《细胞生物学实验》
生命科学学院
生物技术系
二O一0年
1
前 言
生命科学是一门实验科学，实验教学是培养学生创新能力的重要途径。
细胞生物学实验主要为验证性实验，其主要目的是使学生加深理解细胞的形态结构及其生理功能等各方面的知识，掌握细胞生物学实验技术的基本操作和技能，并培养学生分析问题和解决问题的能力以及严谨、求实的科学态度。本着这样的目的，结合我们实验中心的实验条件，我们共设置12个实验，其中开设9个实验。
希望通过本实验的学习，在加深对细胞生物学理论知识的了解和掌握的同时，真正提高学生的动手能力。动手能力实际是一种有更高要求的动脑能力。
实验指导由王秀玲(4,7,8,10,11,12)、聂永心(1,2,9)、周淑梅(3,5,6)三位老师编写。刘鹰高、朱常香、彭清才等老师对本实验指导提出了意见和建议。
2010. 6
2
目 录
实验一：特殊显微镜的原理及其使用 4 实验二：电子显微镜的原理及使用 8 实验三：细胞膜的渗透性 18 实验四：细胞的凝集反应 20 实验五：诱导细胞融合—聚乙二醇法 23 实验六：线粒体和液泡系的超活染色 26 实验七：叶绿体和细胞核的荧光观察 29 实验八：细胞骨架的观察 31 实验九：细胞中DNA、RNA的显示 33 实验十：细胞培养的准备工作 37 实验十一：细胞的原代培养 42 实验十二：细胞的传代培养 45
3
实验一 特殊显微镜的原理及其使用
I.暗视野显微镜的原理和使用
一、实验目的
1.了解暗视野显微镜观察活细胞的基本原理； 2.了解暗视野显微镜的特殊组件和位置； 3.掌握调节暗视野显微镜的基本步骤。
二、原理和结构特点
在日常生活中，室内飞扬的微粒灰尘是不易被看见的，但在暗的房间中若有一束光线从门缝斜射进来，灰尘便粒粒可见了，这是光学上的丁达尔现象。暗视野显微镜就是利用此原理设计的。它的结构特点主要是使用中央遮光板或暗视野聚光器，常用的是抛物面聚光器，使光源的中央光束被阻挡．不能由下而上地通过标本进入物镜。从而使光线改变途径，倾斜地照射在观察的标本上，标本遇光发生反射或散射，散射的光线投入物镜内，因而整个视野是黑暗的。在暗视野中所观察到的是被检物体的衍射光图像．并非物体的本身，所以只能看到物体的存在和运动，不能辨清物体的细微结构。但被检物体为非均质时，并大于1/2波长，则各级衍射光线同时进入物镜，在某种程度上可观察物体的构造。一般暗视野显微镜虽看不清物体的细微结构，但却可分辨0.004μm以上的微粒的存在和运动，这是普通显微镜(最大的分辨力为0.2μm)所不具有的特性，可用以观察活细胞的结构和细胞内微粒的运动等。
三、仪器、材料与试剂
（一）仪器
具有暗视野聚光器的显微镜
（二）材料
牙垢微生物，洋葱内表皮细胞，载玻片，盖玻片，牙签，尖头镊子，滤纸条，指甲油，擦镜纸等。
（三）试剂
生理盐水
四、实验步骤
1.样品制备：在一张无划痕、清洁的载玻片上滴一滴生理盐水，用牙签取牙垢或用镊子撕洋葱内表皮细胞与载玻片上的生理盐水混合均匀，盖上一片无划痕、清洁的盖玻片，用滤纸条吸取盖片四周多余的水分，用指甲油封片（或不封片）。
4
2.将暗视野聚光器安装在显微镜上，调强照明光。
3.将标本置于载物台上，插入10x物镜，用调焦螺旋聚焦样品。
4.调节暗视野聚光器位置：这一步是调节暗视野像的关键，包括调节暗视野聚光器的高低位置和中间位置。可反复、缓慢地由低到高或由高到低调节暗视野聚光器的高低位置，聚光器偏高或偏低都将在视野中出现质量不好的影像，只有在合适的位置时，才可出现背景暗、影像亮的暗视野效果；调好聚光器的高低位置后，再通过聚光器上的调中螺旋调节聚光器的中心位置，使得到最好的暗视野像效果。
5.换用高倍物镜观察时，要换用高倍物镜相匹配的暗视野聚光器，依据上述步骤进行调节。
五、作业
1.绘制暗视野内牙垢微生物、洋葱内表皮细胞图（3－5个细胞）
2.明视野和暗视野像的主要区别是什么？暗视野显微镜的特殊组件是什么？
II.相差显微镜的原理和使用
一、实验目的
1.了解相差显微镜观察活细胞的基本原理； 2.了解相差显微镜的特殊组件和位置； 3.掌握调节相差显微镜的基本步骤。
二、原理和结构特点
光波有振幅（亮度）、波长（颜色）及相位(指在某一时间上光的波动所能达到的位置)的不同。当光通过物体时，如波长和振幅发生变化，人们的眼睛才能观察到，这就是普通显微镜下能够观察到染色标本的道理。而活细胞和未经染色的生物标本，因细胞各部微细结构的折射率和厚度略有不同，光波通过时，波长和振幅并不发生变化，仅相位有变化(相应发生的差异即相差)，而这种微小的变化，人眼是无法加以鉴别的，故在普通显微镜下难以观察到。相差显微镜能够改变直射光或衍射光的相位，并且利用光的衍射和干涉现象，把相差变成振幅差(明暗差)，同时它还吸收部分直射光线，以增大其明暗的反差。因此可用以观察活细胞或未染色标本。 相差显微镜与普通显微镜的主要不同之处是：用环状光阑代替可变光阑，用带相板的物镜(通常标有PH的标记)代替普通物镜，并带有一个合轴用的望远镜。环状光阑是由大小不同的环状孔形成的光阑，它们的直径和孔宽是与不同的物镜相匹配的。其作用是将直射光所形成的像从一些衍射旁像中分出来。相板安装在物镜的后焦面处，相板
5
装有吸收光线的吸收膜和推迟相位的相位膜。它除能推迟直射光线或衍射光的相位以外，还有吸收光使亮度发生变化的作用。调轴望远镜是用来进行合铀调节的。相差显微镜在使用时，聚光镜下面环f状光阑的中心与物镜光轴要完全在一直线上，必需调节光阑的亮环和相板的环状圈重合对齐，才能发挥相差显微镜的效能。否则直射光或衍射光的光路紊乱，应被吸收的光不能吸收，该推迟相位的光波不能推迟，就失去了相差显微镜的作用。
三、仪器、材料与试剂
（一） 仪器
相差显微镜
（二） 材料
口腔上皮细胞，洋葱内表皮细胞，载玻片，盖玻片，牙签，尖头镊子，滤纸条，指甲油，擦镜纸等。
（三） 试剂
生理盐水
四、实验步骤
1.样品制备：在一张清洁无痕的载玻片上滴一滴生理盐水，用牙签刮自己的口腔粘膜少许或用镊子撕洋葱内表皮细胞与载玻片上的生理盐水混合均匀，盖上清洁的盖玻片，用滤纸条吸取盖片周围多余的水分，用指甲油封片（或不封片）。
2.将10x相差物镜旋入光路。
3.将相应于10x相差物镜的相差聚光器的环状光阑移入光路中，完全打开聚光器的孔径光阑。
4.将样品置于载物台上，用聚焦螺旋聚焦样品。
5.用柯勒照明法调节聚光器：①将视场光阑关到最小；②用聚光器升降调节螺旋，调节聚光器的上下位置，直至在目镜中观察到视场光阑像的边缘清楚；③调节聚光器的调中螺旋，使视场光阑的像移至视场中央（调中聚光器）；④打开视场光阑，使其边缘与目镜中的视场同样大小。柯勒照明是调好相差像的关键之一。
6.观察物镜后焦面，调节仪器使聚光器中环状光阑的像和相差物镜中相板的圆环互相吻合，这一步是调好相差最重要的步骤。具体方法是：取下一个目镜，插入一个聚焦望远镜，转动望远镜的接目镜，直到在望远镜中观察到清晰的环状光阑（在聚光器中）和相板（在相差物镜中）的像。如果环状光阑的明亮光圈与圆形相板不吻合，可以通过调节聚光器上的调中螺旋使之吻合。调节吻合后，取出聚焦望远镜，插入目镜，就可在目镜中观察到一个清晰
6
的口腔上皮细胞的相差像。
7.如果换用高倍相差物镜观察，需要移入相应的高倍相差物镜的聚光器环状光阑，重复以上调节步骤。
五、思考题
1.绘制口腔粘膜上皮细胞、洋葱内表皮细胞图（3－5个细胞），并比较暗视野和相差显微镜下洋葱内表皮细胞的差别？
2.明视野和相差显微镜成像原理有哪些区别？相差显微镜的特殊组件是什么？
六、注意事项
1.调节电源使光源强度较大； 2.一定要完全将两环合轴。
III.荧光显微镜的原理及使用 （见实验七:叶绿体和细胞核的荧光观察）
7
实验二 电子显微镜的原理及使用
I. 透射电子显微镜的使用
一、实验目的
1.了解常规超薄切片技术的基本过程及原理； 2.了解透射电子显微镜的操作技术。
二、实验原理
透射电子显微镜是发展最早、应用最广泛的电子显微镜。在细胞生物学上，可用于观察和研究细胞内部的亚显微镜结构、蛋白质、核酸等生物大分子的形态结构及病毒的形态结构。透射电子显微镜以电子枪作为照明光源，从电子枪灯丝发射的电子束经聚光镜会聚照射到样品上。带有样品结构信息的透射电子（transmission electrons，TE）进入成像系统，被各级成像透镜聚焦、放大后，投射在观察荧光屏上，形成透射电子显微镜像。
超薄切片技术是透射电镜样品制备最基本最常用的技术。生物样品的超薄切片过程是将含水的生物材料经过一系列的化学处理，使其被包埋在坚硬的树脂材料中，并且必须使其超微结构保存良好。这样在坚硬树脂材料中的生物样品就可以用超薄切片机切成厚度为50nm左右的超薄切片，以满足透射电镜对观察样品的要求。超薄切片制样过程较为复杂，包括取材、固定、脱水、包埋、切片、染色等基本步骤。每一步骤对于制片的成败都很关键，实验操作者必须认真严格地按照要求操作每一步骤，才能得到较好的观察效果。
三、仪器、材料与试剂
（一）仪器、用具
透射电子显微镜、超薄切片机、制刀机、玻璃条、恒温箱、控温烤箱、冰箱、光学显微镜、磁力搅拌器、手术剪刀、眼科镊子、铜网镊子、量杯、量筒、烧杯、培养皿、注射器、吸管、青霉素小瓶、玻璃缸、载玻片、酒精灯、铜网、滤纸、牙签、睫毛笔、样品盒、包埋模具、医用胶布。 （二）材料
鼠肝或其他生物组织。 （三）试剂
0.2mol/L磷酸盐缓冲溶液（PBS）、2.5％戊二醛、1％锇酸、50％乙醇、60％乙醇、70％乙醇、80％乙醇、90％乙醇、无水乙醇、环氧丙烷、环氧树脂包埋剂一套（包括环氧树脂Epon812）、十二烷基琥珀酸酐（DDSA）、甲基内次甲基邻苯二甲酸酐（MNA）、2,4,6-三（二
8
甲氨基甲基）苯酚（DMP—30）、醋酸铀染液、柠檬酸铅染液。
四、实验方法与步骤
（一）试剂配置
1. 0.2mol／L磷酸盐缓冲溶液（PBS）
A液：磷酸氢二钠·12H2O，71.64g，加双蒸水溶解至1000ml。 B液：磷酸二氢钠·2H2O，31.21g，加双蒸水溶解至1000ml。
根据不同要求，按不同配比，可得不同pH值的0.2mol／L的磷酸盐缓冲溶液，见下表：
表2-1 不同配比的磷酸盐缓冲溶液的pH值
pH（25℃） A液（ml） B液（ml）
7.0 30.5 19.5
7.2 36.0 14.0
7.4 40.5 9.5
7.6 43.5 6.5
2. 2.5％戊二醛固定液
25％戊二醛10ml，0.2mol/L PBS 50 ml，加双蒸水至100ml即可。
3. 1％锇酸固定液
（1）配置2％锇酸贮存液：取1g 安瓿四氧化锇泡酸48h，冲洗48h，双蒸水漂洗30min。干后用玻璃刀刻划1～2道痕，置入棕色磨口瓶，加双蒸水50ml，用力摇动使安瓿破碎。静置48h四氧化锇溶解后备用。4℃避光保存。
（2）配置1％锇酸使用液（现用现配）：取2％四氧化锇贮存液10ml，加0.2mol/L PBS l0ml混合。
4.不同浓度的乙醇溶液
用无水乙醇稀释成90％、80％、70％、60％、50％的乙醇。 5.环氧丙烷（必须无水）。
6.环氧树脂Epon812包埋剂（Luft配方）
Epon812，90ml；DDSA（十二烷基琥珀酸酐，软化剂），6 ml；MNA（甲基内次甲基邻苯二甲酸酐，硬化剂），5ml；DMP-30[2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚]，按2%加入。
使用时根据不同硬度要求按一定比例增减DDSA和MNA。DDSA液增多，则软；MNA液增多则硬。三种液体逐次加入混合均匀后，逐滴加入DMP-30，其浓度控制在2％。边加边搅，充分搅拌30min左右。
7.醋酸铀染液
称取醋酸双氧铀1. g,溶于50ml50％～70％乙醇溶液中，静置1～2天，使未溶的部分沉
9
淀，取上部黄色透明溶液用，4℃冰箱避光保存。
8.柠檬酸铅溶液
A液：硝酸铅（必须为新近产品）1.33g，柠檬酸钠1.76g，双蒸水（用前加沸冷却）30ml，充分摇匀，混悬液为乳白色柠檬酸铅铬合物。B液：氢氧化钠（NaOH） lmol／L。
使用液：A液配制完毕30min后，加B液8ml，加双蒸水至50ml混匀，溶液清亮（pH值为10-12）。如有沉淀，不能再用。
（二）超薄切片的制备
超薄切片技术是指不需要特殊冷冻条件的常规包埋技术。包括取材、固定、脱水、浸透、包埋、切片、染色等步骤（图2-1）。
1.取材
将动物处死后，要快速取出组织，以免细胞内部细微结构发生改变。取材过程要注意以下几点：①取材部位要准确；②无人工损伤，不要牵拉、挤压，⑧样品块要小，一般切成lmm的小块，起码在某一个方向上的厚度要小于lmm，④组织离开活体后尽快（1min之内）进入预冷的戊二醛固定液中（4℃）保存。
2.固定
固定是电镜样品制备中最重要的一环，其目的是使细胞生命过程立即终止，使细胞结构和化学成分保持生前状态。电镜材料固定一般采用双重固定法，即先用戊二醛进行前固定，然后再用锇酸进行后固定。两次固定之间要进行漂洗。
（1）前固定：将取的材料立即投入预冷的2.5％戊二醛溶液中，4℃条件下固定3h。若不马上进行后面的制备程序，可保存在0.2mol/L的PBS中或2.5％戊二醛溶液固定液中（4℃）。 戊二醛的两个醛基与蛋白质、核酸等的氨基发生交链作用，可以较好地固定蛋白质、核酸和多糖等，能保存微管、糖原、核蛋白和细胞基质等，不易使酶失活，可以用于细胞化学研究，但不能固定脂类，对脂质颗粒、膜结构等保存不好。如果对保存超微结构（尤其膜系统）有较高的观察要求，经戊二醛溶液单固定的样品不宜保存过长时间，在1周内进入常规制备程序为好。2.5％的戊二醛固定液对组织的平均渗透深度为0.6mm，这是取材要小的原因之一。
（2）锇酸后固定：进行后固定以前，材料要用0.1mol／L PBS漂洗6次，每次 l0min。避免戊二醛与四氧化锇发生氧化还原反应，生成沉淀，所以要彻底洗干净。漂洗后取出，转入1％四氧化锇固定液中，4℃条件下固定1～2h。四氧化锇对氮有较强的亲和力，能与蛋白质氨基迅速结合形成交链化合物，对含蛋白质的各种结构成分均能固定。能与不饱和脂肪酸反应，生成四氧化锇二酯化合物，使含有脂类的结构固定。因为锇是一种高原子序数元素，
10
3
在用四氧化锇固定样品的同时，还起到一种电子染色作用。但是，四氧化锇4不能固定核酸，对糖原、微管等保存不好。同时，四氧化锇又是酶的钝化剂，不能用于细胞化学研究。四氧化锇固定时间太长，不仅易丢失成分，而且会使组织变脆，难切片。四氧化锇具有极强的挥发性和毒性，在任何污染和光照条件下，都可能还原成水和二氧化物而减弱固定效果，故不易长期保存。
图2-1 常规超薄切片标本的制备过程（参考Hall JL，1978） 1- 取材；2-醛类固定；3-缓冲液清洗；4-饿酸固定；5-缓冲液 清洗；6~9-脱水；10-环氧丙烷浸透；11-包埋剂浸透；12-包埋；
13-聚合；14-修块；15-超薄切片；16-染色
3.漂洗与脱水
（1）将四氧化锇固定后的材料取出，在脱水以前要进行漂洗。先用吸水纸吸干净四氧
11
化锇4固定液之后，用0.1mol／L的PBS漂洗6次，每次10min。以避免在脱水时四氧化锇4与乙醇产生氧化还原反应，生成沉淀，所以要彻底洗干净。
（2）将漂洗后的材料依次放入50％乙醇、60％乙醇、70％乙醇、80％乙醇、90％乙醇、无水乙醇与环氧丙烷，每级15～20min，使组织中的水分充分除去。脱水剂一般用乙醇、丙酮和环氧丙烷等，利用它们具有能与水也能与包埋剂混溶的特点，以取代样品中的水分，使水分充分除去。浓度梯度脱水是为了减少样品收缩。
4.浸透
经脱水后的材料在包埋以前要经过浸透处理，即用包埋剂与脱水剂按浓度梯度分级换液，使包埋剂逐渐取代脱水剂渗透到组织中去，最终使组织细胞内所有空隙均充满包埋剂。具体操作方法：在室温下或37℃条件下将样品置入3:1的环氧丙烷与包埋剂的混合液，10～30 min；1:1的环氧丙烷与包埋剂混合液，30～60min；1:3的环氧丙烷与包埋剂混合液，1～2h或过夜；纯包埋剂，2～5h或过夜。
5.包埋
包埋的目的是让样品材料获得一定的硬度、弹性和韧性，以便制成超薄切片。操作过程如下：在包埋模具内滴一滴包埋剂，把样品置入并使之定位于合适位置（依模具而异），缓缓注入包埋剂，然后放入烤箱中进行聚合（使包埋剂固化）。控温及时间依次为：37℃，12h；45℃，12h；60℃，36h。在包埋过程中，充分浸透的样品包埋在包埋剂中，加温使包埋剂逐渐由单体聚合成高分子，样品及包埋介质获得高度的稳定性、均匀性、合适的硬度和弹性。Epon812是一种优良的包埋剂，为进口环氧树脂（epoxy resin），DDSA（dodecenyl succinic anhydride）为十二烷基琥珀酸酐，是一种软化包埋块的长链脂肪族分子；MNA（methyl nadic anhydride）为甲基内次甲基邻苯二甲酸酐，可以硬化包埋块；DMP-30为2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚，可以加速固化。
6.制备超薄切片
制备超薄切片的主要步骤有：修块（包埋块粗修）、制备玻璃刀、制备支持膜、半薄切片、修块（包埋块细修）、制备超薄切片。
（1）包埋块粗修：在对包埋样品进行超薄切片之前，先要粗修包埋块，机修、手修均可。一般可在解剖镜下先小心地把块顶端的包埋介质修去，暴露出组织，再把样品四周修成锥体形，顶面修成梯形。
（2）玻璃刀的制备：超薄切片常用玻璃刀或钻石刀。玻璃刀要用含72％～75％二氧化
12
硅、5～8mm厚的硬质玻璃，并在专门的制刀机上制备。制备好的玻璃刀还要在刀刃背部用胶布或银胶带围成一个水槽（钻石刀水槽是固定的），用石蜡封固，以方便切片的收集。
（3）支持膜的制备：通常用铜网做超薄切片的载网，类似光镜下载玻片的作用。电镜细胞化学样品则需要用镍、铂、金、不锈钢或尼龙网等。载网直径一般为3mm，厚20～50pm，网孔数量1～400目不等，形状多种多样。网上一般要覆盖一层支持膜，膜的厚度约10～20nm，以防止漏片、卷片，加强切片的稳定性（较大的切片最好不用支持膜）。常用支持膜为Formvar膜（聚乙烯醇缩甲醛膜）或者火棉胶膜，也可用碳膜等，
（4）切片：切片可分两步进行。
半薄切片：先将粗修好的包埋块在超薄切片机上切成厚0.5～2μm的半薄切片，用甲苯胺蓝染色或亚甲蓝、天青Ⅱ—碱性品红染色后，在光镜下观察。其目的是：①可以根据半薄切片精确定位，准确保留超薄切片位置，避免丢失有价值的结构；②了解样品包埋质量，以确定是否继续做超薄切片；③半薄切片可以得到比一般石蜡切片更清晰的图像，所以便于进行定量形态学分析，而且可与超薄切片对照观察研究。
超薄切片：超薄切片用超薄切片机完成。根据推进原理，切片机分为热膨胀式和机械推动式两大类。TEM常规超薄切片厚度最佳值为50～80nm，观察干涉色可以判断漂在刀槽里的切片厚度，以便确定用铜网捞取哪些切片。超薄切片要求在防震、恒温和无较大气流流通的环境下进行，否则会影响切片效果。
7.电子染色
电镜观察时，切片需具有一定的反差，故常用重金属盐染色，也称电子染色。常用的重金属盐有铀盐和铅盐。
（1）醋酸铀可与大多数细胞成分结合，尤其易于与核酸结合，不易出现沉淀。但铀盐见光分解，应避光染色。用醋酸铀染液染10～30min后，先用双蒸水漂洗，再用滤纸吸干。
（2）铅盐易与蛋白质、糖类结合。因为铅盐与二氧化碳反应生成碳酸铅沉淀,所以防止铅污染至关重要。用柠檬酸铅染液染1～5min，立即用双蒸水漂洗，用0.2mol/L氢氧化钠分化，再用双蒸水漂洗，自然干燥后观察。
五、实验结果及分析
（一）透射电镜的操作
使用透射电镜观察生物组织切片的一般程序简述如下： 1.启动稳压电源，接通冷却循环水。 2.启动电镜的真空泵抽真空。
13
3.真空度达到要求后，将载有超薄切片的铜网安放在样品杆上并送入样品室。 4.启动高压，加热灯丝获得照明。
5.先在低倍条件下调节亮度，利用样品移动装置选择观察视场，并聚焦需要观察的标本，再选择适宜的观察区域放大观察。
6.调节中间镜电流，控制放大倍数，配合调节聚光镜，选择合适的亮度，精确调焦，消像散。
7.将需要的结构图像照相记录。
8.电镜使用完毕后，先关掉机器，再关冷却水和总电源。 （二）超薄切片的观察
在教师的指导下，将超薄切片样品至于透射电子显微镜下，认真仔细观察细胞的超微结构，选择满意的区域，进行拍照。
六、注意事项
1.取材时动作一定要迅速，所用刀片要洁净锋利，否则会损伤样品结构。
2.配置包埋剂的过程中，需要充分搅拌，在搅拌的同时，防止包埋剂产生很多小气泡，如产生需要将包埋剂放入40℃烘箱中，赶走小气泡。否则样品不能充分浸透。包埋过程中所使用的一切器皿和工具，都必须充分干燥。
3.锇酸即四氧化锇挥发性强，属强氧化剂，毒性强，因此使用时注意通风，操作时应在通风橱中进行。配置和储存不当会产生锇黑，使其失效，因此需冷冻、密封和遮光保存，临用前需彻底化开，以免浓度欠佳。
4.醋酸铀染液有微量放射性，能发荧光，需小心使用、避光保存。
七、思考题
1.简述透射电镜超薄切片制备的生物样品取材过程中有那些要求，为什么? 2.简述超薄切片制备技术中用戊二醛、锇酸进行双固定的意义。
II. 扫描电子显微镜的使用
一、实验目的
1. 了解解扫描电子显微镜样品制备过程。 2. 了解扫描电子显微镜的使用技术。
二、实验原理
14
扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）的分辨本领虽然不如透射电镜（TEM），但却具有很强的立体感，可以在亚细胞水平上生动地显现生物样品的三维结构，适合于观察样品的表面形貌，在生物学上，通常于观察研究组织和细胞表面的三维立体显微及亚显微结构。扫描电镜与透射电镜相同的是都采用电子束作光源，电磁场作透镜。所不同的主要是电子束、电子束照射样品的方式和被利用来成像的信号电子不同。扫描电镜主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像。这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即是使用逐点成像的方法获得放大像。
由于观察目的不同，除了使用相同的固定液之外，SEM生物样品制备与TEM有较大的差异。为了得到无损、真实而清晰的表面形貌结构，在SEM样品制备的全过程中都必须十分小心地保护被观察面。在取材时，针对不同的样品、不同的观察要求，采取不同的技术，使被观察表面充分地暴露出来；脱水时，为了避免观察表面皱缩变形，设计了特殊的干燥方法；此外，还必须对样品进行导电处理，在样品表面喷镀一层厚度适当、均匀的金属膜。
三、实验材料、试剂和仪器
（一）仪器、用具
扫描电子显微镜、临界点干燥器、离子溅射仪、超声波清洗机、电吹风机、磁力搅拌器、干燥器、抛光膏、刀片、剪刀、镊子、样品盒、酒精灯、牙签、竹签、培养皿、烧杯、量筒、量杯、注射器、载玻片、脱脂棉、导电胶。
（二）材料 小鼠小肠 （三）试剂
2.5％戊二醛溶液、1％锇酸溶液、0.2mol／L磷酸盐缓冲溶液，醋酸异戊酯、液体二氧化碳、双蒸水。
四、方法与步骤
1. 准备样品托
用抛光膏擦净样品托，然后用丙酮洗净抛光膏，电吹风吹干备用。 2. 取材
注意保护好被观察表面，彻底清洗干净，暴露出最佳位置。样品体积应依据观察要求及样品托大小等酌情而定。
15
3. 固定、漂洗和脱水
由于扫描电镜是观察样品某一表面形貌的，所以固定时间可以比透射电镜短。另外，脱水时，到纯乙醇级即可。漂洗可参考透射电镜样品制备。
4. 用醋酸异戊酯置换乙醇
弃去乙醇，用醋酸异戊酯与纯乙醇l:1的混合液浸10～20min。弃去混合液浸入纯醋酸异戊酯，浸10～20min。
5. 二氧化碳置换醋酸异戊酯及临界点干燥
从纯醋酸异戊酯中取出样品，保持湿状态时置入临界点干燥仪（critical point dryer）的样品盒并放进样品室（预冷）。盖紧样品室，充入液体二氧化碳，液面高出盒面。缓慢排出气体二氧化碳。直至样品保持湿润、周围有少量液体二氧化碳为止。重复充液排气2～3次。然后，向样品盒内注入液体二氧化碳（高度不超过80％），加热、加压达到临界点进行干燥之后，排气。取出样品放入干燥器内备用。临界点干燥是利用液态二氧化碳的临界状态下表面张力为零的特性，使样品中的液态二氧化碳逸出，避免了表面张力对结构的破坏。
6. 粘贴样品
用少量导电胶涂在样品托上，用镊子轻夹样品侧面，观察面朝上置于样品托上。 7. 离子溅射镀膜
把样品托插入离子溅射仪真空室样品台上，操作溅射仪，可使样品表面覆盖一层10～15nm厚的金属膜。溅射镀膜的基本原理是：高能粒子轰击金属靶（金、铂、钯铱合金等），靶金属原子获能后由靶表面逸出而沉积在样品表面，形成连续的导电膜。这种金属膜不仅可以导电，受激产生较强的二次电子发射，严格地控制膜的厚度，是获得清晰、真实的二次电子表面形貌成像效果的重要条件。
五、实验结果及分析
（一）扫描电镜的操作 扫描电镜的一般操作步骤如下：
1.启动电镜。包括接通电源，开动真空系统进行排气，在真空度达到要求后，接通显示单元电源。
2.放入样品，注意调节样品高度。
3.设定观察条件。这些条件包括：加速电压、束电流、光栏直径、工作距离、放大倍率以及倾斜角等。注意选择好视野。 4.聚焦，消像散。
16
5.照相摄影。根据底片特性选择合适的反差、亮度及拍摄时间。 6. 电镜使用完毕后，先关掉机器，再关掉电源和冷却水。 （二）样品标本的观察
在教师的指导下，将样品标本至于扫描电子显微镜下，认真仔细观察标本的表面形貌特征，进行拍照。
六、注意事项
1.戊二醛用时现配，常与锇酸配合使用，其缺点是不能增加样品的二次电子发射率。 2.四氧化锇属重金属盐类，具有增加反差作用，因而可提高样品的二次电子发射率，缺点是易氧化。
3.进行扫描电镜标本制备时，不同的样品制样方法有所不同，但都应遵循以下原则：①在样品制备过程中，防止标本污染和损伤，尽可能地保持原有结构；②在脱水和干燥处理时，尽量减少因标本收缩导致的人为假象；③在应用组织导电法处理样品时，应充分漂洗，以防镜筒污染。
七、思考题
1.分析扫描电镜与透射电镜的主要异同点。 2.简述扫描电子显微镜生物样品制备的过程。
17
实验三、细胞膜的渗透性
一 、实验目的：
了解细胞膜的渗透性及各种物质进入细胞的速度。
二、实验原理
人工合成的脂质体主要用来研究细胞膜的渗透性及各类物质进入细胞的速度。但不同分子通过脂双层扩散的速率差别很大，主要取决于它们在脂类和水之间的分配系数及其分子的大小。分子越小，分配系数越大，通过质膜的速率越快。小的、亲脂性的、非极性分子容易溶解于脂双层，可迅速透过脂双层。小的、不带电荷的极性分子如果时间足够，也能很快透过脂双层；大的、不带电荷的极性分子可以跨膜扩散运输，但比较困难；对于带电荷的分子或离子，由于这些分子的电荷及高的水化度，因此不管多小，都很难透过脂双层的疏水区，它们要通过载体介导的主动运输方式跨膜运输。
与人工脂双层膜不同的是，生物膜不但允许水和非极性分子借简单的物理扩散作用透过，还允许各种极性分子，如离子、糖、氨基酸、核苷酸及很多细胞代谢产物通过特有的机制通过。
如果将红细胞放置在各种溶液中， 根据红细胞质膜对各种溶质的渗透性不同，有的溶质可渗入，有的溶质不能渗入。即使能渗入，速度也有差异。可通过观察红细胞溶血现象时间的不同来记录渗入速度。血红蛋白从红细胞中逸出的现象称为溶血现象。渗入红细胞的溶质能提高红细胞渗透压，使水进入红细胞，引起溶血及细胞膜破裂。此时光线较容易通过溶液，使溶液呈现透明即为溶血。由于溶质透入速度不同，溶血时间也不同。因此，可通过溶血现象来测量各种物质通透性的差别。
三、材料、试剂和仪器
1．材料 一龄鸡，将鸡血溶于含有抗凝剂的等渗液中（肝素钠0.2mg/mL,一般范围在 0.01-0.2mg/mL；等渗液为0.15mol/L NaCl）
2. 试剂 0.17 mol／L氯化钠，0.17 mol／L 氯化铵，0.17 mol／L硝酸钠， 0.32 mol／L葡萄糖，0.32 mol／L甘油，0.32 mol／L乙醇，0.32mol／L丙醇；0.12 mol／L硫酸 钠，0.10 mol／L草酸钠，0.10mol／L醋酸钠，
3. 器材 试管，5mL量筒，滴管，载玻片，盖玻片，光学显微镜。
四、实验程序
1．血红细胞悬液：用注射器吸入 2mL含有肝素的等渗液后从鸡翼下静脉取鸡血5mL，加 入
18
50mL烧杯，将鸡血用等渗液进行1：10稀释。
2． 溶血现象观察：取试管一支加入3mL蒸馏水， 加入1滴或2滴稀释的鸡血，轻混一下，
然后静止注意观察溶液的颜色变化。由于红细胞发生破裂，溶液颜色由浑浊的红色逐渐清亮。此即为溶血现象。
3． 鸡红细胞的渗透性记时比较：
对上述溶液进行溶血记时比较，注意从滴进血红细胞开始记时，操作方法同2。 注意观察颜色变化，回答是否有溶血现象？ 为什么？
五、结果与分析
将观察到的现象记录， 并进行分析
试管编号 溶液种类
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
是否溶血 溶血所需时间
结果分析
六、思考题
1.推断下列溶液的溶血反应会如何。
0.17 mol/L氯化钾、0.17 mol／L硝酸钾 0.12mol／L氯化镁、0.12 mol／L氯化钙、0.10 mol／L硫酸钾、0.10mol／L醋酸钾、0.10mol/L 柠檬酸钠、0.32 mol／L，甘露醇、0.32mol/L 蔗糖。
2.溶液的渗透压主要与哪些因素有关? 对简单盐溶液如何粗略计算出其渗透压?
19
实验四：细胞的凝集反应
一、 实验目的
学习研究细胞凝集反应的方法，了解细胞发生凝集反应的原因。
二 实验原理
凝集素是一类含糖、并能与糖专一结合的蛋白质，被认为与糖的运输、储存物质的积累、细胞间的互作以及细胞分裂的调控有关。凝集素使细胞凝集是因为它与细胞表面的糖分子连接，在细胞间形成“桥”的结果，加入与凝集素互补的糖可以抑制细胞发生凝集。大多数凝集素存在于储藏器官中，作为一种氮源；对某些植物而言，受到危害时，凝集素作为一种防御蛋白发挥作用。凝集素与糖结合的活性及专一性决定其功能。
三、实验材料与用品
实验材料：马铃薯块茎，韭菜叶片。
试剂：(1)磷酸缓冲液：分别称取NaCl 7.2g、Na2HP04 1.48g、KH2P04 0.43g用蒸馏水溶解，混合后用蒸馏水定容至1000ml，用（NaOH）调pH值至7.2。
(2)生理盐水：0.9％氯化钠无菌水溶液
(3)硫酸铵
(4)石英砂
仪器与器材：离心机，光学显微镜，研钵（2），药匙（2），纱布，离心管（7ml，2个），带刻度（2ml）滴管，25ml烧杯，玻璃棒，10ml量桶，载玻片，盖玻片，滤纸，吸水纸。
四、实验步骤：
1. 2%鸡血细胞制备：以无菌方法抽取鸡的静脉血液（含0.2％肝素钠）用生理盐水洗3次，每次1500r/min离心5min，最后按沉淀压积的红细胞体积加生理盐水配成2%鸡血细胞液。
20
7．倒掉培养细胞的旧培养液。
8．PBS洗3次。培养瓶加入3－5滴胰酶，盖好瓶盖后室温消化。
9．在倒置显微镜下观察，当细胞收回突起变圆时立即翻转培养瓶，使细胞脱离胰酶。
9．加入少量的新鲜培养基，反复吹打消化好的细胞使其脱壁并分散，再根据分传瓶数补加一定量的含血清的新鲜培养基制成细胞悬液，然后分装到新培养瓶中。盖上瓶盖，适度拧紧后再稍回转，以利于CO2气体的进入，将培养瓶放回CO2培养箱。
五、思考题：
1．细胞传代培养的目的是什么?
2．如何保证在传代过程中不被微生物污染?
3．贴壁细胞和悬浮细胞传代方法上有什么不同?
4．如何估计是否传代和传代的方式?
六、注意事项：
1．传代培养时要注意无菌操作并防止细胞之间的交叉污染。所有操作要尽量靠近酒精灯火焰。每次最好只进行一种细胞的操作。每一种细胞使用一套器材。培养用液应严格分开。
2．经常观察细胞形态，掌握好细胞是否健康的标准：健康细胞的形态饱满，折光性好，生长致密时即可传代。
3．如发现细胞有污染迹象，应立即采取措施，一般应弃置污染的细胞。
46