(二)基本方法
1.测微尺的使用方法及显微镜放大倍数的计算:
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测微尺的结构
显微测微尺是由目镜测微尺(目尺)和台镜测微尺(台尺)所组成。目尺是块圆形玻片,被片的中心刻有一小的刻度尺,长5或10mm,分成50或100格。每格的实际长度因不同物镜的放大份数和不同镜筒长度而有所不同。台尺由一块载玻片制成。在玻片中央用树胶封固一圆形的测微尺,它的长度为1或2mm,分成100或200格,每格实际长度是0.01mm(10µm)。
当用目尺来测量细胞大小时,因为它的刻度没有具体长度,所以必须先用台尺核实目尺每一格的长度。具体方法如下:
(1)从显微镜上取下目镜,卸下目镜的上透镜,将目尺轻轻地加在光圈板上(注意别放倒了),再旋上目镜的上透镜。
(2)将台尺的刻度面向上,放在镜台上夹好,调节焦距,使台尺刻度清晰可见。
(3)细心移动台尺和转动目尺,使两尺左边的一直线重合。然后由左向右找出两尺的另一重合的直线(如上图所示)。
(4)记录下两条重合线间目尺和台尺的格数,按下列公式,计算出目尺每格等于多少um:
目尺每格的长度(µm)=台尺的格数 / 目尺的格数×10
例如上图合尺一格等于目尺6格,将此代入上述公式即可得出:
目尺每格长度=1/6×10µm=1.66µm
(5)取下台尺,换上你需要测量的标本,此时,用目尺就可直接测量欲测标本的大小(也就是测出目尺的格数)。然后再将测得的格数乘以已测出的每格长度,即可算出该标本的实际大小。
显微镜放大倍数的计算:
先在显微镜下用目镜测微尺测量物体大小,另外,再用标准米尺量所绘下物体或显微摄影后的照片上物体的大小,重复几次,得到一平均值之后,二者相除,即得该图放大倍数。
例如,某一导管细胞用目镜测微尺测知长为80µm(即0.08mm)。另外用尺子把所绘的导管经几次测定,求得其平均值长为4cm。则用4cm除以0.08mm,即得该导管图的放大倍数,相除时,必须化为同单位,如都化为µm,为500倍。测得后,可在图上注明(×500),表示放大500倍。
2.检索表的编制和使用方法
检索表是认识和鉴定动、植物种类的主要工具。编制和使用简单的检索表,是每位生物奥赛选手必须掌握的一种基本方法。
检索表的编制,首先应对各类群的植物或动物进行仔细观察或解剖,找到经们的共同特征和主要区别,然后再按照各种植物或动物主要特征的异同加以概括、比较和分类,分别编写成不同的门、纲、目、科、属、种等各种检索表。检索表的编制,通常不是按照亲缘关系,而是按照人为的方法进行编制的,只要能用某种方法(式),把各门、各纲、各自、各科、各属、各种准确地区别开来就行。植物检索表常用的主要有分科、分属和分种三种检索表,动物检索表常用的有分门、分纲、分目和分科检索表。目前广泛采用的有两种类型的检索表,即定距检索表(植物分类中常用)和二歧检索表(动物分类,特别是昆虫分类中常用)。
(1)定距检索表:
是将不同类群的植物或不同科、属、种的植物每对显著对立的特征分隔编写在一定距离处,多采用内缩式的编写方法,在每一行对立特征的前面注明同样号码,如1.1;2.2;3.3;等依次排列到所要鉴定的某植物类群或科名、属名和种名。下面以植物类群的主要区别特征为依据,编制一个定距检索表如下:
1.植物无根、茎、叶的分化,没有胚……………………低等植物
2.植物体不为藻类可菌类所组成的共生体
3.植物体内有叶绿素或其他光合色素,为自养生活方式
………………………………………………藻类植物门
3.植物体内无叶绿素或其他光合色素,为异养生活方式
………………………………………………菌类植物门
1.植物体有根、茎、叶的分化,有胚……………………高等植物
4.植物体有茎、叶,但无真根………………………苔藓植物门
4.植物体有茎、叶,也有真根
5.不产生种子,用孢子繁殖……………………藻类植物门
5.产生种子,用种子繁殖………………………种子植物门
(2)二歧检索表:
将不同类群的动、植物或不同目、科、属、种的动、植物中每对显著对立的特征紧紧并列,多采用平头式的排列方法,即在对应特征描述上,第一行具有该特征,第二行则不具有该特征,而表现为其他特征,相邻的这两行中首端写上同样的号码(一般用阿拉伯数字表示),如1.1;2.2;3.3;4.4等,或只有第一行首端写号码,第二行则不写。在每行之后,写明依次排列的号码,或已查到的某动、植物类群,或该动、植物所属的目名、科名、梳名和种名等。下面以8种昆虫成虫(家蝇、蝗虫、天牛、粉蝶、蚤、虱、蝉、椿象)的主要特征为依据,编制一个昆虫分目检索表(二歧式)如下:
1.无翅(或有极退化的翅)…………………………………………(2)
有翅2对或1对……………………………………………………(3)
2.体竖扁(左右扁),具跳跃足,善跳………………………蚤目(蚤)
体平扁,具攀援足,外寄生于哺乳动物…………………蚤目(虱)
3.有一对翅,后翅特化为平衡棒………………………双翅目(家蝇)
有二对翅,后翅不特化……………………………………………(4)
4.口器为咀嚼式………………………………………………………(5)
口器为虹吸式或刺吸式……………………………………………(6)
5.前翅革质,后足为跳跃足………………………………直翅目(蝗虫)
前翅角质,后足非跳跃足………………………………鞘翅目(天牛)
6.口器为虹吸式,翅上密被鳞片……………………………鳞翅目(蝶)
口器为刺吸式,翅上无鳞片………………………………………(7)
7.前翅基半部为革质,端半部为膜质………………………半翅目(椿)
前翅基部与端部质地相同(均为膜质)…………………同翅目(蝉)
编制检索表时应注意的事项:
①首先要决定是编制分目、分科、分属还是分种检索表。在掌握各种植物或动物的主要特征的基础上,列出它们主要区别特征的比较表,同时找出它们之间的突出区别特征。
②在选用区别特征将所编对象一分为二时,最好选用相反的特征(非此即被)。如单叶、复叶、有翅、无翅等。同一区别特征种类较多时可用“非”字。例如:丝状触角、非丝状触角,但要尽量少用“非”身起头的特征描述语句。千万不能采用模糊或不肯定的特征,如叶大或叶小。采用的特征要明确,最好选用手持放大镜就能看出的特征,防止采用难看到的特征,如动、植物内部构造特征、细胞组织和化学成分特征等。
③检索表的编排号码,只能用两个相同的号码,不能用三个甚至更多的号码并排。
④昆虫成虫分自检索表编制时,一般首先采用翅的特征,然后再采用口器、触角、足等特征。
⑤每编两个对立特征时,先将具有其中一个特征的种类全部区分完了以后,再编写具有另一条特征的种类,以便为暂求编写的那一条留号。
⑥为了证明编制的检索表是否实用,还应到实践中去验证。如果在实践中应用,且选用的特征也都准确无误,那么此项工作就算完成了。
使用检索表的方法:
下面以种子植物的检索为例为说明检索表的使用方法。使用时关键是应懂得用科学的形态术语来描述植物的特征。特别对花的各部分构造,要作认真细致地解剖观察,如子房的位置、心皮和胚珠的数目等,都要搞清楚,一旦描述措了,就会错上加错,鉴定出来的结果肯定也是错误的。现举例如下:
白菜为二年生草本。单叶互生:基生叶的桶具有由叶片下延的翅。总状花序,花黄色:萼片4;花瓣4;十字形花冠;雄蕊6;四强雄蕊(4长2短);雌蕊由合生心皮组成,子房上位;长角果具缘,成熟时裂成两瓣,中间具假隔膜,内含多数种子。根据观察到的这些特征就可以利用检索表从头按次序逐项往下查。首先要鉴定出该种植物所属的科,再用该科分属的检索表,查出它所属的属,最后利用该属分种检索表,查出它所属的种。根据以上特,我们利用检索表,说明该种植物是属于十字花科、荟苔属、白菜种。奥赛实验考试中一般要求是:无脊椎动物要求分到门、纲(昆虫到目),种子植物到科。
3.花解剖的方法
(1)花程式和花图式
花解剖一般在实体解剖镜下进行,通过解剖花,写出花程式,绘出花图式,这是实验考试中的基本内容之一,必须熟练掌握。
①花程式
花程式是用简单的符号来表示花的各部分特征,常用的符号含义如下:
♂:雄花;♀:雌花;♂·♀:雌雄同株;♂/♀:雌雄异林;*:辐射对称;↑:两侧对称;P:花被;K:萼片;C:花瓣;A:雄蕊;G:雌蕊;在K、C、A、G等符号右侧以数字表示数目;以()表示结合,下面以^表示基部结合。以A5→C表示5个雄蕊对着花瓣,G表示子房上位;
表示子房下位;
表示子房半下位;G右边的()内第一个数字表示心皮的数目,第二个数字表示子房的室数,第三个数字表示每室的胚珠数目。
花程式举例:
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马铃薯:花程式应写成:
。具体读法为:辐射对称;等片5,花瓣5,结合;雄蕊5;心皮2,合生,于房上位,2室,每室多数胚珠。
苹果:花程式应写成:
。具体读法为:辐射对称,萼片5,花瓣5,雄蕊多数,子房下位,5个结合心皮,形成5室,每室2个胚珠。
毛茛:花程式应写成:
。具体读法为两性花,辐射对称,萼片5,花瓣5,雄蕊多数,子房上位,多个离生心皮,每个心皮形成一个室,每室1个胚珠。
豌豆:花程式应写成:
。具体读法为:两性花,两侧对称,等片5,结合,花瓣5;雄蕊9个连合,1个分开,形成二体雄蕊;子房上位,l个心皮,形成1个室,内具多数胚珠。
②花图式
花图式能表示一朵花各重要部分的横断面,借此说明花萼、花冠、雄蕊和雌蕊之间的相互关系和排列方式。花图式不仅能表明各种花的基本特征,而且也可借以比较各种植物花的形态导同。
花图式实际上就是花的各部在垂直花轴的平面上的投影。
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百合花的花图式 豆科花的花图式
一般在绘制花图式时,花轴是以●表示,花轴绘在花图式的上方花轴的对方和两侧绘中央有一突起的新月形空心弧线,以表示苞片和两侧的小苞片。如为顶生花,则●及苞片和小苞都不必绘出来。花的各部应绘在花轴和苞片之间,花萼以具突起的和具短线的新月形弧线表示,花冠以黑色的实心弧线表示。如果花萼、花冠都是离生的,各弧线彼此分离,如为合生的,则以虚线连结各弧线。绘制花图式时特别应注意萼片、花瓣各轮的排列方式(如镊合状排列、覆瓦状排列等),还应注意萼片和花瓣之间的相互关系(如对生、互生)。如萼片或花瓣具有距时,则以弧线延长来表示。雄蕊是以花药横切面表示,绘制时应表示出排列的方式和轮数,连合或分离、花药为内向或外向开裂,以及雄蕊和花瓣之间的相互关系(互生或对生)。如雄蕊退化,则以虚线圈表示。雌蕊以子房的横切面表示,应表明心皮的数目、心皮是合生还是离生,子房的室数。胚座的类型,以及胚珠着生的情况等。
由于花图式不能表明花的某些结构和特征(如子房的位置等),故还需借花程式的帮助才能完全表达清楚。因此,花图式和花程式是不能彼此代替的。
(2)花解剖的基本步骤和方法
下面以解剖白菜花为例,来说明花解剖的方法和技巧。
剥离法:用银子或解剖针将一朵花由下而上或者从外向里逐层剥开花的各部分,观察各组成成分的着生状态和特点,确定花的结构类型。
纵剖法:用刀片将一朵花沿纵轴中央一分为二,观察各组成成分的着生状态和特点。
子房的横切或纵切:用刀片将于房横切或纵剖为二,观察其胎座类型、心皮的数目、子房的室数、胚珠的数目等。解剖花的一般顺序如下:
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白菜花的结构
①取花之前先要观察清楚该花是顶生的还是腋生的,以确定绘花图式时是否画花轴的投影,并且观察清楚是否有苞片及苞片与花序轴的位置关系,记住萼片与花序轴之间的位置关系。以此作为花萼、花冠、雄蕊等在花中的位置的坐标。
②取即将开放的白菜花一朵,置于装有清水的培养皿中,在实体显微镜下用解剖针逐层剥离花的各部分。顺序是:花萼→花冠→雄蕊。剥离时要注意它们之间的位置关系,每一轮各部分的排列方式、数目、离合情况以及雄蕊是否冠生等。花被只有一轮时,一般认为这一轮花被是花萼。有的花还有副萼,要注意观察(如锦葵科、蔷薇亚科)。花下紧接的叶一般认为是苞叶,还要注意苞叶上方是否有小苞叶。
③然后横切子房,观察心皮的数目、子房的室数、胎座的类型,此时要注意腹缝线与花序轴的对应关系,以便确定胎座在花图式中的摆向。单雌蕊的腹缝线一定对准花序轴,两心皮子房的腹缝线大多数上下排列,少数左右排列,如:十字花科(最好选择另外一个成熟一点的子房进行横切)。
横切后有时还看不清心皮的数目,那么可以根据以下几个方面来辅助判断心皮的数目:
ⅰ)通过雌蕊的柱头、花柱分裂与否以及分裂数目来辨别。在单心皮雌蕊中,枝头不分裂,花柱单一。而复雌蕊或者离生心皮雌蕊的柱头、花柱如果分裂或是分离,一般心皮呈等数关系。例如:向日葵管状花的柱头2裂,子房2心皮。
ⅱ)通过子房室的数目来辨别。很多植物的心皮与子房室呈等数关系,如:玄参科、百合科。
ⅲ)通过果实的开裂情况来辨别。如:蓇葖果是由相应的分离心皮发育而来的,两者呈等数关系。
ⅳ)纵切另外一个子房,来判断子房的位置。离生心皮一定为子房上位。而结合横切的情况,确定每一个子房中的胚珠数(花程式中一般可以不写胚珠数)。
观察过程中还要注意是否有距、蜜腺等,以便在绘花图式时将它们表示出来。
4.单细胞生物的定量测定方法
实验考试中经常需要应用定量方法,来计算同种类型细胞的数量。常用单细胞(如:细菌、酵母菌、单细胞藻类、原生动物、花粉、孢子、血细胞等)的定量方法有下列几种:
(1)重量测定法
重量测定法分干重法和湿重法两种。
①湿重法:把一定水体积的单细胞沉淀过滤后,称其重量。
②干重法:把一定水体积的单细胞沉淀过滤干燥后,称其重量。
(2)个体计数方法
其原理是把一定体积的单细胞液体,在显微镜下直接计算其个数,利用所得结果推算出每毫升水体的单细胞数。这是奥赛实验考试中常用的方法(固体单细胞的定量需要称重后制成溶液)。个体计数法又分为水滴计数法、血球计数极计数法等。
①水滴计数法:选择管口圆而平滑、大小适宜的吸管,吸取1ml水(尽量正确),然后把滴管垂直,轻轻地挤压橡皮头,使水一滴一滴地滴出,记录滴数(需反复数次,直到准确为止)。最好是1ml等于20滴左右,如果太多或太少在计数时均不理想,可另换一支吸管。经过这样测定,知道了某一吸管吸取1ml水,滴出是多少滴。反过来就可以计算出该吸管滴出的每一滴水的体积。经准确测定的吸管,做好标记保存好,管口不能损坏。
如果定量的单细胞是运动的,可加碘液杀死后,再计数。又如果样品浓度太大,计数困难,则必须将样品液稀释到适宜的浓度。另外,取样前必须进行搅拌,搅拌后,立即取样。例如:如需要把水样中的藻类细胞杀死并稀释三倍,可以吸取藻液5ml,放入一个容量为30ml的小试剂瓶中,再吸取加入碘液的清水则加放入瓶中,在计数前轻轻地左右摇荡200次,使藻类细胞分布均匀,然后,把瓶塞打开,用测定后的滴管在瓶中吸取水样。如果藻类细胞无运动能力或运动能力很弱而又不需稀释的藻类细胞的定量,可直接在培养容器中,经搅拌后用测定的定量吸管吸取样品。
在显微镜下计数,得到一滴水中藻类的平均值后,可依下列公式求出1ml水体中所含藻类细胞的数目。
1ml水体中含藻类细胞数=计数平均值×定量吸管每毫升的滴数×稀释倍数
例:用lml有22滴水的吸管,计数一滴水,有小球藻细胞540个,藻液稀释10倍(每lml藻类培养液加蒸馏水9ml)。则:
1ml水体中含小球藻细胞数=540×22×10=118 800(个)
如果藻类细胞数量多,计数全片有困难时,也可以采取计数视野的方法。计数视野数目为5个,各计数视野应分布比较均匀。如果所用盖玻片规模是20×20mm,则可在中间和四个角取5个视野。使用计数视野的方法,首先要把视野的面积计算出来。例如:计数时显微镜的目镜为10×,物镜为40×,其视野直径为344µm(用台尺直接测定)。所以,视野(圆形)的面积:S=πr2=3.14×(344/2)2=9.3×104µm2,5个视野的总面积为4.7×105µm2,而盖玻片总面积为400 000 000µm2。计数5个视野的面积为盖玻片总面积的1/850。通过这样的计数后,就可以把计数5个视野的藻类细胞数依下公式,求出每毫升水体中含藻类细胞的数目。
1ml水体中含藻类细胞数=计数平均值×定量吸管每毫升的滴数×850×稀释倍数
例:用1ml有22滴水的吸管,计数一个视野,有叉鞭藻384个,稀释10倍。
则1ml水体中含叉鞭藻细胞数=384×22×850×10=7.18×107(个)。
②血球计数板计数法:
血球计数板是由一块比普通载被片厚的玻片特制而成(如下图)。板的中部有一部分比两边低0.1mm,两边有沟,在此部的中央划线为一具准确面积的大小方格,在其中可以分为9个大方格,每一大方格的面积是1mm。在四角及中央的大格又分为25个中格。在中央的大格(即计数室)每一中格又分为25个小格,共 400个小格(也有一种计数板是16中格×25小格,总数也是400格)。当加盖玻片(比普通盖被片大一些、厚一些、平整些、重一些,称之为血盖片)后,每一大格形成一个体积为0.1mm3的空间。
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血球计数板的构造
1.须面观 2.侧面观 3.放大后的网格 4.放大后的计数室
操作步骤如下:先用擦镜纸将血球计数极和血盖片擦拭干净。(勿用粗布等擦拭,以免损坏刻度线)盖上血盖片,用吸管吸取少许已知稀释倍数的单细胞悬液,从血盖片一端滴一小滴(不宜过多),液体自行向内渗入,注意不可有气泡产生,亦不可使液体流到血盖片上,并用滤纸吸干计数板槽内流出来的多余液。然后抗检计数,具体方法如下:静置数分钟,待全部细胞沉降到度数板表面,再放在显微镜下观察。先用低倍镜找到血球计数极刻度(找刻度时要细致、耐心,注意光线明暗的掌握),再转到高倍镜下,选取计数室内四个角及正中央五个中方格(即16×5=80个小方格)进行计数。样品的稀释度要求每小格内约有5-10个细胞为宜。由于细胞处于不同空间位置,计数时应注意不断调节细推焦螺旋,才能找到全部细胞。若细胞位于小方格的线上,则应遵循“数上线不数下线,数左线不数右线”的原则,以减少误差。计数应重复三次,取其平均值。计数完毕后,依下列式进行计算:
每毫升悬液细胞数或每克细胞数=80个小方格细胞总数 / 80×400×10000×稀释倍数
(注意理解式中“×400×10000”的由来)
将实验结果记录于下表:
|
计算次数 |
各方格中细胞数 |
1ml悬液中总细胞数 |
3次平均数 |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
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|
1 |
|
|
|
||||
|
2 |
|
|
|
||||
|
5 |
|
|
|
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5.无脊椎动物的解剖方法
奥赛解剖实验中,以“不见血”为原则,所以实验考试中只涉及无脊椎动物(环节动物、软体动物和节肢动物)的解剖,而不进行脊椎动物的解剖。但我们进行无脊椎动物的解剖练习时,不妨多解剖一些种类的动物。下面简要地总结一下无脊椎动物解剖方法和一些注意事顶:
(1)观察无脊椎动物形态结构的基本方法
①原生动物、小型腔肠动物(如水螅)、扁形动物和有体腔的小型无脊椎动物(如人体虱)等动物的内部结构只能通过切片或整体装片观察。
②一些小型的无脊椎动物(如钉螺、水丝蚓)可放于培养皿制成的蜡盘中在体视镜下解剖。
③较大一点的无脊椎动物(如蚯蚓、蛔虫、蝗虫、河蚌)可放在蜡盘中解剖。
(2)无脊椎动物解剖的注意事项
①无脊椎动物的解剖一般从背面开始,因为无脊椎动物的神经索在腹面,消化道也靠近腹面,如果从腹面开始很容易损坏内部的一些重要结构(这一点与解剖脊椎动物相反人所以要会区分一些常见动物的背腹面。例如:雌蛔虫前端1/3处腹面有一环状凹陷的雌生殖孔。用放大镜观察其头部的三个唇片,背唇一个,较大,有两个乳突,腹唇小,每个腹唇只有一个乳突;蚯蚓的腹面颜色较淡,背面的颜色较深,腹面较平,背面较凸。涡虫的腹面有口,背面隆起,有眼点。
②解剖无脊椎动物时,应将动物放在解剖盘做的蜡盘中进行。蜡盘中应放适量的清水,水的多少根据解剖动物大小而定,一般以刚好将解剖后的器官淹没为宜,使粘在一起的结构飘浮起来而展开,便于观察。
③根据不同的动物,按相应的顺序来观察,不至于因解剖了前面的器官而损伤了还未解剖观察的其他器官,以至于观察不完全。例如:蛔虫的观察顺序是消化系统、生殖系统、排泄系统;蚯蚓的观察顺序是体腔、消化系统、循环系统、生殖系统、神经系统、排泄系统(活体装片观察);蝗虫的观察顺序是循环系统(注意不要剪破背面血管和心脏)、呼吸系统、生殖系统、消化系统。
④观察某些细小器官(如马氏管、肾管、单眼、气管)要注意使用放大镜、体视镜或显微镜。
⑤使用剪刀、解剖盘时要注意尖端插入的深度要适度并且有意识地朝上挑,一次剪开的幅度不宜过大,动作要轻。将内部结构拨开时,不要使用解剖器的尖端而要用钝端,以免损坏器官。