翟少华+王金泉+张晓红+刘朝晖+姚刚

摘要：电子显微镜技术主要用于观察样品的内部结构和表面形态特征变化的研究，在农业高等院校教学和科研中发挥着重要作用。新疆农业大学在动物医学、动物科学、农学、园林、食品与药品、草业与环境、水利、机械交通等农学学科专业开设《电子显微镜工作原理与应用》公共选修课，使学生掌握电子显微镜应用技术，为农业专业的人才培养和农业现代化发展提供技术保障。

关键词：电子显微镜技术；农学专业；教学；应用

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）05-0069-03

电子显微镜包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜，它是一种研究物体超微结构精密分析仪器，主要用于研究样品的内部结构和表面形态特征的变化，在动物、植物、生物、医药、物理、化工材料等自然科学领域的科学研究中发挥着重要作用[1，2]。近年来，随着电镜技术的不断发展与其他技术学科的紧密结合，在动物医学、动物科学、农学、园林、食品与药品、草业、水利、机械交通等农学门类自然学科专业领域的应用更加广泛。因此，在农业高等院校本科和研究生教学中开设《电子显微镜技术》课程，可以为各专业学科的教学提供技术支持。新疆农业大学将《电子显微镜工作原理与应用》课程设定为全校本科生和研究生的公共选修课，有效地提升了各学科整体教学质量和科研能力。

一、《电子显微镜工作原理与应用》课程的教学内容与要求

1.《电子显微镜工作原理与应用》课程的教学内容。《电子显微镜工作原理与应用》课程理论教学内容包括：电子显微镜的概述、组织超微形态结构和功能、透射电镜的结构和工作原理、透射电镜的操作和使用、透射电镜的样品制备、扫描电镜的结构和工作原理、扫描电镜的操作和使用、扫描电镜样品制备技术、电镜样品制备实例，共九个部分。本科生理论课教学10学时，研究生理论课教学20学时。

《电子显微镜工作原理与应用》课程实验教学内容包括：电子显微镜的结构和使用操作、生物样品透射电镜制备方法、材料样品透射电镜制备方法、生物样品扫描电镜制备方法、材料样品透射电镜制备方法，共五个部分。本科生实验教学20学时，研究生理论课教学30学时。

2.《电子显微镜工作原理与应用》课程的教学要求。（1）《电子显微镜工作原理与应用》课程本科生教学要求。本科生教学中主要要求学生了解电子显微镜的结构和操作原理，动植物组织细胞超微结构、功能和细胞表面形貌特征，理化材料的晶体结构和形貌特点，常规生物样品和理化材料的制备技术方法。在实验教学中要求学生了解仪器的操作方法、生物样品的制备过程，掌握常规生物样品和理化材料的制备技术方法，使学生能够掌握电子显微镜技术在动植物组织细胞超微结构和理化材料研究中的应用。（2）《电子显微镜工作原理与应用》课程研究生教学要求。研究生教学中不仅要求学生要掌握电子显微镜的结构和操作原理，动植物组织细胞超微结构、功能和细胞表面形貌特征，理化材料的晶体结构和形貌特点，常规生物样品和理化材料的制备技术方法，而且还要求学生掌握电子显微镜的细胞化学定位技术、扫描电镜临界点干燥技术等特殊检测技术。

在实验教学中要使学生掌握仪器的操作方法，如超薄切片技术、半薄切片技术、负染技术、细胞化学定位技术、扫描电镜临界点干燥技术、离子溅射技术、细胞冰冻蚀刻技术等样品制备方法，使学生能够学会运用电子显微镜技术对动植物组织细胞超微结构和功能的研究方法和技术手段。

二、电子显微镜技术在农学门类高等院校教学中的应用

1.电子显微镜技术在农学专业实验教学中的应用。透射电子显微镜可以观察植物细胞的细胞壁、生物膜、叶绿体、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体、微体、中心体、细胞骨架和细胞质内含物（如糖原、脂类、蛋白质），以及核膜、染色质、核仁的超微结构形态，通过对超微结构的学习和了解植物的生理代谢过程、病理变化机制，以及在外界因素的影响而导致形态结构和功能的改变[3，4]。为植物学、植物生理学、植物病学、植物生物学等学科学习奠定了理论基础，也为植物超微形态学的研究提供了技术手段。

2.电子显微镜技术在动物医学专业实验教学中的应用。在动物微生物学教学中，因病原微生物粒径微小，光学显微镜难以识别其特有结构，而通过TEM可以清晰地观察到细菌的特殊结构，如菌体鞭毛、菌毛、芽孢、荚膜等结构；病毒的囊膜、衣壳；霉病菌菌丝和孢子形态。通过电子显微镜的学习可以有助于学生对病原学的识别与理解，电子显微镜是病原学教学的有效工具[5]。

在动物病理学教学中，动物机体在致病因素作用下会导致细胞发生形态和功能上的改变，通过TME可以观察到病变区细胞的细胞器的损伤，对研究疾病的发生机制和致病机理和临床诊断提供有力的依据。例如，在肾活检、肿瘤诊治中电镜技术发挥了重要作用。电镜技术与免疫学技术相结合产生了免疫电镜技术，在超微结构和分子水平上研究各组织细胞的形态和功能，它可以对细胞表面及细胞内部的抗原进行定位，可以了解抗体合成过程中免疫球蛋白的分布情况、抗原—抗体复合物的结构细节以及免疫损伤引起细胞的病理变化[6]。

3.电子显微镜技术在动物科学专业实验教学中的应用。动物科学教学主要针对动物营养与饲养、饲料资源开发、饲料配方与饲料工艺设计，以及饲料与饲养企业管理等学科的研究，旨在满足人们日益增长的动物副食品饮食的需求。在动物科学的教学中将学习各种动物的养殖（包括养牛、养羊、养鹅、观赏动物饲养等），动物营养、遗传、繁殖、兽医学、牧草学、生态学、农业机械、农区规划、肉制品加工学等。在学习动物营养、遗传因素以及环境因素对动物生长发育的影响，可以通过电子显微镜观察动物组织细胞超微结构变化，来探讨和研究动物生长发育的特点，因此电子显微镜技术是动物科学教学和研究的重要技术手段。例如：应用扫描电镜检测鹿类毛的微观形态结构时可以明显观察到鹿毛的鳞片形态在科间、属间和种间存在的差异，同种不同个体毛的鳞片形态有差异，同一个体同一根毛样的不同部位也有差异[7]。endprint

4.电子显微镜技术在食品与药品学专业实验教学中的应用。食品与药品学专业是以生命科学、食品科学和药品科学为基础，研究食品的营养、药品的安全与健康的关系，食品营养与安全保障、药品的安全与人类健康，通过对食品生产、加工的管理和控制，保证食品的营养品质和卫生质量，促进人体的健康。例如：荔枝的果实在采收后3～4天即开始变褐、变质、霉烂极不耐贮，通过用扫描电镜技术观察果皮结构，果皮的鲜红色是栅状组织细胞含大量花色甙所致，此花色甙流失，果皮即呈褐色。荔枝的外果皮仅有一层细胞外壁薄，角质层也薄，防止水分散失的能力差，果内的水分可部分地通过角质层散失到果外[8]。再如，运用扫描电镜对多种常见可食用淀粉颗粒的超微形貌进行观察，将考察的所有种类淀粉颗粒分为：块茎形、棒形、球形、扁平形、复粒结构、棱角圆滑和棱角尖锐多面体形及肾形等类别，通过扫描电子显微镜对淀粉颗粒超微形貌特征上加强国内淀粉产品的质量监管提供可靠参考[9]。

5.电子显微镜技术在园林专业实验教学中的应用。林学与园艺学专业是农业的重要组成部分，学习和掌握果树、蔬菜、花卉及观赏树木的栽培与繁育技术。园艺学科属于应用基础和应用型研究学科，是以农业生物学为主要理论基础，研究园艺作物生长发育和遗传规律的一门学科，也是研究园艺作物起源与分类、种质资源、遗传育种、栽培、病虫害防治及采后处理、贮藏加工等应用技术与原理的综合性学科。例如，观察五倍子乙醇提取物对表皮葡萄球菌的体外抗菌活性及其在电镜下菌细胞形态超微结构的变化时，采用新的中药抑菌实验方法对五倍子乙醇提取物进行表皮葡萄球菌的最低抑菌浓度测定，用电镜观察用药后细菌细胞的形态改变。在电镜下观察经五倍子处理的表皮葡萄球菌细胞的超微结构，扫描电镜显示菌细胞形态大小不等，排列不整齐，大多数菌细胞的细胞壁破裂。在透射电镜下，菌细胞细胞壁结构、层次不请，胞浆膜层次不分明，细胞质内含物大多消失，细胞浆内包含体和染色体模糊不清[10]。再如，用扫描电镜对黑龙江产十种不同科属、不同生境的蕨类植物的孢子囊和叶表皮进行了详细观察，结果表明蕨类植物的孢子囊和叶表皮在扫描电镜下，显示出更为丰富的形态特征，并表现出细致而稳定的异同点，可作为蕨类系统分类的现代手段，能更好地应用于疑难科属的分类研究[11]。

6.电子显微镜技术在农业工程学专业实验教学中的应用。工程学是研究自然科学应用在各行业中的应用方式、方法的一门学科，同时也研究工程进行的一般规律，并进行改良研究。在农学专业中工程学专业主要包括水利科学专业、机械与交通专业、化学专业等学科。在工程学专业中建筑材料的质量与性质，对于工程建设至关重要。例如：对纳米材料特性的研究一般与粒径的大小分布及形状等微观结构有着重要的关系，扫描电子显微镜（SEM）和透射电镜（TEM）等，可以在极高的放大倍数下直接观察纳米颗粒的形貌和结构，特别是测量纳米颗粒的大小，既直观又非常方便，所以电子显微分析是研究纳米材料的一种重要手段，而其中透射电镜则是最常用的检测设备之一。透射电镜是基于传统电子束技术上发展起来的，它分辨率高、放大倍数高，分辨本领已达到了0.1～012nm，所得到的纳米图像直观清晰，可以揭示物质内部的微细结构，广泛应用于材料科学与生命科学领域，是研究纳米材料的常用重要分析仪器之一[12]。

三、展望

在农业技术快速发展的进程中，对农业人才专业素质的培养有了更高的要求。因而在教学过程中，就要使学生能够更扎实地掌握其专业基础知识和科学研究能力，在未来的农业科学的研究中，对样本显微和超微结构的研究也就越发深入，因而电子显微镜技术在农学专业的应用也越加广泛。因此，将电子显微镜技术应用于农业高等院校的科研和教学，使学生对动植物以及材料科学超微结构的认识有更加清晰地了解，为农业专业的人才培养和农业现代化发展提供技术保障，也可以为农业的发展提供重要的技术手段。

参考文献：

[1]汪克建，孙善全.提高研究生电镜实验教学质量的几点体会[J].山西医科大学学报，2010，12（3）：296-298.

[2]陶忠芬，江海东.浅谈电镜技术实验教学的体会[J].局解手术学杂志，2009，5（18）：338.

[3]项晓人，袁莉民，杭向前.透射电镜超微低倍观察植物材料的制样方法[J].江苏农学院学报，1993，14（2）：79-80.

[4]吴立新，陈方玉.现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用[J].武钢技术，2005，6（43）：36-40.

[5]汤雪明，戴书文.生物样品的环境扫描电镜观察[J].电子显微镜学报，2001，3（20）：217-223.

[6]李连宏，孙雷，唐建武.电镜在病理诊断与医学研究中的应用[J].大连医科大学学报，1998，4（20）：8-10.

[7]孙中武，高海钰，毕冰.鹿类动物毛的扫描电镜分析[J].东北林业大学，2003，4（31）：29-32.

[8]潘洵操，谢宝贵.荔枝果皮的扫描电镜观察[J].园艺学报，1996，3（23）：227-230.

[9]王绍清，王琳琳，范文浩.扫描电镜法分析常见可食用淀粉颗粒的超微形貌[J].食品科学，2011，（32）：74-79.

[10]李仲兴，王秀华，时东彦.五倍子提取物对表皮葡萄球菌的抗菌作用及其扫描和透射电镜观察[J].中国中医药信息杂志，2004，10（11）：867-869.

[11]邢怡，党安志，刘保东.黑龙江产十种蕨类植物孢子囊和叶表皮的扫描电镜观察[J].植物研究，2004，4（24）：413-419.

[12]刘仁林，虞功清.植物透射电镜样品制备技术的改进[J].江西林业科技，2008，（1）：41-43.

基金项目：新疆农业大学新办专业课程建设项目（2013XBZY03）；新疆维吾尔自治区普通高校重点学科（基础兽医学）科研启动基金。

作者简介：翟少华（1981-），男，黑龙江鸡西人，助教，硕士，研究方向动物分子病理学。endprint