναι μόνιμος πρωτογενής ιστός που καλύπτει όλα τα φυτικά όργανα. Τυπική επιδερμίδα έχουν τα φύλλα και οι νεαροί βλαστοί και ρίζες. Τα κύτταρα της επιδερμίδας είναι συνήθως στενά συνδεδεμένα (κατά κανόνα έχουν κυματοειδή τοιχώματα) χωρίς μεσοκυττάριους χώρους. Έχουν ένα μεγάλο χυμοτόπιο αλλά στερούνται χλωροπλαστών (με εξαίρεση τα καταφρακτικά κύτταρα των στομάτων). Συχνά έχουν λευκοπλάστες. Εξειδικευμένα επιδερμικά κύτταρα και εξαρτήματα της επιδερμίδας είναι τα στόματα και τα τριχώματα. - 47 -

Τα στόματα σχηματίζονται συνήθως από ανισότιμες διαιρέσεις των επιδερμικών κυττάρων (Εικ. 3.7). Αποτελούνται από δύο κύτταρα νεφροειδούς σχήματος ή σχήματος αλτήρα, που καλούνται καταφρακτικά. Η μορφή των καταφρακτικών κυττάρων ποικίλει στις διάφορες κατηγορίες φυτών, ενώ σε πολλά φυτά πλαισιώνονται από ειδικά επιδερμικά κύτταρα που ονομάζονται παραστοματικά. Τα καταφρακτικά κύτταρα έχουν ανισόπαχα κυτταρικά τοιχώματα και είναι τα μόνα επιδερμικά κύτταρα που έχουν χλωροπλάστες (Εικ. 3.7). Μεταξύ των δύο καταφρακτικών κυττάρων δημιουργείται κατά τον αποχωρισμό των κυττάρων σχιζογενής μεσοκυττάριος χώρος που καλείται στοματικός πόρος. Κάτω από το στόμα υπάρχει ένας μεγάλος υποστοματικός χώρος που καλείται αναπνευστική κοιλότητα. Τα στόματα έχουν την ικανότητα να ανοίγουν και να κλείνουν, εξυπηρετώντας μ αυτόν τον τρόπο την ανταλλαγή των αερίων κατά τις λειτουργίες της αναπνοής, διαπνοής και φωτοσύνθεσης. Το φαινόμενο του ανοίγματος-κλεισίματος των στομάτων καλείται «φωτοαντίδραση των στομάτων» και οφείλεται σε μια σειρά από μορφολογικούς και φυσιολογικούς παράγοντες. Εικόνα 3.7 Μικροσκοπική απεικόνιση (100Χ) της κάτω επιδερμίδας φύλλου γερανιού όπου διακρίνονται τα στόματα (α). Λεπτομέρεια ενός στόματος (400Χ) όπου διακρίνονται τα καταφρακτικά κύτταρα με τους χλωροπλάστες τους και τα παραστοματικά κύτταρα (β). Τα τριχώματα είναι επίσης εξαρτήματα της επιδερμίδας, μονοκύτταρα ή πολυκύτταρα, με μεγάλη ποικιλία μορφής, δομής και λειτουργίας (Εικ. 3.8). Αναλόγως της λειτουργίας τους οι τρίχες διακρίνονται σε αδενώδεις (όταν αποτελούνται από εκκριτικά κύτταρα που λειτουργούν σαν έδρα σχηματισμού πολλών ουσιών ή εκκριμάτων), προστατευτικές (όταν προστατεύουν τα επιδερμικά κύτταρα, τα στόματα ή γενικώς διάφορα όργανα), αμυντικές (π.χ. οι νύσσουσες τρίχες της τσουκνίδας) κ.α. Εικόνα 3.8 Μικροσκοπική απεικόνιση (100Χ) επιδερμίδας από φύλλο γερανιού όπου διακρίνονται αδενώδεις τρίχες (α). Λεπτομέρεια(400Χ) μιας πολυκύτταρης αδενώδους τρίχας (β). Ασπιδοειδής τρίχα (προστατευτική λειτουργία) από την κάτω επιδερμίδα του φύλλου της ελιάς (γ). - 48 -

Παρατήρηση στομάτων: Θα παρατηρήσετε στόματα στην επιδερμίδα των φύλλων διαφόρων φυτών και θα μελετήσετε διαφορές ανάμεσά τους. Η παρατήρηση θα γίνει σε φύλλα των οποίων η επιδερμίδα ξεκολλάει εύκολα όταν τα σκίζουμε (π.χ. φύλλα γερανιού, αγγελικής κ.α.). Σκίστε ένα φύλο απ αυτά που θα βρείτε στον πάγκο σας (π.χ. γερανιού) ώστε να ξεκολλήσει η επιδερμίδα (Εικ. 3.9). Με τη βοήθεια της λαβίδας σας κόψτε με προσοχή δύο κομμάτια επιδερμίδας, ένα από την επάνω επιφάνεια του φύλλου και ένα από την κάτω. Εικόνα 3.9 Τρόπος παρασκευής ενός μικροσκοπικού παρασκευάσματος επιδερμίδας φύλλου. Τοποθετήστε τα κομμάτια σε μία αντικειμενοφόρο πλάκα στην οποία έχετε βάλει από μία σταγόνα αποσταγμένο νερό (Εικ. 3.9). Προτού καλύψετε το παρασκεύασμα με καλυπτρίδα, καθαρίστε, με τη βοήθεια του νυστεριού, τυχόν υπολείμματα από πράσινο αδιαφανή ιστό φύλλου που έχετε αποκολλήσει μαζί με την επιδερμίδα. Παρατηρήστε το παρασκεύασμα, αρχικά σε μικρή μεγέθυνση και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας αντικειμενικό φακό 40Χ. Παρατηρήστε τα στόματα και μελετήστε το σχήμα των καταφρακτικών κυττάρων. Εντοπίστε τους χλωροπλάστες μέσα σ αυτά. Συγκρίνετε δύο τουλάχιστον φυτά ως προς τη μορφή των στομάτων και σχεδιάστε μία ομάδα από δύο-τρία στόματα με τα γειτονικά επιδερμικά κύτταρα. Στόματα από φύλλο... Στόματα από φύλλο... ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Μπορείτε να χρωματίσετε την επιδερμίδα των φύλλων που παρατηρείτε με χρωστική Lugol, ακολουθώντας την ίδια διαδικασία μ αυτήν της χρώσης του υμένα του κρεμμυδιού. Για να είναι ανοιχτά τα στόματα της επιδερμίδας καλό είναι το φύλλο που χρησιμοποιείτε να είναι φρεσκοκομμένο. Περισσότερα στόματα υπάρχουν κατά κανόνα στις κάτω επιφάνειες των φύλλων. - 49 -

Παρατήρηση τριχών Στην κάτω επιφάνεια του φύλλου του γερανιού υπάρχουν πολλές αδενώδεις τρίχες αποτελούμενες από δύο ή περισσότερα κύτταρα. Το ακραίο σχηματίζει μια σφαιρική αδενώδη κεφαλή που εκκρίνει αιθέρια έλαια (Εικ. 3.8α,β). Φτιάξτε ένα παρασκεύασμα επιδερμίδας (κάτω επιδερμίδα) από φύλλο γερανιού και παρατηρήστε τις αδενώδεις τρίχες. Σχεδιάστε τουλάχιστον μία. Στην κάτω επιφάνεια του φύλλου της ελιάς (ασημένιο χρώμα του φύλλου) υπάρχουν πολλές πολυκύτταρες ασπιδοειδείς τρίχες (όλα τα κύτταρα βρίσκονται σε ένα επίπεδο και η τρίχα μοιάζει με μαργαρίτα) που καλύπτουν την επιφάνεια των στομάτων (Εικ. 3.8γ). Ξύστε ελαφρά την κάτω επιφάνεια του φύλλου με τη βοήθεια της βελόνας ή του νυστεριού σας και μεταφέρετε το υλικό σε μία αντικειμενοφόρο πλάκα. Απλώστε το υλικό σε μία σταγόνα αποσταγμένου νερού, σκεπάστε με καλυπτρίδα και παρατηρήστε τις τρίχες. Σχεδιάστε τουλάχιστον μία. Αδενώδεις τρίχες: φύλλο γερανιού Προστατευτικές τρίχες: φύλλο ελιάς 2.2.1δ. Παρατήρηση παρεγχυματικών κυττάρων σε εγκάρσια τομή φύλλου (μόνιμο παρασκεύασμα) Το έλασμα των φύλλων αποτελείται από την επιδερμίδα (άνω και κάτω), η οποία φέρει τα στόματα, και από το μεσόφυλλο, που αποτελείται κυρίως από ζωντανά πολυεδρικά κύτταρα με λεπτά τοιχώματα και πολλούς χλωροπλάστες (χλωροφυλλούχο ή αφομοιωτικό παρέγχυμα) (Εικ.3.10). Σε πολλά είδη φυτών, το χλωροφυλλούχο παρέγχυμα που βρίσκεται κάτω από την επιδερμίδα της άνω επιφάνειας αποτελείται από επιμήκη κυλινδρικά κύτταρα, πλούσια σε χλωροπλάστες, τοποθετημένα σε μία ή περισσότερες σειρές, χωρίς μεγάλους μεσοκυττάριους χώρους. Ο ιστός αυτός καλείται δρυφακτοειδές ή πασαλώδες παρέγχυμα. Μεταξύ του δρυφακτοειδούς παρεγχύματος και της κάτω επιδερμίδας παρεμβάλλεται συνήθως σπογγώδες παρέγχυμα, το οποίο αποτελείται από ακανόνιστα κύτταρα, με λίγους χλωροπλάστες, που αφήνουν μεταξύ τους μεγάλους μεσοκυττάριους χώρους. Οι χώροι αυτοί επικοινωνούν με τις αναπνευστικές κοιλότητες των στομάτων, συμβάλλοντας έτσι στην καλύτερη ανταλλαγή των αερίων (φωτοσύνθεση) και στη διαπνοή. Στα όρια (μεταξύ) των δύο παρεγχυμάτων βρίσκονται συνήθως στα δικοτυλήδονα φυτά οι ηθμαγγειώδεις δεσμίδες, ένα σύστημα αγωγών ιστών που εξυπηρετεί τη μεταφορά νερού και θρεπτικών συστατικών (Εικ 3.10). - 50 -

Εικόνα 3.10 Εγκάρσια τομή φύλλου από δικοτυλήδονο φυτό (αχλαδιά). Διακρίνονται οι μη χρωροφυλλούχες άνω και κάτω επιδερμίδες και το χρωροφυλλούχο μεσόφυλλο (δυφρακτοειδές και σπογγώδες παρέγχυμα). Στην άσκηση θα παρατηρήσετε σε μόνιμο παρασκεύασμα τομή φύλλου πικροδάφνης (Nerium sp.). Χρησιμοποιήστε αντικειμενικό φακό 10Χ και 40Χ. Παρατηρήστε το χλωροφυλλούχο μεσόφυλο και διακρίνετε το δρυφακτοειδές και το σπογγώδες παρέγχυμα. Συγκρίνετε τη μορφολογία των φυτικών κυττάρων στους δύο τύπους παρεγχύματος και εντοπίστε τους χλωροπλάστες. Σχεδιάστε την εικόνα που παρατηρείτε και τοποθετήστε ενδείξεις. Τομή φύλλου πικροδάφνης 2.2.2. Παρατήρηση ζωικών κυττάρων 2.2.2α. Παρατήρηση επιθηλιακών κυττάρων (νωπό υλικό) Με μία οδοντογλυφίδα ξύστε απαλά δυο-τρεις φορές την εσωτερική πλευρά του μάγουλού σας. Με τον τρόπο αυτό θα αποκολλήσετε έναν αριθμό επιθηλιακών κυττάρων της στοματικής κοιλότητας. Απλώστε το υλικό σε μία αντικειμενοφόρο πλάκα, στην οποία έχετε τοποθετήσει μία μικρή σταγόνα χρωστικής Lugol (Εικ. 3.11). - 51 -

Εικόνα 3.11 Τρόπος παρασκευής νωπού παρασκευάσματος επιθηλιακών κυττάρων στοματικής κοιλότητας. Εικόνα 3.12 Μικροσκοπική απεικόνιση (400Χ) επιθηλιακών κυττάρων στοματικής κοιλότητας. Τοποθετήστε καλυπτρίδα και παρατηρήστε το παρασκεύασμα (Εικ. 3.12). Εντοπίστε τον πυρήνα και συγκρίνετε τη μορφολογία του ζωικού κυττάρου με εκείνη των φυτικών κυττάρων που παρατηρήσατε προηγουμένως (Εικ. 3.5). Σχεδιάστε παρακάτω 2-3 πλακώδη επιθηλιακά κύτταρα. Επιθηλιακά κύτταρα στοματικής κοιλότητας - 52 -

2.2.2β. Παρατήρηση νευρικών κυττάρων σε μόνιμο παρασκεύασμα Το νευρικό κύτταρο, που αποκαλείται αλλιώς και νευρώνας ή νευρική ίνα, χαρακτηρίζεται από την ικανότητά του να διεγείρεται υπό την επίδραση διαφόρων ερεθισμάτων και να μεταφέρει αυτή τη διέγερση στο επόμενο κύτταρο. Οι νευρώνες εμφανίζουν ιδιαίτερα χαρακτηριστική μορφολογία που εξυπηρετεί την αγωγή και διαβίβαση των νευρικών ώσεων. Στην πιο συνηθισμένη του μορφή, ένας νευρώνας αποτελείται από το σώμα και τις αποφυάδες (δενδρίτες και νευράξονας) (Εικ. 3.13). Το κυτταρικό σώμα έχει συνήθως πολυγωνικό σχήμα και περιέχει όλα τα γνωστά κυτταρικά οργανίδια. Οι δενδρίτες είναι προεκβολές της κυτταρικής μεμβράνης, που λίγο μετά την έκφυσή τους διακλαδίζονται σε μικρότερους κλάδους. Έχουν την ιδιότητα να μεταβιβάζουν τη διέγερση προς μία μόνο κατεύθυνση και συγκεκριμένα προς το κυτταρικό σώμα. Ο νευράξονας ή νευρίτης εκφύεται από το κυτταρικό σώμα, ακολουθεί μακριά πορεία και στο τέλος του αποσχίζεται σε μικρούς κλάδους, που λέγονται τελικά δενδρύλια, τα οποία στην άκρη τους φέρουν μικρές διογκώσεις, τα τελικά κομβία. Η νευρική ώση άγεται κατά μήκος του νευράξονα του κυττάρου και μέσω των τελικών δενδρυλίων μεταδίδεται στα επόμενα νευρικά κύτταρα με τα οποία συνάπτεται ο διεγερμένος νευρώνας. Εικόνα 3.13 Μικροσκοπική (400Χ) και σχηματική (κάτω) απεικόνιση νευρώνα. Στην άσκηση θα παρατηρήσετε νευρικά κύτταρα σε μόνιμο παρασκεύασμα από επίχρισμα νευρικού ιστού. Μελετήστε τη μορφολογία των νευρικών κυττάρων. Παρατηρήστε το κυτταρικό σώμα με τις αποφυάδες και εντοπίστε, αν είναι δυνατόν, τον νευράξονα. Σχεδιάστε ένα χαρακτηριστικό κύτταρο. Νευρικό κύτταρο - 53 -

2.2.2γ. Παρατήρηση μεμονωμένων λείων μυϊκών ινών σε μόνιμο παρασκεύασμα Ο λείος μυϊκός ιστός είναι μία από τις τρεις κατηγορίες μυϊκού ιστού (γραμμωτός, λείος, καρδιακός) που απαντούν στο σώμα μας. Λείοι μύες υπάρχουν στα τοιχώματα όλων των κοίλων οργάνων και αγγείων του σώματος. Τα λεία μυϊκά κύτταρα ή λείες μυϊκές ίνες έχουν ατρακτοειδές σχήμα και διάμετρο που κυμαίνεται από 2-10 μm. Σε αντίθεση με τις γραμμωτές μυοσκελετικές ίνες, οι οποίες είναι πολυπύρηνα κύτταρα μεγαλύτερης διαμέτρου και μήκους, οι λείες μυϊκές ίνες είναι μονοπύρηνες (Εικ. 3.14). Εικόνα 3.14 Μικροσκοπική απεικόνιση λείου μυϊκού ιστού (αριστερά) και απομονωμένων λείων μυϊκών ινών (δεξιά). Παρατηρήστε το επίμηκες σχήμα των κυττάρων και τους πυρήνες των επιμέρους λείων μυϊκών ινών που φαίνονται βαμμένοι μπλε στην εικόνα αριστερά. Θα παρατηρήσετε σε μόνιμο παρασκεύασμα μεμονωμένες λείες μυϊκές ίνες. Χρησιμοποιήστε αντικειμενικό φακό 40Χ και συγκρίνετε τη μορφολογία των λείων μυϊκών κυττάρων με εκείνη των επιθηλιακών και νευρικών κυττάρων που παρατηρήσατε προηγουμένως. Σχεδιάστε 2-3 λείες μυϊκές ίνες. Λείες μυϊκές ίνες 2.2.3. Μελέτη προπλάσματος ζωικού και φυτικού κυττάρου Μελετήστε προσεχτικά το πρόπλασμα του ζωικού και του φυτικού κυττάρου και σημειώστε όλες τις ενδείξεις στα παρακάτω σχήματα. - 54 -

Εικόνα 3.15 Ζωικό κύτταρο Εικόνα 3.16 Φυτικό κύτταρο - 55 -

2.3. Παρατηρήσεις Συνιστώμενη βιβλιογραφία 1. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2010). Βιολογία. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο Κρήτης. ISBN: 978-960-524-305-0. 2. Τσέκος, Ι., & Κουκόλη, Ε. (1982). Εργαστηριακές ασκήσεις Βοτανικής, Εκδοτικός οίκος Αδελφών Κυριακίδη, Θεσσαλονίκη. 3. Καμάρη, Γ., & Τηνιακού, Α. (1993). Εργαστηριακές ασκήσεις μορφολογίας φυτών. Τμήμα Βιολογίας, Εργαστήριο Βοτανικής, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα. - 56 -