“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化探究

孫玉芳

江蘇省蘇州市蘇州大學(xué)附屬中學(xué)，江蘇蘇州 215006

“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”的實(shí)驗(yàn)不管在人教版、蘇教版、浙江版還是上海版中，都屬于一個非常重要的實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)的具體操作可以進(jìn)一步提高學(xué)生的臨時裝片制作、染色技術(shù)以及高倍鏡觀察等動手操作技能；通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分裂簡圖的繪制可以加深對細(xì)胞周期各時期中染色體行為變化的理解；通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和交流可以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。同時該實(shí)驗(yàn)也是“種子植物花藥中發(fā)生的減數(shù)分裂”、“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”等實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。因此，有關(guān)有絲分裂的實(shí)驗(yàn)不僅在高考中以選擇題和簡答題的形式多次出現(xiàn)，而且也曾是蘇州市和江蘇省教師基本功競賽實(shí)驗(yàn)考查的內(nèi)容。

然而，在具體實(shí)驗(yàn)操作時，不論是學(xué)生還是教師的實(shí)驗(yàn)成功率都偏低，很難達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。分析失敗的主要原因有：?）由于解離、漂洗花費(fèi)的時間較長，導(dǎo)致顯微鏡下查找分裂細(xì)胞的時間偏少；（2）染色效果差，視野中一片深藍(lán)色，很難區(qū)分細(xì)胞的各部分結(jié)構(gòu)；（3）細(xì)胞分散不開，重疊成團(tuán)，無法清晰看到細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，（4）處于分裂周期的細(xì)胞數(shù)目極少，看不全處于各分裂期的細(xì)胞。

為此，針對上述問題，在蘇州5 月的氣候條件下，我們通過一系列實(shí)驗(yàn)對“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化進(jìn)行了探究。

1 實(shí)驗(yàn)材料的選擇與培養(yǎng)

1.1 培養(yǎng)材料的選擇

用于有絲分裂的實(shí)驗(yàn)材料有很多，我們查閱了相關(guān)文獻(xiàn)，選擇了蘇州常見且易得的洋蔥、大蒜、吊蘭和紫鴨跖草四種材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。

實(shí)驗(yàn)條件：室溫（20℃-25℃）條件下清水正常培養(yǎng)，材料未進(jìn)行特殊處理。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：定期統(tǒng)計各組材料的生根數(shù)、根長及根型，并進(jìn)行比較。結(jié)果見表：

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在培養(yǎng)過程中，我們還分別對四種材料的根尖制作成臨時裝片進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)紫鴨跖草的根生長較快，但根的數(shù)目較少，不能滿足大量學(xué)生實(shí)驗(yàn)的需求。吊蘭生根的數(shù)目與紫鴨跖草相近，但制片時根尖較硬，細(xì)胞不易分散。洋蔥相對于吊蘭和紫鴨跖草制片觀察效果較好。大蒜長根的速度和數(shù)量在四種材料中位于首位。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在室溫條件下用清水培養(yǎng)，大蒜容易生根且生根數(shù)目較多，洋蔥其次。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料的培養(yǎng)

鑒于現(xiàn)有版本的教材中大都以洋蔥作為實(shí)驗(yàn)材料，我們對洋蔥和大蒜的生根培養(yǎng)進(jìn)行了進(jìn)一步探究。

實(shí)驗(yàn)條件：室溫（20℃-25℃）條件下清水正常培養(yǎng)3 天

材料處理：將洋蔥隨機(jī)分成5 組，分別進(jìn)行未處理室溫下培養(yǎng)、去皮后室溫下培養(yǎng)、根部縱切后室溫下培養(yǎng)、低溫冷藏2天后室溫下培養(yǎng)、低溫冷藏2 天后去皮室溫下培養(yǎng)。將購買的陳蒜和新蒜分別進(jìn)行去皮后室溫下培養(yǎng)和未處理室溫下培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

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實(shí)驗(yàn)結(jié)論：洋蔥在低溫處理2 天后去皮培養(yǎng)的生根數(shù)最多；老蒜去皮后培養(yǎng)生根數(shù)最多而且所用時間最短。

綜合以上實(shí)驗(yàn)探究，要在短時間內(nèi)培養(yǎng)大量的根尖用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，可選擇使用老蒜，去皮培養(yǎng)效果最好。

2 實(shí)驗(yàn)試劑的選擇

2.1 鹽酸濃度的選擇

在有絲分裂實(shí)驗(yàn)中，根尖細(xì)胞的分散程度對實(shí)驗(yàn)的效果影響很大。在實(shí)驗(yàn)中影響細(xì)胞分散的原因主要是解離和壓片，其中解離的效果會影響壓片的效果。為此我們針對解離液的配制進(jìn)行了探究。

實(shí)驗(yàn)過程：分別將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、15%和20%的鹽酸與體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精1:1 配制成解離液A、B、C，將長勢相同的洋蔥根尖分別用解離液A、B、C 進(jìn)行解離3 分鐘，然后按照實(shí)驗(yàn)要求制作臨時裝片并都用鑷子輕壓3 次在低倍顯微鏡下觀察并比較細(xì)胞的分散程度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

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10%鹽酸

15%鹽酸

20%鹽酸

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們認(rèn)為利用20%的鹽酸和95%的酒精能在短時間內(nèi)達(dá)到較好的解離效果。

2.2 染色試劑的選擇

在教材中有絲分裂實(shí)驗(yàn)常用龍膽紫溶液或醋酸洋紅進(jìn)行染色觀察，實(shí)際學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程中常用按照教材中配制的龍膽紫溶液進(jìn)行染色，在蘇州市的教師基本功競賽中也是提供了龍膽紫溶液。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中常常只看到一片深藍(lán)色，導(dǎo)致看不清細(xì)胞的結(jié)構(gòu)也不容易找到處于細(xì)胞分裂各個時期的細(xì)胞而實(shí)驗(yàn)失敗。針對這一現(xiàn)象，我們結(jié)合多倍體誘導(dǎo)觀察實(shí)驗(yàn)將苯酚品紅溶液、醋酸洋紅溶液、龍膽紫溶液按照教材中的濃度配制，利用長勢相同的洋蔥根尖染色5 分鐘并制片進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖表。

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苯酚品紅

醋酸洋紅

龍膽紫溶液

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)苯酚品紅溶液的染色效果最好，龍膽紫溶液染色效果其次。如用龍膽紫溶液進(jìn)行染色需要將教材中的濃度進(jìn)一步稀釋5 倍才會達(dá)到更好的染色效果（如圖）。

稀釋5 倍的龍膽紫溶液

3 取材時間的選取

根尖細(xì)胞有絲分裂具有一定的周期性，在一天24 小時中，不同時間段處于分裂的細(xì)胞數(shù)目也有所不同。實(shí)驗(yàn)過程中我們希望能觀察到分裂現(xiàn)象的視野個數(shù)要多，每個視野中處于分裂期的細(xì)胞要多，而且希望在一個視野中就能看到細(xì)胞周期的各個時期。為此我們從上午8 點(diǎn)半開始到中午12 點(diǎn)，每隔30 分鐘取材一次進(jìn)行制片觀察，比較每次取材觀察到的效果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：見圖表

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根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)在蘇州5 月的上午，最佳的取材時間為9：30 至10：30 之間。

4 溫度對有絲分裂的影響

今年蘇州5 月的溫度并不是很穩(wěn)定，在實(shí)驗(yàn)過程中我們也發(fā)現(xiàn)在不同日期同一時間10：00 點(diǎn)取材的根尖制片觀察出現(xiàn)的結(jié)果相差較大。針對這一現(xiàn)象，我們對材料培養(yǎng)的溫度進(jìn)行了探究。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：見圖表

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由此可見在25 度左右培養(yǎng)的材料，根尖處于分裂期的細(xì)胞數(shù)目最多。

5 實(shí)驗(yàn)器材的選擇

在實(shí)驗(yàn)材料培養(yǎng)過程中，我們利用試管對大蒜瓣進(jìn)行培養(yǎng)不僅可以增加對大蒜的利用率而且更容易觀察到根的生長情況便于統(tǒng)計記錄。

實(shí)驗(yàn)過程中為了節(jié)約藥品，我們將用于解離和染色的培養(yǎng)皿更換成表面皿，漂洗使用培養(yǎng)皿。

6 實(shí)驗(yàn)操作方法的優(yōu)化

解離后的根尖變得酥軟，加之體積又小，用鑷子夾取比較困難，且不易保持其完整性。因此，為了便于操作，可以切下完整的根進(jìn)行解離、漂洗、染色，然后在制片時將根尖取出，放在載玻片中央, 用刀片切取長2 ～3mm 的尖端。

在壓片時，人教版教材上建議在臨時裝片上再加一塊載玻片，用拇指輕輕地壓片，由于學(xué)生缺乏熟練的技巧，往往出現(xiàn)細(xì)胞重疊，影響觀察效果?？梢灾笇?dǎo)學(xué)生用鑷子的鈍端或帶橡皮的鉛筆輕輕敲擊蓋玻片，使根尖細(xì)胞均勻地分散成呈云霧狀的薄薄的一層。

7 有絲分裂實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化方案

實(shí)驗(yàn)材料培養(yǎng)：取老蒜去皮后室溫（25 度）培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)器材及試劑：光學(xué)顯微鏡、剪刀、鑷子、小燒杯、滴管、培養(yǎng)皿、表面皿、載玻片、蓋玻片、20%鹽酸、95%酒精、苯酚品紅溶液

實(shí)驗(yàn)過程：取材：在上午9 點(diǎn)半至10 點(diǎn)半之間將大蒜根從基部剪下，置于表面皿中。并將根尖置于表面皿中央；解離：向表面皿中央滴加20%鹽酸和95%酒精各4 滴，解離3 分鐘；漂洗：將根從解離液中取出置于清水中漂洗5 分鐘；染色：將根從清水中取出置于表面皿中，并將根尖置于表面皿中央。滴加苯酚品紅溶液4 滴，染色5 分鐘。再漂洗：將根置于清水中漂洗2 分鐘洗去浮色。制片：剪取根尖部分制成臨時裝片，并進(jìn)行壓片處理使細(xì)胞分散開來。觀察：先在低倍鏡下尋找處于細(xì)胞分裂期的細(xì)胞，調(diào)節(jié)清楚后用高倍鏡觀察?？梢岳孟袼剌^高的手機(jī)直接在顯微鏡上拍攝觀察到的視野用于實(shí)驗(yàn)分析和計算。如下圖。

9：50 取材大蒜根尖放大400 倍