葱小孢子母细胞减数分裂观察

陈晓芸 林鸿生 王桔红

(广东省韩山师范学院食品工程与生物科技学院 潮州 521041)

减数分裂和染色体行为观察是高中遗传学内容的重点和难点，减数分裂不仅是高等动植物有性生殖方式，还是遗传学三大规律及生物进化的细胞学基础。减数分裂实验在实际操作中，往往存在取材困难、染色效果不佳、分辨率较低等问题。本文以常见的植物——葱为材料，探索其小孢子母细胞减数分裂的采样、制片和观察方法，提高实验效率和保障教学效果。

1 材料和取材

葱(AlliumfistulosumL.)(2n=16)的花序。取材： 每年从12月至第二年的2月，葱可长出花序，待花序长到花生大小时，颜色呈绿色时采摘花序(若呈现黄白色时，花粉近乎成熟，不适使用)。选取天气晴朗、温度介于15℃～25℃的时段，从上午9∶00开始，到下午18∶00结束，每隔半小时采摘葱的花序，并作好不同时间的采摘标记。

2 固定

采摘后的花序用卡诺固定液(3份酒精∶1份冰醋酸)固定。取花序浸入卡诺固定液中，固定18～24 h后，转入无水乙醇浸泡18～24 h，转入70%乙醇保存备用。固定的目的是迅速杀死活细胞，使染色体蛋白质变性，保持其固有形状，并且经过固定处理的材料更易于染色、分色和保存。

3 制片与观察

3.1 涂片 挑取一个花蕾放到培养皿中，用蒸馏水浸泡1 min后，用刀片切开花蕾，选取小花放在载玻片上。用吸水纸吸去多余的保存液，用大头针在小花中挑取花药，清除其他残余物。用大头针钝端捣碎花药，将挤出花粉母细胞(呈半透明胶状)小范围内涂成薄层。

3.2 染色 在涂好的载玻片上立即滴加一滴或半滴改良苯酚品红染液(视滴管大小而定，由于花粉母细胞在压片过程中特别容易随染液溢出，所以滴加染液宜少不宜多)，静置染色10～15 min。

3.3 压片 覆盖盖玻片后，在盖玻片上加3～4层吸水纸包覆，用拇指与食指紧压盖玻片的对角处，再用铅笔的橡皮头垂直敲打，使细胞平整、染色体散开分布于同一平面，便于观察和记数；同时吸水纸可吸去盖玻片周围多余的染液。应注意勿使盖玻片发生搓动，以免破坏细胞与染色体的完整性。

3.4 镜检 把制好的装片放到显微镜载物台的中央观察区，从低倍镜开始观察，寻找到花粉母细胞后，再转成高倍镜继续观察细胞所处减数分裂不同时期的染色体形态特征。

4 结果与讨论

4.1 取材时间的选择 从上午9∶00开始，到下午18∶00结束，在此时间段内每隔半小时采摘葱的花序，不同采摘时间所采花序的小孢子母细胞处于减数分裂期的比例相差较大(图1)。根据图1数据显示，为了获得较多理想的减数分裂材料，取材时间一般是上午9∶00～12∶00、下午14∶00～16∶00。

图1 不同时间段处于减数分裂期的葱小孢子母细胞比例

4.2 花序大小与成熟度的选择 通常用葱的花序外部形态特征来判断成熟度，主要依据为花序总苞片的颜色和花序的纵径、横径的长度。花序总苞片的颜色变化是由深绿逐渐转为浅绿、黄绿直至淡黄色或黄白相间。花序的大小也从最初小米粒状(3～5 mm)长到葡萄状(15～20 mm)。为了保证数据的一致性，所选的小花来自花序的基部、中间、顶端三个部位。小孢子母细胞减数分裂与花蕾形态特征的相关性研究结果详见表1。

4.3 制片效果 改良苯酚品红是目前使用较为广泛的染色体染色剂，从制片结果可见小孢子母细胞染色体被染色或着色较深(图2)，细胞质不染色或着色较浅，背景清晰干净，细胞排列较松散、无变形。葱小孢子母细胞细胞分裂有较强的同步性(图2B)，且各时期的染色体特征清晰可见，是很好的教学模型。

A. 第一次减数分裂前期(粗线期)

B. 第一次减数分裂后期

C. 第一次减数分裂末期

5 其他

实验材料是否处于旺盛减数分裂时期，是实验成功的前提。因此，取材非常关键。葱小孢子母细胞的田间取材，主要依据不同减数分裂时期对应的花蕾外部形态指标(表1)。

然而天气、光照、水分、肥料等外部环境条件常常影响植物的生长发育。取材还要依据植物生长发育的最适温度。气温过低会影响减数分裂的正常进行，这时取材细胞常常处理前期、末期等时期，而终变期、后期、中期图像少；温度过高(30℃以上)时植株新陈代谢旺盛，减数分裂周期缩短，核质粘连严重，也不易获得理想的制片和观察效果。因此，取材时植物的外部形态指标和时间必须十分恰当，才能获得理想的减数分裂图像。

葱为常见蔬菜，种植简易，花期较长，可以用若干个花盆室外栽种，方便采摘。同时，教师也可以指导学生细心观察花序外部形态特征，自己动手选取不同的葱花序，参与从固定材料到染色制片的试验过程，引导学生由直观辨认减数分裂的各个时期染色体的形态、数目和位置，上升到抽象构建减数分裂的动态变化规律整体认知。

表1 葱小孢子母细胞减数分裂与花蕾形态特征的相关性

表1 葱小孢子母细胞减数分裂与花蕾形态特征的相关性

花序大小(纵径: mm)花序颜色小花与总苞片的长度比例小孢子母细胞所处减数分裂的时期处于减数分裂各时期小孢子母细胞的比例5深绿1∶2第一次减数分裂前期82%8深绿1∶2第一次减数分裂前期、中期79%11浅绿2∶3第一次减数分裂中期、末期81%14浅绿4∶5第二次减数分裂中期、末期84%17浅绿4∶5第二次减数分裂中期、末期87%20淡黄接近1∶1四分孢子50%,成熟花粉粒占50%23黄白接近1∶1四分孢子30%,成熟花粉粒占70%25～28白色2∶1全部为成熟花粉粒