四種植物細(xì)胞有絲分裂的觀察與比較

林松

摘 要 針對(duì)“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)，對(duì)洋蔥、大蒜、風(fēng)信子和水仙等四種材料根尖的有絲分裂情況進(jìn)行了對(duì)比研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明只要處理方法得當(dāng)，均可獲得滿意的觀察效果。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)材料 有絲分裂 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 分裂指數(shù)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”是普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)中要求完成的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，活動(dòng)的目標(biāo)是通過學(xué)習(xí)掌握植物細(xì)胞有絲分裂制作技術(shù)，觀察植物細(xì)胞在不同分裂時(shí)期的染色體的變化特征。該活動(dòng)推薦的觀察材料是洋蔥根尖，而在教學(xué)實(shí)踐中，許多材料只要處理方法得當(dāng)，均可以在一個(gè)裝片中找到有絲分裂各期的細(xì)胞，現(xiàn)將大蒜、風(fēng)信子、水仙與洋蔥等四種實(shí)驗(yàn)材料的裝片制作過程和結(jié)果比較如下。

1 實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備

1.1 根尖的培養(yǎng)與預(yù)處理

大蒜與洋蔥成熟后進(jìn)入休眠期，需低于10℃以下方能解除休眠。兩種材料在根尖培養(yǎng)前噴少量水后裝進(jìn)袋子，放入冰箱冷藏室3～5 d，有利于解除休眠，促進(jìn)發(fā)根。

除去洋蔥、水仙、風(fēng)信子外層干死的鱗片葉，剝?nèi)ゴ笏獍甑哪べ|(zhì)枯衣，用細(xì)竹簽串起蒜瓣，選擇杯口適中的燒杯，讓實(shí)驗(yàn)材料的底部與燒杯的水接觸，每天換水，室溫培養(yǎng)至根長到2 cm左右時(shí)，將培養(yǎng)裝置放入4℃冰箱低溫處理24 h。

1.2 根尖的固定

于上午10：30～11：30，取洋蔥、水仙和風(fēng)信子的根尖和已發(fā)根的蒜瓣（大蒜根較細(xì)，待需要時(shí)再剪?。?，用卡諾氏固定液浸泡24 h，經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液處理0.5 h后再轉(zhuǎn)移到70%的乙醇中，放入4℃冰箱備用。

2 臨時(shí)裝片的制作過程

剪取根尖2～3 cm，放入盛有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸和體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精的混合液（1∶1）的培養(yǎng)皿中進(jìn)行解離。待根尖酥軟后，用鑷子取出放入盛有清水的培養(yǎng)皿，反復(fù)漂洗若干次，取出根尖放在載玻片中，用鑷子截取含分生區(qū)的乳白色根尖尖端（2～3 mm），去除根尖其余的部分。滴一滴改良苯酚品紅染液，用鑷子的鈍頭在染液中直接將根尖搗碎，染色幾分鐘后蓋上蓋玻片，用吸水紙覆蓋在蓋玻片上。在平坦的桌面上用鉛筆帶橡皮頭的一端輕輕敲打蓋玻片，使材料離散成均勻的云霧狀。四種材料臨時(shí)裝片制作的過程比較見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 四種材料的制片特點(diǎn)

從四種材料的發(fā)根效果看，洋蔥生根最少，發(fā)根不整齊；大蒜最容易發(fā)根，根尖生長速度一致、生根較多，1個(gè)蒜瓣的生根量相當(dāng)于1個(gè)洋蔥頭；水仙和風(fēng)信子在11～12月上市，上市后水培容易生根，發(fā)根整齊。

解離是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，解離的時(shí)間與根的粗細(xì)和胞間層的緊密程度有關(guān)，充分解離的根尖組織更容易在壓片后的離散。從制片的時(shí)間看，以四種材料制片的時(shí)間比較：水仙>風(fēng)信子>洋蔥>大蒜。

由于將材料置于染液中搗碎，直接減少了取材時(shí)鑷子對(duì)材料的吸附和染色所需的時(shí)間。

3.2 四種材料的觀察效果

分別將裝片置于顯微鏡下觀察，其中染色體著絲點(diǎn)排列在中央平面上的為中期；染色體平均分配到細(xì)胞兩極的為后期；剛剛進(jìn)入前期的細(xì)胞與間期的細(xì)胞不容易區(qū)別，只能從細(xì)胞核部位仔細(xì)區(qū)別，看到染色體形態(tài)的判斷為前期，否則為間期。每種材料觀察200個(gè)裝片，每個(gè)根尖觀察l0個(gè)視野，每個(gè)視野中均可找到分裂相的細(xì)胞（圖1），裝片觀察效果對(duì)比見表2。

記錄每個(gè)視野的總細(xì)胞數(shù)和分別處于有絲分裂前期、中期、后期、末期的細(xì)胞數(shù)，按公式有絲分裂指數(shù)=有絲分裂細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù)×100%計(jì)算有絲分裂指數(shù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2。

以上結(jié)果顯示四種材料均為觀察植物細(xì)胞有絲分裂的良好材料，這主要是因?yàn)檫@些材料的細(xì)胞體積較大，細(xì)胞核明顯，染色體數(shù)目都比較少，染色體大，細(xì)胞分裂期時(shí)間較長，處于分裂相的細(xì)胞較多，易于觀察和比較。但由于四種材料都收到季節(jié)的限制，因此要求教師根據(jù)地域與季節(jié)選擇不同的實(shí)驗(yàn)材料，并適當(dāng)進(jìn)行預(yù)處理，在分裂的高峰期進(jìn)行固定，固定后的根尖不僅可以隨時(shí)取用，并能在一定程度上縮短解離時(shí)間?？傊?，只要處理方法恰當(dāng)，均能在同一裝片中觀察到有絲分裂各期的細(xì)胞，適合選擇用于不同學(xué)段的分組實(shí)驗(yàn)。

4 討論

4.1 對(duì)教材實(shí)驗(yàn)步驟的改進(jìn)

預(yù)處理：大蒜和洋蔥采摘后進(jìn)入后熟期，遇上夏秋季休眠期不容易發(fā)根，將其放入冰箱冷藏室若干天有利于解除休眠促進(jìn)發(fā)根。低溫預(yù)處理可以改變細(xì)胞質(zhì)的黏度，使染色體適度縮短，并有利于分散，處理24～30 h能明顯促進(jìn)根尖細(xì)胞的有絲分裂活動(dòng)和提高細(xì)胞分裂指數(shù)，尤其是分裂中期的細(xì)胞數(shù)目有明顯增加。

解離：教材中關(guān)于解離的描述是“剪取根尖2～3 mm解離3～5 min”，由于2～3 mm的根尖酥軟后不容易夾取，因此取2～3 cm或較長根尖進(jìn)行解離、漂洗，待制片時(shí)再用鑷子截取2～3 mm根尖進(jìn)行染色。應(yīng)根據(jù)根尖的粗細(xì)和胞間層的緊密程度來確定解離的時(shí)間，可用鑷子輕夾成熟區(qū)部分是否酥軟來判斷是否充分解離。

染色：教材中介紹使用的染劑是0.01 g/mL龍膽紫（或醋酸洋紅），實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)背景著色較深，整個(gè)細(xì)胞均染成深紫色。而用改良苯酚品紅染色后細(xì)胞核和染色體被染成紅紫色，而細(xì)胞質(zhì)無色或只有淡粉紅色，故背景清晰，觀察效果很好。

4.2 預(yù)實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)拓展

“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)是高中生物教材中一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，通過制作臨時(shí)裝片能直觀地了解細(xì)胞有絲分裂中染色體的變化特征，目前中學(xué)教材推薦的材料是洋蔥根尖，近年來以大蒜為材料也多有報(bào)導(dǎo)。實(shí)際教學(xué)中學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功率不高的主要原因在于實(shí)驗(yàn)中機(jī)械地模仿教材步驟所致，應(yīng)該指出的是不同的地域和季節(jié)都有適合該實(shí)驗(yàn)的材料，由于各地材料、藥品、氣溫、實(shí)驗(yàn)時(shí)間的不同，因此實(shí)驗(yàn)中試劑的濃度、各步驟所需的時(shí)間可能有所不同。這就要求教師應(yīng)該通過課前預(yù)實(shí)驗(yàn)篩選最佳的實(shí)驗(yàn)材料并摸索適宜的實(shí)驗(yàn)條件，以便在實(shí)驗(yàn)課上更好地發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，提高實(shí)驗(yàn)的成功率。

該實(shí)驗(yàn)不僅是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容，也為學(xué)生完成其他的探究實(shí)驗(yàn)奠定一定的基礎(chǔ)。如“探究影響細(xì)胞有絲分裂的外界條件”實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置不同溫度、化學(xué)藥劑等條件，通過比較某種植物在不同條件下根尖細(xì)胞的分裂指數(shù)來了解環(huán)境條件對(duì)植物生長發(fā)育的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周伯春，鄧麗萍，胡為榮.關(guān)于“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].生物學(xué)通報(bào)，2012，47（8）：45.

[2] 高汝勇.低溫預(yù)處理對(duì)大蒜根尖細(xì)胞有絲分裂的影響[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2009，181（1）：3-5.

[3]趙建鋒.觀察植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)生物學(xué)，2005，21（1）：45.

[4] 劉昌平.植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)材料的選擇及其實(shí)驗(yàn)操作[J].皖西學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，18（4）：49-50.