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(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的具體操作可以進(jìn)一步提高學(xué)生的臨時(shí)裝片制作、染色技術(shù)以及高倍鏡觀察等動(dòng)手操作技能；通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分裂簡(jiǎn)圖的繪制可以加深對(duì)細(xì)胞周期各時(shí)期中染色體行為變化的理解；通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和交流可以提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。同時(shí)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(jiǎn)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(jìng)賽實(shí)驗(yàn)考查的內(nèi)容。

然而，在具體實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，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)康摹７治鍪〉闹饕蛴校海?）由于解離、漂洗花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致顯微鏡下查找分裂細(xì)胞的時(shí)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(kāi)，重疊成團(tuán)，無(wú)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(duì)上述問(wèn)題，在蘇州5 月的氣候條件下，我們通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)對(duì)“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(jiàn)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(jì)各組材料的生根數(shù)、根長(zhǎng)及根型，并進(jìn)行比較。結(jié)果見(jiàn)表：

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在培養(yǎng)過(guò)程中，我們還分別對(duì)四種材料的根尖制作成臨時(shí)裝片進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)紫鴨跖草的根生長(zhǎng)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(shí)根尖較硬，細(xì)胞不易分散。洋蔥相對(duì)于吊蘭和紫鴨跖草制片觀察效果較好。大蒜長(zhǎng)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(duì)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(gòu)買(mǎi)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(shí)間最短。

綜合以上實(shí)驗(yàn)探究，要在短時(shí)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(duì)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(huì)影響壓片的效果。為此我們針對(duì)解離液的配制進(jìn)行了探究。

實(shí)驗(yàn)過(guò)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(zhǎng)勢(shì)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(shí)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(shí)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(guò)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(jìng)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(gè)時(shí)期的細(xì)胞而實(shí)驗(yàn)失敗。針對(duì)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(zhǎng)勢(shì)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(huì)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(shí)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(shí)中，不同時(shí)間段處于分裂的細(xì)胞數(shù)目也有所不同。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們希望能觀察到分裂現(xiàn)象的視野個(gè)數(shù)要多，每個(gè)視野中處于分裂期的細(xì)胞要多，而且希望在一個(gè)視野中就能看到細(xì)胞周期的各個(gè)時(shí)期。為此我們從上午8 點(diǎn)半開(kāi)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(jiàn)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(shí)間為9：30 至10：30 之間。

4 溫度對(duì)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(guò)程中我們也發(fā)現(xiàn)在不同日期同一時(shí)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(duì)這一現(xiàn)象，我們對(duì)材料培養(yǎng)的溫度進(jìn)行了探究。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：見(jiàn)圖表

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由此可見(jiàn)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(guò)程中，我們利用試管對(duì)大蒜瓣進(jìn)行培養(yǎng)不僅可以增加對(duì)大蒜的利用率而且更容易觀察到根的生長(zhǎng)情況便于統(tǒng)計(jì)記錄。

實(shí)驗(yàn)過(guò)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(shí)將根尖取出，放在載玻片中央, 用刀片切取長(zhǎng)2 ～3mm 的尖端。

在壓片時(shí)，人教版教材上建議在臨時(shí)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。可以指導(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(guò)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(shí)裝片，并進(jìn)行壓片處理使細(xì)胞分散開(kāi)來(lái)。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(jì)算。如下圖。

9：50 取材大蒜根尖放大400 倍