Cahier de laboratoire

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1 Cégep de Rivière-du-Loup Programme Sciences de la nature 200.BO Cahier de laboratoire BIOLOGIE GÉNÉRALE II 101 FJA -04 (2-2 -2) Hiver 2010 Nadine Coulombe Local : C-132 Téléphone : poste 2356 Courriel : nadcou@cegep-rdl.qc.ca Disponibilité : Voir Omnivox

2 MICROSCOPIE ET CELLULES Buts Se familiariser avec le microscope Observer des cellules animales et végétales Comparer la structure des cellules animales et végétales Observer la relation structure - fonction chez les cellules Matériel Microscope Modèles Lames préparées À lire : Starr, C. et Taggart, R. Biologie générale, pages Théorie Le microscope est un instrument d optique qui sert à regarder les objets très petits. Il est composé de deux parties principales, le statif et l optique. Le fait qu on puisse dire qu un microscope en est un de qualité est basé sur son pouvoir de résolution qui détermine la netteté de l image (par la qualité de ses lentilles) et non sur son pouvoir de grossissant. Biologie générale II Cahier laboratoire 1

3 Le statif comprend la tête oculaire, la potence, la platine et le pied. La tête oculaire comprend 2 tubes, le droit et le gauche qui sont mobiles (possède une vise d ajustement). Il y a aussi le revolver qui supporte les objectifs. Il faut toujours changer les objectifs en utilisant la bague d entée du revolver. La potence relie la tête de l oculaire au pied du microscope. C est toujours par la potence qu on doit déplacer un microscope. Au niveau inférieur, on retrouve la vis micrométrique et micrométrique. En tournant la vis micrométrique (la plus grosse), elle permet de déplacer la platine en produisant des mouvements verticaux de grande amplitude. Elle sert à effectuer la mise au point grossière de la préparation microscopique à observer. En tournant la vis micrométrique (la plus petite), elle permet de déplacer la platine en produisant des mouvements verticaux de très faible amplitude. Elle sert à terminer la mise au point fine de la préparation à observer. La platine est la plate-forme qui reçoit la préparation microscopique. Elle est percée d une ouverture pour laisser passer la lumière. Sur la platine on observe un chariot mécanique qui peut se déplacer selon l axe X et l axe des Y grâce à une vis double située en dessous de la platine. Le pied est une pièce lourde qui assure la stabilité de l appareil. À son niveau on observe, à droite un interrupteur qui permet de mettre en marche la lampe. Sur le côté gauche on retrouve un bouton qui permet de faire varier l intensité de la lumière produite par une lampe incluse dans le pied. L optique est l ensemble des systèmes de lentilles qui permet de former l image agrandie des spécimens à observer. L optique est constituée des systèmes de lentilles oculaires et objectifs. Les oculaires sont des lentilles situées au niveau de la tête oculaire et qui renferment un certain nombre de lentilles dépendamment de la puissance. Vos microscopes ont des oculaires de puissance 10X. Les objectifs sont aussi des ensembles de lentilles, mais d une organisation plus complexe. On les retrouve fixés au revolver. Vos microscopes ont quatre objectifs de puissance variable, 4X, 10X, 40X et 100X. Le grossissement total est donné par le produit de la puissance de l oculaire par la puissance de l objectif. Vos microscopes peuvent donc grossir vos spécimens 40, 100, 400 ou 100 fois selon l objectif choisi. Biologie générale II Cahier laboratoire 2

4 L appareillage d éclairage comprend, le condensateur, le diaphragme d iris et de champ et la lampe. Le condensateur est un ensemble de lentilles convergentes qui permet de concentrer la lumière produite par la lampe sur la préparation microscopique. Le condensateur doit toujours être placé en butée supérieure. Le diaphragme à iris ou d ouverture est un diaphragme comparable à celui d une caméra. Son ouverture variable permet de modifier l intensité de la lumière se dirigeant sur la préparation (profondeur de champ et contraste). Une bague permet de modifier le diamètre du diaphragme. Il est important de retenir que plus le grossissement est important, plus l intensité de la lumière doit être élevé, ce qui implique que l ouverture du diaphragme doit être plus grande. Le diaphragme de champ protège la préparation de tout échauffement et ne laisse passer que la lumière nécessaire à la visualisation de l objet de manière à maximiser le contraste. C est pourquoi ce diaphragme est toujours ouvert de manière à ce que la préparation soit bien éclairée. Une bague permet son ouverture. La lampe incorporée est située dans le pied du microscope. Remarquer la présence sur la gauche du pied d un rhéostat permettant de faire varier l intensité de la lumière. Les mesures microscopiques Pour évaluer les dimensions de spécimens microscopiques on place dans l'un des deux oculaires du microscope une échelle, un micromètre oculaire, d une certaine longueur divisée en 100 parties. Il s'agit ensuite de placer cette échelle en superposition sur le spécimen que l on désire mesurer. Cette opération permet d'affirmer qu'un globule sanguin, par exemple, possède un diamètre égal à 20 divisions du micromètre oculaire pour un certain grossissement. Une telle valeur comme mesure du diamètre d'un globule n est valable qu'à la condition que tous ceux, qui auraient à faire la même opération, utilisent un micromètre oculaire absolument identique. Pour éliminer cet inconvénient, il s'agit tout simplement de calibrer le micromètre oculaire. Il faut donner à chacune des divisions du micromètre oculaire, par comparaison avec une échelle, le micromètre objectif dont on connaît exactement les dimensions, une valeur connue, universelle (cm, mm, etc.) pour chacun des grossissements. Les valeurs trouvées pour chacun des espaces entre les divisions du micromètre oculaire sont indépendantes des caractéristiques physiques (longueur totale, nombre de divisions, etc.) du micromètre oculaire. En conséquence la valeur du diamètre d'un globule sanguin pourra être en micromètres, microns, nanomètres, etc., unités de mesure connues de tous. Biologie générale II Cahier laboratoire 3

5 À cause de leur petitesse, on exprime les dimensions des spécimens regardés au microscope avec des unités appropriées comme le micromètre, le micron, le nanomètre, l'angstrom, Il ne serait pas tellement logique d'exprimer le diamètre d une cellule en fraction de kilomètre, de mille, ou même de centimètre - Micromètre et micron (Fraction de mètre) 1 micromètre = 0,001 mm = 10-6 m = 1 micron = 1 µm - Nanomètre et millimicron (Fraction de mètre) 1 nanomètre = 1 micromtre/1000 = 1 millimicron = 10-9 m = 1 nm N.B. Parmi toutes ces unités de mesure, on rencontre de plus en plus souvent dans les publications scientifiques, le nanomètre bien que le micron soit encore très utilisé. Avec les microscopes utilisés dans le laboratoire, voici le tableau permettant de faire les mesures microscopiques. Objectifs Grossissement 1 division du micromètre objet (µm) 4x 25 10x 10 40x 2,5 100x 1 Manipulation A) Microscopie Pour utiliser adéquatement le microscope, il faut réaliser dans l ordre les opérations suivantes : 1- Avant toute utilisation, vérifier qu il ne manque aucune pièce au microscope, sinon le signaler immédiatement. 2- S assurer que l objectif le plus faible est mis en place. 3- Appuyer sur l interrupteur de sorte que le témoin lumineux, placé sur le coté droit du statif (pied) s allume. 4- Régler la luminosité grâce au bouton de réglage, à gauche sur le pied. 5- Placer le condensateur en butée supérieure et ouvrir le diaphragme de champ (s il n est pas déjà ouvert). Biologie générale II Cahier laboratoire 4

6 6- Placer la préparation sur la platine, la lamelle au-dessus de la lame, bien au centre du trou. 7- À l aide de la vis micrométrique, monter au plus haut la platine. Regarder dans les oculaires tout en tournant la vise micrométrique de façon à ajuster votre mise au point grossière. Compléter ensuite votre mise au point fine avec la vise micrométrique. Toujours bien centrer la structure observée. 8- Pour avoir une vision stéréoscopique, éloigner et rapprocher les 2 oculaires au maximum. Déplacer les oculaires en mouvement de va et vient jusqu à ce que vous n observiez qu un seul champ visuel. 9- On procède ensuite à l ajustement des oculaires. a) Premièrement, regarder dans l oculaire droit, en fermant l œil gauche. Mettre au focus l échelle présente dans cet oculaire (micromètre oculaire). Ensuite, faire une mise au point sur la préparation avec la vis micrométrique. b) Deuxièmement, regarder dans l oculaire gauche, en fermant œil droit. Faire une mise au point sur la préparation, en tournant la bague de cet oculaire. 10- On commence toujours l observation en utilisant le plus faible grossissement (objectif 4X). L observation est alors possible à plus fort grossissement, après avoir pris soin de bien centrer son sujet d étude. Pour passer à un plus fort grossissement, tourner la bague dentée du revolver afin de mettre en bonne position l objectif désiré dans l axe optique. Refaire la mise au point en utilisant uniquement la vis micrométrique et recentrer la structure. La mise au point se fait de la même manière pour les autres objectifs. 11- Pour faire une observation avec l objectif 100X, on doit utiliser l huile à immersion. Faire une mise au point à 400X. Passer au grossissement 1000X sans utiliser d huile et faire la mise au point selon la procédure habituelle. Glisser ensuite de coté l objectif 100X et déposer sur la préparation microscopique une goutte d huile à immersion. Remettre en position l objectif 100X et refaire la mise au point fine à l aide de la vis micrométrique. Biologie générale II Cahier laboratoire 5

7 B) Observation des lames Pour faire l étude des cellules, différentes lames sont observées, animal et végétale. Pour chacune des lames faire les observations à tous les grossissements et compléter le tableau des résultats. - Pour les cellules animales, les lames de muscle strié, trachée, moelle épinière et sang sont utilisées - Pour les cellules végétales, les lames de l épiderme inférieur et de feuille de dicotyle sont utilisées. En démonstration, la lame de spirogyre Biologie générale II Cahier laboratoire 6

8 Résultats Après avoir utilisé les différents grossissements, compléter le tableau permettant de mettre en évidence les caractéristiques propres à chaque type de cellule Tableau des résultats d observation des cellules animales Lames Types de Forme Noyau (Grossissement) cellules Nbr Où Structures particulières Dimensions (µm) Schéma Trachée (1000X) -- Muscle strié (400X) Moelle épinière (Neurone) (1000X) Sang (1000X) Tableau des résultats d observation du tissu végétale Lames Types de Forme Noyau (Grossissement) cellules Nbr Où Structures particulières Dimensions (µm) Schéma Épiderme de feuille Lillium ( X) -- Feuille de dicotyle ( X) Spirogyre ( X) Évaluation Un test théorique suivra ce laboratoire. Biologie générale II Cahier laboratoire 7

9 Un peu de pratique 1- Associez les parties du microscope à la bonne définition? oculaires vis micrométrique revolver grossissement potence diaphragme à iris vis micrométrique condensateur platine interrupteur rhéostat optique diaphragme champ statif objectifs a) Comprend la tête oculaire, la potence, la platine et le pied b) Supporte les objectifs c) Relie la tête de l oculaire au pied du microscope et permet de déplacer un microscope d) Permet de déplacer la platine en produisant des mouvements verticaux de grande amplitude e) Permet de déplacer la platine en produisant des mouvements verticaux de très faible amplitude f) Plate-forme qui reçoit la préparation microscopique g) Permet de mettre en marche la lampe h) Bouton qui permet de faire varier l intensité de la lumière produite par une lampe incluse dans le pied i) Ensemble des systèmes de lentilles qui permet de former l image agrandie des spécimens à observer et constituée des systèmes de lentilles oculaires et objectifs j) Lentilles situées au niveau de la tête oculaire de puissance 10X sur les microscopes du laboratoire k) Ensembles de lentilles fixés au revolver de puissance variable : 4X, 10X, 40X et 100X l) Donné par le produit de la puissance de l oculaire par la puissance de l objectif m) Ensemble de lentilles convergentes qui permet de concentrer la lumière produite par la lampe sur la préparation microscopique n) Permet de modifier l intensité de la lumière se dirigeant sur la préparation (profondeur de champ et contraste). o) Protège la préparation de tout échauffement et ne laisse passer que la lumière nécessaire à la visualisation de l objet Biologie générale II Cahier laboratoire 8

10 2- Mettez en ordre les étapes d ajustement du microscope? a) Pour passer à un plus fort grossissement, tourner la bague dentée du revolver afin de mettre en bonne position l objectif désiré dans l axe optique. Refaire la mise au point en utilisant uniquement la vis micrométrique et recentrer la structure. La mise au point se fait de la même manière pour les autres objectifs. b) S assurer que l objectif le plus faible est mis en place, ouvrir la lampe et régler la luminosité, ajuster le condensateur et placer la préparation sur la platine c) Ajuster les oculaires. le droit, en mettant au focus l échelle en tournant la bague de cet oculaire et une mise au point sur la préparation avec la vis micrométrique, le gauche en faisant une mise au point sur la préparation, en tournant la bague de cet oculaire. d) Éloigner et rapprocher les 2 oculaires pour avoir une vision stéréoscopique et un seul champ visuel e) On commence toujours l observation en utilisant le plus faible grossissement (objectif 4X). f) Pour faire une observation avec l objectif 100X, on doit utiliser l huile à immersion. Faire une mise au point à 400X. Passer au grossissement 1000X sans utiliser d huile et faire la mise au point selon la procédure habituelle. Glisser ensuite de coté l objectif 100X et déposer sur la préparation microscopique une goutte d huile à immersion. Remettre en position l objectif 100X et refaire la mise au point fine à l aide de la vis micrométrique. g) Monter au plus haut la platine à l aide de la vis micrométrique, faire une mise au point grossière et compléter ensuite la mise au point fine avec la vise micrométrique. 3- Nommez les 4 tissus fondamentaux chez l animal? 4- Associez la cellule au tissu de la question #3, auquel il appartient? a) cellule musculaire ou fibre musculaire b) Neurone c) Globule blanc d) Cellule ciliée de la trachée 5- Pour chaque cellule, nommez une relation structure - fonction? a) cellule musculaire ou fibre musculaire : b) Neurone : c) Globule blanc : d) Cellule ciliée de la trachée : 6- Nommez les couches de tissu présent dans une feuille? 7- Comment se nomme le complexe qui permet la circulation des gaz à travers l épiderme végétal? Biologie générale II Cahier laboratoire 9

11 MORPHOLOGIE CELLULAIRE Buts Comparer la structure des cellules animales et végétales Identifier les différentes parties des cellules animales et végétales. Établir les différences et ressemblances entre les cellules animale et végétale Matériel Microscope Trousse à dissection Oignons, élodées Compte-gouttes Cure-dents lames et lamelles Colorants (rouge neutre, vert de méthyle, lugol) Solution ringer À lire : À voir: Starr, C. et Taggart, R. Biologie générale, pages Théorie Chez les organismes eucaryotes (végétaux et animaux), la structure générale et le fonctionnement global de la cellule sont communs. Cependant, cellule animale et cellule végétale se distinguent par quelques caractères qui ont des implications importantes sur la structure et le fonctionnement de l'organisme entier. Figure - Cellule animale (à gauche) et cellule végétale (à droite). La membrane plasmique, le noyau, les mitochondries, le réticulum endoplasmique, l appareil de Golgi et le cytosquelette sont communs aux deux types cellulaires. Ces cellules se distinguent par l'existence dans la cellule animale du centrosome, et dans la cellule végétale des plastes, de la vacuole, et de la paroi. Biologie générale II Cahier laboratoire 10

12 Les plantes sont des organismes fixés qui ne peuvent se déplacer. Elles sont donc tributaires pour leur nourriture de leur environnement immédiat. Ce sont les caractéristiques de leurs cellules qui sont à l'origine de leur immobilité (présence d'une paroi). Ce sont également ces caractéristiques qui leur permettent de résister aux variations de l'environnement (vacuole et équilibre hydrique) et de s'alimenter (chloroplastes et photosynthèse). - La vacuole : elle représente un espace très important dans la plupart des cellules végétales. Elle est entourée d'une membrane, le tonoplaste et contient une solution. Qui peut jouer un rôle de détoxification ou de réserve ou contribuer à la régulation de l'équilibre hydrique de la cellule - La paroi cellulaire : elle constitue un des éléments essentiels de la cellule végétale. Lorsque la cellule est jeune, sa paroi est appelée paroi primaire. Cette paroi est le lieu des échanges intercellulaires. Elle donne à la cellule sa forme et ses caractéristiques structurales. Elle permet également sa croissance. Au cours du développement du végétal, elle participe à la différenciation cellulaire et permet aux cellules de privilégier certaines fonctions. - Les plastes : ils sont, comme les mitochondries, des organites semi-autonomes qui possèdent un matériel génétique (ADN plastidial) et la machinerie nécessaire à la synthèse de protéines (ribosomes). Il en existe plusieurs sortes dont les deux principaux sont les chloroplastes et les amyloplastes. Tous proviennent de la différenciation de proplastes dans les cellules jeunes méristématiques. La connaissance des cellules a augmenté de manière considérable au cours du siècle grâce au développement de la microscopie (microscopes photoniques et microscopes électroniques) et de techniques d'investigations fonctionnelles de plus en plus performantes. Il est d ailleurs possible, chez certains organes végétaux de faire des observations sur des cellules vivantes. Figure - Observation "in vivo" d'une cellule d'élodée du Canada. On distingue bien la paroi des cellules et, dans le cytoplasme, les chloroplastes verts. Les espaces clairs correspondent à la vacuole. Par contre, on ne distingue ici ni la membrane plasmique ni le noyau. Biologie générale II Cahier laboratoire 11

13 La cellule végétale représente le sommet de l'évolution cellulaire. Elle est capable de synthétiser toutes les substances organiques qui lui sont nécessaires et ce uniquement à partir de matière inorganique et de lumière, ce que même les bactéries ne peuvent pas faire. Elle est responsable du fonctionnement de la biosphère. La photosynthèse, qui fournie les glucides nécessaires à son alimentation énergétique, absorbe le gaz carbonique et rejette l'oxygène qui permet aux animaux et à la plupart des procaryotes de respirer. Sa production de matière organique est suffisante pour ses besoins, mais aussi ceux des autres groupes de la vie, animaux et bactéries comprises (même si certaines bactéries savent synthétiser leur matière organique à partir de substances minérales). Une cellule végétale est une cellule eucaryote, elle comporte donc un noyau qui contient le matériel génétique, le réticulum endoplasmique et des mitochondries, centrales énergétiques de la cellule. La membrane plasmique est entourée d'une paroi de cellulose qui donne sa forme à la cellule. En l'absence de cette paroi, la cellule prend une forme sphérique en raison des forces osmotiques qui s'exercent sur les membranes. La plus grande partie du cytoplasme est occupée par une vacuole, organite limité par une membrane et contenant principalement de l'eau. Mais la principale caractéristique des cellules végétales est la présence de chloroplastes, organites spécialisés dans la photosynthèse. La cellule animale est moins perfectionnée que la cellule végétale. Incapable de synthétiser l'ensemble de ses matières organiques, elle est obligée de trouver la plupart d'entre eux dans son environnement. Elles n'en sont pas moins dépourvues de qualités. Son principal atout est sa faculté à se déformer. La forme d'une cellule animale est due à une charpente intracellulaire, déformable de façon contrôlé: le cytosquelette. Cette déformabilité est rendue possible par l'absence de paroi cellulosique, remplacé par un revêtement glucidique souple, le glycocallix. Le cytosquelette, associé à la pluricellularité (qu'ils partagent avec les végétaux et les champignons), a permis de donner les organismes vivant les plus complexes et les plus variés qui soient. Il existerait entre 1 et 2 millions d'espèces animales, soit plus que tous les autres groupes réunis et un mammifère comporte plus de 200 types de cellules différents. À titre de comparaison, les végétaux, le second groupe par la variété ne comporte que 100 à 200 mille espèces et est constitué de quelques dizaines de types cellulaires. La déformabilité permet aussi la phagocytose, c est-à-dire l'englobement d'une partie de leur environnement et l'absorption de leur contenu. Ainsi, le comportement de prédateur des animaux se retrouve déjà au niveau de leurs cellules. Biologie générale II Cahier laboratoire 12

14 Manipulation Pour faire l observation des cellules vivantes animales, des cellules de l épithélium buccal sont utilisées et les cellules épidermiques des écailles de l'oignon pour les cellules végétales. Ces cellules seront mises en évidence en utilisant différents liquides d examen, ringer, lugol, rouge neutre et vert de méthyle. Pour ce faire, il faut réaliser dans l ordre les opérations suivantes. A) Cellules animales (Epithélium buccal) 1- Mettre une goutte de liquide d examen (ringer, lugol, rouge neutre et vert de méthyle) sur une lame 2- Prendre un cure-dents et le passer à intérieur de votre joue. 3- Déposer les cellules recueillies sur une lame 4- Recouvrir d'une lamelle 5- Observer et compléter le tableau des résultats B) Cellules végétales (Cellules épidermiques des écailles de l'oignon) 1- Mettre une goutte de liquide d examen (ringer, lugol, rouge neutre et vert de méthyle) sur une lame 2- Avec des pinces, enlever des petits morceaux de la couche interne d'une pelure d'oignon. Prendre soin de placer la partie de l épiderme qui était contre les tissus de l écaille contre la lame. 3- Déposer un petit fragment d'épiderme d'oignon sur la lame 4- Recouvrir d'une lamelle 5- Observer et compléter le tableau des résultats Biologie générale II Cahier laboratoire 13

15 C) Cellules végétales (Cellules de la feuille d'élodée) 1- Prélever, avec des pinces fines, une jeune feuille de l'extrémité de la tige d'élodée. 2- Mettre une goutte de liquide d examen (ringer) sur une lame 3- Recouvrir d'une lamelle 4- Observer et répondre à la question suivante Décrivez le phénomène observé chez l élodée et associez-le à des organites cellulaires précis. Biologie générale II Cahier laboratoire 14

16 Résultats Après avoir préparés et observés aux différents grossissements les lames des différentes cellules, compléter le tableau permettant de mettre en parallèle les caractéristiques cellulaires propres à chaque type de cellule Liquides d examen Toxicité Types de cellules Structures mises en évidences de façon particulière Autres structures observées Autres observations Ringer (0,9% épith. buccal de NaCl) Cell oignon Rouge neutre épith. buccal Cell oignon Vert de méthyle Épith. buccal Cell oignon Lugol Épith. buccal Cell oignon Évaluation Un test théorique suivra ce laboratoire. Biologie générale II Cahier laboratoire 15

17 Un peu de pratique 1- Nommez une structure de la cellule animale, absente chez la cellule végétale? 2- Nommez les structures de la cellule végétale, absente chez la cellule animale? 3- Pour les structures de la question #9, mentionnez leur rôle? 4- Expliquez pourquoi on dit que la cellule végétale représente le sommet de l évolution cellulaire? 5- L absence de paroi chez la cellule animale lui donne quel avantage? 6- Nommez 2 colorants (solutions) vitaux et 2 colorants létaux? 7- Quelle structure de la cellule végétale donne la couleur verte aux feuilles d élodée? 8- Quel colorant est utilisé pour mettre en évidence le noyau d une cellule et pourquoi? 9- Le Rouge neutre met en évidence quelle structure de la cellule végétale? 10- Quel est le phénomène observé lorsque la cellule végétale est placée dans une solution salée (4%)? 11- Quel est le nom des fins canaux qui percent la paroi végétale afin de permettre la communication entre les cellules? Biologie générale II Cahier laboratoire 16