高中生物观察植物细胞有丝分裂实验的改进

王晨昊

【摘 要】观察植物细胞有丝分裂实验是高中生物课中一个极其关键的实验，能使学生直观掌握植物细胞结构和细胞分裂过程。然而，按照书本描述的实验方法和步骤去进行实验，我们无法得到清晰可见的植物细胞有丝分裂结果。因此，我在参考别人实验的基础上，经过反复的实验，对实验过程进行了几点优化和改进，取得了较为满意的结果，能在视野中观察到各个时期的有丝分裂状态。本文首先阐述了高中课本上实验方法的不足之处，然后针对不足之处提出相关的改进措施，最后的实验效果表明改进的实验方法能够得到清晰的分裂结果。

【关键词】高中生物学；植物细胞有丝分裂实验；实验改进

1 高中课本上观察植物细胞有丝分裂实验方法的不足之处

1）实验材料。我们所学的高中课本中一般都是指定用洋葱根尖来做观察对象[1]，然而洋葱根尖作为实验材料有很多不足之处。首先，洋葱体积一般都很大，一个培养皿最多只能培养一个，并且在培养过程中我们需要不断的换水，因此如果要进行多次实验，则需要大量的洋葱样本，显然工作量和实验成本将使非常巨大的；另一方面，洋葱的根尖中细胞染色体形态不是很直观和明显；此外，书本中规定的洋葱根尖在长到5厘米后，再截取较为健壮的根尖作为观察材料也不是最好，通过多次实验观察和比对，我们发现根尖材料最好是在长到1厘米左右截取最為合适；最后，购买来的洋葱实验材料一般都需要经过辐射处理过或者市场冷藏，导致生根率极低，且细胞分裂非常不明显。因此，综上所述，洋葱根尖不适合作为观察植物细胞分裂实验的实验材料。

2）实验准备。高中课本上说用盐酸和酒精的混合溶液[2]，按照1比1的比例进行混合的溶液对洋葱根尖进行解离，其中盐酸的质量分数为15%，酒精的体积分数为95%。实际上，这种实验准备的过程会使我们混淆酒精的固定作用，同时用这种混合溶液后，我们发现这种解离溶液会引起洋葱原生质的收缩。根尖的解离是实验的关键步骤之一，解离可以用来分离植物细胞，同时软化植物细胞的细胞壁。显然根尖解离的效果的好坏，对接下来染色的状况以及压片后细胞的分散结果具有直接的影响；此外，书本上解离时间建议为5分钟左右，实际实验我们发现效果并不令人满意。

3）实验观察。在高中课本上，龙胆紫溶液（质量浓度为0.01g/ml）被用来对洋葱根尖的染色体进行染色，再来观察根尖细胞有丝分裂过程中染色体形态和结构的变化。但是，在实际实验中发现，这种染料浓度偏高，会导致整个细胞都呈紫色，从而不能直接区分和观察细胞核中的染色体。

2 观察植物细胞有丝分裂实验方法的改进和优化

针对上述高中课本上该实验方法中存在的问题，我通过反复的实验，在材料选取，根尖固定，根尖解离，染色，压片这六个方面对实验进行了优化和改进。改进后的实验流程如图1所示

2.1 实验材料选取和准备

1）实验材料选取。针对洋葱根尖不宜作为实验材料，我选取了大蒜的根尖作为替代材料，它具有多方面的优点[3]。首先，大蒜比洋葱便宜很多，并且容易购买得到，并且大蒜长出的根的数量并不比洋葱长出的根尖数量少，因而实验前期的工作量和实验成本将会极大的降低；此外，尽管大蒜根尖比洋葱小，但是细胞核中的染色体形态非常清楚，易于观察。

图1 改进后的实验流程

2）培养方法。要用大蒜根尖作为实验的观察对象，我们首先需要对大蒜根尖进行培养和取材。由于大蒜和洋葱在形状、大小上有很大的不同，因此，大蒜根尖的培养不太适合采取课本上介绍的培养方法。在培养大蒜根尖时，我制作几个呈长方体的塑料水槽，在里面灌满水或者培养液，并排在一起，然后在水槽上面放一个带孔的电冰箱搁架，紧接着把大小合适且生长良好的大蒜搁置在搁架上，并且使大蒜底部能够接触到槽内水面，最后每隔一天换一次水或者培养溶液。

3）取材方法。等待大蒜根尖长到1厘米左右，在有丝分裂最为活跃的上午10点到11点之间，我剪取根尖，再将根尖放置载玻片上，然后采用切割工具对根尖进行切割，截取2毫米到5毫米间的大蒜根尖作为实验材料。

2.2 根尖固定

植物根尖细胞有丝分裂在一天中不同时间的活跃程度是不同的，为了得到实验的理想效果，首先需要对植物根尖进行预先固定和保存处理。也就是说，利用固定溶液将有丝分裂细胞迅速杀死并维持细胞在形态和结构上尽可能地保持在杀死前时的完整状态，保证染色体结构的完整性[4]。此外，经固定溶液固定好的材料最多保存24小时，否则难以观察到实验效果，若目前用不到该材料，需要对实验材料进行保存。我在实验中使用了卡诺氏固定液，该固定液由1比1的纯酒精和冰醋酸制作而成，在室温条件下将截取的大蒜根尖放在固定液中固定20分钟左右，发现原生质不会收缩。完成固定后，我将根尖用纯酒精洗2到3次，直至大蒜根尖不再含有冰醋酸，不确定的话，可以多洗几次，最后用70%的酒精溶液保存。

2.3 根尖细胞解离

为使根尖细胞在压片过程中分散开来，获得单层细胞，便于观察，需对根尖细胞进行解离。根尖细胞解离的方法有酸解和酶解两种方法[5]。在这个实验中，我采用酸解来达到此目的，主要是用体积分数为15%的盐酸溶液或者用体积分数为95%的酒精和质量分数为15%的盐酸混合溶液来制作解离液，然后将大蒜根尖放入解离液中，由于大蒜的根尖非常柔软，纤细，解离时间不宜过长，最好在3分钟左右。最后，等到根尖酥软后， 用镊子把根尖从解离液中取出，用流动的清水在烧杯中反复冲洗3到5分钟。

2.4 根尖细胞染色

书本上规定用高浓度的龙胆紫溶液对根尖细胞进行染色，但是利用这种溶液，整个根尖都容易被染成紫色，导致实验时不能直观地观察细胞有丝分裂过程以及染色体状态的变化情况。为了解决这个问题，我对质量浓度为0.01g/ml的龙胆紫溶液进行了稀释，通过反复试验观察比对，用10%的冰醋酸以3比1的比例来稀释该浓度的龙胆紫溶液，在室温条件染色效果会非常好，染色时间也就3到5分钟即可。在这种染色方法下，根尖细胞染色效果很清晰，在显微镜下，我们不但能观察到细胞核、细胞壁，更能辨认出染色体。

2.5 根尖细胞压片

压片的结果直接影响试验观察的效果[6]。我对根尖细胞的压片措施改进如下：首先吸干载玻片上的染液，在载玻片正中央放置根尖，加1到2滴清水，然后盖上盖玻片，同时在盖玻片上加一吸水纸，用食指和拇指轻压固定住盖玻片，不要造成大蒜根尖细胞移动错位，再对准根尖部位轻轻敲击盖玻片，使细胞分散，用的器具可以是带有橡皮头的铅笔或者镊子钝部。然后，我进一步对制作好的载玻片进行轻烤片，这样可以使染色质和染色体的染色反差变大一些，更容易观察到实验结果。

3 实验效果

观察植物细胞有丝分裂实验经过改进后，我們可以得到如图2所示的观察效果，从图片中可以很清晰的观察到植物细胞的有丝分裂的现象。通过比较，改进后的实验方法比书本上的实验方法时间短，工作量小，准备时间仅仅为3天，并且材料容易获得，获得的大蒜根尖的数量非常多，极大的降低了实验成本，提高了实验效率。此外，通过自己的反复实验，我不仅得到了较为清晰的实验结果，并且进一步掌握了植物细胞有丝分裂这个知识点。

图2 植物细胞有丝分裂观察效果

4 结论

在高中生物课本中，观察植物细胞的有丝分裂实验的重要实验之一，是考试经常考察的内容，对我们掌握植物细胞有丝分裂这一知识具有很大帮助。但是在按照课本中所制定的实验材料和步骤来进行了实验后，发现实际效果极其不理想，成功率很低，难以观察到植物细胞有丝分裂的情况。因此，我在课后通过多次反复的实验，同时参考了其他同学的成功经验， 对这个实验进行了一些改进，能够得到较清晰的实验结果，取得了令人理想的效果。然后，通过实验，我发现，不是所有操作越简单，步骤越少的实验，效果就越好。最后，我们应该多动手，多思考，自己动手对书本上实验方法进行验证，找寻能够进一步优化的地方，并能够通过思考和实践对实验进行改进，直接参与到实验中去，体验实验效果，加强自身的动手能力，促进理性思维的培养，提高知识的吸收效率。

【参考文献】

[1]人民教育出版社，课程教材研究所，生物课程教材研究开发中心.生物—分子与细胞[M].人民教育出版社.2004.

[2]阮竞强.观察植物细胞有丝分裂实验的改进[J].生物学通报，2007，42（1）：54.

[3]朱娟.生物教学中植物细胞有丝分裂实验材料选择初探[J].教法新探，2014，1：75.

[4]杨立昌，乙引.观察植物细胞有丝分裂实验改进综述[J]. 实验改进，2011，2：32-34.

[5]杜卫政，皮海两.“观察植物细胞的有丝分裂”实验的若干改进[J].仪器自制与改进，2005，15（81）：22-23.

[6]姜丰仪.观察植物细胞有丝分裂实验的几点发现[J].学术论坛，2012，5：237.

[7]张水成，赵艳玲.对实验“观察植物细胞的有丝分裂”临时装片制作的改进意见[J].天高中刊，2002，17（2）：88-89.