高中生物觀察植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

王晨昊

【摘 要】觀察植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)是高中生物課中一個(gè)極其關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生直觀掌握植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞分裂過程。然而，按照書本描述的實(shí)驗(yàn)方法和步驟去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，我們無法得到清晰可見的植物細(xì)胞有絲分裂結(jié)果。因此，我在參考別人實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了幾點(diǎn)優(yōu)化和改進(jìn)，取得了較為滿意的結(jié)果，能在視野中觀察到各個(gè)時(shí)期的有絲分裂狀態(tài)。本文首先闡述了高中課本上實(shí)驗(yàn)方法的不足之處，然后針對不足之處提出相關(guān)的改進(jìn)措施，最后的實(shí)驗(yàn)效果表明改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法能夠得到清晰的分裂結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】高中生物學(xué)；植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1 高中課本上觀察植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)方法的不足之處

1）實(shí)驗(yàn)材料。我們所學(xué)的高中課本中一般都是指定用洋蔥根尖來做觀察對象[1]，然而洋蔥根尖作為實(shí)驗(yàn)材料有很多不足之處。首先，洋蔥體積一般都很大，一個(gè)培養(yǎng)皿最多只能培養(yǎng)一個(gè)，并且在培養(yǎng)過程中我們需要不斷的換水，因此如果要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，則需要大量的洋蔥樣本，顯然工作量和實(shí)驗(yàn)成本將使非常巨大的；另一方面，洋蔥的根尖中細(xì)胞染色體形態(tài)不是很直觀和明顯；此外，書本中規(guī)定的洋蔥根尖在長到5厘米后，再截取較為健壯的根尖作為觀察材料也不是最好，通過多次實(shí)驗(yàn)觀察和比對，我們發(fā)現(xiàn)根尖材料最好是在長到1厘米左右截取最為合適；最后，購買來的洋蔥實(shí)驗(yàn)材料一般都需要經(jīng)過輻射處理過或者市場冷藏，導(dǎo)致生根率極低，且細(xì)胞分裂非常不明顯。因此，綜上所述，洋蔥根尖不適合作為觀察植物細(xì)胞分裂實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料。

2）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。高中課本上說用鹽酸和酒精的混合溶液[2]，按照1比1的比例進(jìn)行混合的溶液對洋蔥根尖進(jìn)行解離，其中鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，酒精的體積分?jǐn)?shù)為95%。實(shí)際上，這種實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的過程會(huì)使我們混淆酒精的固定作用，同時(shí)用這種混合溶液后，我們發(fā)現(xiàn)這種解離溶液會(huì)引起洋蔥原生質(zhì)的收縮。根尖的解離是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟之一，解離可以用來分離植物細(xì)胞，同時(shí)軟化植物細(xì)胞的細(xì)胞壁。顯然根尖解離的效果的好壞，對接下來染色的狀況以及壓片后細(xì)胞的分散結(jié)果具有直接的影響；此外，書本上解離時(shí)間建議為5分鐘左右，實(shí)際實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)效果并不令人滿意。

3）實(shí)驗(yàn)觀察。在高中課本上，龍膽紫溶液（質(zhì)量濃度為0.01g/ml）被用來對洋蔥根尖的染色體進(jìn)行染色，再來觀察根尖細(xì)胞有絲分裂過程中染色體形態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化。但是，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，這種染料濃度偏高，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)細(xì)胞都呈紫色，從而不能直接區(qū)分和觀察細(xì)胞核中的染色體。

2 觀察植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)和優(yōu)化

針對上述高中課本上該實(shí)驗(yàn)方法中存在的問題，我通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，在材料選取，根尖固定，根尖解離，染色，壓片這六個(gè)方面對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示

2.1 實(shí)驗(yàn)材料選取和準(zhǔn)備

1）實(shí)驗(yàn)材料選取。針對洋蔥根尖不宜作為實(shí)驗(yàn)材料，我選取了大蒜的根尖作為替代材料，它具有多方面的優(yōu)點(diǎn)[3]。首先，大蒜比洋蔥便宜很多，并且容易購買得到，并且大蒜長出的根的數(shù)量并不比洋蔥長出的根尖數(shù)量少，因而實(shí)驗(yàn)前期的工作量和實(shí)驗(yàn)成本將會(huì)極大的降低；此外，盡管大蒜根尖比洋蔥小，但是細(xì)胞核中的染色體形態(tài)非常清楚，易于觀察。

圖1 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)流程

2）培養(yǎng)方法。要用大蒜根尖作為實(shí)驗(yàn)的觀察對象，我們首先需要對大蒜根尖進(jìn)行培養(yǎng)和取材。由于大蒜和洋蔥在形狀、大小上有很大的不同，因此，大蒜根尖的培養(yǎng)不太適合采取課本上介紹的培養(yǎng)方法。在培養(yǎng)大蒜根尖時(shí)，我制作幾個(gè)呈長方體的塑料水槽，在里面灌滿水或者培養(yǎng)液，并排在一起，然后在水槽上面放一個(gè)帶孔的電冰箱擱架，緊接著把大小合適且生長良好的大蒜擱置在擱架上，并且使大蒜底部能夠接觸到槽內(nèi)水面，最后每隔一天換一次水或者培養(yǎng)溶液。

3）取材方法。等待大蒜根尖長到1厘米左右，在有絲分裂最為活躍的上午10點(diǎn)到11點(diǎn)之間，我剪取根尖，再將根尖放置載玻片上，然后采用切割工具對根尖進(jìn)行切割，截取2毫米到5毫米間的大蒜根尖作為實(shí)驗(yàn)材料。

2.2 根尖固定

植物根尖細(xì)胞有絲分裂在一天中不同時(shí)間的活躍程度是不同的，為了得到實(shí)驗(yàn)的理想效果，首先需要對植物根尖進(jìn)行預(yù)先固定和保存處理。也就是說，利用固定溶液將有絲分裂細(xì)胞迅速殺死并維持細(xì)胞在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上盡可能地保持在殺死前時(shí)的完整狀態(tài)，保證染色體結(jié)構(gòu)的完整性[4]。此外，經(jīng)固定溶液固定好的材料最多保存24小時(shí)，否則難以觀察到實(shí)驗(yàn)效果，若目前用不到該材料，需要對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行保存。我在實(shí)驗(yàn)中使用了卡諾氏固定液，該固定液由1比1的純酒精和冰醋酸制作而成，在室溫條件下將截取的大蒜根尖放在固定液中固定20分鐘左右，發(fā)現(xiàn)原生質(zhì)不會(huì)收縮。完成固定后，我將根尖用純酒精洗2到3次，直至大蒜根尖不再含有冰醋酸，不確定的話，可以多洗幾次，最后用70%的酒精溶液保存。

2.3 根尖細(xì)胞解離

為使根尖細(xì)胞在壓片過程中分散開來，獲得單層細(xì)胞，便于觀察，需對根尖細(xì)胞進(jìn)行解離。根尖細(xì)胞解離的方法有酸解和酶解兩種方法[5]。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我采用酸解來達(dá)到此目的，主要是用體積分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸溶液或者用體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸混合溶液來制作解離液，然后將大蒜根尖放入解離液中，由于大蒜的根尖非常柔軟，纖細(xì)，解離時(shí)間不宜過長，最好在3分鐘左右。最后，等到根尖酥軟后， 用鑷子把根尖從解離液中取出，用流動(dòng)的清水在燒杯中反復(fù)沖洗3到5分鐘。

2.4 根尖細(xì)胞染色

書本上規(guī)定用高濃度的龍膽紫溶液對根尖細(xì)胞進(jìn)行染色，但是利用這種溶液，整個(gè)根尖都容易被染成紫色，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)不能直觀地觀察細(xì)胞有絲分裂過程以及染色體狀態(tài)的變化情況。為了解決這個(gè)問題，我對質(zhì)量濃度為0.01g/ml的龍膽紫溶液進(jìn)行了稀釋，通過反復(fù)試驗(yàn)觀察比對，用10%的冰醋酸以3比1的比例來稀釋該濃度的龍膽紫溶液，在室溫條件染色效果會(huì)非常好，染色時(shí)間也就3到5分鐘即可。在這種染色方法下，根尖細(xì)胞染色效果很清晰，在顯微鏡下，我們不但能觀察到細(xì)胞核、細(xì)胞壁，更能辨認(rèn)出染色體。

2.5 根尖細(xì)胞壓片

壓片的結(jié)果直接影響試驗(yàn)觀察的效果[6]。我對根尖細(xì)胞的壓片措施改進(jìn)如下：首先吸干載玻片上的染液，在載玻片正中央放置根尖，加1到2滴清水，然后蓋上蓋玻片，同時(shí)在蓋玻片上加一吸水紙，用食指和拇指輕壓固定住蓋玻片，不要造成大蒜根尖細(xì)胞移動(dòng)錯(cuò)位，再對準(zhǔn)根尖部位輕輕敲擊蓋玻片，使細(xì)胞分散，用的器具可以是帶有橡皮頭的鉛筆或者鑷子鈍部。然后，我進(jìn)一步對制作好的載玻片進(jìn)行輕烤片，這樣可以使染色質(zhì)和染色體的染色反差變大一些，更容易觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3 實(shí)驗(yàn)效果

觀察植物細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)經(jīng)過改進(jìn)后，我們可以得到如圖2所示的觀察效果，從圖片中可以很清晰的觀察到植物細(xì)胞的有絲分裂的現(xiàn)象。通過比較，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法比書本上的實(shí)驗(yàn)方法時(shí)間短，工作量小，準(zhǔn)備時(shí)間僅僅為3天，并且材料容易獲得，獲得的大蒜根尖的數(shù)量非常多，極大的降低了實(shí)驗(yàn)成本，提高了實(shí)驗(yàn)效率。此外，通過自己的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，我不僅得到了較為清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且進(jìn)一步掌握了植物細(xì)胞有絲分裂這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

圖2 植物細(xì)胞有絲分裂觀察效果

4 結(jié)論

在高中生物課本中，觀察植物細(xì)胞的有絲分裂實(shí)驗(yàn)的重要實(shí)驗(yàn)之一，是考試經(jīng)?？疾斓膬?nèi)容，對我們掌握植物細(xì)胞有絲分裂這一知識(shí)具有很大幫助。但是在按照課本中所制定的實(shí)驗(yàn)材料和步驟來進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)實(shí)際效果極其不理想，成功率很低，難以觀察到植物細(xì)胞有絲分裂的情況。因此，我在課后通過多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)參考了其他同學(xué)的成功經(jīng)驗(yàn)， 對這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些改進(jìn)，能夠得到較清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，取得了令人理想的效果。然后，通過實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)，不是所有操作越簡單，步驟越少的實(shí)驗(yàn)，效果就越好。最后，我們應(yīng)該多動(dòng)手，多思考，自己動(dòng)手對書本上實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證，找尋能夠進(jìn)一步優(yōu)化的地方，并能夠通過思考和實(shí)踐對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，直接參與到實(shí)驗(yàn)中去，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)效果，加強(qiáng)自身的動(dòng)手能力，促進(jìn)理性思維的培養(yǎng)，提高知識(shí)的吸收效率。

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