植物学实验指导

植物学实验指导内容提要　　本书是配合高信曾主编的《植物学（形态、解剖部分）》一书的实验教材，是根据50年代以来北京大学植物学实验课教材和教学经验编写而成。全书有50个实验，内容较多，但各具独立性，各校可根据具体条件酌情选用。为培养学生自己动手独立工作的能力，尽量选用活材料与永久制片相配合的方式，学生依指导即可动手操作。全书约12万字，附插图101幅。书末有附录，介绍简单的显微化学试验和所用染料及试剂的配制方法，徒手切片方法，绘图方法，显微镜一般故障的排除和保养维修方法，以及实验室规则等。　　本书可用作综合大学、高等师范院校、师范专科学校和教师进修学院生物系及农、林院校的植物学实验教材，也可供中学生物学和植物学教师教学参考用。前言　　实验课是基础课教学中的一个重要环节，它不仅与课堂讲授的基本理论、基础知识相结合，而且也是学习后继课程和进行科研工作的基础，同时又是培养学生独立思考和理论联系实际能力的重要手段。　　这本实验指导主要是依据综合大学植物学教学大纲编写的，但它所包含的内容超过了规定的实验课学时，这是为了有的实验可以有选择地进行。此外有些实验用的材料具有地区性，例如小麦为常用的实验材料，是北方地区的作物，如果南方院校做实验时，可用水稻代替。　　为了培养学生自己动手独立工作的能力，在前几个实验中，将操作方法、程序以及观察时应注意的事项介绍比较详细，后面的实验就写得比较简略；在内容安排上尽量由浅入深；为了便于选择，每一实验各有其独立性。　　本书末有附录，分别介绍简单的显微化学试验和所用染料及试剂的配制方法，徒手切片法，绘图方法以及实验室规则等。此外还附有显微镜一般故障的排除和保养维修的方法。　　这本实验指导是根据50年代以来，北京大学植物学实验课教材和教学经验编写而成。全书由高信曾主编。高信曾编写实验1—7；陈耀堂编写实验8—18、32—36；邓岳芬编写实验19—31；陈朱希昭编写实验37—50。李丽霞绘制部分附图。　　由于我们理论水平和实践经验有限，书中难免有错误或不妥之处，希望读者批评指正。编 者1984年9月第一部分 光学显微镜与电子显微镜实验一 光学显微镜　　　在本实验课中，经常需要使用光学显微镜（以下简称显微镜）观察植物体内的各种结构。因此在实验课开始之前，必须先了解显微镜的结构、成象原理和操作规程，并掌握正确的使用方法。　　如果不了解上述情况，在实验课中不仅不能充分发挥显微镜的设计性能，而且容易发生损坏显微镜和压破盖玻片等事故。　　（一）显微镜的结构　　显微镜的种类很多，有的简单、有的复杂，而且各有专门用途。这里所介绍的是复式显微镜，它是植物学实验课中最常用的光学仪器。复式显微镜的式样虽有不同，但它们的基本结构相同，都是由光学部分和机械部分组成（图1-1）。　　光学部分包括：物镜、目镜、镜筒、聚光器和反光镜。　　机械部分包括：镜头转换器，粗聚焦器（用作初步聚焦）、细聚焦器（用作更精确的聚焦）、执手、镜台（也称为载物台、上面装有压片夹）、镜座和倾斜关节。　　（二）显微镜的成象原理　　光学显微镜是利用光学的成象原理，观察植物体结构的。首先利用反光镜将可见光（自然光或灯光光源）反射到聚光器中，把光线会聚成束，穿过生物制片（样品），进入到物镜的透镜上。因此所观察的制片都要很薄（一般为8—10微米厚），光线才能够穿透制片，经过物镜将制片上的结构放大为倒的实象。这一倒的实象经过目镜的放大，映入眼球内最后为放大的倒的虚象（图1-2）。　　　从成象的原理看，物镜在成象过程中起主要作用。因此，物镜质量的优劣直接影响成象的清晰程度，目镜只不过是放大物镜所成的象，而不能增加成象的清晰度。　　聚光器的作用是集中反光镜反射的光线，使光线会聚而得到强的光束。升降聚光器，可调节焦点。聚光器上还附有光圈，用以调节进入物镜的光线。　　（三）显微镜的放大倍数　　显微镜放大的倍数是由目镜、物镜和镜筒的长度所决定。镜筒长度一般为160毫米，常用的显微镜，物镜与目镜上都刻有放大倍数（一般目镜越短，放大倍数越高；物镜越长，放大倍数越高），如物镜上刻有10×、20×、40×和90×等；目镜上刻有5×、10×、15×和25×等。物体最后被放大的倍数为目镜和物镜二者放大倍数的乘积。　　　　理论上显微镜的最大放大倍数可以达到两千多倍，但是目前不仅由于受分辨率的限制，并且还由于制造工艺水平的限制，最好的显微镜的最高有效放大倍数，只能达到一千倍左右。因此有时说一架显微镜可以放大两千倍，这只不过是能够“放大”而已，并不能说明它的清晰程度增大，也许只看见一个放大的模糊形象。　　（四）使用显微镜的操作规程　　1．自显微镜柜子或木盒内取出时，要用右手握紧执手，把显微镜轻轻拿出。由于镜体较重，必须用左手托住镜座，才能做较远距离的搬动。　　2．将显微镜置于实验台上时，应放在身体的左前方，离桌子边缘约30毫米处。右侧可放记录本或绘图纸等。　　3．使用显微镜前，首先要调节好光源。在实验室中可利用灯光或自然光，但不能用直射的阳光，以免损伤眼睛。　　为了迅速而正确地对光，应先用10×物镜，把光圈放到最大位置。在用眼睛观察目镜中视野的同时，转动反光镜，使视野的光线最明亮、最均匀。如果靠近光源，可用平面的反光镜；如果光源距离较远，可用凹面的反光镜。有的显微镜如不具有聚光器，则应用凹面的反光镜。　　4．把制片放在显微镜的镜台上，要观察的部位应准确地移到物镜的下面，然后用压片夹压紧。　　5．观察时要睁开双眼，用左眼观察显微镜目镜视野中的象。　　6．进行观察时，应先用10×物镜。为了避免物镜压坏制片（在使用高倍物镜时最易发生），必须用下面方法聚焦：即一方面从侧面注视物镜与制片间的距离；一方面转动粗聚焦器，使镜筒逐渐下降，直到接近盖玻片为止。然后用左眼观察目镜视野，慢慢转动粗聚焦器使镜筒逐渐上升，直到看清制片中的影象为止。　　观察制片时，首先在低倍物镜下了解制片上切片的概况，如果所要观察部分位于视野的一侧，则要移动制片，将要观察的部位移到中央。移动制片时应注意显微镜中所形成的象是倒象，因此要改变图象在视野中的位置时，需向相反的方向移动制片。　　有的显微镜带有4×物镜，使用时其焦距与10×和40×物镜不同，因此当由4×物镜转换为10×物镜观察制片时，需要重新聚焦。　　7．细聚焦器是显微镜上最易损坏的部件之一，要尽量保护。一般用低倍物镜观察时，用粗聚焦器就可以调好焦距，不用或尽量少用细聚焦器。使用高倍物镜如需要用细聚焦器聚焦时，其旋钮转动量最好不要大于半圈。　　8.需详细观察制片中某一部分细微结构时，可先在低倍物镜下找到最合适的地方，并移至视野中央，然后转动镜头转换器用高倍物镜（40×或44×）观察。当换到高倍物镜后，应该看到制片中的影象。如果影象不清楚时，顺时针或逆时针方向转动细聚焦器，直到影象清晰为止。如果转换高倍物镜后看不到影象，可能所观察的对象没有在视野中央的位置，需要转换到低倍物镜，重新调正制片位置。　　当影象看到以后，还要用光圈调节光束的粗细。这一点很重要，如果光束过于粗大，光线过强，将使一些较为透明的结构不易看清；如果光束过细，光量不足，将使影象灰暗不清。因此必须调节光圈，达到最好的观察效果。在调节光圈时，不要触动反光镜，以免改变光线的折射方向。　　（五）使用显微镜时必须遵守的规则　　1．任何旋钮转动有困难时，绝不能用力过大，而应查明原因，排除障碍。如果自己不能解决时，要向指导教师说明，帮助解决。　　2．保持显微镜的清洁，尽量避免灰尘落到镜头上，否则容易磨损镜头。必须尽量避免试剂或溶液沾污或滴到显微镜上，这些都能损坏显微镜。特别是高倍物镜很容易被染料或试剂沾污，如被沾污时，应立即用擦镜纸擦拭干净。显微镜用过后，应用清洁棉布轻轻擦拭（不包括物镜和目镜镜头）。　　3．要保护物镜、目镜和聚光器中的透镜。光学玻璃比一般玻璃的硬度小，易于损伤。擦拭光学透镜时，只能用专用的擦镜纸，不能用棉花，棉布或其它物品擦拭。擦时要先将擦镜纸折叠为几折（不少于四折），从一个方向轻轻擦拭镜头，每擦一次，擦镜纸就要折叠一次。然后绕着物镜或目镜的轴旋转地轻轻擦拭。如不按上述方式擦拭，落在镜头上的灰尘很易损伤透镜，出现一条条的划痕。　　4．每次实验结束时，应将物镜转成八字形垂于镜筒下，以免物镜镜头下落与聚光器相碰撞。也可用清洁的白纱布，垫在镜台与物镜之间。　　（六）操作练习　　对显微镜的构造和使用方法有初步了解后，可以进行下列操作练习：　　1．用“上”字制片①在低倍物镜下观察（图1-3，下），掌握对光和聚焦器的使用方法。找到观察的物象后，用聚焦器把物象调节到最清晰程度。验证一下放大的物象是否为倒象？把制片向左和向右移动，物象移动的方向是否与制片移动的方向一致？为什么？　　2.用“绢”制片②（图1-3，上），计算视野直径在高倍物镜和低倍物镜下各有多少方格，计算其放大倍数是否与物镜放大倍数成正比。　　3．用“绢”制片测量不同放大倍数下，视野的直径。首先在“绢”制片上找出黑色斑点的标记（用肉眼就可以看出，这是在制片时做的，每两黑点之间为1毫米）。数一数两黑点之间有多少小方格，然后分别在4×、10×、40×（或44×）物镜下（目镜放大倍数不变）计算视野直径的方格数目，并按方格数目多少粗略地计算出三种物镜下视野直径的大小。把计算结果记录下来，可帮助在观察实物时，建立放大倍数的概念。　　4．在载玻片上滴一滴稀胶水，用解剖针搅拌使产生小的气泡，加盖玻片后在显微镜下观察。在显微镜下看到的气泡，其外围为一黑圈，中间为明亮部分。应该记住气泡在显微镜下的形象，在以后的实验中，不要把气泡误认为植物组织中的结构，这往往是初学人容易发生的错误。　　　5．在载玻片上放一滴含有浮游生物的水，然后轻轻加上盖玻片。盖玻片一定要擦拭清洁，否则将影响观察。加盖玻片时要小心，先将盖玻片的一边与载玻片上的水滴边缘接触，然后自一侧轻轻盖下。如果突然放下盖玻片，将会产生气泡影响观察。　　观察浮游生物时，一定要按上述的操作程序进行。先在10×物镜下观察浮游生物的游动情况，并试着移动载玻片追踪游动的浮游生物。最后在高倍物镜下观察，并改变光圈的大小，了解其对物象的影响。　　作业：　　1．将利用“绢”制片，计算出的不同倍数物镜下的视野直径记录下来。　　2．为什么在显微镜下观察气泡时，会有黑圈出现？　　3．说明在高倍物镜下观察浮游生物时，改变光圈大小对物象的影响。实验二 电子显微镜　　自1665年英国人虎克（RobertHooke）第一次用他改进的光学显微镜观察软木细胞以来，至今已有三百多年。在此期间科学发展很快，对细胞结构的认识逐渐深入和丰富。这一方面是由于光学显微镜的不断改进和完善；另一方面是新的观察仪器的使用——即电子显微镜的应用。可以说17世纪60年代由于光学显微镜的使用，对细胞的观察进入了微观世界的认识，而20世纪50年代由于电子显微镜的使用则进入了超微观世界的认识。以后由于一些新技术（如冰冻蚀刻、放射自显影、高速离心等）的应用和新仪器（如扫描电子显微镜、电子探针X射线显微分析仪）的使用，进一步促进了细胞学的发展。　　（一）电子显微镜的工作原理　　我们常说电子显微镜（即透射电子显微镜）的特点是放大倍数高、可以放大几千倍、几万倍以至几十万倍。因此，光学显微镜下不能看到的结构（如内质网）或生物（如病毒）在电子显微镜下就能看到。但不能只看到它的放大倍数高，还有一个特点，即分辨率高也是极为重要的。即使是同样的放大倍数，光学显微镜所不能看到或看不清楚的结构，在电子显微镜下都能看清楚。　　分辨率也叫做分辨本领，简单地说就是能够分辨得出尽可能近的两点的能力，用两点间最短的极限距离表示分辨率。例如普通光学显微镜的分辨率为0．2微米，也就是0．2微米为普通光学显微镜的分辨极限。两点或两层膜如果它们之间的距离小于0．2微米，就是放大多少倍也是看不出的。　　光学显微镜的工作原理是利用光线穿过被观察的样品，经过物镜和目镜的作用把样品的象放大到几十倍、几百倍以至一千倍；电子显微镜则是利用电磁透镜的作用，使电子束会聚在一起，穿过样品再经电磁透镜（物镜与目镜）作用把样品的象放大几百倍、几千倍以至几十万倍。图2－1为光学显微镜与电子显微镜的工作原理，相互对照可看出它们的相似之处。　　　　光线和电子束的波长与分辨率有直接关系，波长越短分辨率越高。可见光（一般光学显微镜所用的光线）波长为760—390纳米，因此光学显微镜的分辨率为0.2微米；如果用波长短的紫外光（波长为390—13纳米）则其分辨率可提高一倍，所以紫外光显微镜（光学显微镜的一种）的分辨率为0.1微米。而应用电子束的电子显微镜，由于电子束的波长比光线的波长短得多（表2－1），所以它的分辨率要高得多，我国设计的DXB2－12型电子显微镜分辨率为0.204纳米，放大80万倍。　　电子显微镜的工作原理与光学显微镜相类似，只不过电子束代替光线，电磁透镜代替光学透镜。但因空气对电子束起着阻碍作用，因此电子显微镜内部需要保持真空状态。另外电子束的穿透能力很差，过厚的样品电子不能穿透因而不能进行观察。所以必须要将样品切成超薄切片，厚度为60—90纳米。由于上述原因，电子显微镜的造价和使用条件要比光学显微镜的要求高得多。　　　　（二）扫描电子显微镜　　1965年又设计出另一类型的电子显微镜，它是利用经过电磁透镜会聚成很小的电子束，并使电子束在样品上进行扫描，收集样品上所产生的次生电子，经过放大在显象管的荧光屏上出现样品影象。因为电子束在样品上扫描成象，所以叫做扫描电子显微镜。　　扫描电子显微镜与光学显微镜和透射电子显微镜相比有下列独特的优点：　　1．由于它具有较大的景深，因而能得到有真实感的立体图象。　　2．放大范围广，可由十倍放大到十几万倍。　　3．样品的制备方法比较简便。　　4．可利用样品在入射电子作用下产生的不同信号，对样品进行成分和元素分布的分析。　　由于上述的独特优点，近年来扫描电子显微镜已广泛应用于生物学的各个学科领域。　　电子显微镜应用以后，虽然对生物学的进展起着重要的作用，但我们仍不能忽略光学显微镜的作用。现在不少科研工作，将同一材料分别用光学显微镜、透射电子显微镜和扫描电子显微镜进行观察、把观察结果相互对照比较。　　　　作业：　　1．参观电子显微镜室，了解透射和扫描两种电子显微镜的工作原理和制备样品的程序。　　2．观察透射和扫描两种电子显微镜对植物样品在荧光屏上成象的情况。　　3．观察植物细胞的超微结构照片，识别出细胞壁、细胞核、液泡和各种细胞器，并用文字分别说明它们的结构和特征。　　4．回答下列问题：　　（1）电子显微镜为什么能看到在光学显微镜下看不到或看不清的结构？　　（2）什么叫做单位膜？你在植物细胞的电镜照片上能看到它的结构吗？第二部分 植物细胞实验三 植物细胞的基本结构　　洋葱（Alliumcepa）鳞茎的鳞片表皮细胞是观察植物细胞的理想材料，不仅是由于洋葱鳞茎一年四季都能得到，取材容易，而且制片方法简单，易于成功。　　（一）制片方法　　在光学显微镜下观察植物细胞的结构时，必须将植物的细胞、组织或器官做成薄的制片，才能观察。这些薄片不能过厚（一般以一层细胞的厚度最好），如果过厚不但细胞相互重叠，而且光线不易穿透，虽然在显微镜下勉强可以看到细胞的轮廓，但细致的结构则很难看清。要做一薄的制片可以用不同的方法，如用离析的方法，把细胞“打散”分开；也可用切片刀徒手或用切片机切成薄片。这些方法将在以后的实验中介绍。本次实验则采用另一种方法——撕片法，用镊子把植物组织（一般为表皮）撕下一层，进行观察。　　撕表皮的方法是先取一洋葱鳞茎，用解剖刀纵切为两半（如鳞茎过大也可纵切为四）。取一片肉质鳞片叶，从其凹下的一面用镊子轻轻刺入表皮层，然后捏紧镊子夹住表皮，并朝一个方向撕下（凹面的表皮较易撕下，有时凸面也可以用）。将撕下的表皮迅速放在滴有水滴的载玻片上。撕表皮时要注意：1．不要把表皮撕得过大，如撕下的一块表皮面积大于盖玻片时，则应放在有水的载玻片上，用刀片切成小块，才便于观察；2．撕时操作要迅速，勿将撕下的表皮在空气中暴露过久，致使生活细胞由于失水而受到损伤；3．撕开的一面最好朝上放在载玻片上，以利于染色和进行组织化学试验的观察；4．撕下的表皮一定要平铺在有水的载玻片上，如发生折皱或重叠可用解剖针将其铺平，折皱和重叠都将影响观察效果。　　表皮撕好后可将盖玻片盖上进行观察。加盖玻片时要格外小心，盖不好会出现气泡或是盖玻片的上面沾有水迹（按实验—，光学显微镜部分操作规程进行）。不加盖玻片或盖上盖玻片后，观察的薄片未被水浸透，都不能在显微镜下观察。由于空气、水和玻璃的折光率不同，按显微镜设计要求，不加盖玻片的材料或是没有被水浸透的材料（在空气中的）是不能得到清晰的物象的。这一点很重要，如果初学者不注意此点，将会影响实验课的效果。　　（二）观察　　对细胞结构的观察，一般不需要用最低倍物镜（4×），首先用10×物镜然后转换到高倍（40×或44×）物镜进行仔细观察。实验一中虽然已进行过使用显微镜的训练，了解了显微镜的结构、成象原理与操作规程，但仅仅一次训练是不可能熟练地使用显微镜的。在本次实验过程中必须严格遵守操作程序，如忘记其中某些步骤，应查阅前面的实验指导，了解清楚后再进行观察。　　观察时可能出现下面几种意外情况：　　1．用10×或40×物镜观察时视野全部黑暗，当转动反光镜时也没有光线射入。这是初学者常会出现的现象。其原因是物镜未与镜筒对正偏离一边，虽然从表面上不易发觉，但由于物镜头与镜筒未对正，光线不能进入，因此视野黑暗。这种现象特别是当由10×物镜转换为40×或44×物镜时最易发生。此时需要转动镜头转换器，使物镜处于正对准镜筒的位置。一般的显微镜在镜筒基部有一弹簧片，当物镜转到正确位置时，正好被卡住。　　2．虽然视野明亮，但转动聚焦器聚焦时，看不到所要观察的材料。这种现象是所观察的材料偏离出视野以外，因而看不到材料。如有这种现象发生，应移动载玻片使观察的材料位于镜台孔洞的中央，用10×物镜聚焦观察将所要观察部分移至视野中央，再换高倍物镜观察。　　3．观察时由低倍物镜转换为高倍物镜时，由于高倍物镜镜头长，碰到载玻片上不能转换。这种现象在本次实验中可能不会遇到，但当观察永久制片时将会发生。这是因为把制片放反了，把有盖玻片的一面放在下面，载玻片的厚度超过物镜的工作距离，因而载玻片阻挡高倍物镜的转换。这种情况必须经常注意，方能避免因这一疏忽而把永久制片压破。　　4．要学会在显微镜下识别气泡的能力，初学者时常把气泡误认为细胞。虽然实验一中观察过气泡，但当与观察的材料混在一起时，往往仍会认错。在光学显微镜下小的气泡，由于与水的折光率不同，而出现黑的圆形的象。如果气泡过大时，则可在气泡中出现观察材料的结构，但这部分与水交界处为一黑色的边缘。制片上如果出现气泡过多，应重新加盖盖玻片。　　在低倍物镜下观察洋葱表皮的细胞，好象一网状结构，每一网眼即为一个细胞，网络为细胞壁（图3－1）。细胞排列紧密没有细胞间隙。选择最清晰的部分移到视野中央，然后换高倍物镜对细胞的内部结构进行仔细观察。使用高倍物镜时应掌握好两项操作：一是细聚焦器的使用，一般细聚焦器只限于在高倍物镜下使用。使用细聚焦器不仅是把焦距调好，而且可以利用不同的“光切面”建立细胞的立体结构概念。撕下的表皮（或其它制片）虽然很薄，但总有一定的厚度，利用细聚焦器可以使厚度上不同部位分别成象。通过不同部位的象，建立立体结构的概念；二是光圈的调节，使用光学显微镜时，进入物镜中的光线强度要适当，过强或过弱都会影响成象的清晰度。这一点在使用高倍物镜时更为显著。　　做好上述各项准备工作以后，对洋葱鳞片表皮细胞进行观察，注意下列结构：　　细胞壁 在细胞的最外层，撕下的表皮层如果细胞完整，则每一细胞为一长而扁的盒子（很象我们用的铅笔盒）。一般至少有六个面，亦即有六个方向的细胞壁。但由于细胞壁是透明无色的，上、下两层壁看不出，只能看到一长方形轮廓。如果把细胞壁染上颜色，则上、下两层壁可以显出。现在所看到的细胞壁，都是两相邻细胞所共有的，也就是由三层所组成，两层初生壁和中间的中层（胞间层）。在高倍物镜下可以看到细胞壁的厚度并不均匀，有时还可以看到壁上的初生纹孔场。　　液泡 细胞壁以内为原生质体，在已成熟的表皮细胞中，可以看到细胞中体积最大的是液泡，它将细胞质、细胞核等挤到外围与细胞壁紧紧地贴在一起。液泡中的细胞液为溶解各种物质的水溶液，在光学显微镜下看不出什么结构。　　细胞核 在不染色的生活细胞中，细胞核为折光性强的卵圆形或圆形球体。在低倍物镜下就能看到。由于细胞核沉没在细胞质中，因而在成熟细胞中，它总是位于细胞的边缘。但有时也会发现有的细胞核位于细胞的中央，仔细思考这是为什么？在细胞核中还可以看到一、两个或更多个圆球形颗粒，为核仁。　　细胞质 紧贴细胞壁的一层较为粘稠物质，在其中除含有细胞核外，还可看到许多细小的颗粒，其中有的为线粒体。由于分辨能力所限，在光学显微镜下只能看到这些结构的轮廓，如果用电子显微镜观察，可以看到其内部结构和更多类型的细胞器。　　在观察过程中，有时会看到有的表皮细胞中看不到细胞核。这是因为在撕表皮的过程中把这些细胞撕破，有些结构已从细胞中流出。　　为了更好地观察细胞结构，在用新鲜材料观察后，可用碘-碘化钾溶液染色，使细胞的结构，特别是细胞核和细胞质更为清晰，易于观察。染色的方法有两种：一是把盖玻片取下，用吸水纸把材料周围的水分吸去，然后用滴管滴一滴染料，经2—3分钟后，加上盖玻片即可观察；另一种方法是不移动盖玻片，而是在盖玻片的一侧滴上一滴染料（滴在盖玻片边缘的载玻片上），然后用吸水纸自另一端将盖玻片下的水分吸去，把染料引入盖玻片与载玻片之间，对新鲜材料进行染色。后者较为简便，但染色速度较慢。　　在显微镜下对洋葱表皮细胞结构观察清楚后，选一两个有代表性的细胞，绘图表示其结构，绘图方法见附录。　　（三）细胞壁主要成分——纤维素的测定　　在载玻片上滴一滴碘-碘化钾溶液，然后用镊子自洋葱鳞片叶上撕下一片表皮，立即放在载玻片的染液上。经2—3分钟后，用吸水纸把染液吸去，然后滴一滴70％硫酸，加盖玻片后即可观察。此时纤维素的细胞壁被染成蓝色，使整个细胞呈蓝色，只有中层（此时已由于硫酸的作用而膨胀）呈淡黄色。　　此染色法需用70％硫酸，由于硫酸腐蚀性很大，实验时注意勿将硫酸沾到物镜、镜台、聚光器或实验台上。如上述部位滴有硫酸，应立即揩拭干净。　　作业：　　1．绘一或二个洋葱表皮细胞，表示表皮细胞的各部分结构。　　2．回答下列问题：　　（1）为什么在成熟的表皮细胞中，有的细胞核位于细胞的中央？试解释其原因。　　（2）在测定细胞壁主要成分——纤维素的实验中，为什么细胞壁经过处理后，整个细胞都显出蓝色？而在生活的细胞中，只在细胞的侧面才能看出细胞壁的结构。实验四 细胞的原生质流动　　　原生质流动是细胞的一种生命活动现象，普遍存在于生活的植物细胞中。但由于必须处于生活状态下才能看到，所以在观察时有一定困难。首先要求观察的材料必须是生活的，如果把细胞“切开”必然损伤细胞和周围组织；如果把细胞“打散”，则要用酸或碱溶液处理，都将影响细胞的生命；其次细胞质在光学显微镜下是无色透明的，使原生质流动现象不易观察。因此常用的材料为水生被子植物的沉水叶，其叶片大部分由两层细胞组成，而且细胞质中含有大量叶绿体，是观察原生质流动的理想材料。　　（一）实验材料　　　观察原生质流动最方便、最常用的材料是黑藻（Hydrillaverticillata）。在我国各地区都有这种生活在淡水中的被子植物，易于采集，也易于在室内培养（放在玻璃缸中，只要温度适宜即可正常生活）。黑藻整个植物体浸没在水中，叶轮生，单叶长椭圆形，长6—10毫米、宽2—3毫米（图4—1）。观察时可自植株上取一片完整的叶片，截取时应注意尽可能地不损伤叶片。然后将它放在滴有水滴的载玻片上，加盖玻片。虽然这片叶子离开植株，受到一定的损伤，但在短时期内叶片的细胞还能维持正常生活。　　（二）观察方法　　先用肉眼或放大镜观察黑藻叶片的全貌。叶长椭圆形，边缘有疏齿，中间有一条主脉贯穿整个叶片（图4－1），其余部分由两层含有丰富叶绿体的细胞组成，整个叶片呈草绿色。　　在显微镜下观察时，先在低倍物镜（10×物镜）下仔细观察叶片各部分的结构。认清叶脉、叶片和叶的边缘。特别要注意的是两层叶肉细胞之间常可看到有窄长形的管道，这就是细胞间隙。它是由细胞壁中层果胶质分解裂开形成的，在其中贮存着光合作用与呼吸作用过程中释放出来的气体，因而在显微镜下这些管道常呈黑色。在低倍物镜下选择那些看来含有叶绿体不多的细胞，移到视野中央，然后转换高倍物镜观察。黑藻叶片的细胞与洋葱鳞片表皮细胞相似，因都是生活的未经染色的细胞，其细胞壁为无色透明，因此与叶片表面平行的细胞壁看不出来。用转动细聚焦器的方法可以看出细胞的立体结构，但常因细胞间隙中有空气，影响对侧壁的观察。细胞内分布大量叶绿体，它们常将细胞内其它结构掩盖，特别是细胞核常被掩盖看不到。叶绿体为扁圆形，分布在细胞质中，这些细胞质被中央大液泡挤在细胞的周围。在显微镜下可以看到分布在上、下细胞壁（与叶片表面平行）附近的叶绿体为圆形，而分布在侧壁（与叶片表面垂直）附近的为椭圆形。这实际上是看到叶绿体的两个不同的面。在强光照耀下，大部分叶绿体分布在侧壁附近；在弱光下，大部分分散在上、下壁的附近。　　在观察细胞结构的同时，会发现有些细胞内的叶绿体在不断地移动。它们常是沿着细胞的一侧向同一个方向移动，这就是原生质流动的现象。如果在观察的视野中看不到原生质流动，可用低倍物镜观察寻找有原生质流动的细胞（主要以叶绿体的移动来证实原生质流动）。如果还找不到，可换一片生长良好的叶片重新观察。　　　　观察时应尽量利用调节细聚焦器，了解各“光切面”，建立细胞的立体结构概念。在观察细胞的同时，有时会发现一些圆形或其它形状的结构出现在细胞上，通过细聚焦器的调节可确定这些结构并不是在细胞内，而是在细胞的表面。这些可能是附着在叶片表面的原生动物或藻类。　　作业：　　1．选择几个有代表性的黑藻叶片细胞，绘图表示细胞结构，并用箭头表示原生质流动的方向。　　2．用碘-碘化钾溶液染黑藻叶片细胞，染色后叶片细胞发生什么变化？原生质是否流动？写出结果并解释原因。实验五 胞间连丝和纹孔　　在实验三中已观察过细胞壁的结构，并用组织化学的方法确定组成细胞壁的主要成分是纤维素。细胞壁是植物细胞所特有，绝大多数的植物细胞都是由纤维素组成的细胞壁所覆盖。但细胞壁并不是完全封闭的，而是有胞间连丝和纹孔把两相邻细胞联系起来。在细胞壁形成过程中（例如有丝分裂末期）形成胞间连丝，在其中并有内质网和微管穿过。纹孔是在细胞停止生长后，形成次生壁时才出现，它是由次生壁局部不加厚而形成的。　　（一）胞间连丝　　胞间连丝普遍存在于生活的植物细胞中，但由于胞间连丝非常细小（直径0.02-0.2微米），在光学显微镜下很难看到，需要经过特殊的染色方法，才能观察。　　取柿（Diospyroskaki）胚乳横切面永久制片在低倍物镜下进行观察，可以看到柿胚乳组织是由许多厚“壁”细胞组成（图5-1）。这些细胞壁非常厚，约占细胞直径的一半。其加厚壁主要由半纤维素组成，是一种贮藏物质。中央是原生质体，它已被染成蓝黑色。有些细胞的原生质体在制片过程中脱落，只剩下细胞壁和中央的空腔。选择细胞切面整齐的部分（有些部分的细胞排列不整齐而被切歪，这些切面不易看清细胞壁上的胞间连丝）移到视野的中央，转换高倍物镜仔细观察，在厚厚的细胞壁上的平行细丝即为胞间连丝。观察后绘图表示细胞壁上的这一结构。　　（二）纹孔　　用解剖刀取一部分梨（Pyrus sP.）果实的果肉（选用的梨最好是野生种或是果肉较硬的品种），放在载玻片上的水滴中，加盖玻片用低倍物镜观察。可以看到梨果肉中有成群的等直径厚壁细胞—石细胞团。为了便于观察可用解剖刀压碎这些细胞群，使其分散。选取分散的1-2个石细胞，用高倍物镜仔细观察。　　石细胞的次生壁非常厚，常常占据细胞的大部分，使细胞腔变得非常狭小。在厚厚的次生壁上有局部未加厚处，即为纹孔。在高倍物镜下可看到相邻的细胞壁上，在相应的位置也没有次生壁加厚，因而形成纹孔对。细细的不加厚管道好像相互通连，但实际上在它们之间由中层和初生壁所隔开（图5-2）。　　观察后，用镊子取下盖玻片，再用间苯三酚溶液和盐酸染色。染色时先加一滴 1mo1/L盐酸，过1-2分钟再加一滴间苯三酚，盖上盖玻片，用吸水纸吸去多余液体，放显微镜下观察。石细胞的厚壁呈紫红色，证明石细胞的壁中含有木质素（木质化的细胞壁，经间苯三酚和盐酸处理后，呈红色反应），增强了细胞壁的硬度。在染色过程中，由于盐酸腐蚀性很强，一定要注意不要把盐酸滴到任何地方，吸过盐酸溶液的吸水纸也要放在指定地点，不要随意丢弃。　　最后可取梨果肉永久制片观察，制片中的石细胞群被染为红色，果肉其它部分染为绿色。由于是切片，因此石细胞壁的结构，更易看清。　　作业：　　1．绘图表示柿胚乳细胞的胞间连丝和梨石细胞纹孔的结构。　　2．比较胞间连丝和纹孔两名词的含义。实验六 植物细胞的后含物　　细胞在生长分化过程中，以及成熟后由于代谢活动产生的贮藏物质或废物统称为后含物。后含物有的存在于液泡中，有的存在于细胞器内。在后含物中主要是贮藏物质，其中以淀粉、糖、脂类和蛋白质为主。排泄物常为各种形状的晶体。　　（一）淀粉粒　　淀粉是一种最普通的后含物，在质体中发育成淀粉粒。在植物界中淀粉是仅次于纤维素的一种丰富的碳水化合物。　　观察淀粉粒的理想材料是马铃薯（Solanum tuberosum）块茎。在块茎中有大量的薄壁组织细胞，细胞中含有丰富的淀粉粒。观察时只要用解剖刀在切开的块茎表面轻轻刮一下，将附着在刀口附近的混浊汁液放在载玻片上，加一滴水放上盖玻片即可观察。　　用低倍物镜观察时，在视野中可以看到不同大小的颗粒团，选择颗粒不稠密而且互不重叠处，用高倍物镜观察。由于淀粉粒未经染色，需要调节光圈大小和细聚焦器才能观察清楚。当焦距对准，光圈大小合适时，可以看出椭圆形的淀粉粒有明暗交替的同心圆花纹，而且围绕着一个中心，这个中心叫做脐点。马铃薯的脐点不在中央而是偏心的（图6－1）。　　在视野中除了具有一个偏心脐点的大淀粉粒外，还可见到具有两个或两个以上脐点的淀粉粒。仔细观察时会发现这类淀粉粒有两种类型：一类是具两个或两个以上脐点的淀粉粒，在中央部分每个脐点由各自的同心圆所包围，而在外围则有共同的同心圆，这类淀粉粒称为半复粒淀粉粒（图6－1，B）；另一类是每个脐点只有各自的同心圆而没有共同的同心圆包围，称为复粒淀粉粒（图6－1，A、C）。只有一个脐点的称为单粒淀粉粒（图6－1，D）。　　观察后用碘-碘化钾溶液染色。所用染料不宜浓度过高，过浓时将淀粉粒染为蓝黑色，不利观察。较稀的染料可把淀粉粒染为浅蓝色，其同心圆结构清晰可见。因此染色时不必移除盖玻片，可在载玻片上沿盖玻片的一侧边缘加一滴染料，使其与盖玻片下的水相接触，然后在盖玻片相对一侧的边缘用吸水纸将盖玻片内多余的水分吸去，即可染色。　　（二）糊粉粒　　许多种类的果实和种子中常含有贮藏的蛋白质，称为固体的蛋白质-糊粉粒。这些蛋白质贮存在液泡中，在贮藏过程中大液泡分解为较小的液泡，当成熟时每一液泡即为蛋白质体，液泡膜为其外围的膜。在豆类种子子叶的薄壁细胞中，普遍具有糊粉粒。这些糊粉粒以无定形蛋白质为基础，包含一个或几个拟晶体。　　取一粒菜豆（Phaseolus vulgaris）种子，剥去种皮，用剃刀或新的刀片，对含有丰富贮藏物质的肥厚子叶做徒手切片（徒手切片法见附录），放入盛有水的培养皿中。用镊子选取较薄的切片放在载玻片上，先不加盖玻片放在低倍物镜下检查是否可用。当看到切片中有透明的部分就是合用的，此时自显微镜上取下载玻片，在载波片上加水及盖玻片即可进行仔细观察。如果切片上存在气泡，可用解剖计轻压盖玻片内有气泡的部位，即可将气泡挤出，如仍有气泡存在则要用镊子将盖玻片取下，重新加盖玻片，直至切片上不含有气泡为止。观察时，仍先用低倍物镜，选择切片较薄的地方，移至视野的中央。观察菜豆子叶的结构，可看到它们是由许多薄壁细胞组成，细胞中充满贮藏物质。有时可看到细胞内有部分空隙或整个细胞中空，这是在切片过程中细胞内的物质脱落的结果，不要误认为是液泡。这样的细胞虽然看不到细胞内含物，却可以了解细胞壁的结构，在一些壁上可看到纹孔。此外在这些细胞之间还可看到不太大的细胞间隙。　　在细胞内部有大小不等的颗粒。在大的颗粒上可以看到与马铃薯块茎的淀粉粒相似的同心圆花纹，这些就是菜豆的淀粉粒。仔细观察这些淀粉粒与马铃薯淀粉粒并不完全相同，它们的脐点位于中心，并在中央部分有裂隙，因此很容易与马铃薯淀粉粒相区分。　　其中较小的颗粒看不到同心圆结构和中央裂隙的就是糊粉粒，在糊粉粒中可以看到圆形的或晶体的结构。如用组织化学方法则更容易区分淀粉粒和糊粉粒。此法是加一滴碘-碘化钾溶液于盖玻片的一侧，在另一侧用吸水纸吸去多余水分，即可染色。显微镜下观察时，淀粉粒被染为蓝紫色，而糊粉粒被染为金黄色。　　选一细胞画出细胞的内含物，表示淀粉粒和糊粉粒的结构。　　（三）油滴　　取已制好的落花生（Arachis hypogaea）子叶切片，切片是用PAS试剂和桔红G染色，而且用锇酸固定，因此切片中多糖（细胞壁和淀粉粒）被染为紫红色，黑色颗粒为油滴，糊粉粒染为桔黄色。观察时先在低倍物镜下选择完整的细胞移至视野中央，然后在高倍物镜下观察三种后含物在细胞中分布的情况。　　观察完毕，绘图表示落花生子叶细胞的结构及其中后含物分布情况，并用颜色铅笔表示三种贮藏物质的染色颜色、形状和大小。　　（四）晶体　　草酸钙是植物体中存在得最普遍的晶体，它们常成针形、棱形或聚集成晶簇（图6－2，A、B）。而碳酸钙结晶则不普遍，这种化合物常与细胞壁结合形成钟乳体（图6－2，C）。　　1．针晶 取紫露草（Tradescantia virginiana）茎，用剃刀或刀片进行徒手切片，放入盛水的培养皿中。用镊子选一薄切片放在载玻片上，加水及盖玻片，在低倍物镜下观察。可以看到在较大的细胞中以及在切片附近的水中有针形的结晶，这就是针晶。然后换高倍物镜仔细观察，会发现有些针晶的长度大于它所存在的细胞的直径，这是为什么？应如何解释？　　2．钟乳体 取印度橡胶树（Ficus elastica）叶片，用剃刀或刀片做徒手切片。印度橡胶树叶片大而厚，是比较容易用徒手进行切片的。切时可先切除主脉，然后切成宽约半厘米的长条，把长条叶片折成1-1．5厘米长的一摞，每摞4-6片，用姆指及食指拿好即可进行切片。上述过程不必用剃片或新的刀片切割，用旧的单面刀片即可。只在徒手切片时才用剃刀或新刀片。切时注意刀口及材料上要滴些水，整个操做过程应迅速，切好的叶片放入盛水的培养皿中，以免叶片枯萎。用镊子选一薄切片放在载玻片上，先不加盖玻片置低倍物镜下检查，如切片完整而薄即可加水及盖玻片进行观察。　　观察时注意在排列整齐的叶肉细胞（内含许多叶绿体，很易辨认）中间有较大而发亮的空腔，有些空腔中可看到有椭圆形不透明的结构，即为钟乳体。选一较典型的钟乳体，移到视野中央，在高倍物镜下，调整光圈，利用细聚焦器，从不同的“光切面”了解钟乳体的结构，并绘图表示。　　作业：　　1．绘图表示马铃薯块茎中三种类型的淀粉粒。　　2．绘落花生子叶细胞，表示细胞内贮藏物质的种类和分布，并用颜色铅笔表现出几种贮藏物质染色后的颜色。　　3．绘菜豆种子子叶细胞中的内含物，表示淀粉粒和糊粉粒的结构。　　4.绘出两种晶体。实验七 植物细胞的有丝分裂　　植物细胞在进行生长发育过程中，不断地进行细胞分裂，增加细胞的数目。植物细胞分裂的方式，最普遍、最常见的是有丝分裂。植物的根尖、茎尖分生组织和形成层，主要以有丝分裂方式进行分裂。　　要做好这次实验必须考虑到两个问题：第一要掌握好细胞进行有丝分裂的时间，否则很难观察到有丝分裂的全过程，有时甚至看不到有丝分裂；第二是用什么手段进行观察，是将根尖、茎尖等材料切成薄片，还是用离析的方法把细胞“打散”进行观察。　　（一）细胞周期的概念　　要掌握好有丝分裂的发生时期，首先要建立细胞周期的概念。所谓细胞周期就是从一次细胞分裂到下一次分裂之间细胞所经历的全部过程。已知有丝分裂开始前必须进行DNA的合成，实验证明这一合成只在分裂间期的一定时期内进行。一般把分裂间期分为G1（DNA合成前准备时期）、S期（DNA合成时期）、G2（有丝分裂前的准备时期）和M（有丝分裂时期）四个时期。形成两子细胞后，又回复到G1时期，整个细胞周期见图7-1。　　植物细胞周期的持续时间，一般在十几小时到几十小时之间。时间长短与植物的生活条件，特别是与温度关系密切。温度高时时间短，温度低时则周期时间延长。　　M期为有丝分裂过程，在整个细胞周期中所占的时间很短，一般为一个小时左右，在这一个多小时中，前期较长，中期、后期和末期都较短。以洋葱根尖为例，整个M期为83.7分钟，其中前期为71分钟，中期6.5分钟，后期2.4分钟，末期3.8分钟。整个分裂时期只占细胞周期时间的十分之一。　　要观察有丝分裂的过程就必须掌握好细胞周期中M期发生的时期。根据实验观察，在自然条件或室温培养条件下，多数植物M期发生在上午9—12时和下午2—5时。当然这个时间不是绝对的，细胞分裂时期随着植物生长情况，昼夜温度等因素而变化。对一些不熟悉的植物，可采用在一天廿四小时内不同时间进行观察，以确定它的细胞分裂时期。　　（二）观察植物细胞分裂的方法　　前面讲过可以用两种方法观察植物细胞分裂。第一种方法是用做好的切片进行观察。这些切片常以植物根尖为材料，用石蜡法制成切片（纵切或横切），厚度8—10微米。其厚度大约等于一个分生组织细胞的直径，也就是一个细胞厚。可以看到有丝分裂的各个时期，并能清楚地看到各时期的细致特征。但缺点是因为是一切片不可能保持完整细胞，也就是看不到分裂细胞的全貌，当然更不能计算出细胞中所含有全部染色体的数目。而离析法是把细胞“打散”，每个细胞分散开既便于观察整个细胞，也便于计算每一细胞中的染色体数目。　　上述两种观察方法各有其优缺点，因此本次实验采用两种方法，以取长补短更好地了解植物细胞的有丝分裂过程。关于有丝分裂过程中各个时期的特征见图7-2，并可参考《植物学（形态解剖部分）》教材。　　（三）染色体的形态　　有丝分裂的中期是观察染色体形态的最好时期。这一时期的染色体是由两条染色单体组成，在每个染色体的一定部位有纺锤丝相连，这个区域叫做着丝点。这个区域一般染不上颜色或是缢缩变细，叫做主缢痕（图7-3）。　　根据着丝点在染色体上的位置，一般将染色体分为三种类型：1.着丝点位于染色体的一端，形成一个长臂和一个极短的臂，染色体呈杆状；2．着丝点不在染色体中部，形成两个不等长的臂，染色体呈“ L”形； 3．着丝点在染色体正中部，形成两个等长的臂，染色体呈“ V”形（图7-3， A）。A．三种类型染色体；B．具随体的染色体。1．着丝点；2．臂；3．副缢痕；4．随体　　除着丝点外，有的染色体臂上还有另一个不着色或缢缩变细的区域称为副缢痕（图7-3，B）。这一区域可能与核仁形成有关，因此，也称为核仁组成区。此外有的染色体的末端有一个棒状或球形的结构，其直径与臂的粗细相似或小一些称为随体（图7-3，B）。在随体与染色体臂之间有一副缢痕相隔，这两种结构也是染色体形态特征之一。　　（四）植物根尖有丝分裂的观察　　取洋葱或百合（Lilium brownii var.viridulum）根尖永久制片观察，首先用肉眼或放大镜观察永久制片中的根尖纵切面，认清根冠、分生区、伸长区和成熟区（根毛区）四部分。然后放在显微镜下，用10×物镜观察，并将分生区移至视野的中央；换高倍物镜仔细观察。在低倍镜观察时可以根据染色体的分布情况及细胞核的变化（核仁、核膜是否消失等），大致了解分生区中细胞分裂情况。如果分裂相过少，可换一个切片进行观察。　　观察时可参考教课书和有丝分裂的照片，掌握分裂过程中各个时期的特征，并在显微镜下识别出每一个分裂时期。　　观察制片以后，用刀片截取已培养好的洋葱鳞茎长出的幼根根尖，其长度以5毫米为宜。截取下的根尖放入醋酸-纯酒精（1：3）固定液中固定15—30分钟。然后用95％酒精洗净醋酸，移入70％酒精中，再用水冲洗后转入 lmol/L盐酸中。在60℃下水解10分钟后，水洗1—2次即可压片观察。　　压片时，取已处理好的根尖放在载玻片上。用解剖刀或解剖针，把根尖自伸长区以上部分切去，只剩下1—2毫米长的一段。滴一滴醋酸洋红溶液染色，约10分钟后，根尖染为暗红色即可。也可以放在酒精灯上略微加热，这样可使细胞质破坏，增进染色体的染色。但不宜过于加热，如将染料煮沸则使细胞干缩毁坏，染料沉淀而不能观察。染色后加上盖玻片，在平坦桌面上，用大拇指压盖玻片，使根尖细胞分散开，即可在显微镜下观察。　　如用石炭酸-品红代替醋酸洋红染色效果更好，石炭酸-品红把核和染色体染为红紫色，细胞质一般染不上颜色，故背景清晰。　　由于上述方法，没有经过切片，因此每个细胞都是完整的，便于观察染色体。观察过程中要特别注意细胞分裂的中期。洋葱体细胞具有16条染色体，用压片法制片，可将中期的染色体压散，看出各条染色体的形态。试观察各条染色体的着丝点的部位和形状，能否看到具有随体的染色体？　　作业：　　绘图表示洋葱（或百合）根尖的有丝分裂过程中各个时期特点和染色体在细胞中分布的情况。第三部分 植物组织实验八 芹菜叶柄的薄壁组织和厚角组织　　取芹菜（Apium graveolens）叶柄，用解剖刀或刀片切成小段，并将所要切的面削平。然后取锋利的剃刀或新的刀片，进行徒手切片。将切下的切片自切片刀上移到盛有水的培养皿中，也可以直接放在载玻片上的水滴中，加盖玻片即可进行观察。　　芹菜叶柄中的薄壁组织细胞体积比其它细胞大，细胞壁薄，并有发达的细胞间隙。由于新鲜材料中细胞间隙内充满空气，因此在显微镜下观察时，常呈黑色。这些细胞一般为等直径多面体（十四面体）。由于徒手切片较厚，在切片上可以看到这些细胞的立体形状。　　为了观察清楚，可以染色。常用的染料有1％亚甲基蓝、0．5—1％中性红或1％番红水溶液。染色的切片可放在10％甘油中，方法是将染好的切片周围的水分用吸水纸吸去，然后加1—2滴10％甘油，加盖玻片后即可观察。甘油能增加透明度和防止切片失水变干，因此可保存较长时间。但甘油一定是中性的，否则会使切片退色。　　在芹菜叶柄的横切面上，还可看到分布在叶柄外围突起的棱角处的厚角组织。厚角组织细胞可以根据下面两个特征识别出：一是它们的细胞具有珠光壁，在显微镜下很易与其它细胞区别；另一特点是细胞壁在角偶处加厚，看起来很象一星芒状结构。其中灰暗色的“洞穴”是细胞腔，里面充满原生质体。随后换高倍物镜观察其细胞结构。观察后再用间苯三酚和盐酸处理切片，处理时先用镊子取下盖玻片，加一滴1mol/L盐酸，过1—2分钟再加一滴间苯三酚，盖上盖玻片，用吸水纸吸去多余液体后，即可在显微镜下观察。看不到有颜色反应时，说明它们的细胞壁虽然加厚，但未木质化。　　作业：　　绘芹菜叶柄厚角组织横切面图，表示细胞壁加厚情况。实验九 美人蕉叶柄中的薄壁组织　　薄壁组织的细胞有各种类型，美人蕉（Canna indica）叶柄的薄壁组织细胞是其中一种类型，细胞呈多突起放射状。　　取美人蕉叶柄，做徒手切片，如果叶柄较粗大，可以纵切成条，使其横切面小于盖玻片的1/5，把横切面切平，用锋利的刀片或剃刀做徒手切片，切片不一定完整，切得薄些为好。放入盛有水的培养皿中，用镊子取较薄的切片放在载玻片中央的水滴中，加盖玻片即可进行观察。　　观察时先用低倍物镜，再转换高倍物镜，可以看到这些薄壁组织细胞呈不规则形，不是圆形细胞，也不是多面体，而为多突起放射状，各细胞的突起互相连接，由突起围成的空腔是很大的细胞间隙（图9-1）。在较老的叶柄中，细胞间隙更大，构成这种大而明显的细胞间隙的细胞称为通气组织，对于植物通气和贮藏气体很有必要。这种组织在香蕉（Musa paradisiaca varsapientum）等植株的叶柄中也存在。　　作业：　　绘美人蕉叶柄中的薄壁组织。实验十 南瓜茎的输导组织　　输导组织是植物体内运输水分和有机物质的组织。这些组织的细胞往往集在一起与其它组织共同组成维管束。输导组织又分两大类：一类是运输水分和矿物质的导管与管胞；一类是运输有机物质的筛管与筛胞等。本实验以南瓜（Cucurbita moschata）茎为材料，观察和了解输导组织的分布和形态结构。　　要了解组织，必须涉及到器官，因此在做实验之前首先了解一般南瓜茎的结构是非常必要的。取一段南瓜茎（新鲜的材料或用固定液固定好的材料），它们是五棱柱状体，横切面近似五边形，中间是星状的髓腔，表皮与髓腔之间的组织中一般有10个维管束，5个较大的和5个较小的，这些维管束中主要是输导组织（图10－1）。　　首先观察南瓜茎横切面的永久制片（切片是用番红—固绿染色的），在维管束中可见到几个大的孔，其周围（壁的部分）被染成鲜红色，这是大的导管。木质部外面（远离髓腔）壁较薄的组织是韧皮部（外韧皮部）。而在木质部的内侧也有壁较薄的组织为内韧皮部，这样的维管束称为双韧维管束。外韧皮部与木质部之间有几层径向排列整齐的细胞，壁较薄，细胞横向窄而长，是形成层，即侧生分生组织。　　导管分子口径比一般细胞口径大，壁木质化，被番红染液染成红色，在切片中最容易看到，其周围有木质化的薄壁细胞。韧皮部的筛管分子口径比导管小，壁薄，往往被固绿染液染成绿色（在用番红—固绿染色的制片中；如用苏木精染色则成蓝色）。　　在横切面看到筛管分子为多角形，不呈圆形，有的能见到整个筛板，或部分筛板，因为切到筛板的机会较少，所以在制片中只有少数筛管分子上可以见到上述情况，而且有的筛板并不完全垂直于轴向壁，所以在横切面上见到的筛板不完整。筛板呈网状，像筛底一样，上面分布的孔即为筛孔，这些结构要在高倍物镜下才能看清。筛管分子一侧的较小的细胞，呈三角形或四边形，细胞质浓厚，有的能见到细胞核，这是伴胞（图10－2）。　　从南瓜茎的纵切面观察输导组织，口径最大的是导管，像中空的管子接在一起，端壁有穿孔相通，特别是成熟的木质部导管口径最大。这些导管分子壁的加厚是网纹或孔纹状。靠近形成层的导管壁薄，是正在分化，尚未成熟的，有的能见到细胞质和细胞核，有的穿孔尚未形成。较早发育的导管（即原生木质部的导管）位于木质部的向心部分，口径较小，次生加厚的壁呈环状或螺旋状，这种加厚在茎伸长时并不影响茎的生长。木质部中还有许多木质化的薄壁细胞和生活的薄壁细胞，这些木质化的细胞围绕在导管周围。　　成熟的筛管分子口径也比较大，能见到保留的原生质体，但无细胞核。与导管相同之处，也是由一个个筛管分子连接而成。两个筛管分子之间的端壁成筛状叫筛板，筛板上有许多筛孔（如在横切面上见到的）。筛管分子中的粘液体，常因材料处理不当而集聚在筛板处，在筛管分子中间则收缩，这是人为的现象，并不代表其生活状态。在筛管分子的周围有一个或几个细胞，它比筛管口径小得多。南瓜茎并不粗，而结的果实非常大，与茎的高效率输导组织有密切关系。在远离形成层处的韧皮部，往往能见到很窄的细胞，有的变成一条颜色深而且轮廓模糊的粗线。这是原生韧皮部，在成熟的茎中，原生韧皮部已失去功能，细胞死去变扁。　　在观察永久制片的同时，还可以采用离析的方法了解南瓜茎中的输导组织，其方法是：取新鲜南瓜茎，用刀片或解剖刀切成一厘米长，然后再纵切，将其维管束取出，纵切维管束，将木质部和韧皮部分开，分别放入指形管中，再加入铬酸—硝酸离析液（用量为材料的20倍），塞紧软木塞，放入30—40℃的温箱中，木质部需3小时，而韧皮部约需2小时即可离析好。在离析过程中要注意随时检查，用玻璃棒沿指形管壁挤压材料，如果能使材料分离，表示已离析好；如果材料变成浆糊状，说明离析时间过长，已不能使用；如果离析的材料经检查还未分离，说明离析时间不够，可继续离析（材料的老嫩与离析时间有关，材料较幼嫩，离析的时间可短些）。离析完毕，倒掉或用吸管吸掉离析液，用清水冲洗若干次，直到无黄色为止。如果材料需要长时间保存备用，则可将材料放入70％酒精中。　　离析好的材料也可以染色后观察。　　用解剖针或镊子取离析好的韧皮部材料少许，放在载玻片上，加一滴1％的苯胺蓝染液，1—2分钟后，用吸水纸吸去多余的染液，加一滴蒸馏水，盖上盖玻片，即可在显微镜下观察。　　南瓜茎韧皮部的筛管被染成蓝色，筛管分子为有棱的柱状细胞，端壁上见到的网状结构即筛板。　　导管不用染色，即可在显微镜下观察，未染色的材料，一般观察时要把光圈缩小些才易看清楚其结构。导管分子比较粗大，能见到端壁上的穿孔，整个端壁打通，有的端壁倾斜，有的与侧壁垂直。在侧壁上有孔纹加厚、网纹加厚、螺旋状加厚和环纹加厚，与其它细胞极易区别，在离析的木质部中，也能见到木纤维和木薄壁细胞。　　作业：　　1．绘南瓜茎横切面的轮廓图。　　2．绘导管分子与筛管分子及伴胞纵切面和横切面图。实验十一 南瓜茎的机械组织——厚角组织和厚壁组织　　机械组织，它使植物有机体及其器官更具坚固性和稳定性，是植物的骨架。一般说机械组织包括厚角组织和厚壁组织（纤维和石细胞），它们多分布在皮层和维管束中。　　厚角组织一般分布在茎的棱角处，是生活的细胞，用低倍物镜观察南瓜茎横切面的永久制片，见厚角组织是一束束的细胞，由于它们出现于正在生长伸长的器官（茎、叶柄）中，因而不影响器官的伸长，又能起到支持作用。厚角组织的细胞壁不木质化，壁的加厚为不均匀加厚（图11－1）。　　厚壁组织在南瓜茎中是纤维，由2—3层细胞连成一圈，在低倍物镜下观察南瓜茎横切面的永久制片，可清楚地看到一圈，又称环管纤维，在高倍物镜下可见到厚壁组织的细胞壁均匀加厚（图11－2），细胞间隙小，壁木质化，在细胞腔内见不到生活的原生质体，因此是死细胞。在纵切面上呈细长两头尖的形状。　　再取新鲜的南瓜茎，作徒手切片，放入盛水的培养皿中，用镊子取较薄的切片放在载玻片上，加一滴lmol／L盐酸，过1—2分钟再加一滴间苯三酚，盖上盖玻片，用吸水纸吸去溢出的液体后，即可在显微镜下观察，木质化的厚壁细胞的壁为红色，环管纤维成一圈。　　作业：　　1．绘南瓜茎的厚角组织和厚壁组织。　　2．比较厚角组织和厚壁组织。实验十二 桂花叶片的石细胞　　　石细胞是厚壁组织的一种，它们广泛存在于植物体中。石细胞与纤维的主要区别在于形状，一般纤维为细长形，而石细胞则有多种形状。有的与薄壁组织细胞形状相似，有的有细长的臂成星芒状向各方向伸出，有的为柱状或分枝状。它们都具有加厚的次生壁，并木质化。常聚集在一起或单独存在于其它组织的细胞中。　　在实验五中已观察过梨果肉中的石细胞，回忆一下它们的形状和结构特征。本实验观察桂花[木犀（Osmanthusfragrans）]叶片中的石细胞是另外一种形状。　　取一桂花叶片，沿叶片中脉切下一宽5—6毫米的长条，夹于支持物中（如胡萝卜肉质根、马铃薯块茎或聚苯乙烯泡沫塑料），也可将长条叶片，折成4—6折，用手指捏紧，做徒手切片。切好后放入盛水的培养皿中，用镊子选一薄切片，置载玻片中央的水滴中，加盖玻片，在显微镜下观察。　　桂花叶片中的石细胞为长柱形，两端有少数分枝，与栅栏组织细胞平行排列。有的石细胞很大，横贯叶肉中，与上，下表皮相接触。　　观察后，用镊子取下盖玻片，加一滴lmol／L盐酸，过1—2分钟再加一滴间苯三酚，盖上盖玻片，用吸水纸吸去多余的液体，即可在显微镜下观察，其木质化加厚壁染为紫红色，很易与叶肉组织细胞区分。　　最后取桂花叶的永久制片，仔细观察石细胞的内部结构，细胞腔细长，原生质体已瓦解，但在加厚的细胞壁上不易看清纹孔的结构。　　作业：　　选切片中比较完整的石细胞，绘图表示其形状和结构。实验十三 小麦叶片表皮的结构　　　小麦（Triticum aestivum）叶片的表皮是保护组织，控制气体交换和水分的蒸腾。　　取新鲜小麦叶，放在载玻片上，一手拿住或压住叶片的一端，另一手用刀片轻轻地刮，把一面的表皮，内部的叶肉组织和叶脉刮掉，只剩下一面的表皮，看去透明无色。然后用刀片截取刮好的一段放到另一张有一滴水的载波片上，再滴一滴5％的番红染液，加盖玻片，3—5分钟后，用吸水纸吸去多余的染液，再滴加一滴水，在显微镜下观察。表皮细胞是长形的，侧壁与叶片的长轴平行，细胞核被染成红色。表皮上还有许多表皮毛，因表皮毛较长，要看清其全貌，就要调节细聚焦器，往往在叶子的上表皮毛较多。在两个大的表皮细胞之间，有两个较小的细胞，其中一个略大些的为栓质细胞，另一个为硅质细胞。表皮上的气孔成一纵行排列，两个保卫细胞呈亚铃状，旁边有两个副卫细胞呈三角状，保卫细胞比副卫细胞小（图13－1）。　　　观察小麦叶表皮的永久制片，因所有叶肉细胞的叶绿体已被刮掉，又经过透明，上述的结构看得较清楚，不过表皮毛已被处理掉。细胞壁呈波浪状，长形细胞的长径平行于叶片的长轴，保卫细胞和副卫细胞很清楚。调节细聚焦器，能分清硅质细胞和栓质细胞。　　　　作业：　　绘小麦叶表皮的细胞图，表示出表皮细胞、栓质细胞、硅质细胞、保卫细胞及副卫细胞。实验十四 接骨木的周皮　　根和茎由于次生生长的结果使表皮失去作用，代替表皮作用的是新产生的保护组织——周皮。一般在表皮还存在仍起作用的时候，周皮便开始产生。在木本双子叶植物和裸子植物根和茎中很容易观察到周皮的发育，当植物受到机械损伤时也能产生周皮或创伤周皮。　　取接骨木（Sambucus williamsii）的枝条，先将枝条的横截面切平，再用剃刀做横切片。切片不一定是整个截面，但一定需带有树皮的部分。将切好的切片放在有水的培养皿中，再挑选较薄的切片放在载玻片上的水滴中，加盖玻片后，在显微镜下观察、表皮以内是多层排列整齐的扁平细胞组成的木栓层。用苏丹Ⅲ染色，能使这些细胞的壁具有红色，这是木栓渗入细胞壁的标志。木栓层以内是一层木栓形成层和一层栓内层（图14-1）。　　还可观察接骨木茎的永久制片。从表皮向内有木栓层、木栓形成层和栓内层，这些细胞都是扁平的。木栓层在横切面上排列整齐，细胞壁较厚，并栓质化，染色较深，径向壁被挤得弯曲。　　在周皮上还有皮孔与外界相通，用肉眼观察枝条时，皮孔为一个小点。皮孔是周皮的一部分，这个部位的木栓形成层细胞比它两侧的木栓形成层细胞更为活跃，细胞分裂快，分裂的细胞多。这些木栓细胞呈圆形，有很大的细胞间隙。最初形成的皮孔出现在气孔位置的里面，由于这些木栓细胞形成得多，向外挤压，使其外面的木栓层及表皮破裂，形成皮孔。皮孔为喇叭口状，这些木栓细胞称为“补充细胞”。　　作业：　　1．绘接骨木的周皮，表示出木栓层、木栓形成层及栓内层。　　2．绘接骨木周皮上的皮孔。实验十五 马铃薯块茎的周皮　　　马铃薯的块茎是观察周皮的好材料，最主要的优点是易做徒手切片。马铃薯的块茎在生长过程中，表皮早已破坏，最外面的部分是周皮。周皮不断地产生，也不断地破坏，当外面的周皮脱落后，在脱落处又产生出新的周皮，起保护作用。　　取马铃薯块茎，用解剖刀从中切开，然后沿周皮截取长宽各约0.5—1毫米的小块，使截取小块有一个面具有周皮。用锋利的刀片或剃刀做周皮的横切片，切好的切片用毛笔轻轻地放到盛有水的培养皿中。用镊子取较薄的切片放在载玻片上的水滴中，加盖玻片，在显微镜下观察，并辨认出周皮的三层组织及其细胞特征。观察后，用镊子撕取马铃薯块茎表面的周皮，大小约为盖玻片的1/5，放在载玻片上，加一滴苏丹Ⅲ染液，盖上盖玻片，进行观察，这些细胞是木栓细胞，见不到细胞质和细胞核，只有较厚的细胞壁，木质化的细胞壁被苏丹Ⅲ染成红色。　　作业：　　1．绘图表示马铃薯周皮的结构。　　2．马铃薯块茎上面有没有皮孔？它与周皮的其它部分有什么不同？实验十六 薰衣草的腺毛（分泌组织）　　薰衣草（Lavandula angustifolia)是唇形科植物，其茎方形，叶对生。它的茎、叶和花萼的表皮上都生有多细胞的腺毛，特别是花萼上腺毛最多。在表皮上除腺毛外，还有许多分枝的表皮毛，腺毛在表皮毛的下方。　　取正在开花或尚未开花的薰衣草的花萼，作徒手横切片，进行观察。在萼片外侧的表皮上（因花萼联合为筒状）有许多多细胞具分枝的表皮毛，同时还可看到多细胞的腺毛。这些腺毛分头部与柄两部分，头部由5—8个细胞组成，柄由一个或二个细胞构成（图16-1）。　　在成熟的腺毛细胞中，挥发性芳香油积聚在细胞顶端壁与角质层之间，很容易看清楚。如果将花萼纵切，使其外侧表皮向上，平铺在滴有水的载玻片上，加盖玻片，在低倍物镜下观察。分枝的表皮毛密密丛生，在表皮毛的下面可以看到腺毛。从顶面观时，腺毛头部是由几个细胞组成，每个细胞呈三角形，其外面的边缘为弧形，几个细胞呈放射状排列。如果用高倍物镜观察，转动细聚焦器，能隐约见到下面的柄细胞。成熟腺毛的膨大角质层呈半月形。　　为了观察清楚，可用苏丹Ⅲ染色或苏丹Ⅳ染色，挥发性的芳香油被染为橙红色，角质层与细胞壁的界限更清楚。观察的同时，用手摸一摸薰衣草的叶子或花萼，闻一闻手指，会感到有一种芳香气味。　　如果用保存的干的薰衣草花萼做实验材料，观察其腺毛，可以平铺展开花萼在载玻片上观察，最好用苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染色。可以解决冬季做此实验时缺乏材料的问题，但效果不如新鲜材料好。　　作业：　　绘薰衣草腺毛侧面观和顶面观的细胞图。第四部分 种子和幼苗实验十七 菜豆和小麦种子的形态结构　　（一）菜豆（双子叶植物）种子的形态结构　　取用水浸泡过的菜豆种子（一般用冷水浸泡24小时，用温水浸泡12小时即可），其形状为肾形。在其凹陷的一侧，有一黑色斑痕，为种脐，其相对突起的一侧为种脊。用手指压种脐附近，可看到有水和气泡由一小孔中溢出，此孔就是珠孔，菜豆萌发时，胚根由此处穿出。用刀片自种脊处把种皮割开，剥去种皮，剩下的部分是胚。同时还要注意有没有胚乳？为什么？　　剥出的胚，观察下列四个部分：　　1．子叶 就是习惯称为豆瓣的部分，共两片。注意它的厚度与形状，并比较它与正常的叶有哪些不同。　　2．胚芽 位于两片子叶之间，胚轴的上端。试把两片子叶去掉，用放大镜或双筒解剖镜观察，并借助解剖针解剖，看清它是由生长锥和几片幼叶组成。　　3．胚根 与胚芽相对的一端，有一个光滑的突起，就是胚根。　　4．胚轴 胚根和胚芽相连接的部分，也是子叶着生部位及其上、下方。　　（二）小麦（单子叶植物）麦粒①的结构　　取已浸泡好的麦粒（浸泡方法同菜豆种子）。观察其外形，然后用刀片沿其纵沟切为两半。用放大镜或双筒解剖镜观察，能否分出果皮与种皮、胚和胚乳三部分。最后可用碘-碘化钾溶液染色，哪部分被染上颜色？什么颜色？为什么？　　取小麦麦粒纵切面的永久制片做进一步观察，这些制片是用席夫试剂（PAS）—铁矾苏木精—桔红G复染的切片。这种染色方法可将不同组织，特别是一些贮藏物质染成不同颜色。　　观察时，可自外向内观察，首先看到的是由死去的厚壁细胞和薄壁细胞（大多已挤压变形）组成的果皮和种皮，在它们之间分不出界限。紧接果皮和种皮的是一层排列整齐，细胞较大，细胞核明显，细胞质较浓厚并充满颗粒的糊粉层。在这层细胞中含有脂类和贮藏蛋白质。蛋白质在切片上被染为橙黄色。胚乳占整个切片的大部分，其中许多被染为紫红色大小不等的颗粒是淀粉粒，在这些颗粒的中央还可看到黑色的脐点。其间也有些较小的被染成橙黄色的是蛋白质，但要比糊粉层细胞中的少得多。　　在种子纵切片的一侧，被染为橙黄色的是胚，很易识别。大的盾片与胚乳细胞相接触，在盾片的相对一侧有一小的突起，为外胚叶，由于外胚叶很小，如果切片没有切正，则看不到。在胚轴的上端，可看到胚芽的结构，在切片上识别出胚芽鞘、真叶和生长锥。有的切片上还能看到腋芽。在胚轴的下端，可看到胚根鞘，在其内有根冠和生长锥。　　作业：　　1．绘菜豆种子外形图，表示种脐、珠孔和种脊。　　2．绘小麦麦粒的纵切面轮廓图，表示出各部分结构。　　3．菜豆成熟种子为什么没有胚乳？用简单文字说明。实验十八 幼苗的结构及其形成的过程　　　观察比较小麦[或玉米（Zeamays）]、菜豆和蓖麻（Ricinuscommunis）的种子萌发和幼苗形成的过程。　　实验前将小麦、菜豆和蓖麻种子各10粒，用水浸泡，使其吸足水分，然后播种在蛭石中。种植的容器如花盆或玻璃缸要深一些，最好能达到10厘米。种植在蛭石中比种在土壤中好，不但取样时不损伤根系，而且蛭石疏松通气保湿，有利于种子萌发和幼苗生长。播种后，放于20－25℃温室中，定期观察。根据萌发和幼苗生长情况，定期取样（间隔天数依植株生长快慢而定），并记录每种植物的生长情况。　　观察记录时应注意下列几方面：　　1．主根、侧根形成的过程，有无不定根发生？如果有不定根，它们是从哪些部位长出的？根系的类型。　　2．胚轴的情况，能否分出上胚轴和下胚轴？胚轴是否伸长？如果伸长，是哪部分伸长？　　3．能否看到子叶？子叶的数目和形状。是否出土？出土后发生什么变化？　　4．胚芽怎样从土（或蛭石）中伸出的？哪些植物有胚芽鞘？真叶怎样发育的？顶芽和腋芽的开展情况。　　每次观察的样品，观察记录后，夹入标本夹中，做成标本。最后把每种植物幼苗形成过程的标本，依次粘贴在台纸上，做为本次实验作业的一部分。　　作业：　　1．总结观察结果，说明小麦、菜豆和蓖麻三种植物幼苗形成过程中有哪些异同？能归纳为几种类型？　　2．把观察过的样品，做成标本，依发育过程粘贴在台纸上，并用铅笔注明各部分名称。第五部分 植物的营养器官实验十九 向日葵和小麦的根系　　　（一）向日葵的直根系　　将砂培的向日葵（Helianthus annuus）幼苗（苗龄一个月左右，具两片真叶）小心地从砂内拔出，在水中轻轻漂洗去附着的砂土，注意尽量不要损伤和丢失细小的侧根。然后把洗净的根系漂浮在盛有水的浅塘瓷盘里（为便于观察，在盘底铺上黑色背景），参照图19-1将根系整理好，作如下观察：首先分辨出主根和侧根，计算从主根上发生了多少条侧根，侧根与主根成多大的角度。再数一数一个一级侧根上生长的二级侧根的数目。你所观察的向日葵幼苗的最小的侧根是第几级侧根？向日葵的整个根系呈什么形状？应当属于何种根系？最后，用米尺测量根系的宽度和深（长）度。　　（二）小麦的须根系　　发后胚根形成的主根长出后不久即停止生长，而由胚轴和茎下部的节上生出许多不定根。主根和不定根一起组成了须根系，它的每条根的长短和粗细都相差不大，无明显的主根，形成一个相当均匀的体系（图19-2），将植株牢固地固着在土壤表层。　　按观察向日葵根系的方法观察砂培小麦幼苗（苗龄一个月）的根系。比较小麦根系与向日葵根系有何区别？能否分辨出主根与不定根？小麦的不定根是从什么部位发生的？　　作业：　　按下表项目测量向日葵和小麦的根系，并比较它们的形态特征，说明它们各属于哪种类型的根系及其理由。植物/宽度/深度/一级/最小侧根/根系形状实验二十 小麦根尖　　取出在25—30℃温箱中培养3-4天的小麦幼苗，此时的幼苗只露出一个不长的由胚芽鞘包着的胚芽，以及2—3条1—2厘米长的幼根。用放大镜先观察根的外部形态，根毛发生在什么部位？根毛呈什么形态？　　为了观察清楚，用刀片截取0.5—1厘米长的根尖（带有一部分根毛）。将截取的根尖置于盛有碘-碘化钾溶液的培养皿内，过0.5—1分钟后取出根尖，放在载玻片上，加一滴蒸馏水，盖上盖玻片，在低倍物镜下观察根尖的分区。　　可以看到根的最前端的帽状部分细胞内有染成深蓝色的颗粒物，此部分即是根冠区（想一想这些深蓝色颗粒是什么？）;根冠区后面细胞密集，细胞质浓厚，细胞核大的部分是分生区；再向后细胞逐渐伸长的部分是伸长区；表皮细胞向外突出形成根毛的部分是成熟区。取小麦根尖纵切面的永久制片，在显微镜下观察，可以更清晰地了解各分区的特征（图20—1）。　　1．根冠 像一个圆锥形的套子罩在根尖的最前端，保护着分生组织。根冠由许多薄壁细胞组成，细胞中常含有淀粉粒。它的外层细胞因根生长时与土壤颗粒磨擦损伤而脱落。同时，分生组织的细胞不断分裂，产生新的细胞来补充，使根冠始终保持一定的形状和厚度。根冠外层细胞被擦伤破损时常形成粘液，以减小根尖与土壤的磨擦力，利于根在土壤中的生长。　　2．分生区 分生区位于根冠之后，由分生组织细胞组成，分裂能力强。分生区不断地细胞分裂，使细胞数目不断增加。此区域的细胞在切片上近似正方形，排列紧密，无细胞间隙，细胞质浓厚，细胞核大，占据整个细胞相当大的部分。在切片上可看到有的细胞正处于分裂状态。　　3．伸长区 在分生区之后，细胞逐渐伸长成长方形，离分生区越远细胞的长与宽之比越大，细胞分裂越少，细胞内的液泡也越来越大。在细胞伸长的同时也开始了细胞的分化。它的最外层是原表皮层，以后发育为表皮；中央是原形成层，以后发育成维管柱；原表皮层和原形成层之间是基本分生组织，以后发育成皮层。　　小麦根的伸长主要是靠分生区细胞分裂增加细胞数目，以及伸长区细胞的伸长加大长度，特别是细胞的伸长。　　4．成熟区 也叫根毛区，位于伸长区的后方。此区域的细胞已停止伸长，并分化成熟，细胞各自执行自己的生理功能。成熟区最明显的标志就是表皮细胞向外突出形成了根毛，在维管柱中可以看到分化的导管。　　最后，在显微镜下仔细观察根毛，注意根毛是由什么细胞发生的？根毛和发生它的细胞之间有细胞壁隔开吗？一根根毛是由几个细胞组成的？最短的根毛在根毛区的什么部位？长的根毛在什么部位？那么，新的根毛是在哪个部位形成的呢？　　作业：　　绘小麦根尖纵切面轮廓图，表示各个分区。实验二十一 葱和鸢尾根的初生结构　　　葱（Allium fistulosum）和鸢尾（Iris tectorum）都是单子叶植物，它们根的结构比较典型，是较好的实验材料。由于它们是单子叶植物，因而根中只有初生结构。　　（一）葱根的结构　　观察葱根横切面的永久制片（用番红和固绿染色）（图21-1）先用10×物镜观察，然后转换40×物镜仔细观察下列各部分：　　　　1．表皮 是成熟区最外面的一层细胞，由原表皮层发育而成。是生活的细胞，细胞壁薄，近似长方柱形，排列整齐，无细胞间隙。在永久制片上可看到有些表皮细胞向外突出形成根毛。根的表皮在光学显微镜下看不到有角质层存在，它是吸收水分和无机盐的吸收组织。　　2．皮层 表皮以内维管柱以外是皮层，葱根的横切面上，皮层占有较大的比例，它代表了一般根的初生结构的特点。皮层由多层大而薄壁的细胞组成，细胞排列疏松，具较大的细胞间隙。由于根埋于地下，它的皮层细胞中一般不含叶绿体。皮层的最外一层紧靠表皮的细胞常排列整齐，无细胞间隙，称外皮层。在较老的葱根的切片上可见到外皮层的栓质化的壁被染成红色。当表皮脱落时，外皮层细胞壁栓质化，起保护作用。　　皮层的最内一层细胞较小，排列紧密，在其径向壁和横向壁上有部分带状的加厚，并木质化和栓质化，围绕细胞一周，这就是凯氏带（图21－2）。由于观察的材料是10微米厚的切片，将大多数细胞切成两半，因而不易看到完整的围绕细胞一圈的凯氏带。用高倍物镜仔细观察，在其被切开的径向壁上，可看到局部区域壁较其它部分厚，被染成红色（因其在切片上呈点状，故亦称为凯氏点）。在有的细胞上，由于正好切于细胞的横向壁，因而可看到一条染成红色的带横在细胞壁上。内皮层细胞的原生质体较牢固地附着在凯氏带上，使根吸收的水及其溶质必须通过内皮层细胞的原生质体才能进入输导组织，因而凯氏带起着加强控制根内物质转移的作用。　　　　3．维管柱 皮层以内的中央部分为维管柱。它由中柱鞘、初生木质部和初生韧皮部组成，在葱根的中心是没有髓的，但在许多单子叶植物根的中央可以看到薄壁细胞形成的髓。　　中柱鞘是内皮层里面的一层薄壁细胞，形状较扁，排列较整齐，比内皮层细胞略小。这些细胞具有潜在的分生能力，侧根、形成层的一部分及木栓形成层皆由此发生。　　葱根的中央是一个大的导管，其它导管排列成六个辐射的棱角，是六原型的初生木质部。由于木质部细胞的壁大多木质化而被染料染成红色，导管分子又大于周围的细胞，因而很容易识别出木质部。初生木质部每一束的外面部分导管较小，是原生木质部，里面的部分导管较大，是后生木质部。原生木质部先成熟，后生木质部后成熟。因此，在根中初生木质部是由外向内渐次成熟的，称为外始式。　　初生韧皮部束与初生木质部束呈相间排列，因而每一种植物的根里，初生木质部和初生韧皮部的束数是相同的。在葱根的永久制片中，可以看到在相邻的两初生木质部束之间，靠近中柱鞘的一侧，有一些细胞的直径比较大，细胞壁薄，细胞内含有原生质体，但无细胞核。其旁常有直径较小而原生质体更浓的细胞，它们都被染成绿色，这就是韧皮部。直径较大的细胞是筛管分子，旁边的小细胞是伴胞。　　葱根的结构代表着一般根的初生结构。各种植物根的初生结构的差别主要是木质部束的数目不同，例如萝卜、甜菜是二原型的，蚕豆是四原型的，而棉花则是五原型的。　　（二）鸢尾根的内皮层结构　　鸢尾是单子叶植物。因此，和葱根一样它只有初生结构，没有次生加粗生长，而是在老根的内皮层细胞壁上形成了五面加厚。　　鸢尾根的内皮层结构在早期和葱根相同。但很快就在内皮层细胞壁上堆积栓质的薄层，以后，所有的内皮层细胞壁，除了外面的壁以外，其它各面都加厚，而且强烈地木质化。在横切面上内皮层细胞呈现出特殊的“马蹄”形。在内壁和两侧壁上具有明显可见的有层次的厚壁，只有外壁较薄。　　取鸢尾根的永久制片，在显微镜下仔细观察上述的内皮层的结构。注意内皮层细胞是否全部呈现“马蹄”形的加厚？有没有一些细胞的壁不加厚？这些壁不加厚的细胞处于什么位置？它有什么特殊意义？我们称它为什么细胞？　　　作业：　　　　1．绘葱根横切面细胞图，表示各部分的结构。　　2．说明通道细胞所在的位置及其生理功能。实验二十二 蚕豆根的结构　　蚕豆（Vicia faba）属双子叶植物，它不但有顶端生长，也有加粗生长。因此，蚕豆的幼根中可以观察根的初生结构，而在老根中还可观察其次生结构。　　（一）观察蚕豆根徒手切片　　取已生长15—20天的蚕豆幼苗，用水将根系冲洗干净，分出主根及其各级侧根，借助放大镜仔细观察根尖的结构。由于根从土壤中拔出时受到损伤，根的前端往往折断，因此，观察时注意一定要找到具有完整根尖的主根或较大的侧根。然后，自根毛区起向上逐段作横切面（每段可间隔0.5-1厘米，越近顶端间隔越短）。在显微镜下逐个观察这些切片，了解它们的初生结构与次生结构。为便于观察可将切片用中性红染色。　　（二）蚕豆根的初生结构　　取蚕豆幼根的永久制片，在显微镜下仔细观察其初生结构（图22－1）。　　1．表皮 由一层细胞组成，细胞排列紧密而整齐，无细胞间隙。可以看到有的表皮细胞突出形成根毛。　　2．皮层 由多层形状较大的薄壁细胞组成，具有明显的细胞间隙。在显微镜下，可看到三个大的皮层细胞相邻处，有一小的三角形的区域，这就是细胞间隙。在较老的根中可看到有1—2层排列紧密的外皮层细胞。当根毛枯萎后，它们的细胞壁栓质化，起保护作用。在内皮层上可清楚地看到被番红染料染成红色的凯氏带。　　3．维管柱蚕豆根的中柱鞘一般由一层细胞组成。但对着木质部束处常为二三层细胞。初生木质部是四原型的（有的是五原型）。可以看到木质部束的外端由最小的导管组成，而中央的导管比较大。初生韧皮部在木质部束之间形成分散的束。在韧皮部的外侧可看到有染成绿色的厚壁的韧皮纤维束。　　（三）蚕豆根的次生结构　　取蚕豆老根的永久制片，在显微镜下观察其次生结构。　　1．形成层 蚕豆根的形成层首先是由初生木质部与初生韧皮部之间的薄壁细胞恢复分裂能力形成的，然后逐渐向两边延伸，直至中柱鞘的对着木质部束处的细胞恢复了分裂能力，这时，形成层就在初生木质部和初生韧皮部之间成为完整的一圈。在显微镜下看到位于木质部与韧皮部之间的一些径向排列很整齐、形状扁平的薄壁细胞，看上去好似垛叠整齐的砖块，就是形成层。　　2．次生结构 形成层细胞分裂产生的细胞，向外分化形成次生韧皮部；向内分化形成次生木质部，中间始终保持一层具分裂能力的形成层细胞。次生木质部和次生韧皮部的组成成分基本上与初生木质部和初生韧皮部相同。在次生木质部和次生韧皮部中常有一些薄壁细胞排列成径向的行列，它们贯穿于次生结构之中，这就是维管射线。　　在观察蚕豆老根横切面的永久制片中，由外向内依次可见到以下结构：表皮、皮层、初生韧皮部、次生韧皮部、形成层、次生木质部、初生木质部。维管射线不太明显。注意中柱鞘起源的形成层产生的射线比较宽。　　蚕豆根形成周皮是相当迟缓的。在永久制片上常不能看到周皮的形成。在根毛死亡的区域残余的表皮下可看到2—3层皮层细胞，细胞壁被栓质浸透，这是外皮层，起保护作用。　　作业：　　1．绘蚕豆幼根（初生结构）轮廓图。　　2．绘蚕豆老根（次生结构）部分细胞图。实验二十三 蚕豆侧根的发生　　　从实验十九对根系的观察中，可以看到侧根发生在近顶端的部分，一般在成熟区中就可以看到侧根原基的形成，侧根起源于中柱鞘。发生侧根时，中柱鞘某些部位的细胞恢复分裂能力，经几次平周分裂，增加了细胞层数，形成了向外的突起，然后再行平周分裂和垂周分裂，使突起变大，组成了侧根的生长锥。侧根生长锥的细胞再不断地分裂、伸长，使其穿过皮层，突破表皮进入土壤。侧根的这种起源方式叫内起源（图23—1)。　　　在显微镜下观察蚕豆侧根发生的横切面和纵切面永久制片。在横切面上，可看到一团被染成红色的、等直径的、核较大的分生组织细胞组成的侧根的生长锥已经形成，它从中柱鞘开始向皮层突出，并可见到侧根生长锥周围的皮层细胞已经破毁。然后再观察其纵切面制片，同样可以看到侧根从中柱鞘起源。观察中应特别注意侧根是从中柱鞘的哪一部分细胞发生的？侧根通常起源于中柱鞘的一定的部位。蚕豆根是四原型的，侧根常发生在对着木质部束的位置，三原型的也是这样；二原型的根中，侧根发生在木质部与韧皮部之间的位置上；而许多多原型根中，则是发生在对着原生韧皮部的位置上。　　作业：　　绘图表示蚕豆侧根发生的位置。实验二十四 根瘤和菌根　　（一）根瘤　　豆科植物的根系上常常有一些瘤状结构，称为根瘤（图24-l）。根瘤是由于根瘤菌从根毛侵入，然后穿入皮层的细胞，大量繁殖，同时分泌一些刺激物质，使邻近的皮层细胞强烈分裂，体积膨大，在根上形成了瘤状突起。　　根瘤菌一方面从皮层细胞吸取水分和养料，另一方面它能固定空气中的游离氮，转变成能被植物利用的含氮化合物，成为植物氮素营养的一个来源。因而根瘤菌和高等植物是共生的关系。　　取蚕豆和大豆（Glycine max）根系，观察根瘤的外部形态。在较幼小的侧根或主根上，有一个个球形的瘤状突起物，表面比较粗糙，且高低不平，有的呈白色或浅绿色，有的呈粉红或红色。根瘤的大小不一，但都明显地比根的直径大，它们大多分布在主根或一级侧根上。然后取蚕豆根瘤横切面的永久制片，在显微镜下观察，可以清楚地看到，由于细胞的强烈分裂和体积的增大，使皮层部分畸形增大，形成了瘤状突出物，结果使根的维管柱以相当小的比例偏在一边。在高倍物镜下可以看到皮层细胞中分布有许多染成蓝黑色的短杆菌，这就是共生的根瘤菌。　　（二）菌根　　菌根是与真菌共生的根，真菌从植物获取所需的有机营养。反过来，它又供给植物体以水分和无机盐，有些真菌还有固氮作用。按照真菌在根中的着生部位不同，可分为两类：外生菌根和内生菌根。很多木本植物和裸子植物都可产生菌根，如油松（Pinus tabulaeformis）、圆柏（Sabina chinensis）、柳树（Sa-lix）、鹅耳枥（CarPinus）、毛白杨（Populus tomentosa）、山杨（Populus davidiana）、栓皮栎（Quercus variabilis）、桦树（Betula）等等。　　1．外生菌根 挖取松树（Pinus）的最细小具根尖的侧根，观察其外部形态，在根尖看不到根毛，根的前端变成“Y”形的钝圆的短柱状，好似一个小短棒，许多菌丝包在根的外面（图24—2）。从切片上可看到真菌的菌丝体侵入皮层细胞的细胞间隙，但不侵入细胞内部。其它植物的菌根从外形上看也是短粗的棒状，好象较僵硬的样子。　　2．内生菌根 取地锦槭（Acer mono）幼根横切面的永久制片，在显微镜下观察。根的各部分结构完好无缺。角质层、表皮层、皮层和维管柱界限分明，在大部分皮层细胞里有被切成片段的真菌的菌丝体，而在细胞间隙里是没有菌丝的（图24-3）。