“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验的优化探究

孙玉芳

江苏省苏州市苏州大学附属中学，江苏苏州 215006

“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”的实验不管在人教版、苏教版、浙江版还是上海版中，都属于一个非常重要的实验。通过实验的具体操作可以进一步提高学生的临时装片制作、染色技术以及高倍镜观察等动手操作技能；通过实验现象的观察和分裂简图的绘制可以加深对细胞周期各时期中染色体行为变化的理解；通过实验结果的分析和交流可以提高学生分析问题和解决问题的能力。同时该实验也是“种子植物花药中发生的减数分裂”、“低温诱导植物染色体数目的变化”等实验的基础。因此，有关有丝分裂的实验不仅在高考中以选择题和简答题的形式多次出现，而且也曾是苏州市和江苏省教师基本功竞赛实验考查的内容。

然而，在具体实验操作时，不论是学生还是教师的实验成功率都偏低，很难达到预期的实验目的。分析失败的主要原因有：（1）由于解离、漂洗花费的时间较长，导致显微镜下查找分裂细胞的时间偏少；（2）染色效果差，视野中一片深蓝色，很难区分细胞的各部分结构；（3）细胞分散不开，重叠成团，无法清晰看到细胞的内部结构，（4）处于分裂周期的细胞数目极少，看不全处于各分裂期的细胞。

为此，针对上述问题，在苏州5 月的气候条件下，我们通过一系列实验对“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验的优化进行了探究。

1 实验材料的选择与培养

1.1 培养材料的选择

用于有丝分裂的实验材料有很多，我们查阅了相关文献，选择了苏州常见且易得的洋葱、大蒜、吊兰和紫鸭跖草四种材料进行实验比较。

实验条件：室温（20℃-25℃）条件下清水正常培养，材料未进行特殊处理。

实验结果：定期统计各组材料的生根数、根长及根型，并进行比较。结果见表：

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在培养过程中，我们还分别对四种材料的根尖制作成临时装片进行比较，发现紫鸭跖草的根生长较快，但根的数目较少，不能满足大量学生实验的需求。吊兰生根的数目与紫鸭跖草相近，但制片时根尖较硬，细胞不易分散。洋葱相对于吊兰和紫鸭跖草制片观察效果较好。大蒜长根的速度和数量在四种材料中位于首位。

实验结论：在室温条件下用清水培养，大蒜容易生根且生根数目较多，洋葱其次。

1.2 实验材料的培养

鉴于现有版本的教材中大都以洋葱作为实验材料，我们对洋葱和大蒜的生根培养进行了进一步探究。

实验条件：室温（20℃-25℃）条件下清水正常培养3 天

材料处理：将洋葱随机分成5 组，分别进行未处理室温下培养、去皮后室温下培养、根部纵切后室温下培养、低温冷藏2天后室温下培养、低温冷藏2 天后去皮室温下培养。将购买的陈蒜和新蒜分别进行去皮后室温下培养和未处理室温下培养。

实验结果：

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实验结论：洋葱在低温处理2 天后去皮培养的生根数最多；老蒜去皮后培养生根数最多而且所用时间最短。

综合以上实验探究，要在短时间内培养大量的根尖用于学生实验，可选择使用老蒜，去皮培养效果最好。

2 实验试剂的选择

2.1 盐酸浓度的选择

在有丝分裂实验中，根尖细胞的分散程度对实验的效果影响很大。在实验中影响细胞分散的原因主要是解离和压片，其中解离的效果会影响压片的效果。为此我们针对解离液的配制进行了探究。

实验过程：分别将质量分数为10%、15%和20%的盐酸与体积分数为95%的酒精1:1 配制成解离液A、B、C，将长势相同的洋葱根尖分别用解离液A、B、C 进行解离3 分钟，然后按照实验要求制作临时装片并都用镊子轻压3 次在低倍显微镜下观察并比较细胞的分散程度。

实验结果：

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10%盐酸

15%盐酸

20%盐酸

根据实验结果，我们认为利用20%的盐酸和95%的酒精能在短时间内达到较好的解离效果。

2.2 染色试剂的选择

在教材中有丝分裂实验常用龙胆紫溶液或醋酸洋红进行染色观察，实际学生实验操作过程中常用按照教材中配制的龙胆紫溶液进行染色，在苏州市的教师基本功竞赛中也是提供了龙胆紫溶液。在实验结果中常常只看到一片深蓝色，导致看不清细胞的结构也不容易找到处于细胞分裂各个时期的细胞而实验失败。针对这一现象，我们结合多倍体诱导观察实验将苯酚品红溶液、醋酸洋红溶液、龙胆紫溶液按照教材中的浓度配制，利用长势相同的洋葱根尖染色5 分钟并制片进行比较。实验结果如图表。

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苯酚品红

醋酸洋红

龙胆紫溶液

根据实验结果我们发现苯酚品红溶液的染色效果最好，龙胆紫溶液染色效果其次。如用龙胆紫溶液进行染色需要将教材中的浓度进一步稀释5 倍才会达到更好的染色效果（如图）。

稀释5 倍的龙胆紫溶液

3 取材时间的选取

根尖细胞有丝分裂具有一定的周期性，在一天24 小时中，不同时间段处于分裂的细胞数目也有所不同。实验过程中我们希望能观察到分裂现象的视野个数要多，每个视野中处于分裂期的细胞要多，而且希望在一个视野中就能看到细胞周期的各个时期。为此我们从上午8 点半开始到中午12 点，每隔30 分钟取材一次进行制片观察，比较每次取材观察到的效果。

实验结果：见图表

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根据实验结果我们发现在苏州5 月的上午，最佳的取材时间为9：30 至10：30 之间。

4 温度对有丝分裂的影响

今年苏州5 月的温度并不是很稳定，在实验过程中我们也发现在不同日期同一时间10：00 点取材的根尖制片观察出现的结果相差较大。针对这一现象，我们对材料培养的温度进行了探究。

实验结果：见图表

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由此可见在25 度左右培养的材料，根尖处于分裂期的细胞数目最多。

5 实验器材的选择

在实验材料培养过程中，我们利用试管对大蒜瓣进行培养不仅可以增加对大蒜的利用率而且更容易观察到根的生长情况便于统计记录。

实验过程中为了节约药品，我们将用于解离和染色的培养皿更换成表面皿，漂洗使用培养皿。

6 实验操作方法的优化

解离后的根尖变得酥软，加之体积又小，用镊子夹取比较困难，且不易保持其完整性。因此，为了便于操作，可以切下完整的根进行解离、漂洗、染色，然后在制片时将根尖取出，放在载玻片中央, 用刀片切取长2 ～3mm 的尖端。

在压片时，人教版教材上建议在临时装片上再加一块载玻片，用拇指轻轻地压片，由于学生缺乏熟练的技巧，往往出现细胞重叠，影响观察效果。可以指导学生用镊子的钝端或带橡皮的铅笔轻轻敲击盖玻片，使根尖细胞均匀地分散成呈云雾状的薄薄的一层。

7 有丝分裂实验的优化方案

实验材料培养：取老蒜去皮后室温（25 度）培养。

实验器材及试剂：光学显微镜、剪刀、镊子、小烧杯、滴管、培养皿、表面皿、载玻片、盖玻片、20%盐酸、95%酒精、苯酚品红溶液

实验过程：取材：在上午9 点半至10 点半之间将大蒜根从基部剪下，置于表面皿中。并将根尖置于表面皿中央；解离：向表面皿中央滴加20%盐酸和95%酒精各4 滴，解离3 分钟；漂洗：将根从解离液中取出置于清水中漂洗5 分钟；染色：将根从清水中取出置于表面皿中，并将根尖置于表面皿中央。滴加苯酚品红溶液4 滴，染色5 分钟。再漂洗：将根置于清水中漂洗2 分钟洗去浮色。制片：剪取根尖部分制成临时装片，并进行压片处理使细胞分散开来。观察：先在低倍镜下寻找处于细胞分裂期的细胞，调节清楚后用高倍镜观察。可以利用像素较高的手机直接在显微镜上拍摄观察到的视野用于实验分析和计算。如下图。

9：50 取材大蒜根尖放大400 倍