2019年观察细胞的技术-基础知识精品教育.docx

观察细胞的技术由于细胞非常小而又复杂，很难观察到其结构并了解其组成，更难了解各种各样的组分是如何起作用的。细胞生物学家发展了许多技术来研究细胞。除了水之外，细胞中似乎没有什么东西能干扰光通过细胞，因此，用普通的光学显微镜观察未经处理的细胞几乎是看不见的。使之变得可见的一种方法就是将其染色。细胞生物学家发现某些染料能使组织染上颜色，而且有些染料出人意料地表现出专一性地对细胞某些特定的成分的染色反应，如细胞核可一被碱性染料染色，这种有差别的染色使他们能够清楚地看到细胞内部的结构。在染色之前，许多组织都必须被固定，固定使得细胞让染料透入并使其中的大分子稳定化。某些最早的固定技术是将组织在短时间浸没在酸或有机溶剂如甲醇中。目前的技术通常是把细胞暴露在与蛋白质的氨基形成化学建的化合物中，从而把临近的分子连接起来。许多组织太厚，不经过处理无法研究细胞，首先必须切成薄片，该项技术是用切片机将组织切片，然后将切成片的组织在载玻片上进行染色观察。组织一般太软，不能将其直接切成薄片。固定后，技术人员是将组织浸没在液体石蜡或或塑料树脂中，当这种制品硬化成固体块时，再用切片机切成薄片。用特殊的切片机在冷室中可将冷冻的组织切成薄片，用这种方法产生的冰冻切片代表着较为原本的形式，但难以制备，而且冰晶的存在可能使细胞许多细节丢失。虽然在固定和染色时，细胞某些部分可能丢失或变形，但若用各种不同的技术来研究同类细胞，而所有的方法产生相同的影象，那么这种影象就能代表真正的结构。要确定某种结构真正存在的最另人信服的方法就是在显微镜下观察活的细胞而不经固定或染色，这就需要特殊的光学系统。其设计是利用细胞使光折射的的性质。当光线通过活的细胞时，光被折射。例如当光通过细胞中密度较大的部分如细胞核时，其折射的程度比细胞质大些。有两种类型的显微镜相差显微镜和微分干涉差显微镜，利用的是细胞中不同区域的不同密度，每个区域使光折射的程度不同，其结果是原来透明的结构变得清晰可见了。还有一种比较简单的方法是利用细胞的不同组分所散射的光来观察未染色细胞的细节，这就是暗视野显微镜，其中光是从侧面照过来的，而不是从下面照过来的，用这种方法，只有散射的光才能进入显微镜的透镜，其结果是看上去在黑暗背景下的亮的物体。光学显微镜使我们能观察活的细胞并研究象有丝分裂这样的过程。但由于许多细胞过程进行得相当慢，所以细胞学家常用定时的摄相或摄影来研究他们。用各种光学显微镜观察到的细胞其清晰程度和分辨率多少受到限制，因为可见光是长波长的，这种限制可用电子而不是光来克服。电子运动得越快，其波长就越短，因而样品的分辨率就高。电子显微镜最高的分辨率，可达0.1nm。透射式电子显微镜用来观察用特定方法制成切片的标本，而扫描失电子显微镜电子光速不穿过标本而是从其表面反射，因此能观察到细胞的三维影象。扫描隧道电子显微镜则利用存在于样品中的电子。在研究三维影象方面，下面两种方法特别有用，就是用冰冻撕裂和冰冻蚀刻技术制备标本，再用电子显微镜进行观察。先在非常低的温度下，快速将样本冰冻，再用冷的刀将样品撕裂。刀不是将冰冻的细胞切断，而是使之裂开，就好象把一块月饼掰开一样。再用蚀刻法使冷冻的细胞撕裂面更为清晰，也就是在真空中除去水分。用这样的方法制备膜的标本，膜蛋白和一层脂类会完整地保留下来，在电镜下观察膜断裂面的蛋白质颗粒和膜的表面结构，图形富有立体感。