由于结构、功能和所处的环境不同,各类细胞形态千差万别,有圆形、椭圆形、柱形、方形、多角形、扁形、梭形,甚至不定形。 原核细胞的形状常与细胞外沉积物(如细胞壁〕有关,如细菌细胞呈棒形,球形,弧形、螺旋形等不同形状。单细胞的动物或植物形状更复杂 些,如草履虫像鞋底状,眼虫呈梭形且带有长鞭毛,钟形虫呈袋状。 生物的细胞形状与细胞功能和细胞间的相互关系有关。如动物体内具有收缩功能的肌肉细胞呈长条形或长梭形:红细胞为圆盘状,有利于0和 002的气体交换。植物叶表皮的保卫细胞成半月形,2个细胞围成一个气孔,以利于呼吸和蒸腾。细胞离开了有机体分散存在时,形状往往发生 变化,如平滑肌细胞在体内成梭形,而在离体培养时则可成多角形。 Chapter Il Techniques in Cell Biolog 、教学目的和要求 通过对本节的学习主要使学生掌握如下知识内容:细细胞形态结构的观察方法:细胞组分的分析方法:细胞培养与细胞工程技术:分子生物学方 句学生介绍细胞生物学的技术史和思想史,使之认识工具和方法与学科发展的相关性 使学生了解本学科基本的研究方法。 、教材分析: 概述:本章细胞生物学研究方法和技术在传统教学中属“次要”内容,所以教材深度不大,内容单薄,图表有待丰富。随着细胞生物学的发展, 其研究方法和基本技术原理越来越为人们重视,在考研试题中也频繁出现 教学重点:仪器方法的基本原理和基本应用 教学难点:电镜制样及分子生物学方法 三、教学设想 教材处理:针对其薄弱的环节增加相应内容,如对各仪器、实验方法的原理:在CA课件中加入大量的照片、示意图以助学生学习。 教学方法:主要采用讲授法和讨论法 教具:CAI课件 四、教学内容:(4学时) 1 Light Microscope& Electron Microscope 1.1 Light Microscope 普通光学显微镜 1.构成:普通生物显微镜由3部分构成,即:①照明系统,包括光源和聚光器:②光学放大系统,由物镜和目镜组成,是显微镜的主体,为了 消除球差和色差,目镜和物镜都由复杂的透镜组构成:③机械装置,用于固定材料和观察方便 比较高级的显微镜上都设有傾斜式的双目镜筒。在物镜转换器上方装有四个棱镜,使经过物镜的光线平分为两路到达目镜,故双筒显微镜 binocular microscope)的亮度要比单筒者为暗。双筒显微镜的优点为同时用两眼观察,有较强的立体感 2.原理:经物镜形成倒立实像,经目镜进一步放大成像 3.分辨率 Resolution:区分两质点间最小距离的能力。显微镜物象是否清楚不仅决定于放大倍数,还与显微镜的分辨力( resolution)有关, 分辨力是指显微镜(或人的眼睛距目标25cm处)能分辨物体最小间隔的能力,分辨力的大小决定于光的波长和镜口率以及介质的折射率,用公 式表示为 =0.61A/N.A.N =n sin a/2 式中:n=介质折射率:a=镜口角(标本对物镜镜口的张角),N.A.=镜口率( numeric aperture)。镜口角总是要小于180°,所以sina/2的最 大值必然小于1 讨论: Magnification versus Resolution分辨极限与放大率 般地说,一定波长的射线不能用以探查比它本身波长短得多的结构细节,这是一切显微镜的一个基本限度。因此,光学显微镜的最高分辨极限 ( limit resolution)受可见光的波长(0.4-0.7μm)的限制。细菌和线粒体约0.5μm大小,是光学显微镜能够清晰可见的最小物体:比这更 小的细节,由于光的衍射效应而不能分辨。通常将光镜下所见物体的结构称为显微结构( microscopic structure),如线粒体、中心体、核仁 等可以在光镜下观察,均属于显微结构 光并非是完全直线前进的,光波以各种稍微不同的路程通过一个光学系统,以致互相干涉产生光衍射效应。例如,用同一波长的光照射一条直边, 其放大影像是一组平行线,如照射一个小圆孔,其放大影像是一组同心圆的线。同样原理,通过显微镜观察一个点,就像一个模糊的圆盘,相邻 两点的像则重叠而分辨木开。对可见光来说,能清楚地分辨出相邻两点之间的最小间隔是0.2μm,称之为分辨极限。无论怎样改善透镜,也不 可能克服光波本身所造成的这种限制,尽管可以将图像放大,例如投影到屏幕上,但也不可能在光镜下看清楚比0.2μm更细微的物体 最终成像的大小与原物体大小的比值称为放大率( magnification)。总放大率二物镜放大率X目镜放大率,放大率同样受分辨极限的限制 般来说,光学显微镜的最大放大率只能是透镜的数值孔径的1000倍。由于透镜的数值孔径的范围是1.0~1.4,所以光学显微镜在用空气作介质 时最大放大倍数为1000倍,用油镜则为1400倍 讨论:显微镜的分辨率能否无限提高?如何提高光学显微镜的分辨能力 辨率表示的是能够区别两个点间最近距离的能力,所以广值越小,分辨率越高。从分辨率的表达式来看,NA越大,分辨率越高,或者波长越 短,分辨率越高。 当以可见光作光源,玻璃透镜的最大分辨率是多少呢?应从以下几个方面来考虑这一问题。首先应如何尽可能地缩短波长。可见光的波长范围是 400~700urn,而可见光中的蓝色光的波长最短,为450urn,所以光镜使用时应滤去其他杂色光。第二是使NA的数值尽可能大,因为最好的玻 璃透镜的镜口角是700,所以sina的最大值为0.94,空气的折光率(n)为1,因此玻璃透镜的最大数值孔径为0.94。这样,我们可以计算光 的最大分辨率了:假定用最好的玻璃透镜,角孔径为70”,用最短的可见光一—蓝色光的波长为450urn,用空气作为光的折射介质,则最大 辨率为r=0.61×λ/NA=0.61×450/0.94=292urn。0.3μm。 光镜中的油镜可用油作为光折射的介质,由于油的折光率为1.5,所以用油镜时,分辨率r=0.61λ/NA=0.61×450/1=5×0.94=196 在光学显微镜中,用紫外光作光源可使分辨率提高到0.1pm。紫外光的波长较短,约为200~300urn。但是,紫外光是肉眼不可见的,必须通过 照相。另外,用紫外光源时需用石英透镜,价格较高 荧光显微镜 Fluorescence microscope 特点 男茶外光长技知,分力品上10 由于结构、功能和所处的环境不同，各类细胞形态千差万别，有圆形、椭圆形、柱形、方形、多角形、扁形、梭形，甚至不定形。 原核细胞的形状常与细胞外沉积物（如细胞壁）有关，如细菌细胞呈棒形，球形，弧形、螺旋形等不同形状。单细胞的动物或植物形状更复杂一 些，如草履虫像鞋底状，眼虫呈梭形且带有长鞭毛，钟形虫呈袋状。 生物的细胞形状与细胞功能和细胞间的相互关系有关。如动物体内具有收缩功能的肌肉细胞呈长条形或长梭形；红细胞为圆盘状，有利于 O2 和 CO2 的气体交换。植物叶表皮的保卫细胞成半月形，2 个细胞围成一个气孔，以利于呼吸和蒸腾。细胞离开了有机体分散存在时，形状往往发生 变化，如平滑肌细胞在体内成梭形，而在离体培养时则可成多角形。 Chapter Ⅲ Techniques in Cell Biology 一、教学目的和要求： 通过对本节的学习主要使学生掌握如下知识内容：细细胞形态结构的观察方法；细胞组分的分析方法；细胞培养与细胞工程技术；分子生物学方 法。 向学生介绍细胞生物学的技术史和思想史，使之认识工具和方法与学科发展的相关性。 使学生了解本学科基本的研究方法。 二、教材分析： 概述：本章细胞生物学研究方法和技术在传统教学中属“次要”内容，所以教材深度不大，内容单薄，图表有待丰富。随着细胞生物学的发展， 其研究方法和基本技术原理越来越为人们重视，在考研试题中也频繁出现。 教学重点：仪器方法的基本原理和基本应用。 教学难点：电镜制样及分子生物学方法。 三、教学设想： 教材处理：针对其薄弱的环节增加相应内容，如对各仪器、实验方法的原理；在 CAI 课件中加入大量的照片、示意图以助学生学习。 教学方法：主要采用讲授法和讨论法。 教具：CAI 课件 四、教学内容：（4 学时） 1 Light Microscope & Electron Microscope 1.1 Light Microscope （一） 普通光学显微镜 1. 构成：普通生物显微镜由 3 部分构成，即：①照明系统，包括光源和聚光器；②光学放大系统，由物镜和目镜组成，是显微镜的主体，为了 消除球差和色差，目镜和物镜都由复杂的透镜组构成；③机械装置，用于固定材料和观察方便。 比较高级的显微镜上都设有倾斜式的双目镜筒。在物镜转换器上方装有四个棱镜，使经过物镜的光线平分为两路到达目镜，故双筒显微镜 （ binocular microscope）的亮度要比单筒者为暗。双筒显微镜的优点为同时用两眼观察，有较强的立体感。 2. 原理：经物镜形成倒立实像，经目镜进一步放大成像 3. 分辨率 Resolution：区分两质点间最小距离的能力。显微镜物象是否清楚不仅决定于放大倍数，还与显微镜的分辨力（resolution）有关， 分辨力是指显微镜（或人的眼睛距目标 25cm 处）能分辨物体最小间隔的能力，分辨力的大小决定于光的波长和镜口率以及介质的折射率，用公 式表示为： R=0.61λ /N．A． N．A．＝ｎsinα/2 式中：n=介质折射率；α=镜口角（标本对物镜镜口的张角），N.A.=镜口率（numeric aperture）。镜口角总是要小于 180˚，所以 sina/2 的最 大值必然小于 1。 讨论：Magnification versus Resolution 分辨极限与放大率 一般地说，一定波长的射线不能用以探查比它本身波长短得多的结构细节，这是一切显微镜的一个基本限度。因此，光学显微镜的最高分辨极限 （limit resolution）受可见光的波长（0.4－0.7μm）的限制。细菌和线粒体约 0.5μm 大小，是光学显微镜能够清晰可见的最小物体；比这更 小的细节，由于光的衍射效应而不能分辨。通常将光镜下所见物体的结构称为显微结构（microscopic structure），如线粒体、中心体、核仁 等可以在光镜下观察，均属于显微结构。 光并非是完全直线前进的，光波以各种稍微不同的路程通过一个光学系统，以致互相干涉产生光衍射效应。例如，用同一波长的光照射一条直边， 其放大影像是一组平行线，如照射一个小圆孔，其放大影像是一组同心圆的线。同样原理，通过显微镜观察一个点，就像一个模糊的圆盘，相邻 两点的像则重叠而分辨木开。对可见光来说，能清楚地分辨出相邻两点之间的最小间隔是 0.2μm，称之为分辨极限。无论怎样改善透镜，也不 可能克服光波本身所造成的这种限制，尽管可以将图像放大，例如投影到屏幕上，但也不可能在光镜下看清楚比 0.2μm 更细微的物体。 最终成像的大小与原物体大小的比值称为放大率（magnification）。总放大率二物镜放大率 X 目镜放大率，放大率同样受分辨极限的限制。一 般来说，光学显微镜的最大放大率只能是透镜的数值孔径的 1000 倍。由于透镜的数值孔径的范围是 1.0～1.4，所以光学显微镜在用空气作介质 时最大放大倍数为 1000 倍，用油镜则为 1400 倍。 讨论：显微镜的分辨率能否无限提高？如何提高光学显微镜的分辨能力？ 分辨率表示的是能够区别两个点间最近距离的能力，所以广值越小，分辨率越高。从分辨率的表达式来看，NA 越大，分辨率越高，或者波长越 短，分辨率越高。 当以可见光作光源，玻璃透镜的最大分辨率是多少呢？应从以下几个方面来考虑这一问题。首先应如何尽可能地缩短波长。可见光的波长范围是 400～700urn，而可见光中的蓝色光的波长最短，为 450urn，所以光镜使用时应滤去其他杂色光。第二是使 NA 的数值尽可能大，因为最好的玻 璃透镜的镜口角是 70o，所以 sina 的最大值为 0．94，空气的折光率（n）为 1，因此玻璃透镜的最大数值孔径为 0．94。这样，我们可以计算光 镜的最大分辨率了：假定用最好的玻璃透镜，角孔径为 70”，用最短的可见光——蓝色光的波长为 450urn，用空气作为光的折射介质，则最大 分辨率为 r＝ 0．61×λ／NA＝ 0．61× 450／0．94＝ 292urn。0．3μm 。 光镜中的油镜可用油作为光折射的介质，由于油的折光率为 1．5，所以用油镜时，分辨率 r＝ 0．61λ／NA＝0．61× 450／1＝5 × 0．94＝ 196 μrn＝0.2μm。 在光学显微镜中，用紫外光作光源可使分辨率提高到 0．lpm。紫外光的波长较短，约为 200～300urn。但是，紫外光是肉眼不可见的，必须通过 照相。另外，用紫外光源时需用石英透镜，价格较高。 －－－－王 p33 （二）、荧光显微镜 Fluorescence microscope 特点： • 照明方式通常为落射式，即光源通过物镜投射于样品上 ； •光源为紫外光，波长较短，分辨力高于普通显微镜；