小麦花粉母细胞减数分裂过程的观察

马贤哲 杨德宝

(河南省郑州外国语学校 450001)

减数分裂是高中生物学教学的重点和难点，其核心知识点是染色体DNA仅复制一次，细胞连续进行两次分裂，形成的子细胞染色体数目减半，有2n变成n。再经过受精作用，雌雄配子体融合，染色体数目又恢复到2n。减数分裂是一个微观、动态、连续的变化过程，如果仅依靠教材中的知识，学生很难理解。本文以小麦幼穗为材料，制作花粉母细胞压片、观察花粉母细胞减数分裂过程，从而对减数分裂有个直观的认识。

1材料与方法

1.1 取材与固定 实验材料取自学校周边农田。在小麦孕穗初期，取旗叶距(旗叶与旗下叶的叶耳间的距离)0～4 cm的麦苗，剥离幼穗于卡诺氏固定液(95%乙醇∶冰醋酸=3∶1)中保存。

1.2 制片与观察 ①取出幼穗于清水中漂洗数次，去除固定液；②取幼穗中部的小穗，用解剖针剥离出花粉囊(图1A)；③随机挑取2～3个花粉囊置于载玻片上，加入改良苯酚品红染色液[1]1滴，染色5 min；④在染色过程中用解剖针挤压花粉囊壁，使里面的花粉母细胞释放出来；⑤用解剖针剔除肉眼可见的花粉囊壁，盖上盖玻片；⑥在盖玻片上加盖1～2层吸水纸，左手食指按住盖玻片；右手用铅笔的橡皮端轻轻砸盖玻片数次(切记勿使盖玻片移动)，形成单细胞层便于观察。⑦镜检时先用低倍镜观察，再转换成高倍镜确定细胞所处的时期，数码相机拍照保存。

2实验结果

2.1 第一次减数分裂 第一次减数分裂持续的时间较长，进行同源染色体配对和基因重组，核的变化复杂，依染色体行为的变化，可以分为以下各小时期。

细线期：减数分裂的开始。此期最显著的特点是染色质开始凝集，染色质纤维折叠，螺旋化，包装成显微镜下可见的细丝状染色体结构。细丝状染色体绕成一团，呈花束状，所以有人也将细线期称为花束期。判断细胞处于此期的另一个显著特征是，在纤维状细丝上出现一系列大小不等的颗粒状结构，称为染色粒(图1B)。

偶线期：同源染色体配对、联会时期。联会初期，同源染色体端粒与核膜相连的接触斑相互靠近并结合，因此显微镜下靠近核膜的染色体增粗较为明显，且与细线期相比，染色体较为松散，位于细胞中央(图1C)。

粗线期：开始于同源染色体配对完成以后。显微镜下可看到染色体随螺旋化的加强而明显缩短变粗，染色体仍相互缠绕在一起并与核膜继续保持接触(图1D)。

双线期：染色体重组阶段结束。显微镜下可看到，染色体与粗线期相比进一步缩短，同源染色体开始分离，但仍保留一些交叉和联系，此时已经可以分清二价体的首尾(图1E)。

终变期：染色体极度缩短，形成“V”型、“X”型棒状染色体，无规则的分散于细胞内(图1F)。

中期Ⅰ：此期最显著的结构是纺锤体形成，染色体向细胞中部集中，整齐排列于赤道板上(图1G)。

后期Ⅰ：同源染色体分离并开始向两极移动，标志着后期Ⅰ的开始。染色体分为两组，分别到达细胞的两极，染色体数目减半(图1H-J)。

图1 小麦花粉母细胞减数分裂过程的观察

A 花粉囊；B 细线期；C 偶线期；D 粗线期；E 双线期；F 终变期；G 中期Ⅰ；H 后期Ⅰ(早)；I 后期Ⅰ(中)；J后期Ⅰ(晚)；K 末期Ⅰ；L 胞质分裂Ⅰ；M 前期Ⅱ；N 中期Ⅱ；O 后期Ⅱ；P 末期Ⅱ；Q 胞质分裂Ⅱ；R 不同步分裂

末期Ⅰ：移至两极的染色体的个体性逐渐消失，聚集成不规则的团块，核膜开始重建(图1K)。

胞质分裂Ⅰ：与末期Ⅰ的显著区别是细胞质的中央形成细胞板，显微镜下可看到一条明显的裂痕，一个细胞分为两个大小相等的次级花粉母细胞，也称二分孢子(图1L)。

2.2 第二次减数分裂 二分孢子形成后，经过短暂的间期，染色体DNA不复制，细胞很快就进行第二次减数分裂。减数分裂Ⅱ的过程与有丝分裂非常相似，即经过分裂前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ和胞质分裂Ⅱ等几个过程。

前期Ⅱ：两个子细胞内的染色质重新凝集成“V”型、“X”型染色体(图1M)。

中期Ⅱ：两组染色体排列在赤道板中央，两个纺锤体平行排列(图1N)。

后期Ⅱ：姊妹染色单体分离，在纺锤丝的牵引下分别向细胞两极移动(图1O)。

末期Ⅱ：染色体去凝集，核膜重建，形成四个子核(图1P)。

胞质分裂Ⅱ：两个子细胞进行胞质分裂，细胞中央形成细胞板，一个次级花粉母细胞形成两个小孢子。一个花粉母细胞经过两次分裂形成四个小孢子，此期也称四分孢子期(图1Q)。在第二次减数分裂过程中，经常可以观察到不同步分裂现象(图1R)，导致该现象的原因目前尚不清楚。

3讨论

小麦是中国北方常见的农作物，学生只需要在小麦孕穗期(清明节前后)取材，材料固定后可长期使用，实验费用低，实验操作相对简单，因此，这个实验非常适合中学生物学实验教学。在实验过程中应注意：①取材时间点的把握。观察小麦减数分裂过程，取材时间非常重要，取材时间过早和过晚，都不能观察到减数分裂的各个时期。取材时按照旗叶距的长短(如分为0 cm、1 cm、2 cm、3 cm、4 cm组)分组固定材料，可以避免错过减数分裂某一个时期[2]；②一个整穗不同部位细胞减数分裂时间点的差异。通常一个整穗中部的小穗发育较早，向下和向上发育较晚。如果中部的小穗处于中期Ⅰ，那么向下和向上取材即可能找到前期的分裂相；③压片时勿使盖玻片滑动。可以用左手食指按住盖玻片的一侧来帮助固定，然后再压片。为了避免细胞重叠，可以用铅笔的橡皮头轻轻敲击盖玻片，使细胞分散。观察小麦花粉母细胞减数分裂过程，既能使理论教学和实践教学相结合，又能提高学生的操作能力和观察能力，取得良好的教学效果。