观察根尖分生组织细胞有丝分裂”实验方法的改进

“观察根尖分生组织细胞有丝分裂”实验方法的改进

李 新

“观察植物根尖分生组织细胞的有丝分裂”是一个经典的高中生物学实验，却也是人教版高中生物必修1必做的十几个实验中成功率最低的一个实验。说它经典是因为通过实验，学生可以真实观察并识别到细胞有丝分裂的各个时期，从而加深对课本上有关细胞有丝分裂过程比较抽象的理论知识的理解；说它成功率低，是因为如果按照教材的实验方法步骤去做① 解离、漂洗需要时间较长,一节40分钟的课时间太紧迫。② 用0.01℅龙胆紫染液染色，细胞染色太深, 往往发现显微镜下的视野呈紫色一片，根本看不清细胞结构，不易辨认染色体。③ 用两片载玻片压片, 取下上面的载玻片时连带盖玻片甚至根尖也被取下了④解离时间不够充分，细胞不仅不容易分散开来，而且细胞重叠在一起，影响了观察。为了让学生可以真实地体验到成功的实验效果，笔者经过课前做了大量的预实验, 同时参考其他老师的实验经验, 通过不断改进实验方法步骤, 摸索出了一套在40分钟课堂就可以明显观察到实验现象（指看到分裂相的细胞）的有效的实验方法步骤，有的班级一次成功率高达95%以上。现将改进的方法步骤介绍如下。

一、实验材料的改进 1.实验材料的选择

按本校教学进度安排，本节实验课一般排在11月底12月初进行。按照教科书提供的实验材料洋葱进行生根培养，发现不易发根，即使发根了，生根数也少。原来我们地区市面出售的洋葱是本地产的洋葱。本地产的洋葱在深秋时收获，随即进人休眠期，休眠期一般为三个月左右，在此期间不发根或极少发根。而同时期用大蒜却容易发根，而且大蒜瓣多，每一瓣都可发根十几条，比洋葱经济实惠的多。考虑到洋葱是鳞茎可培养生根，而在南方11月份上市的水仙、风信子等也具备鳞茎，是不是也可以作为观察根尖有丝分裂的材料呢？实践证明了水仙、风信子不仅容易生根，而且发根整齐、数量也多，也是观察的好材料。四种材料都是观察根尖有丝分裂的好材料，可根据需要选择。但还是推荐大蒜的根尖做实验材料，不仅生根容易、生根数多、经济实惠，更重要的是根比较细，相对容易解离，且分裂相的细胞也比较多。

2.实验材料的预处理

因为洋葱、大蒜、水仙、风信子等材料都存在休眠现象，在发根前先将材料放在4度的冰箱中3-5天。可以解除休眠，容易生根。

（1）根尖的培养与处理

选用100mL的烧杯，将洋葱、水仙、风信子等外层干死的鳞片叶撕去, 将洋葱、水仙、风信子的底盘旧根刮去，让洋葱、水仙、风信子的底部与烧杯口的水接触，放在阴暗处；将大蒜瓣剥去外边膜质枯衣，用牙签将蒜瓣串起，让牙签两端架在烧杯边缘，让蒜瓣的底部与烧杯口的水接触。各个装置每天换一次水，在室温下放置4一5天，观察根长到2cm 左右时，将整个培养装置（根连同烧杯）一起放入4度冰箱24小时进行低温处理，以便增加分裂相细胞。

（2）根尖的固定

在上午10点至下午4点之间任何时段，剪取根尖2-3cm(长些比较好，以方便后面的解离、漂洗步骤)放入卡诺氏液（无水乙醇：冰醋酸＝3：1）中浸泡24小时，而大蒜瓣可以直接将整个蒜瓣浸泡在卡诺氏液中（因为大蒜的根比较细，待需要时再剪取根尖更方便）。再放入85℅乙醇半小时后，转入70℅乙醇中4℃保存。笔者经过比较后发现，固定后的根尖不仅可以随用随取，而且可以缩短解离时间。

二、实验方法步骤的改进 1. 解离时间的改进

教材中“剪取根尖2-3mm，立即放入盛有盐酸和酒精的混合液（1：1）的培养皿中，在室温下解离3-5min”。预实验中发现，解离时根尖不能太短，将固定好的2-3cm的根尖整个放入解离液中解离，以便后面的操作步骤的进行。同时发现3-5min的解离时间不够，虽然每种实验材料具体的解离时间不同，但笔者发现每种材料的根尖至少需要解离20分钟以上，像水仙的根尖较粗，至少需要解离30分钟。多次的预实验证实了：解离这一步骤是最关键的一步，只有充分解离了，分生组织中的细胞才容易分离，最后的制片步骤中细胞才容易分散开来。而且实践证明解离时间即使过长（24小时）也丝毫不影响分裂相细胞的观察。所以必须延长解离时间，根尖完全酥软的标志是根尖色泽变白，略带透明，而含分生区的根尖尖端呈现乳白色。因为解离时间长，这一步骤教师可在课前先完成。

上课前10分钟将解离好的根尖直接放入盛有清水的培养皿中漂洗。即上课前，教师先完成了解离和漂洗的步骤，上课时学生可直接从盛有清水的培养皿中取根尖进入“染色”这一步骤。这样大大节省了课堂时间。

2.染色剂及染色方法的改进

教材中“把根尖放入盛有质量浓度为0.01g∕ml的龙胆紫溶液的培养皿中染色”，我们发现显微镜视野下只见紫色一片，根本分不清细胞与染色体。因为在“低温诱导染色体加倍”实验中用到了改良苯酚品红染液，笔者经比较发现, 用改良苯酚品红染液染色较传统教科书上介绍的龙胆紫染色理想。

【改良苯酚品红染液配方如下: 1. 母液A：取3g碱性品红，溶解在100ml的70％酒精（可长期保存）。2.母液B:取母液A10ml，加入90ml的5％苯酚水溶液（两周内使用）。3.取B液45ml，加入6ml冰醋酸和6ml 37％甲醛，此为苯酚品红染液。4.改良苯酚品红：取250ml苯酚品红染液，加入475ml的45％冰醋酸和9g山梨醇，过滤，即为改良苯酚品红染液。改良苯酚品红配制后可立即使用，但染色能力较差；一般在配制两周后染色能力显著增加；三个月后使用效果极佳。可使用2-3年。】

染色方法：用镊子将根尖从盛有清水的培养皿中取出，放在载玻片中，用吸水纸吸取水分后，用镊子截取含分生区的乳白色根尖尖端，根尖的其他部分去除。在根尖尖端用滴管滴一滴改良苯酚品红染液，用镊子在染液中直接将根尖捣碎。实践证明在染液中将根尖捣碎使染液容易进入细胞，使染色体更容易染上颜色。

3.制片步骤的改进

制片是观察有丝分裂相比较关键的步骤之一，按照实验要求“在盖玻片上再放一个载玻片，用拇指轻压盖玻片，使细胞分散开来。”但在实际操作中，取下上面的载玻片时往往连带取下了盖玻片和根尖，影响观察。而且这个“轻压”的尺度学生很难掌握：“太重”了，盖玻片容易碎；“太轻”了，细胞分散不开。后来发现用镊子的钝端（或铅笔带橡皮头的一端）轻轻敲打盖玻片，因为已经充分解离，且在染色时根尖已捣碎，细胞很容易分散开来。在敲击过程中可以用吸水纸盖在盖玻片上用左手固定住，一方面防止盖玻片移位造成细胞变形，影响观察，另一方面可以吸去溢出的染液。这样，临时装片便制作好了，即可在显微镜下观察。

4.分裂相的观察

可以使用数码显微镜在屏幕上即时展示学生制作的临时装片，并指导学生识 别有丝分裂各个时期的染色体形态特征，从而达到课程标准要求。

三、结果与讨论

通过上述对解离、染色、制片等步骤的改进，因为教师在课前已帮学生完成解离、染色步骤，缩短了课堂上学生制作临时装片所用时间, 学生大概只要用15分钟就可以完成临时装片的制作与观察，而且按改进的方法步骤制作的装片内分裂相细胞较多(通常在1 张压片中可以观察到各分裂相的细胞)，这样可以有更多的时间让学生识别各个时期的染色体形态，还会有时间对影响实验现象观察的原因进行讨论。

在高倍显微镜下可以看到分生区细胞是正方形的,绝大多数细胞处于间期 。可以上下左右慢慢移动载玻片, 寻找处于分裂期的细胞。其中中期和后期的细胞最容易发现：形态清晰的染色体或着丝点排列在一个平面上或染色体平均分布在细胞两侧。而前期与间期的细胞比较难区分,只能从能否看到染色体作为判断的依据：看不到染色体的判为间期，看到染色体形态但杂乱无章排列的可判断为前期。若看到在细胞中出现2 个子细胞核, 可判断属于末期。由于每个学生使用显微镜的熟练程度不同,或对有丝分裂过程了解的不充分，即使当分裂相细胞在视野中出现也认不出来,此时可充分利用数码显微镜的即时效应，让先做好装片的个别学生上讲台，将他们自制的装片通过数码显微镜及时投影在屏幕上，在屏幕上教会其他学生识别有丝分裂的各个时期。大多数学生明确之后, 很快找到分裂期细胞,让学生体会到了实验成功的喜悦。

总之, 学生实验的成败, 与老师提供的实验材料、实验方法步骤的设计等密切相关。这就要求教师一定要进行预实验。只有经过预实验的探究，坚持从本校的实际情况出发，行之有效地借鉴他人的经验，才会有实验的体会，也才会对实验方法步骤的改进，才能让学生通过一节实验课真正有收获，有感悟。