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细胞水平的生物进化
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发布时间：2007-11-25
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相关基础知识
地球上现存的有记载的生物种类大约200多万种，还有许许多多种生物没有被发现，没有发现的生物数目可能要比已经发现的多10倍，更何况已经绝灭的生物比现存的还要多得多。据估计，曾在地球上生活过的生物种数可能多达5亿～10亿。这么多的生物从无到有，从少到多，从简单到复杂，从低等到高等，一批又一批地“踏上”地球，又“远离”地球走向灭亡，进行着自然界的“新陈代谢”，这就是生物的进化。19世纪，达尔文提出的以自然选择学说为核心的生物进化论，已被广大学者所承认，任何理论通常都要随着知识的增加而改进，随着遗传学和生态学等现代生物科学的发展和深入到生物进化理论的研究，使达尔文进化理论不断完善和发展，形成了以自然选择学说为基础的现代生物进化理论。
地球上现存的种类繁多的生物与构成生物的各种细胞器是几亿年漫长岁月的进化产物，但是这些不同种类的生物与细胞在进化上都相互联系，他们都是由共同的祖先——原始细胞经过长期的进化与演变而来的。在地球发展的某个时期，大约在30亿年前，产生了原始细胞，从此才有了独立的生命。
真核细胞由原核细胞进化而来，这是对细胞进化的一种合乎逻辑的解释。原核细胞与真核细胞的亲缘关系应该表现在他们所共有的结构体系与功能体系。有无细胞器是区别原核细胞与真核细胞的重要标志，既然真核细胞是由原核细胞进化而来，那么真核细胞的一系列重要细胞器如何起源于演化必然是问题的核心。由于线粒体DNA与叶绿体DNA的发现，以及线粒体与叶绿体的起源问题展开了一场相当深入的辩论，这是建立在细胞生物学与分子生物学实验基础上的一次相当有益的争论。线粒体与叶绿体的内共生起源学说占有明显优势，根据这一学说，线粒体是起源于一种细菌类的原核细胞，而叶绿体是起源于蓝藻类的原核细胞，他们最早被原始的真核细胞吞噬进细胞内，与宿主进行长期的共生，而演化为重要的细胞器。
1970年Margulis在分析了大量资料的基础上提出了一种设想，认为真核细胞的祖先是一种体积巨大的，具有吞噬能力的细胞。而线粒体的祖先——原线粒体则是一种革兰氏阴性菌，它们不仅能进行糖酵解，而且能利用氧气，把糖酵解的产物丙酮酸进一步分解获得更多能量。当这种细菌通过吞噬作用进入真核细胞后，不仅没有被消化，而且真核细胞利用这种细菌（原线粒体）充分供给能量，而原线粒体也更多的依赖宿主细胞获得更多的原料，这种共生开始显然是“互利的”，逐渐的原线粒体失去了原有的一些特征，关闭与丢失了很多基因，但至今还保留着很多祖先的基本特征。
细胞内的结构在自然状态下近于无色，一般要经过染色后方可在普通光学显微镜下显示得较为清楚。不同的细胞组分对各种染料的亲合力不同。两者间亲和力强，染色就深，否则，染色就浅或无，这样便能形成足够的反差以区分细胞的组分。一般生物染料不能穿透细胞膜，只有用化学试剂或物理方法固定细胞，破坏细胞膜结构后，染料才能进入细胞内部发挥其染色作用。有些染色剂对细胞无毒或毒性很小，并能进入活细胞内染色，显示活细胞的某些结构，称为活体染色，活体染料多为碱性染料（解离后带正电），如中性红，健那绿、次甲基蓝、甲苯胺蓝等。它们能使细胞中某些特定结构着色，如中性红可以染色细胞质中的液泡，健那绿则染色线粒体等。
实验目的和要求
区别真核细胞和原核细胞结构的异同，了解线粒体来源的内共生学说，了解原核细胞和真核细胞在进化上的先后；了解植物细胞和动物细胞结构的异同点，建立细胞进化的概念；初步掌握常规的活体细胞染色技术。
实验材料和仪器
1 实验材料 大肠杆菌、人体口腔粘膜细胞、新鲜鸭趾草叶片
2 仪器设备 光学显微镜
3 试剂 0.02%健那绿染色液；清水滴瓶
实验方法与步骤
1大肠杆菌菌体健那绿染色观察
在玻片中央滴加一滴0.02%健那绿染色液，用接种针挑取新鲜生长的大肠杆菌菌落，在染液中涂展开来，使之分布均匀，用染色3分钟，加上盖玻片，在显微镜下观察。细菌细胞被染成绿色，杆状，活细菌在显微镜下可以观察到其运动情况。
2人口腔粘膜细胞线粒体健那绿染色观察
取0.02%健那绿染色液于干净的载玻片中央，用消毒牙签刮取口腔内壁，用力稍重些，以获得生命力较旺盛的细胞。将刮取物置于载玻片上的染液中，混匀，2~3分钟后，盖上盖玻片。置于显微镜下观察。
先于低倍镜后高倍镜观察，在高倍镜下可见颊粘膜细胞的细胞质中，散在分布一些被染成亮绿色的杆状和圆形颗粒，即为线粒体。
观察人体口腔粘膜细胞中线粒体的形态及染色情况，比较其与大肠杆菌形态及染色的相同之处。
3 鸭趾草表皮细胞的观察
先取洁净的载玻片，在上面加滴一滴清水。取新鲜鸭趾草叶片，用刀片在叶片背面横切一条裂口，自裂口处与表面平行插入镊子撕取表皮，表皮撕下后面朝下立即放入载玻片的水滴中，盖上盖玻片，用吸水纸吸去多于水分，即可观察。在显微镜下植物细胞的形态，大小，叶绿体，液泡等结构。
比较植物细胞与动物细胞的不同之处。
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