Osservazione del fenomeno della mitosi in apice radicale di cipolla

Osservazione del fenomeno della mitosi in apice radicale di cipolla
1. Introduzione
Nel corso di questa esperienza osserveremo le varie fasi del processo mitotico, cioè quel
processo che porta alla divisione di una cellula "madre" in due cellule "figlie", identiche e con lo
stesso patrimonio genetico della cellula da cui si sono originate.
Nelle cellule eucariotiche, a differenza delle cellule procariotiche (che sono rappresentate
principalmente dai batteri), il DNA si trova racchiuso in un involucro chiamato “nucleo”, dove è
organizzato in una massa amorfa chiamata cromatina durante la vita normale della cellula.
Quando la cellula sta per dividersi in 2 cellule figlie, nel corso del processo di mitosi, il DNA
prima si duplica (in modo che le due cellule figlie abbiano lo stesso materiale genetico della
cellula madre) e poi si addensa e si organizza in strutture visibili al microscopio ottico chiamate
cromosomi, che permettono una perfetta suddivisione del materiale genetico tra le due cellule
figlie.
Immagine microscopica
dei cromosomi
Cromatide
Centromero
Catena
del DNA
Rappresentazione schematica
di un cromosoma
I cromosomi sono costituiti da due filamenti chiamati cromatidi, che sono uniti a livello del
centromero.
Il processo di mitosi è suddivisibile in fasi ben distinte:
Profase: La cromatina comincia a condensarsi e a
formare i cromosomi, la membrana nucleare si dissolve;
Metafase: Si forma una struttura chiamata fuso mitotico
e i cromosomi si dispongono sul piano equatoriale di
questa struttura
Anafase: Le fibre del fuso agganciano i cromosomi a
livello del centromero e tirando lo separano nei due
cromatidi, che si dirigono versi i poli opposti della
cellula
Telofase: I cromatidi si condensano ai poli opposti della
cellula per formare i due nuclei delle due future cellule
figlie originate dalla mitosi
Citodieresi: I cromatidi si dissolvono, si ricreano i due
nuclei e la cellula si divide in due cellule figlie con due
nuclei completi
Per analizzare questo complesso fenomeno osserveremo le cellule che si trovano negli apici
radicali di cipolla, a livello dei quali vi è una intensa attività di proliferazione cellulare.
La cipolla è un bulbo, cioè un fusto molto corto e trasformato in una unica gemma che cresce
sotterraneamente, con le foglie trasformate in tuniche carnose.
La radice si sviluppa senza la prevalenza di una radice principale, che viene sostituita da una
quantità di radici che spuntano dalla base del fusto, avvolte da un tessuto chiamato cuffia avente
il compito di proteggere i meristemi apicali, che sarebbero esposti a ruvidi contatti, man mano
che la radice si allunga nel terreno.
L'allungamento della radice non è dovuto ad un reale spostamento delle sue cellule, ma alla
produzione di nuove cellule che continuamente si aggiungono in posizione apicale.
Il tessuto che ha il compito di produrre nuove cellule è il tessuto meristematico, che si trova
all'interno della cuffia, da essa strettamente avvolto e protetto.
Le cellule del tessuto meristematico sono cellule piccole ed appiattite, in cui il nucleo è ancora
ben evidente e facilmente colorabile; sono cellule "giovani", non ancora differenziate che
mantengono la capacità di dividersi per tutta la vita della cellula e che quindi non hanno ancora
assunto le caratteristiche morfologiche che le permetteranno di svolgere un determinato compito.
Se queste cellule hanno conservato la capacità di dividersi, per dare origine a cellule identiche,
non è però detto che i processi di divisione si susseguano incessantemente, ma subiscono
l'influenza delle condizioni ambientali (temperatura, disponibilità di alimenti) e stagionali (luce).
I meristemi apicali sono attivi soprattutto in primavera ,mentre in autunno e in inverno
sospendono la loro attività per riprenderla la primavera successiva.
Tali cellule, per queste caratteristiche, differiscono quindi dalle cellule vegetali "adulte" che in
molti casi sono ormai incapaci di dividersi e sono caratterizzate dalla presenza al loro interno di
un grande vacuolo, un "sacco" che contiene acqua e sostanza di riserva, che occupa anche più del
90% del volume cellulare, e che schiaccia il nucleo lungo la parete cellulare rendendolo quindi
difficilmente osservabile.
2. Materiale necessario:
•
campione da esaminare (cipolla immersa in acqua da qualche giorno solo con la parte
radicale )
•
HCl (soluzione di acido cloridrico 5 N)
•
Piastre Petri
•
Blu di Toluidina (soluzione allo 0,05%)
•
Vetrini, coprivetrini e pinzette
•
dH2O (acqua distillata)
3. Procedura:
3.1. Prelevare giovani apici radicali lunghi 4-5 mm circa e posizionarli in una capsula Petri
(negli apici radicali più giovani è più intensa l'attività di moltiplicazione cellulare per
mitosi)
3.2. Lasciare cadere qualche goccia di HCl diluito (5 N) sui campioni, chiudere la capsula
con il suo coperchio ed aspettare 15 minuti. (L'acido cloridrico ha la funzione di
indebolire le pareti cellulari e quindi di consentire l'ingresso del colorante nella
cellula).
3.3. Lavare gli apici in acqua distillata; si può utilizzare il coperchio Petri ricoperto da un
piccolo strato di acqua. (Il lavaggio con acqua elimina l'acido cloridrico)
3.4. Prelevare gli apici ed appoggiarli su un vetrino, aggiungere qualche goccia di colorante
(blu di toluidina) ed aspettare 5-10 minuti. Questa è la fase più delicata dell'esperienza:
occorre sminuzzare con le pinzette quanto più è possibile gli apici in modo da consentire
il maggiore assorbimento del colorante (Il blu di toluidina colora il DNA, rende perciò
visibili i cromosomi)
3.5. Coprire il campione con il vetrino coprioggeto e schiacciare gli apici premendo con i
pollici, dopo averci posto sopra un fazzoletto di carta piegato. (Si cerca di ridurre al
minimo lo spessore del campione; sarebbe ottimale ottenere un singolo strato di cellule,
perchè il preparato deve essere trasparente alla luce)
3.6. Introdurre alcune gocce di acqua distillata tra il vetrino e il coprioggetto per lavare gli
apici schiacciati ed eliminare il colorante in eccesso, avendo cura di raccogliere il
colorante rimosso con un pezzetto di carta assorbente posizionato dalla parte opposta da
cui è stata inserita l'acqua. (L'acqua consente l'allontanamento del colorante che non è
stato assorbito dalle cellule)
3.7. Se si vuole conservare il vetrino per 2-3 giorni, sigillare i bordi del coprioggetto con
smalto per unghie trasparente. (Lo smalto impedisce la disidratazione del campione)
3.8. Osservare al microscopio ottico
4. Risultati
In seguito alla preparazione e alla colorazione dei vetrini dovrebbero essere osservabili tutte
le fasi della mitosi:
4.1. Profase
Profase: la cromatina del nucleo si
evidenzia nei cromosomi; ogni
cromosoma risulta formato da due
filamenti detti cromatidi. Scompare la
membrana nucleare e si forma il fuso
mitotico.
4.2. Metafase
Metafase: i cromosomi si portano sul
piano equatoriale della cellula, ognuno
ripiegato a V
4.3. Anafase
Anafase: ogni cromatide migra verso un
polo, il suo compagno al polo opposto,
seguendo le fibre del fuso mitotico
4.4. Telofase
Telofase: ad ogni polo i cromatidi si
despiralizzano e la cromatina si
riorganizza per la formazione dei due
nuclei ai poli opposti della cellula
4.5. Citodieresi
Citodieresi: si completa la formazione
dei due nuclei e si divide anche il
citoplasma, grazie alla formazione della
membrana cellulare che porta alla
formazione delle due cellule figlie
5. Verifica sulla mitosi
1. La mitosi produce da ogni cellula madre:
a) due cellule figlie identiche alla cellula madre;
b) due cellule figlie identiche tra loro ma diverse dalla cellula madre;
c) due cellule figlie diverse tra loro e diverse dalla cellula madre.
2. L'ordine delle varie fasi della mitosi è:
a) metafase, profase, anafase, telofase;
b) profase, metafase, anafase, telofase;
c) anafase, profase, metafase, telofase.
3. Scrivi il nome della fase mitotica corrispondente alla descrizione:
a) i cromosomi appaiono condensati e la membrana nucleare inizia a dissolversi .............
b) i cromatidi si allineano sul piano equatoriale ...................................
c) i cromatidi si separano e vengono trascinati verso i poli .......................................
d) i cromosomi si decondensano e si forma l'involucro nucleare ......................................
4. Metti in ordine le varie fasi seguite nella preparazione dei vetrini:
a) coprire il campione con il vetrino coprioggetto e schiacciare premendo con i pollici;
b) prelevare gli apici e posizionarli in una capsula Petri;
c) lasciare cadere qualche goccia di HCl e attendere circa 15 minuti;
d) aggiungere il colorante;
e) introdurre qualche goccia di acqua distillata tra il vetrino e il coprioggetto;
f) osservare al microscopio.
5. Scegli il completamento esatto:
1) Nella preparazione del vetrino l'acido cloridrico ha la funzione di:
a) indebolire la parete cellulare
b) rinforzare la parete cellulare.
2) Nella preparazione del vetrino il colorante è necessario per :
a) evidenziare i cromosomi
b) evidenziare gli organuli del citoplasma.
3) Lo spessore del preparato deve essere molto sottile per:
a) permettere alla luce di passare meglio e quindi avere un'immagine più chiara
b) sigillare meglio il vetrino con il coprioggetto.
4) Abbiamo usato gli apici radicali più giovani di cipolla perché:
a) contengono un maggior numero di cromosomi rispetto alle altre cellule;
b) è più intensa l'attività di moltiplicazione cellulare per mitosi rispetto alle altre
parti della pianta.