“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验改进综述及思考

王玉清 凹洪生

（1昆明市第一中学 云南昆明 650031 2云南省下关第一中学 云南大理 671099）

在人教版普通高中 《生物·必修1·分子与细胞》中“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”是一个重点实验。笔者通过问卷调查了省内、外中学开设本实验的情况发现：很多开设实验的学校按照教材提供的方法步骤成功率很低，一些学校也因为本实验难达到预期效果而选择让学生观察永久装片或不开设此实验。笔者通过文献检索发现，为提高本实验的成功率，很多教育工作者对实验的选材、实验的方法进行了改进和优化，不同研究者的改进措施各不相同、说法不一，笔者将这些改进研究进行综述，并综合多位研究者的优良改进方法进行实验和反思，博取大家之长，设计了一套改进方法，以期为一线教师提供较为全面的认识。

1 省内、外开设此实验情况调查结果

在调查的省内、外共35所学校中有10所不开设本实验，原因主要有：①学校改扩建影响实验室的使用，占2%；②学校没有配备实验员、缺乏齐全的实验药剂和器具（例如能用的显微镜较少），占13%；③课时紧张，占20%；④实验效果不佳，占65%。共有25所学校开设本实验，笔者对开设过程中存在的问题及教师的解决措施进行了统计，如表 1。

表1 实验开设过程中存在的问题及教师的解决措施

2 本实验的现有改进方案归纳、比较

2.1 实验材料

2.1.1 材料种类的选择 人教版教材中本实验的推荐材料是洋葱（可用葱、蒜代替）。 林亮[1］、方春妮[2］、杜晓捷[3］等认为大蒜是适合本实验的材料，因为它是生活中较常见的材料，取材方便，生根培养容易且根尖细胞分裂旺盛、解离时间短，实验效果比教材推荐的洋葱好。刘怡[4］通过比较人教版、浙科版、上海版教材的实验材料、材料处理认为洋葱、大蒜、吊兰是本实验的好材料，需要提前3 d左右用水培养即可生根，只要取材时机恰当都能观察到较好的实验效果。 柯达珊[5］、陈小清[6］等采用水仙作为实验材料，因为水仙的根粗壮，便于实验操作。孙召华[7］认为小麦是进行本实验的好材料，因为小麦发芽率高，染色体数为6n=42，比洋葱多，在细胞分裂过程中形态、行为变化更明显、更易辨认。

笔者查阅了上述实验材料的相关资料、进行了实验，从染色体数目、核型图等方面进行比较，以此参考找到较为适宜的材料，比较结果如表2。

表2 不同材料的染色体数目、形态及核型图

这些研究所采用的实验材料各有优点，都很有效，适合教学。笔者经过研究认为，洋葱、大蒜作为实验材料的好处在于容易获得、生根数量多、染色体数目合适。若材料的染色体数目过多，细胞中染色体集中在一起，导致难以观察到染色体的形态和数目。因此，倾向于推广洋葱和大蒜为实验材料。

2.1.2 材料的处理 洋葱和大蒜可长不定根，一次性发根后可供几个班的学生使用，但很多学校开展本实验是在9月底，洋葱还处在休眠期，不易生根；很多市场上购买的洋葱和大蒜是经过冷藏、辐射和一些抑制剂处理的，不易生根。许多研究者提出了不同的解除休眠的方法，如表3。

表3 解除洋葱、大蒜休眠的方法

2种解除休眠的方法都是可取的，进行实验时可根据实验材料、时间是否充裕进行选择。

洋葱根尖的培养方法，人教版教材中推荐的是将洋葱放在广口瓶上，瓶内装满清水，让洋葱的底部接触到瓶内的水面，再将此装置放在温暖的地方培养，一段时间后即可长出不定根。笔者调查中发现，采用这一方法常因洋葱底部与广口瓶吻合，易造成氧气不足而出现烂根的现象。针对这一问题，研究者和笔者提出的改进方法，如表4。

表4 培养洋葱根尖的方法改进

图9 洋葱根尖培养模式图

笔者的每一次实验中，培养洋葱根尖都采用图示中的方法，均未出现烂根现象，因此这是一个值得推广的方法。

2.1.3 取材的时间 取材的时间是决定着能观察到的处于分裂相的细胞的多少，是非常关键的一步。人教版教材选择的实验材料是洋葱，认为上午10∶00至下午 14∶00洋葱根尖分生区细胞处于分裂期的较多，但这会因洋葱品种、室温等的差异而有所不同，言下之意即为不同的地区、不同的洋葱品种，教师应该通过预实验探究洋葱根尖分裂旺盛的时间。

刘怡[4］通过实验分析认为用洋葱做实验材料，在上午 9∶00、中午 12∶00、下午 15∶30 左右取材制作的临时装片视野中更容易观察到处于不同分裂期的细胞。郭丽红[13］等认为洋葱的最佳取材时间是 11∶00 左右和 15∶00—16∶00，大蒜的是 11∶00—13∶00。

笔者通过自己的教学、实验经验发现，在云南昆明对洋葱取材的最佳时间是接近中午，因此将实验的取材时间定为中午12∶00左右较为合适。笔者认为，即使是同一种材料，也会由于品种、时间等因素影响探究出的最佳取材时间。此外，不同地区的气候调节、经纬度不同，对实验取材的时间也会有影响，因此需要教师根据当地的材料、气候等，进行预实验确定不同材料取材的时间。

2.2 解离 解离程度的好坏直接关系到实验的效果，笔者研究发现，解离的时间与解离液中盐酸的浓度有密切关系，调查中发现一些教师觉得解离、漂洗需时较长，影响后面的观察，一节课难以完成，改用永久装片进行观察，但这样让学生失去了锻炼操作能力的机会，也不利于学生对本实验的学习和理解。针对这一问题不同的研究者有不同的缩短解离时间的方法，笔者将其总结，如表 5。

表5 缩短解离时间的改进方法

笔者用以上不同浓度的盐酸进行大量实验分析比较，发现人教版中的浓度和林亮[1］的改进方法组合效果最佳。林亮[1］的具体方法是：每个学生在点滴板上选择4个小窝，1个小窝滴入解离液，另外3个小窝滴入清水，如图10所示；将根尖先放入盛有解离液的小窝进行解离，解离完成后再将根尖依次放入盛有清水的小窝漂洗。这样的操作既方便又安全，可以避免解离液的浪费。

图10 林亮对解离、漂洗方法的改进[1］

解离的时间是学生难以控制的一个环节，笔者根据自己的实验经验发现，很多时候不用拘泥于教材上或资料中的解离时间，在解离过程中可通过观察根尖的变化判断解离的程度：当观察到根尖变白，略带透明即可。为了方便观察，建议学生在解离时设置一组放在蒸馏水中的对照组。

2.3 漂洗 人教版教材中建议：待解离到根尖酥软后，需将根尖放在盛有清水的玻璃皿中漂洗约10 min。卢小玉[9］认为漂洗时间较长，为了节省时间，她采用动态冲洗的方法：在玻璃皿中装入适量清水，放入根尖，用镊子搅动玻璃皿中的水，使它产生小的水流，或用吸管鼓起5～6次，产生小水流，这样换洗3次，共用2 min即可达到漂洗的效果。林亮[1］提出用白色点滴板进行漂洗，避免漂洗不充分，还能避免漂洗过程中根尖被倒掉的情况。

笔者觉得可推广的是林亮的改进方法，巧妙地应用点滴板，用少量的试剂达到多次漂洗的效果，还能避免学生因操作不当将根尖倒掉。但笔者认为，这一方法需要不断地用镊子夹取根尖从一个小窝转移到另一个小窝，由于解离后根尖已较为酥软，在频繁的转移过程中很容易将根尖夹碎，因此在取材时可将根尖取长一些。

2.4 染色 人教版教材中建议染色用龙胆紫溶液或醋酸洋红，但很多实验者发现用龙胆紫染色很难把握染液浓度和染色时间，经常出现一团深紫色或紫一团、白一团的现象，醋酸洋红价格昂贵，很少有人选用。针对这些问题，研究者提出了改进方法，如表6。

表6 染色的改进方法

笔者在实验教学实践中发现用醋酸配制龙胆紫的方法染色效果较好，并且在染色前将根尖用刀片纵切或用镊子捣碎后再染色可缩短染色时间。这一方法虽非独创，但对于时间有限的实验教学有很大的意义。

2.5 制片 完成染色后，通过制片使细胞分散成单层，制成临时装片即可用高倍显微镜进行观察，制片的成功与否关系着是否能在显微镜下看到分裂期的细胞，如果制片过程没能将细胞分散成单层，则前面步骤的工作都将前功尽弃。人教版教材中提出的制片方法是用镊子将已染色的根尖放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子尖将根尖弄碎，盖上盖玻片，在盖玻片上再加一片载玻片，然后用拇指轻轻地按压载玻片，这一方法存在的问题是：①学生难以掌握“轻压”的程度，压得过轻，细胞重叠，压得过重，可能会将盖玻片压碎；②取下附加的载玻片易使盖玻片移动甚至脱落。针对这些问题，研究者提出了改进方法，如表7。

表7 制片方法的改进

笔者经过实验操作发现黄淑峰的方法可很好地解决盖玻片压碎、移位2个问题，值得推广。

3 取大家之长的实验改进方案

综合上述改进方法，经过实验教学实践，用以下方法完成本实验会取得良好的效果。

3.1 实验材料 选择人教版教材中推荐的洋葱。培养洋葱的不定根采用水培法，为避免洋葱与烧杯口吻合而造成缺氧烂根，采用上文图9中笔者提出的方法。

在中午12∶00左右取根尖，要求学生用镊子或轻轻用手将整条根从大蒜根部拔出，每位学生拔出2根。这样可以避免学生在操作过程中丢失根尖，并能在后续的解离、漂洗过程中用镊子夹取根尖的过程中不会破坏分生区细胞，取2根的目的是为解离过程把握解离时间做准备。

3.2 解离和漂洗

3.2.1 解离液的选择和解离时间 解离液选择人教版教材中建议的质量分数15%的盐酸和体积分数95%的酒精按体积1∶1混合进行解离。

图11 实验组、对照组解离后对比

解离的时间通过设置一组空白对照进行把握，方法是：要求学生在解离时同时设置一组将根放在蒸馏水中的对照组，解离过程中通过对照观察2组根尖的变化判断解离的程度，当与对照组相比，实验组观察到根尖变白，略带透明就可以取出根尖进行漂洗，如图11为实验组和对照组解离后的对比。

3.2.2 解离和漂洗的方法 用白色点滴板进行解离和漂洗，并在此方法上进行了改进。具体方法是：为每个学生准备一个白色点滴板，每桌或前、后两桌放置一瓶解离液和一瓶清水。进行解离和漂洗时，要求学生在点滴板上选择6个小窝，1个小窝滴入解离液标记为A，另外5个小窝滴入清水标记为 B、C、D、E、F；将取出的 2根整个根尖先分别放入A小窝和B小窝进行解离，解离完成后再将实验组根尖依次放入盛有清水的小窝漂洗。

3.2.3 染色 用醋酸作溶剂配制质量分数为0.25%的龙胆紫溶液作为染色剂。染色时，将漂洗好的根尖放在载玻片上，去除多余的根，将根尖用刀片纵切或用镊子捣碎滴适量染液染色30 s。

3.2.4 制片 用稍宽于盖玻片的吸水纸包绕盖玻片和载玻片3～4圈，将盖玻片和载玻片固定住，再用镊子钝端或带橡皮的铅笔轻轻敲击盖玻片，直至细胞分散均匀成雾状为止。

3.2.5 观察 制片完成后，让学生先在低倍镜下找到处于分裂期的细胞，然后换用高倍镜观察。按照改进后的方法进行实验，得到的结果如图 12所示（见插页1）。

在用改进后的方法进行实验的同时，笔者也用人教版教材中提供的方法进行了实验，结果如图 13（见插页 1）。

对比图12和图13可发现，改进后的实验方法得到的实验结果更清晰、更易观察，原因可能是改进的方法起到了一定的效果，也有可能是操作过程中的误差、材料的差异等原因造成的，但改进的方法值得肯定的是：缩短了实验的时间、节省了实验药品的使用、可操作性更强。

在实验中学生往往对观察到某个细胞并判断为目标细胞后不自信，还需要教师的确认学生才敢相信自己判断的正确性。这样，教师在一节实验课上忙得不亦乐乎，但还是对一些学生照顾不周，为避免这个问题，在学生自行观察的过程中教师将自己预实验中做得较为成功的各个分裂期的照片放在演示文稿（PPT）上，让学生一一对照分析，判断自己找到的时期是否正确，有条件的学校还可在实验室中准备数码显微镜实验系统，在大屏幕上既可显示教师的示教作品，也可显示学生的显微作品；大屏幕的分屏显示功能还能显示多个小组的显微作品，并能对多个小组的实验结果进行比较。这样不仅可解决学生的困惑，还能提高分组实验的效率。

这样改进的实验综合了众多研究者优秀的改进方法，能缩短实验操作时间，为教师的讲解留出充足的时间，教师可及时讲解学生在操作、观察的过程出现的问题，帮助学生充分理解整个实验，提高课堂的效率；还能改进实验效果，让学生基本都能观察到分裂期的细胞，成功的结果有利于激发学生的学习兴趣，增强自信心。