Weird Science

Kwiat pod mikroskopem

Poniższy arty­kuł został opu­bli­ko­wany pier­wot­nie w cza­so­pi­śmie dla nau­czy­cieli Bio­lo­gia w Szkole (2/2022):

Ilustracja

Ples M., Kwiat pod mikro­sko­pem, Bio­lo­gia w Szkole, 2 (2022), Forum Media Pol­ska Sp. z o.o., str. 51-55

W naszych roz­wa­ża­niach o rośli­nach wie­lo­krot­nie zaj­mo­wa­li­śmy się kwia­tem, czy raczej kwia­tami, towa­rzy­szącym ich struk­tu­rom oraz ich przy­sto­so­wa­niom. Oma­wia­li­śmy zdolne do szyb­kich ruchów pręciki ber­be­rysu Ber­be­ris sp., łuski okrywy koca­nek ogro­do­wych Xero­ch­ry­sum brac­te­a­tum, olbrzy­mie i piękne kwia­to­stany tak często u nas spo­ty­ka­nego kasz­ta­nowca zwy­czaj­nego Aescu­lus hip­po­ca­sta­num, czy nawet kata­pul­tu­jącej swoje nasiona na duże – w sto­sunku do jej wła­snych wymia­rów – iglicy zwy­czaj­nej Ero­dium cicu­ta­rium [1] [2] [3] [4].

Kwiat, jako organ słu­żący rozm­na­ża­niu roślin, jest struk­turą o wyso­kim stop­niu zło­żo­no­ści. Trak­tuje się go jako skrócony pęd o ogra­ni­czo­nym wzro­ście na dłu­gość. Wyksz­tałc­ają się na nim ele­menty słu­żące bez­po­śred­nio lub pośred­nio funk­cjom rozm­na­ża­nia płc­io­wego. Kwiat roślin okry­to­na­sien­nych Magno­lio­phyta – pocho­dzących naj­praw­do­po­dob­nie od wspól­nego przodka żyjącego w okre­sie kar­bonu, a więc 350–275 mln lat temu - jest orga­nem homo­lo­gicz­nym do spo­ro­filu i spo­ro­fi­lo­stanu występu­jących u bar­dziej pry­mi­tyw­nych przed­sta­wi­cieli króle­stwa roślin Plan­tae.

Piękno wielu kwia­tów było powo­dem zach­wytu naj­praw­do­po­dob­niej już od zara­nia rozumu u naszych przod­ków. Nabie­rały one często wagi sym­bo­licz­nej, czy nawet reli­gij­nej. Przez więk­szość naszej histo­rii nie zna­li­śmy jed­nak celu i roli jaką pełnią kwiaty w życiu orga­ni­zmów roślin­nych – bywały uzna­wane nawet za swo­i­stą igraszkę natury, rodzaj orna­mentu czy ozdoby mającej upięk­szać naturę, ale nie posia­da­jącej głęb­szego zna­cze­nia. Dopiero Rudolf Jakob Came­ra­rius – lekarz i bota­nik nie­miecki - w końcu XVII wieku udo­wod­nił eks­pe­ry­men­tal­nie, że kwiaty służą rozm­na­ża­niu. Udało mu się także dojść roli posz­cze­gól­nych, naj­ważn­iej­szych ele­men­tów kwiatu, bowiem stwier­dził, że wła­ści­wymi orga­nami odpo­wie­dzial­nymi za rozm­na­ża­nie są pręciki (jako gene­ra­tywne organy męskie) i słupki (jako żeńs­kie). Kolejni bada­cze, wśród nich Carl Spren­gel udo­wod­nili, że w zapy­la­niu często uczest­ni­czą owady, a także opi­sali sze­reg zja­wisk związa­nych z pro­ce­sem zapłod­nie­nia u roślin, między innymi przed­słup­ność i przed­prąt­ność [5].

Kwiaty są tak zło­żo­nymi i inte­re­su­jącymi struk­tu­rami, że ich obser­wa­cje nawet w przy­padku łatwo dostęp­nych i wszędo­byl­skich roślin – a często nawet chwa­stów – mogą dać nam wiele miłych w sen­sie poznaw­czym chwil. Dla­tego tym razem chciałbym opo­wie­dzieć Czy­tel­ni­kowi o nie­po­zor­nej rośli­nie jaką jest kurzy­ślad.

Kurzy­ślad polny

Kurzy­ślad polny Ana­gal­lis arven­sis (spo­tyka też się nazwę Lysi­ma­chia arven­sis) to gatu­nek rośliny nale­żący do rodziny pier­wiosn­ko­wa­tych Pri­mu­la­ceae [6]. Jest dosyć sze­roko roz­pow­szech­niony, ponie­waż występuje natu­ral­nie w całej Euro­pie, w dużej czę­ści Azji oraz w Afryce Półn­oc­nej i Maka­ro­ne­zji [7]. W pol­skim śro­do­wi­sku należy trak­to­wać go jako arche­o­fit. Jest pospo­lity i z łatwo­ścią można go spot­kać zarówno na niżu, jak i w niższych poło­że­niach gór­skich. Typo­wym sie­dli­skiem tego gatunku są pola, ogrody, przy­droża, wysy­pi­ska i win­nice. Bywa okre­ślany jako roślina sege­talna występu­jąca w więk­szo­ści rodza­jów upraw, ma jed­nak nie­wielką szko­dli­wość. Pre­fe­ruje gleby gli­nia­ste, bogate w azot i pozo­stałe skład­niki pokar­mowe.

Kurzy­ślad polny jest drobną rośliną zielną, roze­słaną. Jej łodyga jest naga, pło­żąca i czte­ro­kan­cia­sta, a jej dłu­gość docho­dzi do około 10–20 cm. Pędy dosyć łatwo ule­gają uko­rze­nie­niu w kon­tak­cie z glebą. Liście oma­wia­nej rośliny są uło­żone naprze­ciw­le­głe, cza­sami w okółk­ach po 3–4 liście. Liście o dłu­go­ści do 3 cm, są sie­dzące, w ksz­tałcie jajo­wate, tępe lub nie­wy­raźnie zao­strzone. Od spodu usiane nie­wiel­kimi ciem­nymi gru­czołk­ami.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.1 – Pokrój kurzy­śladu pol­nego

Kurzy­ślad jest typową rośliną jed­no­roczną. Kwit­nie w okre­sie od maja do paździer­nika. Słu­pek i pręciki doj­rze­wają rów­no­cze­śnie, a kwiaty nie posia­dają miod­ni­ków, ponie­waż są samo­pylne. Prze­ja­wia ane­mo­cho­rię – nasiona tej rośliny są roz­sie­wane przez wiatr.

Jeśli cho­dzi o kwiaty, to mają one zwy­kle śred­nicę około 8 mm i są barwy cegla­sto­czer­wo­nej. Kwiaty są osa­dzone na dość dłu­gich szy­pułk­ach wyra­sta­jących w kątach liści. Płatki korony są naj­czę­ściej roz­po­starte, na brzegu gru­czo­ło­wato owło­sione, na wierz­chołku słabo kar­bo­wane. Działki kie­li­cha są lan­ce­to­wate i cało­brze­gie, nie­wiele krót­sze od płat­ków korony. Pręciki możemy obser­wo­wać jako przy­ro­śnięte do gar­dzieli, o nit­kach rów­nej dłu­go­ści, w gór­nej czę­ści pokry­tych wło­skami (fio­le­to­wymi lub rzadko bia­łymi). Pyl­niki możemy oce­nić jako 3–5 razy krót­sze od nitek.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.2 – Kwiat kurzy­śladu pol­nego

Wzór kwia­towy ma postać *K5[C(5)A5]G5, występuje słu­pek górny. Narys można zoba­czyć na Rys.1.

Ilustracja
Rys. 1 – Narys kwiatu kurzy­śladu pol­nego
(wyko­nano przy pomocy [8] na pod­sta­wie [9])

Nocą i pod­czas poch­mur­nej pogody kwiaty zamy­kają się. Otwarte w porze poran­nej kwiaty kurzy­śladu uznaje się przez to za zwia­stun dobrej pogody.

Owoc kurzy­śladu ma postać torebki otwie­ra­jącej się wiecz­kiem.

Oma­wiana roślina bywa opi­sy­wana jako tru­jąca, ponie­waż zawiera różn­ego rodzaju sapo­niny, gli­ko­zydy, fla­wo­no­idy (kem­fe­rol C15H10O6, kwer­ce­tynę C15H10O7), garb­niki, kwasy orga­niczne (kwas kawowy C9H8O4, feru­lowy C10H10O4, syna­pi­nowy C11H12O5 i kuma­rowy C9H8O3) oraz gorycz gli­ko­zy­dową. W razie zje­dze­nia przez zwie­rzęta gospo­dar­skie powo­duje u nich zatru­cia, których obja­wami są brak ape­tytu, bie­gunka, przy­spie­szony oddech i inne [10].

Warto zazna­czyć, że kurzy­ślad jest rośliną dnia dłu­giego (obli­ga­to­ryjną). Obja­wia się to tym, że wyksz­tałca kwiaty jedy­nie wtedy, kiedy dłu­gość czasu oświe­tle­nia prze­kra­cza kry­tyczną war­tość równą około 12 godzin na dobę [11]. Należy brać to pod uwagę chcąc upra­wiać roślinę w warun­kach sztucz­nych.

Płatki

Naj­bar­dziej inte­re­su­jącym dla nas ele­men­tem kwiatu w przy­padku kurzy­śladu będą płatki korony. Będziemy mogli zaob­ser­wo­wać zmiany w ksz­tałcie komórek epi­dermy tych orga­nów pod­czas ich roz­woju, a także zapo­znać się z kil­koma inte­re­su­jącymi tech­ni­kami ich pre­pa­ra­cji.

Pierw­sze obser­wa­cje warto prze­pro­wa­dzić w odnie­sie­niu do bar­dzo mło­dych, nie otwie­ra­jących się jesz­cze lub dopiero led­wie otwie­ra­jących się pąków (Fot.3). Naj­le­piej jeśli płatki korony są jesz­cze nie­wy­bar­wione i mają zale­d­wie poni­żej 1mm dłu­go­ści.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.3 – Pąk kwia­towy kurzy­śladu pol­nego

Płatki należy odciąć tuż przy pod­sta­wiue. Ope­ra­cja ta wymaga sta­bil­nej dłoni i dobrego oka – lub po pro­stu mikro­skopu ste­re­o­sko­po­wego – ale daje się prze­pro­wa­dzić z powo­dze­niem. Wyi­zo­lo­wane płatki można pod­dać dal­szej pro­ce­du­rze albo od razu, albo zakon­ser­wo­wać je w odpo­wied­nim medium (np. w mie­sza­ni­nie 70% eta­nolu C2H5OH, lodo­wa­tego kwasu octo­wego CH3COOH i 40% roz­tworu for­mal­de­hydu CH2O w sto­sunku objęto­ścio­wym 90:5:5) i prze­cho­wy­wać dłuższy czas w lodówce [12].

Następ­nie zasto­so­wano spe­cy­ficzną tech­nikę bar­wie­nia ścian komór­ko­wych, tzw. metodę PAS (and. perio­dic acid–Schiff). Daje ona zabar­wie­nie ścian na kolor fio­le­towy. Barwa ta pow­staje wsku­tek reduk­cji bez­barw­nej leu­ko­fuk­syny do czer­wono-fio­le­to­wego pro­duktu, dzięki gru­pom alde­hy­do­wym pow­sta­łym w wyniku dzia­ła­nia kwa­sem nad­jo­do­wym na poli­sa­cha­rydy two­rzące ścianę komór­kową. Odpo­wied­nia pro­ce­dura ma następu­jący prze­bieg:

Jeśli płatki zostały wcze­śniej zakon­ser­wo­wane w opi­sa­nym utr­wa­la­czu alko­ho­lowo-octowo-for­mal­de­hy­do­wym, to przed opi­saną sekwen­cją czyn­no­ści należy prze­pro­wa­dzić jesz­cze etap jego usu­nięcia i uwod­nie­nia mate­riału. W tym celu pąki prze­nosi się kolejno do coraz bar­dziej roz­cieńczo­nych wodą roz­two­rów utr­wa­la­cza (w sto­sunku objęto­ścio­wym kolejno 2:1, 1:1, 1:2), a następ­nie do wody desty­lo­wa­nej. Czas prze­by­wa­nia mate­riału w każdym roz­two­rze należy dobrać eks­pe­ry­men­tal­nie.

Uzy­skane w ten spo­sób wybar­wione płatki można zato­pić następ­nie (po odwod­nie­niu w roz­pusz­czal­ni­kach orga­nicz­nych) w odpo­wied­niej żywicy natu­ral­nej albo syn­te­tycz­nej między szkiełk­ami mikro­sko­po­wymi w celu dal­szych obser­wa­cji lub pomi­nąć ten etap i obser­wo­wać je bez­po­śred­nio po wyko­na­nej pro­ce­du­rze.

Tak wyko­nane pre­pa­raty można obser­wo­wać co prawda pod mikro­sko­pem przy świe­tle widzial­nym, ale naj­lep­sze efekty da mikro­skop flu­o­re­scen­cyjny (Fot.4).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot.4 – Pła­tek korony kwiatu kurzy­śladu pol­nego wybar­wiony metodą PAS

Jak widać, sam pła­tek jest na wcze­snym eta­pie roz­woju, a jego wymiary są mikro­sko­pijne: całk­o­wita dłu­gość płatka jest mniej­sza niż 0,5mm. Możemy wtedy zaob­ser­wo­wać piękny układ komórek (a raczej ścian komórek) epi­dermy płatka – są one wie­lo­boczne, o nie­zbyt skom­pli­ko­wa­nym ksz­tałcie. Można zau­wa­żyć cha­rak­te­ry­styczny, tzw. fon­tan­nowy układ komórek, których kolumny wyraźnie roz­bie­gają się coraz bar­dziej na boki odda­la­jąc się od pod­stawy płatka.

Metoda PAS wyraźnie uwi­dacz­nia ściany komór­kowe. A gdy­by­śmy zech­cieli zaob­ser­wo­wać jądra komór­kowe? W tym celu musimy zasto­so­wać inne tech­niki. Chciałbym zapro­po­no­wać dwie sto­sun­kowo pro­ste metody bar­wie­nia – podobne do sie­bie, ale wyko­rzy­stu­jące odmienne sub­stan­cje che­miczne, a mia­no­wi­cie fio­let gen­cja­nowy (mie­sza­nina fio­letu kry­sta­licz­nego C25H30N3Cl i fio­letu mety­lo­wego C23H26N3Cl) i safra­ninę C20H19ClN4.

W tym celu pobrane świeżo płatki pod­da­łem wytra­wia­niu w roz­two­rze wodo­ro­tlenku sodu NaOH o stęże­niu 5% w ciągu 24 godzin, po czym pięcio­krot­nie prze­płu­ka­łem w wodzie desty­lo­wa­nej, pozo­sta­wia­jąc je za każdym razem na okres jed­nej godziny. Następ­nie wyko­na­łem płu­ka­nie w roz­two­rze alko­holu ety­lo­wego o stęże­niu 5%, 15% i 25%, pozo­sta­wia­jąc płatki w każdym ponow­nie na jedną godzinę. W ostat­nim roz­two­rze płatki mogą być prze­cho­wy­wane w lodówce dłuższy czas, ocze­ku­jąc na wła­ściwe bar­wie­nie.

Samo bar­wie­nie jest już mało kło­po­tliwe: płatki należy prze­nieść do roz­tworu barw­nika (1% fio­letu gen­cja­no­wego w 50% eta­nolu lub osobno 1,5% safra­niny w 30% eta­nolu) na okres około 15 minut, po czym wypłu­kać 30% zim­nym eta­no­lem. Tak przy­go­to­wane płatki zamyka się w 50% wod­nym roz­two­rze gli­ce­rolu pod szkiełk­iem nakryw­ko­wym i obser­wuje się natych­miast lub krótko potem – takie pre­pa­raty nie nadają się do dłuższego prze­cho­wy­wa­nia.

Zarówno w przy­padku bar­wie­nia fio­le­tem gen­cja­no­wym (Fot.5) jak i safra­niną (Fot.6) uzy­skany efekt jest podobny.

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot. 5 – Efekt bar­wie­nia fio­le­tem gen­cja­no­wym
Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot. 6 – Efekt bar­wie­nia fio­le­tem safra­niną

W obu przy­pad­kach możemy zaob­ser­wo­wać wybar­wione (fio­le­towe w przy­padku gen­cjany, czer­wone jeśli użyto safra­niny) jądra komór­kowe. Brzeżnie niek­tóre komórki zostały zapewne usz­ko­dzone mecha­nicz­nie lub che­micz­nie z powodu żrącego dzia­ła­nia NaOH, dla­tego nie obser­wu­jemy w nich jąder komór­ko­wych.

Po obser­wa­cjach struk­tur we wcze­snych sta­diach roz­woju warto wypre­pa­ro­wać także więk­sze płatki. Dobrze w tym celu nadają się pąki tuż po otwar­ciu (Fot.7).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot. 7 – Otwarty pąk kurzy­śladu

Pła­tek po kąpieli w roz­two­rze wodo­ro­tlenku sodu (jak opi­sano uprzed­nio) lub nawet bez­po­śred­nio, po zamk­nięciu w kro­pli wody możemy umie­ścić na sto­liku mikro­skopu świetl­nego, sto­su­jąc dosyć silne oświe­tle­nie (Fot.8).

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Fot. 8 – Epi­derma płatka; czar­nym kon­tu­rem zazna­czono ścianę jed­nej z komórek

Obser­wu­jąc komórki epi­dermy doj­rza­łego płatka, możemy stwier­dzić, że mają one ksz­tałt zna­cząco odmienny niż na wcze­śniej­szych eta­pach roz­woju – są bar­dziej wydłu­żone, a ich ściana komór­kowa ulega znacz­nemu pofałd­o­wa­niu i przyj­muje bar­dzo cha­rak­te­ry­styczny, har­mo­nij­kowy ksz­tałt.

Wyja­śnie­nie

Komórki roślinne - w prze­ci­wieńs­twie do zwie­rzęcych - przez całe swoje życie są ści­śle połączone z komór­kami sąsia­du­jącymi za pomocą blaszki środ­ko­wej zbu­do­wa­nej głów­nie z pek­tyn. Struk­tura ta jest poło­żona na zew­nątrz pier­wot­nej ściany komór­ko­wej. Z tego powodu komórki roślinne w cza­sie roz­woju nie są zdolne do prze­miesz­cza­nia się względem względem sąsied­nich komórek, co nazy­wamy wzro­stem sym­pla­stycz­nym. Wyjątki od tego sche­matu w świe­cie roślin­nym są nie­liczne. Z tego powodu ksz­tałt i budowa orga­nów roślin­nych ści­śle zależy od spo­sobu wzro­stu i podziału komórek for­mu­jących te organy. Tak jest oczy­wi­ście także w przy­padku płat­ków korony kwiatu kurzy­śladu pol­nego – porów­nu­jąc komórki płatka na różn­ych eta­pach roz­woju możemy zau­wa­żyć, że zmie­nił się ich ksz­tałt, ale wza­jemny układ pozo­stał zacho­wany.

Myślę, że opi­sane obser­wa­cje dowo­dzą, że nawet w przy­padku tak nie­po­zor­nej rośliny jaką jest kurzy­ślad, możemy poczy­nić wiele inte­re­su­jących obser­wa­cji i nau­czyć się nowych tech­nik pre­pa­ro­wa­nia mate­riału bio­lo­gicz­nego.



Lite­ra­tura

Auto­rem foto­gra­fii i rysun­ków jest Marek Ples.

W powyższym tek­ście doko­nano nie­wiel­kich zmian edy­tor­skich w sto­sunku do wer­sji opu­bli­ko­wa­nej w  cza­so­pi­śmie, w celu uzu­pełn­ie­nia i lep­szego przy­sto­so­wa­nia do pre­zen­ta­cji na stro­nie inter­ne­to­wej.

Marek Ples

Aa