“低温诱导植物染色体数目的变化”实践教学中的思考

2017-12-12杜方玉

读天下 2017年11期

摘要：在低温诱导植物染色体数目的变化实践教学中，学生就影响观察染色体数目变化结果的原因进行了探究，如：染色剂的选取、诱导方法、诱导时间等，并得出一些结果。

关键词：秋水仙素；低温；纺锤体；酶活性；染色剂；时间

一、秋水仙素的作用时期、作用及影响因素

秋水仙素能作用于两个时期：一是分裂间期，可能诱导发生基因突变。二是前期，能诱导形成多倍体。

它的作用机理是：当细胞进行分裂时，一方面能使染色体的着丝点延迟分裂，于是已复制的染色体两条单体分离，而着丝点仍连在一起，形成“X”形染色体图象（称为C-有丝分裂，即秋水仙效应有丝分裂）；另一方面是引起分裂中期的纺锤丝断裂，或抑制纺锤体的形成，结果到分裂后期染色体不能移向两极，而重组成一个双倍性的细胞核。这时候，细胞加大而不分裂，或者分裂成一个无细胞核的子细胞和一个有双倍性细胞核的子细胞。经过一个时期以后，这种染色体数目加倍了的细胞再分裂增长时，就构成了双倍性的细胞和组织。

秋水仙素不论是破坏还是抑制纺锤体的形成，作用都是一时的。秋水仙素可以抑制纺锤体的形成，导致细胞不分裂，然后过一段时间秋水仙素代谢掉，不再起作用，细胞继续分裂，然后才是“染色体数目加倍”（着丝点的分裂）。秋水仙素之所以造成两个方面的应用，是在于浓度的不同。用于中期核型分析的浓度较高而用于产生双倍体或多倍体时浓度较低，并且当秋水仙素浓度很低时，还能加快染色体运动，使染色体更快地到达两极。

二、纺锤体的作用

在细胞分裂中，其主要作用有两个部分。其一为排列与分裂染色体。纺锤体的完整性决定了染色体分裂的正确性。纺锤体的正常生成是染色体排列的必要条件。纺锤体生成完毕后一般会有5～20分钟的延迟，以供细胞调整着丝点上微管束的极性，以及决定是否所有的着丝点都附着正确。

纺锤体另一功能为决定胞质分裂的分裂面。染色体分裂的同时，纺锤体中的一部分微管不随染色体分裂到两极，而停留在纺锤体中央，形成纺锤中央体。在纺锤中央体的中央为两组极性相反的微管交叠的区域，称为纺锤中央区，此中央区就是接下来的胞质分裂面。胞质分裂开始于分裂后期的较晚期。胞质分裂一般结束于分裂末期后1～2小时，此期间两个子细胞由中心颗粒体连接。一般认为纺锤体的分解发生在细胞分裂末期。

三、低温抑制纺锤体的形成

1. 知识基础：用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以致影响染色体被拉向两极，细胞不能分裂成两个细胞，于是，植物细胞染色体数目发生变化。

2. 低温休克：在高中生物必修一学生学习了有关酶的相关知识，温度影响酶的活性。其生物作用机制是温度的变化引起细胞内酶构型的改变，不利于酶促反应的进行，导致细胞分裂时形成纺锤体所需的ATP的供应途径受阻，使已完成染色体加倍的细胞不能分裂。所以在视野中既有正常二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。

3. 关于染色体着色：在必修一观察根尖分生区细胞有丝分裂实验中，给染色体染色用的碱性染料是龙胆紫溶液或醋酸洋红液。在本实验中采用了改良的苯酚品红染液，这是为什么呢？带着疑问，我们查阅了大量的资料。无论用哪种碱性染料都是为了使染色体色泽更明显在显微镜下观察更方便。改良的苯酚品红染液染色时间大为缩短，若用醋酸洋红，染色时间10分钟，染色极淡；若染色时间不足20分钟，虽染色稍微加深，镜下观察染色体形象仍显模糊；染色到30分钟，深度才较满意。而用改良的苯酚品红染液染色5分钟即可取得良好效果。低温下用改良苯酚品红染液是因为它在低温下品质更稳定，更利于观察，大大提高了实验效率。

4. 低温抑制纺锤体形成与秋水仙素相比优点：秋水仙素溶液浓度不同，作用效果可能会截然相反，相对于配制适宜浓度的秋水仙素溶液，低温条件容易控制，这是其一。此外，秋水仙素有剧毒，要学生使用，有不可控性，而低温条件对人体无害，这是其二。第三就是要考虑成本，几千人的学校，药品采购支出要考虑进去，而创设低温条件的成本低很多。

四、实践得真知

1. 下列关于“低温诱导植物染色体数目的变化”实验的说法不正确的是（）

A. 实验中用洋葱鳞片叶做材料而不能用大肠杆菌等原核生物代替

B. 染色常用的染液为0.01g/mL的龙胆紫溶液，也可用醋酸洋红代替

C. 最好选用分裂中期的图像进行观察，此时染色体形态最清晰

D. 低温处理与观察不能同时进行

2. 某同学在做“低温诱导植物染色体数目的变化”实验时，将大蒜根尖随机分为12组，实验处理和结果如下表所示，请回答有关问题。

（1）低温诱导植物染色体数目加倍的原理是低温会使细胞分裂过程中的形成受阻，从而使细胞分裂过程中染色体数目加倍而细胞不分裂。低温处理与秋水仙素处理相比，具有等优点。

（2）实验中选择大蒜根尖区细胞进行观察，效果最佳，原因是此处的细胞分裂比较，在显微镜下观察，此处细胞的特点表现为。

（3）实验过程中需要用对大蒜根尖细胞的染色体进行染色。

（4）由实验结果可知，的条件下，加倍效果最为明显。

在分组实验中，学生们分别进行了不同染色剂染色效果的探究，以及不同誘导时间结果的探索，实践中获得真知。