Osservazione del fenomeno della mitosi in apice radicale di cipolla

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1 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 Rappresentazione schematica di un cromosoma Catena del DNA

2 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.

3 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.

4 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 dh 2 O (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) 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

5 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

6 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 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

7 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

8 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 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 :

9 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.