一般生物的内部结构在自然状态下是无法观察的,一定要把植物材料制作成便于在显微镜下观察的玻片标本。显微制片根据研究目的的不同而有各种各样的方法,但是它们的基本要求都是要达到保持生物组织或细胞原有的形状、大小及清晰的内部结构。
一、徒手切片
参见实验2.
二、石蜡切片技术
石蜡切片是用石蜡包埋植物组织块,再进行切片和染色的制片方法。凡是可以经受脱水剂、清净剂以及石蜡等处理的材料往往都用这种方法。石蜡切片的优点是可以切出较薄的连续切片,这种方法最常用,但是制作过程复杂。现详述如下:
1.材料的准备
根据研究的目的选取新鲜的具有代表性的材料,如茎、叶等,用自来水洗净。在采回材料固定之前,须维持材料于正常的生活状态。
2.杀死和固定
杀死是指迅速永久地结束生物的生命,迅速杀死细胞,使组织内每个细胞同时停止生命活动。而固定是指保存材料的组成成分,以及保持组织细胞原来的形态和结构特点,使其接近生活的状态。植物材料通常采用化学试剂来杀死和固定植物的组织和细胞。这些能杀死、固定植物组织的试剂称为固定剂。
选定材料以后,在清水中将其清洗干净,然后用锋利的刀片按需要切成小段。分割时速度要快,勿用过大的压力,以免压坏组织。为了使固定液能渗入材料,切取的材料块不宜过大,一般为0.5~1 cm 3.
材料切好后应立即投入盛有固定液的小玻璃瓶中,固定液的量一般为材料量的20倍。因为植物材料组织中常含有空气,使得固定液不易进入,所以在固定时应对材料进行抽真空,使空气抽出,固定液进入。
3.冲洗
材料固定完后,若不进行冲洗会使固定液留在组织中,甚至产生沉淀,或者影响染色。
冲洗时所选择的洗涤液应按照一定的原则进行选择。若用水溶液固定的材料必须用水冲洗;若用酒精溶液配制的固定剂,则必须用相同浓度的酒精来冲洗。冲洗时只需用水或酒精溶液替代固定液即可。
4.脱水
脱水是指逐渐地除去材料中水分的过程。植物材料一方面本身含有水分;另一方面经过固定后,固定液也是水溶液,有些还须经水清洗,所以植物组织中含有大量的水分。如果不除净材料中的水分,则无法将材料包埋在石蜡中,同时也会影响透明和封藏等步骤,因为多数透明剂和封藏剂都不能与水混合。此外,通过脱水,可使材料变硬,形状更稳定而便于切片。
用于脱水的试剂,一方面是亲水性的,能与水混合以除去细胞中的水分;另一方面又必须能与其他有机试剂混合,以便互相替代。一般植物制片中常用乙醇作为脱水剂,此外还可用丙酮、叔丁醇等。
脱水过程要依次渐进,逐渐将细胞中的水分除去。所以用酒精脱水时不能直接用高浓度酒精,必须从低浓度开始逐渐进入高浓度。酒精须配制成30%、50%、70%、85%、95%的浓度梯度,最后到无水乙醇。脱水时材料从低浓度酒精开始,依次而上。每一级酒精中停留的时间根据材料的大小和性质而定。每级需要的时间为30分钟至数小时。为保证脱水干净,应更换100%酒精1~2次。
已经染色切片的材料脱水仅需要1~2分钟。
5.透明
脱水后的材料要进行透明。其目的首先是增强组织的折光系数使其透明便于观察,其次是起置换作用,使包埋和封藏得以顺利进行。透明剂种类很多,常用的有二甲苯、甲苯、苯、氯仿、香柏油和松节油等。
二甲苯是最常有的透明剂,其透明力强,最能溶解包埋用石蜡,且可与封藏剂混合。但其缺点是易使材料收缩而变硬、变脆,同时如果脱水不净会引起不良后果。
用二甲苯透明的步骤如下:
经脱水材料→2/3纯酒精+1/3二甲苯→1/2纯酒精+1/2二甲苯→1/3纯酒精+2/3二甲苯→纯二甲苯→纯二甲苯,每级溶液中停留1~3小时。
二甲苯更常用于切片封藏前的透明,切片在其中透明时间每级为5~10分钟。
6.渗蜡
渗蜡是使石蜡逐渐进入已透明的材料组织细胞内置换透明剂的过程。所用石蜡要均匀无杂质,熔点为52℃~60℃。凡高温季节,要用熔点较高的石蜡;低温季节,则用熔点低的石蜡。
渗蜡时先准备石蜡,取熔点低的石蜡(52℃~56℃)用解剖刀切成小块,把蜡块放入盛有二甲苯的玻管或小酒杯内,石蜡的量应和二甲苯量相等。放蜡块时应在材料和蜡之间隔一纸片,以免蜡和材料直接马上接触,引起材料收缩。然后把盛有材料的器皿放在40℃温箱中,经过6~10小时渗透,再放入58℃温箱中1~2小时,在此过程中二甲苯逐渐蒸发,石蜡液逐渐变浓。然后倒去此种石蜡,换为熔化的纯石蜡,经2~4小时后倒去石蜡,再换新的纯石蜡,再经2~4小时即可包埋。
7.包埋
包埋是用包埋剂包裹经石蜡渗透的材料以便于切片的过程。其过程是:先折好适宜大小的适于盛蜡的纸盒,然后将已熔化的石蜡倒入纸盒中,用烧烫的镊子将蜡中的气泡赶走,并将蜡烫均匀。接着用温热的镊子或解剖针迅速地将材料移至石蜡中,同时应按所需切面排列整齐,材料之间留以适当距离。材料放好后,即轻轻吹气使石蜡表面凝结,然后把纸盒平放入冷水中,使石蜡迅速凝固;否则会使石蜡产生结晶而不能切片。经包埋的材料即可进行切片或长期保存备用。
8.切片
先要修正蜡块,将做的蜡块用单面刀片在每份材料的周围切一条深沟,然后折断,使每个小蜡块只具有一份材料,然后将小蜡块都修成正六面体。接着把小蜡块贴在小台木上,黏时先把小蜡块的一端涂上一层熔化的蜡,然后把小蜡块黏到小台木上,再用解剖刀取少量的熔蜡封于小蜡块基部周围。在此过程中,一定要按需要使材料的切面和台木黏接表面平行。
将黏好蜡块的台木夹在旋转切片机的夹物部位,并把切片刀装在切片机的夹刀部位,再调整台木,使材料的切面与刀口平行。接着调整厚度调节器,设置到所需的位置。待这一切准备工作完成以后,就可开始切片。此时右手摇动切片机,蜡块碰到刀口以后,切片就从刀口落下。由于切片过程中摩擦生热,使切下的切片连成一条蜡带,此时左手拿一支干毛笔把蜡带一端托住,当蜡带至一定长度时,即可用另一干毛笔将其从切片刀处取下,并把蜡带按次序放于蜡带盘中。
9.黏片
黏片是将具材料的蜡带黏于清洁的载玻片中央的过程。黏片时在干净的载玻片中央滴少许黏贴剂,用小拇指将此剂在载玻片上涂匀,然后在上面滴1滴3%福尔马林水溶液或蒸馏水。用解剖刀把蜡带按需要大小切开,挑起放在玻片上的水滴中,放置时注意蜡带有光滑和粗糙两面,应把光滑一面与载玻片黏在一起,否则较易脱片。接着将浮蜡带的载玻片放在展片台上,蜡带受热会自动展开。如有多余的水分,应用吸水纸吸去多余的水,然后置于无尘通风室内,任其自然干燥,或者放在30℃~40℃温箱中1天,促使它干燥。
10.脱蜡及复水
脱蜡是除去切片内石蜡的过程。将黏有切片且完全干燥的载玻片放入二甲苯中,在春秋暖和的天气约5~10分钟,石蜡熔去,而切片材料仍黏在载玻片上。
然后进行复水,过程是将玻片放入1/2纯酒精+1/2二甲苯→纯酒精→95%酒精→85%酒精→70%酒精→水中。以上步骤均在染色缸中进行,每次约1分钟。
11.染色、脱水、透明及封片
经脱蜡后的切片很薄且透明,不同组织及细胞结构之间反差不大,不便于显微镜观察,因此需要进行染色,使组织结构能清楚地显现,方便观察。染色的方法及染色剂的种类很多,因材料和观察目的不同而异。
以植物组织制片中最常见的番红—固绿二重染色为例,步骤如下:
经复水的材料切片→50%酒精配制的1%番红染液或1%番红水溶液中0.5小时以上→水洗去多余染料→50%酒精→70%酒精→85%酒精→95%酒精(以上各级中均为2~5分钟)→95%酒精配制的0.1%固绿(0.5~1分钟)→纯酒精(2~5分钟),然后镜检。如果分色清楚,即可移入1/2二甲苯+1/2纯酒精中(2~5分钟),最后放入纯二甲苯中透明5分钟。
经染色和透明的切片,应立即取出封藏,其目的是长期保存制成的切片。常用的封藏剂有加拿大树胶、中性树胶等。当切片从二甲苯中取出后,立即滴加适量的封藏剂到切片上并加盖玻片。加盖玻片时注意,以镊子镊着盖玻片右侧中部,在酒精灯火焰上迅速通过以烤干玻片上的水汽,然后让盖玻片中心先接触封藏剂,并缓慢地放下,待封藏剂自中心向四周慢慢布满整个盖玻片。封藏好的切片应放在49℃~50℃的温箱中烤干,或放在无尘通风处使其自然干燥。
三、滑走切片机切片技术
有些植物材料,如木材或木本植物的茎,硬度较大,或某些材料体积较大,都不宜用石蜡法制片,而可用滑走切片机切片,其步骤基本上和石蜡制片法相同。取材时应注意,尽量保证材料粗细相近,直而不弯,长度不超过5 cm,较长的材料应进行分割,材料软硬均匀。若是切较软的材料,可直接夹在切片机上,太软而不便在切片机上夹持的材料,可用泡沫塑料或胡萝卜等夹好后再夹于切片机上;若是切较硬的材料,必须先进行软化处理,即将木材切成长约1.5 cm、直径为0.5~1 cm的木块,放在盛水的烧杯中反复煮沸数次,然后浸入甘油酒精溶液中约1~2周进行软化,然后再切片。
供切片的材料可先进行固定或切片后再固定。
操作步骤如下:
1.切片
先将切片刀装在固定器上,调节好刀的位置,使刀口与材料间的夹角小于45°,而且刀面与材料切面保持3°~5°的倾斜度。
按所需纵切面或横切面要求,将材料牢固地装在夹物器上,调准材料的高度与切面,将厚度调节装置调至要求刻度处。切片时用右手操作,握紧刀夹,由前方向身体方向水平地拉动切片刀,要注意用力均匀。切片前先用毛笔蘸水到材料表面和刀口处,刀口切过后,材料即浮在刀口处的水滴中。此时小心地用毛笔从刀口处取下切片,放入培养皿或表面皿的水中,然后将刀向前推回原位,调节厚度推进器以升高材料,再次拉动切片刀。如此来回拉动,便可获得许多厚度均匀而完整的切片。
2.脱水、染色、透明和封片
以番红—固绿二重染色为例,程序如下:
番红染液(0.5~1小时)→50%酒精(冲洗)→70%酒精(约5分钟)
↓
纯酒精(两次共约5分钟)←固绿染液(约1分钟)←85%酒精(约5分钟)
↓
1/2纯酒精+1/2二甲苯(约5分钟)→纯二甲苯(约5分钟)→树胶封片
四、离析法
离析法是用一些化学药品把植物细胞间的胞间层溶解,使细胞彼此分离,从而得到单个完整细胞的方法,便于研究不同组织的细胞立体结构。
1.铬酸—硝酸离析法
适用于木质化组织,如木材、纤维、导管、管胞、石细胞等。把材料切成长约1 cm、横断面边长2~3 mm的小条,放入小试管中,加入离析液,其量约为材料的20倍,盖紧瓶盖放在30℃~40℃的温箱中保温。离析时间因材料性质而异,一般为1~2天。如2天后仍未解离,可换新的离析液,再放置几天。检查材料是否解离,可取出材料少许,放在载玻片上,加盖玻片后,用解剖针末端轻轻敲打,若材料分离,表明离析时间已够。这时移去离析液,用水冲洗干净,保存在50%或70%的酒精中备用。
2.盐酸—草酸铵离析法
适用于草本植物的髓、薄壁组织和叶肉组织等。把材料切成约1 cm×0.5 cm×0.2 cm的小块,放入3:1的70%或90%酒精和浓盐酸混合液中,若材料中有空气,应先抽气,然后更换一次离析液。24小时后,用水冲洗干净。放入0.5%草酸铵溶液中,每隔1~2天作检查。其余同上法。
五、压片法
压片法是把植物的器官或组织经过处理后压在载玻片上,使细胞成一薄层,便于进行观察的一种制片方法。主要应用于植物染色体的观察和研究。
压片法的实验步骤包括:取材、预处理、固定、解离、染色、压片、镜检和封固等。
1.取材
用锋利的双面刀片截取生长良好的植物根尖或茎尖,长度为2~3 mm。
2.预处理
将材料放入8-羟基喹啉或对二氯苯等预处理液中进行预处理,使细胞分裂停留在有丝分裂的中期,并使染色体缩短变粗。预处理的时间视不同植物而定。一般洋葱根尖用对二氯苯预处理液处理4~5小时。
3.固定
一般采用卡诺固定剂进行固定,固定时间通常为2~24小时,以低温固定效果较好。材料经固定后,如不立即进行压片,可保存在70%的酒精中,置于冰箱内长期保存。
4.解离
用酶或盐酸处理固定后的材料,使细胞分离,便于压片。一般是将固定后的材料在50%酒精中浸泡5分钟,再入蒸馏水洗涤5分钟后,转入浓度为1 mol/L的盐酸溶液中,置于60℃恒温水浴锅中解离,解离时间一般为2~8分钟,时间太短,细胞不易分离,时间过长,则染色体染色浅或不着色。
5.染色
常用卡宝—品红(即石炭酸—碱性品红)或醋酸洋红等核染色剂进行染色。
6.压片
将材料放在干净的载玻片上,盖上盖玻片,用解剖针或铅笔轻轻敲击盖玻片,使细胞分离散开并压平。
7.镜检
将压片置于显微镜下观察,选取染色全体分散、清晰的细胞,用记号笔在载玻片和盖玻片上分别做记号。