實(shí)驗(yàn)探究細(xì)胞有絲分裂

■山東省濟(jì)寧市兗州區(qū)第一中學(xué) 趙玉鳴

無(wú)籽西瓜、草莓等特別誘人，但總有人認(rèn)為它們是轉(zhuǎn)基因水果。起初我也以為它們是添加了激素或通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)形成的，通過(guò)查閱資料、請(qǐng)教老師，我了解到，無(wú)籽西瓜是通過(guò)多倍體育種的方法培育出來(lái)的。多倍體在植物中廣泛存在，如草莓、香蕉、菊花等，植物細(xì)胞有絲分裂與多倍體的培育密切相關(guān)。

這些發(fā)現(xiàn)引發(fā)了我濃厚的興趣和探索欲，于是我決定通過(guò)在顯微鏡下觀察洋蔥根尖來(lái)認(rèn)識(shí)細(xì)胞有絲分裂各個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)，形成對(duì)細(xì)胞有絲分裂的感性認(rèn)識(shí)。

一、觀察洋蔥根尖細(xì)胞的有絲分裂

（一）培養(yǎng)洋蔥根尖

將3個(gè)洋蔥放在廣口瓶上，瓶?jī)?nèi)裝滿清水，讓洋蔥底部接觸瓶?jī)?nèi)水面，置于24℃的室內(nèi)環(huán)境中培養(yǎng)。配制解離、漂洗、染色所需溶液。

（二）制作裝片

1.解離

剪取4～6個(gè)洋蔥根尖（每個(gè)2～3mm），立即放入盛有鹽酸和酒精的1∶1混合液中3～5min，使組織中的細(xì)胞相互分離。

2.漂洗

待根尖酥軟后用鑷子取出，放入盛有清水的玻璃皿中漂洗約10min，洗去藥液，防止解離過(guò)度。

3.染色

把漂洗的根尖放入盛有質(zhì)量濃度為0.01g/mL的龍膽紫溶液的玻璃皿中染色3～ 5min。

4.制片

在載玻片上滴一滴清水，把根尖放入清水中，蓋上蓋玻片，在蓋玻片上加一塊載玻片，并用拇指輕壓，使細(xì)胞分散開，便于觀察。

完成以上步驟后，我把做好的臨時(shí)裝片放在高倍顯微鏡下，觀察各個(gè)分裂期細(xì)胞內(nèi)染色體的形態(tài)和分布。遺憾的是，受實(shí)驗(yàn)室條件限制，顯微鏡不能與攝像機(jī)、電腦連接，圖像無(wú)法在大屏幕上顯示，通過(guò)攝像機(jī)只能看到一個(gè)模糊的影像。

圖1 觀察洋蔥根尖

怎么辦？我想到了一個(gè)更直觀的辦法：可不可以設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)，根據(jù)觀察到的現(xiàn)象簡(jiǎn)單手繪視野內(nèi)的模型？

二、用毛線模擬細(xì)胞有絲分裂過(guò)程

1.用白色KT板代表分裂周期的細(xì)胞，用鉛筆在紙板上畫出核膜、紡錘體。

2.毛線代表染色體，毛線條數(shù)代表DNA分子數(shù)，實(shí)驗(yàn)中取體細(xì)胞染色體數(shù)為4。分別對(duì)折四種顏色的毛線，并將其旋轉(zhuǎn)成粗細(xì)不同的兩種線段，中間用按扣（代表著絲點(diǎn)）固定，代表不同的染色體。

3.把四種顏色的毛線交叉放在紙板中。

前期：從細(xì)胞的兩極發(fā)出紡錘絲，形成一個(gè)梭形的紡錘體。染色體散亂地分布在紡錘體的中央。

中期：紡錘絲牽引染色體運(yùn)動(dòng)，每條染色體的著絲點(diǎn)排列在細(xì)胞中央的一個(gè)平面上。染色體形態(tài)穩(wěn)定，數(shù)目清晰。

后期：各染色體著絲點(diǎn)一分為二，染色單體也相應(yīng)分開，并各自隨著紡錘絲的收縮而移向兩極，紡錘絲隨染色單體的運(yùn)動(dòng)逐漸消失。

末期：分開在兩極的染色體各自組成新的細(xì)胞核，在細(xì)胞質(zhì)中央赤道板處形成新的細(xì)胞壁，使細(xì)胞分裂，形成兩個(gè)子細(xì)胞。此時(shí)細(xì)胞進(jìn)入分裂間期。

圖2 手繪顯微鏡視野內(nèi)的模型

三、實(shí)驗(yàn)收獲

通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，我更直觀地體驗(yàn)了細(xì)胞有絲分裂的奇妙，掌握了細(xì)胞有絲分裂各個(gè)時(shí)期對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，理解了細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中DNA、染色體和姐妹染色單體的變化。

在掌握植物細(xì)胞有絲分裂原理的基礎(chǔ)上，人們就可以誘導(dǎo)染色體加倍（多倍體植株）獲得莖桿粗壯、糖類和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量多的植物新品種。在生物體的生長(zhǎng)過(guò)程中，細(xì)胞有絲分裂使得細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)進(jìn)行復(fù)制后再準(zhǔn)確地分配到子細(xì)胞中，從而保證生物性狀的穩(wěn)定性。

細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中出現(xiàn)異常是形成新品種或新物種的途徑，對(duì)生物進(jìn)化和生物多樣性的形成有重要意義，也能為育種過(guò)程中不育系的培育提供新途徑。