师:同学们好,今天我们一起来复习细胞器系统的分工与合作。光学显微镜的诞生,让我们看到了形态各异的细胞。但它们有着相同的结构基础,就像图中的植物细胞和动物细胞,都具有细胞膜、细胞核和细胞质。细胞质中有许多忙碌不停的“车间”,它们具有一定的结构和功能,我们称之为细胞器。细胞器分布在溶胶状的细胞质基质当中。
为了观察细胞器的分布,我们需要用到什么技术呢?对,显微技术。我们一起来看高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。首先要考虑选择什么样的实验材料。同学们肯定想到了,叶绿体主要分布在植物的叶肉细胞中,所以可选择植物的叶片。其中黑藻叶和菠菜叶是首选材料,理由是黑藻叶薄,可以直接观察到叶绿体;菠菜叶易获取,不过撕取菠菜叶时需带叶肉,最好是靠近下表皮的叶肉,此处叶绿体大而稀,可观察到单个叶绿体的形态。
线粒体普遍存在于植物细胞和动物细胞中,材料选择广泛,比如我们可以奉献自己的口腔上皮细胞。由于线粒体在显微镜下是无色的,所以需要用健那绿对它进行染色处理。健那绿是线粒体专一性活体染色剂,同时还需要滴管、显微镜、载玻片、盖玻片以及消毒的牙签。那么接下来我们就需要制作临时装片,大家还记得操作步骤吗?我们一起来看。
第一步滴,观察叶绿体时,需要在载玻片的中央滴一滴清水;观察线粒体时需要滴一滴健那绿染液。第二步取,我们可以取一小片黑藻的叶;取口腔上皮细胞时需要注意,用消毒的牙签在口腔内侧轻轻刮几下,将牙签有碎屑的一端放在染液中涂抹几下。第三步盖,盖上盖玻片便可在显微镜下观察。先在低倍镜找到清晰的细胞,移至视野的中央,再换高倍镜观察。我们一起来观察实验结果,不难发现,叶绿体和线粒体均散布于细胞质中。叶绿体呈现扁平的椭球形或球形,线粒体呈现椭球形、短棒状、哑铃形等。光学显微镜只能看到它们的分布和形态,要想观察其内部结构以及其他细胞器的分布,我们需要新的方法。大家看屏幕,我们可以用差速离心法。它的原理是利用不同的转速产生不同的离心力,将细胞器分离开。在电子显微镜下观察可以看到其结构,这是线粒体和叶绿体在电子显微镜下的亚显微结构示意图。
同学们观察一下,你发现这两种细胞器有哪些相同的结构呢?对了,它们都由外膜、内膜以及其内的基质组成,都属于双层膜细胞器。同学们继续观察,你会发现线粒体和叶绿体增大膜面积的方式不同,表现在哪里呢?意义是什么?好,我们一起来总结。线粒体主要通过内膜向内折叠形成嵴,而叶绿体主要通过其内部的类囊体堆叠成基粒。这种增大膜面积有什么作用呢?我们发现线粒体内膜上有多种与有氧呼吸有关的酶,所以它有利于有氧呼吸的进行;而叶绿体中类囊体薄膜上分布着光合色素和光反应所需要的酶,有利于光合作用的进行。因此,我们说结构与功能是相适应的。
从功能上来说,线粒体和叶绿体又被称之为能量转换器,为什么呢?我们可以从能量的角度来分析。线粒体可以将丙酮酸中的化学能转化为ATP中的化学能和散发出的热能,ATP中的化学能水解可以供各项生命活动需要,所以它是细胞的“动力车间”。叶绿体中在光反应进行时,可以将光能转化成ATP中的化学能,然后在叶绿体基质中进行暗反应,又可以将ATP中的化学能转化成有机物中的化学能,这就是能量转换器名称的由来。同时由于它合成了有机物,也是“养料制造车间”。复习了线粒体和叶绿体,接下来我们思考这样几个问题。
一、哺乳动物成熟的红细胞不具有线粒体结构,而根尖细胞基本没有叶绿体结构,这是为什么呢?我们可以从它们的功能和环境入手分析。红细胞的主要功能是运输氧气,线粒体等退化为运输氧气腾出了更大的空间;而根尖细胞基本生活在地下,不能进行光合作用,因此没有叶绿体。
二、蓝藻没有叶绿体结构,可是它却可以进行光合作用,原因在哪里呢?我们可以从蓝藻中的物质组成来分析。蓝藻虽然没有叶绿体结构,但是它含有叶绿素和藻蓝素以及光合作用相关的酶等,所以仍然可以进行光合作用。
三、酵母菌离心处理后,分别向只含细胞质基质的上清液和只含细胞器的沉淀物中加入葡萄糖溶液,在有氧条件下均未产生二氧化碳。为什么会出现这种现象?我们可以从有氧呼吸的三个阶段分析,在有氧条件下,葡萄糖在细胞质基质中完成有氧呼吸第一阶段,它只能将葡萄糖氧化分解成丙酮酸,所以产生不了二氧化碳;而线粒体中没有催化分解葡萄糖的酶,因此将葡萄糖溶液注入到细胞器中也不能产生二氧化碳。由此可知,我们要分析细胞的功能,要从其结构以及它所生存的环境综合分析。
那么细胞中除了线粒体和叶绿体以外,还有哪些其他的细胞器呢?我们一起来观察不同细胞中的细胞器种类,发现不同细胞中的细胞器种类具有统一性和差异性。如果我们将所有的细胞器放在一起,按照膜来划分,可以划分为双层膜细胞器、单层膜细胞器、无膜细胞器。你们还能清晰地记得它们分别是哪些细胞器吗?双层膜细胞器就是我们刚才分析的线粒体和叶绿体;单层膜细胞器有内质网、高尔基体、溶酶体、液泡;无膜细胞器有中心体和核糖体。那么我们接下来学习单层膜细胞器。
首先我们来看内质网和高尔基体。内质网是膜连接的网状结构,根据是否有核糖体附着分为粗面内质网和光面内质网。粗面内质网用于蛋白质的合成和加工,光面内质网主要用于脂质的合成,当然这个巨大的膜面积也可以成为运输的通道。我们再来看右边的高尔基体,高尔基体是由扁平的囊状结构构成,旁边还有数目不等的大小囊泡。它和内质网有着千丝万缕的联系,因为它主要的功能之一就是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类、包装以及发送。
