观察植物细胞有丝分裂实验改进研究综述，本文主要内容关键词为：细胞论文,植物论文,有丝分裂论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
植物细胞有丝分裂的观察实验是高中生物大纲教材及新课程标准“分子与细胞”模块的重要知识点，同时也是大学植物生物学、遗传学、细胞学等课程的经典实验。因此，不管是高中生物还是大学的植物生物学、遗传学、细胞学等课程均安排有该实验，但依据教材所采用的实验材料和操作步骤，在实际教学中教学效果不够理想。该实验的改进研究一直受到一线教师的关注。笔者现对该实验的实验材料选择、生根处理以及细胞固定、解离、染色等问题的改进研究综述如下，以期使大家对该问题有一个较为全面的认识。
一、实验材料改进
无论是大纲教材还是新课标教材，在该实验的设计中均采用洋葱作为实验材料，但因市售洋葱经过冷藏或辐射处理过，生根率低，且分裂相不明显，因此，很多研究表明，采用其他实验材料比洋葱效果更好。
周衍茂、刘琳等研究表明，蚕豆侧根是一种非常理想的观察植物细胞有丝分裂的材料，与洋葱相比，它显示出如下优点：一是可供实验用的根尖（具有大量分裂相细胞）维持时间长；二是分裂相旺盛持续时间长，蚕豆侧根分裂相细胞所占比例高；三是材料易得，无季节性限制，培养方便。种子萌发率高，发根量大。肖桂芝研究表明，用大蒜做实验材料，材料易得（市场上一年四季有售）且经济，一个蒜瓣的生根量相当于一个洋葱头的生根量，特别是其根尖经低温处理后增加了前、中、后、末期的典型分裂相。陈仕学研究表明，豌豆生根培养时间短(3～5d)，材料易得，而且可以同时用主根和侧根来做材料，实验效果好。潘亚平研究表明，用枸杞枝条的不定侧根做实验材料，其效果优于洋葱。
二、实验步骤和实验方法改进
1.实验材料生根处理
(1)解除休眠期，促进生根。
在该实验中所用实验材料如洋葱等在上市之前一般存放于冷库中，大多处于休眠状态，其鳞茎盘比较小，生根率低，因此在生根前必须进行解除休眠处理。
张水成实验表明，洋葱鳞茎（在市场上买到的洋葱则多是经过冷藏或辐射处理过的）在培养前先用刀片切去处于休眠状态的陈根，让它们在20～25℃下放几周时间，待根部周围长出许多白色突起后再培养，可以提高生根率。卢小玉等实验表明，将洋葱鳞茎盘去掉老根，单层放在地上，经常翻动，在20℃左右的室内，经过15～20d后鳞茎盘上的根分生区的分生组织细胞不断分裂，用鳞茎盘大而突出的洋葱进行培养，平均每个可发根100条以上。黄秋婵等实验研究表明，大蒜的生理休眠期约20～75d，将大蒜置于冰箱内(4～5℃)冷藏1 d后培养，即可解除休眠期。
(2)生根培养方法。
相同实验材料不同培养方法，其生根率和生根数量均有差异，为满足实验要求，提高实验效果，降低实验成本，需对实验材料的生根培养方法和途径进行改进，以获取较多的实验材料。
①洋葱生根培养。需注意通风，有适宜的温度和湿度，可采用清水或培养液培养。卢小玉等采用100mL的烧瓶代替广口瓶进行培养，使洋葱底部与烧杯口的水接触，并经常换水，在20℃左右的室内，放置4～5 d，观察洋葱根长至3 cm以上，即可用于实验。此外，还可用培养液代替清水培养，具体做法是，将洋葱置于清水中培养3 d，待根长到1 cm左右后换上培养液
，再培养2～3 d。在培养液中洋葱的根尖生长快，细胞分裂旺盛，细胞分裂相较多。
②大蒜生根培养。需选择好培养容器并置于阴凉处培养。黄秋婵将已解除休眠期大蒜置于装满已在阳光下暴晒24 h的自来水小烧杯上，并将其放在室内阴凉处的室温(14～22℃)中培养，大约4～5 d后，即可得到合适长度的蒜根。唐路彬等采用赭石培养，即在培养前，先准备1个表面积约900
、深约6.5cm的塑料盘，内装4～5cm厚的赭石粉末，然后将大蒜的外皮剥去，把蒜瓣种在浸湿的赭石中，间距为1cm，室温为15℃左右，经48h后根长到1～1.5cm即可做剪根准备。杜卫政等将装满清水的2个塑料水槽并排放。上面放1个电冰箱（或电热干燥箱）的搁架，取大小适当且基本相同的蒜瓣置于搁架上，使其底部接触到槽内的水面而进行生根培养。其优点是既增加了培养密度，又提高了换水效率。肖桂芝采用无冻、无腐烂的新鲜大蒜去皮后将蒜瓣串起放在装满自来水的小烧杯上，先在室温(19～21℃)中培养48 h，再移入冰箱(4～8℃)培养24h后转入室温继续培养24h（注：每24h换自来水一次），在该温度下培养96h左右即可。
③蚕豆种子生根培养。蚕豆种子培养前需先用清水浸泡后再培养，同时可剪去主根以促使侧根的大量生长。周衍茂等选择沙培生根法进行生根培养，即将蚕豆种子加清水浸泡24h后取出埋入湿润黄沙或河沙中，深度以2～3cm为宜，在室温下培养（夏季气温高可放在阴凉处，冬季气温低可，放在朝阳避风处，有条件的学校可置于25℃恒温箱内培养），每天洒少量水，以防沙失水干燥。待主根长至2～3cm后拔出蚕豆苗，剪去其主根生长点以促使侧根生长，再将苗埋入沙中继续培养。在温度适宜的情况下，7 d左右后每一主根可生出6～10根1～2cm侧根。陈孝兰采用35℃左右的温水浸泡蚕豆种子12 h以上，把泡涨的蚕豆种子均匀地撒在塑料筛中，再把塑料置于盛有清水的盘中，让筛的底部刚好接触水面，用打湿的纱布盖于塑料筛上，让纱布的边缘泡在水中，1天换1次清水，4～5 d后，即可长出实验用侧根。
④其他实验材料的生根培养。潘亚平采用水插法培养枸杞枝条侧根，即取枸杞的1～2年生枝条置于广口瓶（或烧杯）中，瓶内装满清水，扦插培养15 d左右后不定根长出，以后每个不定根上可长出10多根一级侧根，待侧根长1～2 cm时即可进行实验。
2.增加分裂相细胞的方法
细胞有丝分裂是一个动态过程，为使分裂细胞更多地停止在分裂中期，提高视野中分裂相细胞的概率，需对有丝分裂细胞进行物理或化学方法处理，抑制纺锤体形成。黄秋婵等研究表明，在材料剪取前将大蒜移入4℃冰箱内处理24h，经低温处理后再移出室温下恢复培养，待根尖长至1.5～2.0cm后即可进行观察。其原因是经过接近0℃的低温处理后，可抑制纺锤体的形成，因此，在4℃时，不仅大蒜根尖积累了很多前、中、后、末期的细胞，而且染色体比较粗短，典型的分裂相大大增多，有利于学生在显微镜下观察与绘图。秦素平等研究表明，采用1.0g/L秋水仙素处理根尖3 h后，将其取出用清水清洗2次后再进行固定，这时的细胞中期分裂指数达到最高。
3.根尖的固定、保存及解离方法
(1)根尖取材的时机。
该实验要求所取根尖细胞的分裂相要多，因此，需在根尖细胞生长分裂的最旺盛时期取材，不同的实验材料根尖细胞有丝分裂旺盛时间不同，相同材料不同地区一天时间内分裂高峰期也不同。实验指导说明洋葱根尖细胞一般上午10时至下午14时为分裂旺盛时间，但卢小玉等研究表明，从市场上所购买的洋葱品种，在9月份的浙南地区，下午13～14时为分裂旺盛时间。赵建锋研究表明，大蒜白天有2个分裂高峰，即上午的8时和下午的14时左右，在高峰期内，细胞分裂旺盛，此时取材，分裂指数高。唐路彬研究表明，北方地区春季上午10∶55，秋季上午9∶55为大蒜根的分裂高峰期。
(2)根尖有丝分裂细胞的固定和保存。
植物根尖细胞有丝分裂的活跃程度在一天中有差异，而往往很难将学生都安排在细胞分裂的活跃时期进行实验，因此，为了保证实验效果，需对实验材料进行预先固定和保存处理，即利用固定液将有丝分裂细胞迅速杀死并维持细胞核及细胞器在形态结构上尽可能地保持生活时的完整和真实状态，保持染色体结构的完整性。同时，经固定液固定好的材料只能保存24h，如果暂时不需要使用，就必须对固定后的材料进行保存。侯康久将根尖放在卡诺氏固定液（Carnoy's Fluid，纯酒精：氯仿：冰醋酸=6∶3∶1）中固定1～2h，然后依次在体积分数为95%、85%、80%的酒精中各浸3～5min，最后转入70%的酒精中保存备用。张水成等将根尖先放在FAA固定剂（70%乙醇70mL，冰醋酸5 mL，36%甲醛5 mL）中进行固定，固定时间为3～5 h，将固定好的实验材料转入体积分数为70%的酒精中保存。唐路彬将用卡诺氏固定液固定好的实验材料保存在装有体积分数为70%的酒精的棕色磨口瓶中进行保存。
(3)根尖细胞的解离。
为使细胞在制片过程中分散开来便于观察，需对根尖细胞进行解离，一般使用的解离液为HCl，不同体积分数的HCl所需解离时间不同，周晓阳研究表明，采用体积分数为15%的HCI或HCl和
混合液（体积分数为37%的HCl和体积分数为95%的各半的混合液，易挥发，需现配），解离时间只需3～5 min，经解离后根尖呈透明状，根尖酥软程度好。
4.染色体的改进
染色效果的优劣是影响该实验的重要因素，不同的染色剂染色效果不同，周晓阳、卢小玉研究表明，改用体积分数为0.25%的龙胆紫染液，染色3～5 min，染色清晰，在显微镜下，既能看清细胞壁、细胞核，又能较清晰地辨认染色体，且体积分数为0.25%的龙胆紫溶液放置时间长也不影响染色的效果。张水成等研究发现，在体积分数为1%的龙胆紫溶液中滴加少量体积分数为10%的醋酸至溶液呈鲜亮的紫色，这样配制的染色剂，醋酸起到一定的分色作用，可加强细胞核和染色体的选择性着色，以避免核内都染成一片深紫色，从而达到良好的观察效果，且用这种方法配制的染色剂可长久保存溶液而不易产生沉淀，染色时间为3～5 min。李日红研究表明，体积分数为0.05%的龙胆紫溶液为适宜的染色液，在显微镜下能清楚地看到细胞有丝分裂的各个分裂相，提高实验效果。尚渤程等研究表明，改良的卡宝品红（石炭酸品红）在该实验中的染液效果较好。赵建锋研究表明，用体积分数为10%的冰醋酸以3∶1的比例稀释0.01g/mL的龙胆紫，在25℃左右的室温下染色效果最好，同时为了使染色体和染色质的染色反差大一些，加一步轻烤片的步骤则效果更好。林荣坤、谢科彬研究表明，采用体积分数为0.02%的亚甲基蓝溶液来培养活体蚕豆根尖，省去了“装片的制作和染色”过程，实验效果较好。
5.制片方法的改进
根据该实验介绍的方法，解离、漂洗和染色均在培养皿中完成，且都需用镊子对根尖进行转移，所用培养皿数量为3个，解离后的根尖变得酥软，加之体积又小，故用镊子夹取比较困难，且不易保持其完整性。因此，可根据实验需要对解离、漂洗和染色步骤进行改进。杜卫政等采取“换液不换位”的方法，即将根尖放在培养皿中进行解离，解离后用吸管将解离液吸除干净，加入清水漂洗，漂洗后用吸管将清水吸除干净，再加入染色剂染色。该方法操作简单，且只使用1个培养皿。
三、讨论与思考
长期以来，作为能力培养的重要环节，实验教学一直是生物课程实施的软肋，在实验课上，学生只是按照书本上的实验步骤去做实验，教师也是“照方抓药”地去讲解实验。在新课程背景下。我们开展实验教学，不一定要严格照搬实验指导或别人的方法，而是要根据所在地区、所在学校和实验学生的具体情况制订实验方案。同时，在实验过程中，并不是操作越简单、步骤越少实验教学效果就越好，这往往达不到实验设置的目的和要求，因此，作为实验教师，应该不断创造条件，让学生参与实验，体验科学过程，改验证性实验为学生自主探究性实验，不断培养学生的科学素养和科学思维，提高实验教学质量。