“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

曹峰華

[摘 要]對“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“低溫處理生根”和“恒溫水浴解離”兩個(gè)重要改進(jìn)，可大幅度縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，明顯提高實(shí)驗(yàn)成功率。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；植物細(xì)胞的有絲分裂；低溫處理生根；恒溫水浴解離

[中圖分類號] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）20-0093-02

“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)是高中生物的重點(diǎn)和難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)之一，同時(shí)也是成功率最低的實(shí)驗(yàn)之一。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生很難獲得成功體驗(yàn)，其主要原因是：（1）處于分裂期的細(xì)胞數(shù)目太少。（2）解離、漂洗、染色時(shí)間過長。從人教版生物必修1中的實(shí)驗(yàn)來看，解離時(shí)間需3～5分鐘，漂洗時(shí)間約10分鐘，染色時(shí)間需3～5分鐘，僅這三個(gè)步驟就需要約20分鐘，學(xué)生很難在一節(jié)課內(nèi)完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作。（3）染色操作不好把握，要么染色太深，要么染色太淺，不利于觀察。筆者剛開始帶領(lǐng)學(xué)生做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成功率（成功觀察到各個(gè)時(shí)期的細(xì)胞分裂圖像）不到20%。筆者親自做實(shí)驗(yàn)，成功率也不到30%，對此深感慚愧，于是決心突破“實(shí)驗(yàn)成功率低”這個(gè)瓶頸。在這以后的8年多時(shí)間里，筆者不斷在實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)時(shí)間（上午或下午）、操作步驟、染色劑的選擇等方面做改進(jìn)，也參考學(xué)習(xí)了中國知網(wǎng)上的19篇論文，筆者的實(shí)驗(yàn)成功率有所提高，而學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成功率也接近60%，但是完成實(shí)驗(yàn)的時(shí)間仍然比較長。筆者在反思中發(fā)現(xiàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)在氣溫較高的時(shí)間去做，其成功率要略高于氣溫較低的時(shí)間，溫度會(huì)不會(huì)對這個(gè)實(shí)驗(yàn)有重大影響呢？對此，筆者進(jìn)行了多次嘗試，終于通過“低溫處理生根”和“恒溫水浴解離”兩個(gè)重要的改進(jìn)，大幅度縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，明顯提高了實(shí)驗(yàn)成功率，其中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成功率接近90%。筆者錄制微課視頻時(shí)，從剪取根尖到數(shù)碼顯微鏡下展示出清晰的分裂期細(xì)胞圖像，用時(shí)僅3分22秒。筆者現(xiàn)將整體改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作與各位同仁交流，以期讓更多的學(xué)生獲得成功的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。

【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】

1.實(shí)驗(yàn)材料的改進(jìn)

人教版生物必修1中的實(shí)驗(yàn)，選用洋蔥根尖作為實(shí)驗(yàn)材料，而市場上購買的洋蔥，培養(yǎng)后有時(shí)不能長出根或者生根數(shù)目較少（這種情況在廣東地區(qū)尤為突出），培養(yǎng)過程對溫度的要求較高，同等培養(yǎng)條件下每瓣大蒜生根數(shù)比單個(gè)洋蔥還要多。對此，筆者用蒜瓣代替洋蔥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將多個(gè)蒜瓣用鐵絲或竹簽連接成串，放在水槽中培養(yǎng)，一個(gè)水槽可同時(shí)放3～5串蒜瓣，每天換水一次，培養(yǎng)約2天時(shí)間，待蒜瓣的根尖長至3～5 cm，即可使用。有條件的學(xué)校還可以將蒜瓣放入人工氣候箱中培養(yǎng)，這樣生根效果會(huì)更佳。

2.培養(yǎng)過程的改進(jìn)

按照傳統(tǒng)操作，在裝片鏡檢過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)細(xì)胞處于間期，分裂相的細(xì)胞相當(dāng)少，經(jīng)過大量實(shí)踐后，將大蒜在適宜溫度（25℃左右）下培養(yǎng)1天后，再放入4～8℃冰箱中低溫處理24小時(shí)，再移到室溫下繼續(xù)培養(yǎng)直至實(shí)驗(yàn)前，可以有效增加處于分裂期的細(xì)胞的比例。

3.解離過程的改進(jìn)

將常溫解離改為恒溫水浴解離，提前在實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備好水浴鍋，調(diào)節(jié)溫度至60℃左右，取根尖2～3 mm，用刀片縱向輕輕地剖開根尖，置于解離液中，將盛有解離液和根尖的小燒杯先蓋上皿蓋，再放入水浴鍋中溫?zé)?0～50 s即可。學(xué)生在經(jīng)驗(yàn)不足的情況下，容易解離不足或解離過度，導(dǎo)致細(xì)胞分散不開或細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞。因此，在將根尖放入水浴鍋時(shí)就要仔細(xì)觀察根尖的變化，待根尖邊緣呈乳白色、中部呈透明狀即可。

4.漂洗過程的改進(jìn)

對于只安排1課時(shí)的實(shí)驗(yàn)而言，10分鐘的漂洗步驟用時(shí)過長。因此，可以將解離后的根尖放入裝滿水的600 mL的中號燒杯中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)漂洗，由于根尖上的解離液和清水的密度不同，根尖會(huì)在清水中不定向地移動(dòng)，待根尖靜止下來，漂洗也就完成了。此過程不需換水，約40 s即可達(dá)到漂洗目的。本過程中有一難點(diǎn)需要解決，即漂洗后的根尖完全游離在清水中，學(xué)生要將根尖取出是有較大難度的，若用鑷子夾取不易夾到目標(biāo)，而且反復(fù)操作容易夾碎根尖，建議漂洗后用較細(xì)的毛筆或者毛刷緩慢地將根尖托出水面，再把根尖撥弄到玻璃皿中染色。

5.染色過程的改進(jìn)

經(jīng)過解離和漂洗過程的改進(jìn)后，染色就變得容易了。將根尖放置于滴有2～3滴染色劑的玻璃皿中，完全浸沒20s左右即可，醋酸洋紅液（將0.5 g洋紅溶于55 mL蒸餾水中，再加入45 mL冰醋酸充分搖勻后，加熱煮沸10 min，冷卻）的染色比質(zhì)量濃度為0.02 g/mL的龍膽紫溶液清晰一些。

6.制片過程的改進(jìn)

裝片制作是否合理，是學(xué)生操作過程中的關(guān)鍵步驟之一，也是難點(diǎn)之一。若掌握不好壓片的程度，細(xì)胞就不能充分散開來，出現(xiàn)相互重疊的情況，無法清晰觀察到染色體。筆者以壓片工具操作簡單、易獲取、效果明顯為前提，在實(shí)驗(yàn)中廣泛嘗試各種身邊的用具，如鑷子、手指、鉛筆、滴管、橡皮擦等。通過對比發(fā)現(xiàn)，使用鉛筆（帶橡皮的一端）、圓珠筆（帶彈簧的一端）、滴管（帶膠頭的一端）等工具時(shí)，由于它們具有一定的彈性，比較容易掌控力度，效果較好。效果最好的是用橡皮擦，先在蓋玻片上方5 cm左右自由落下橡皮擦3～5次，使細(xì)胞初步分散開，再用手捏住橡皮擦，用力敲擊蓋玻片（實(shí)踐證明不會(huì)出現(xiàn)蓋玻片破碎的情況），當(dāng)觀察到細(xì)胞呈云霧狀散開后，即收到良好的細(xì)胞分散效果。

[實(shí)驗(yàn)反思]

“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)需要運(yùn)用到眾多的生物實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，涉及取材、解離、漂洗、染色、制片和正確使用顯微鏡等關(guān)鍵步驟，每一個(gè)步驟都關(guān)系到下一個(gè)步驟的成功與否。該實(shí)驗(yàn)成功與否也將對后續(xù)實(shí)驗(yàn)“觀察細(xì)胞減數(shù)分裂”“低溫誘導(dǎo)染色體加倍”產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。近年來，許多同仁在共同目標(biāo)的指引下，不斷地改進(jìn)與實(shí)踐，逐步提高了該實(shí)驗(yàn)的成功率。

筆者對本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)要點(diǎn)，一是低溫處理生根。為了避免與“低溫誘導(dǎo)染色體變異”混淆，低溫處理方式有所區(qū)別?！暗蜏卣T導(dǎo)染色體變異”實(shí)驗(yàn)中待洋蔥長出1 cm的不定根時(shí)，將整個(gè)裝置放入冰箱中4℃處理36 h。而本實(shí)驗(yàn)是將大蒜瓣低溫（4～8℃）處理24 h，甚至可以是剛剛用濕潤紗布覆蓋上的大蒜瓣，再移到室溫下繼續(xù)培養(yǎng)直至實(shí)驗(yàn)前。筆者后續(xù)對本實(shí)驗(yàn)條件下的分裂期細(xì)胞進(jìn)行了核型分析，發(fā)生染色體變異的細(xì)胞極少，幾乎可以忽略不計(jì)。

二是恒溫水浴解離。這一改進(jìn)明顯縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。筆者和同事早在2010年就嘗試過60℃恒溫解離，當(dāng)時(shí)側(cè)重點(diǎn)是解離效果，費(fèi)時(shí)約5 min左右。2012年，廣州的周伯春、鄧麗萍等老師發(fā)表在《生物學(xué)通報(bào)》上的文章中也提到60℃恒溫解離的改進(jìn)。周老師覺得鹽酸濃度高，對學(xué)生的身體有一定的危害，故改用1 mol/L的稀鹽酸60℃恒溫解離8～10 min。周老師相當(dāng)于是用溫度去“稀釋”了鹽酸的濃度。后來，筆者在保證實(shí)驗(yàn)成功率的同時(shí)開始追求盡可能地縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，于是又反復(fù)琢磨“恒溫水浴解離”這一環(huán)節(jié)，受周老師實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的啟發(fā)：“有沒有降低危害又能快速解離的辦法呢？”筆者突然想起加蓋子的方法：在恒溫水浴鍋中放入一個(gè)600 mL的中號燒杯，注水約80 mL（以解離用的小燒杯置于其中剛好不晃動(dòng)為準(zhǔn)），調(diào)節(jié)溫度至60℃，將盛有解離液和根尖的小燒杯先蓋上皿蓋，再放入水浴鍋中溫?zé)幔? min內(nèi)即可充分解離。這一改進(jìn)沒有改變?nèi)私贪嫔锉匦?實(shí)驗(yàn)中解離液的濃度配比，但是高溫、高濃度、相對封閉的解離環(huán)境大大縮短了解離的時(shí)間，同時(shí)也縮短了學(xué)生和濃鹽酸接觸的時(shí)間，一定程度上規(guī)避了實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)?！凹用笊w”這一細(xì)微改進(jìn)雖然歷時(shí)5年時(shí)間，但是它帶來更多的是成就和喜悅。正如每一項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，每一個(gè)課例的成功，都離不開研究者靜心的反復(fù)揣摩和不斷的嘗試，更離不開研究者“咬定青山不放松”的鍥而不舍的精神。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 肖桂枝，馮水平，厚今.大蒜有絲分裂指數(shù)與根長和取材時(shí)間的關(guān)系[J].承德醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，19（4）：269-272.

[2] 周伯春，鄧麗萍.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（8）：46.

（責(zé)任編輯 黃春香）