“观察植物细胞的有丝分裂”实验的改进

曹峰华

[摘 要]对“观察植物细胞的有丝分裂”实验进行“低温处理生根”和“恒温水浴解离”两个重要改进，可大幅度缩短实验时间，明显提高实验成功率。

[关键词]实验改进；植物细胞的有丝分裂；低温处理生根；恒温水浴解离

[中图分类号] G633.91 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）20-0093-02

“观察植物细胞的有丝分裂”实验是高中生物的重点和难点实验之一，同时也是成功率最低的实验之一。在这个实验中，学生很难获得成功体验，其主要原因是：（1）处于分裂期的细胞数目太少。（2）解离、漂洗、染色时间过长。从人教版生物必修1中的实验来看，解离时间需3～5分钟，漂洗时间约10分钟，染色时间需3～5分钟，仅这三个步骤就需要约20分钟，学生很难在一节课内完成整个实验操作。（3）染色操作不好把握，要么染色太深，要么染色太浅，不利于观察。笔者刚开始带领学生做这个实验时，学生的实验成功率（成功观察到各个时期的细胞分裂图像）不到20%。笔者亲自做实验，成功率也不到30%，对此深感惭愧，于是决心突破“实验成功率低”这个瓶颈。在这以后的8年多时间里，笔者不断在实验材料、实验时间（上午或下午）、操作步骤、染色剂的选择等方面做改进，也参考学习了中国知网上的19篇论文，笔者的实验成功率有所提高，而学生的实验成功率也接近60%，但是完成实验的时间仍然比较长。笔者在反思中发现，这个实验在气温较高的时间去做，其成功率要略高于气温较低的时间，温度会不会对这个实验有重大影响呢？对此，笔者进行了多次尝试，终于通过“低温处理生根”和“恒温水浴解离”两个重要的改进，大幅度缩短了实验时间，明显提高了实验成功率，其中学生的实验成功率接近90%。笔者录制微课视频时，从剪取根尖到数码显微镜下展示出清晰的分裂期细胞图像，用时仅3分22秒。笔者现将整体改进后的实验操作与各位同仁交流，以期让更多的学生获得成功的实验体验。

【实验改进】

1.实验材料的改进

人教版生物必修1中的实验，选用洋葱根尖作为實验材料，而市场上购买的洋葱，培养后有时不能长出根或者生根数目较少（这种情况在广东地区尤为突出），培养过程对温度的要求较高，同等培养条件下每瓣大蒜生根数比单个洋葱还要多。对此，笔者用蒜瓣代替洋葱进行实验，将多个蒜瓣用铁丝或竹签连接成串，放在水槽中培养，一个水槽可同时放3～5串蒜瓣，每天换水一次，培养约2天时间，待蒜瓣的根尖长至3～5 cm，即可使用。有条件的学校还可以将蒜瓣放入人工气候箱中培养，这样生根效果会更佳。

2.培养过程的改进

按照传统操作，在装片镜检过程中会发现，绝大多数细胞处于间期，分裂相的细胞相当少，经过大量实践后，将大蒜在适宜温度（25℃左右）下培养1天后，再放入4～8℃冰箱中低温处理24小时，再移到室温下继续培养直至实验前，可以有效增加处于分裂期的细胞的比例。

3.解离过程的改进

将常温解离改为恒温水浴解离，提前在实验室准备好水浴锅，调节温度至60℃左右，取根尖2～3 mm，用刀片纵向轻轻地剖开根尖，置于解离液中，将盛有解离液和根尖的小烧杯先盖上皿盖，再放入水浴锅中温热30～50 s即可。学生在经验不足的情况下，容易解离不足或解离过度，导致细胞分散不开或细胞结构被破坏。因此，在将根尖放入水浴锅时就要仔细观察根尖的变化，待根尖边缘呈乳白色、中部呈透明状即可。

4.漂洗过程的改进

对于只安排1课时的实验而言，10分钟的漂洗步骤用时过长。因此，可以将解离后的根尖放入装满水的600 mL的中号烧杯中实现自动漂洗，由于根尖上的解离液和清水的密度不同，根尖会在清水中不定向地移动，待根尖静止下来，漂洗也就完成了。此过程不需换水，约40 s即可达到漂洗目的。本过程中有一难点需要解决，即漂洗后的根尖完全游离在清水中，学生要将根尖取出是有较大难度的，若用镊子夹取不易夹到目标，而且反复操作容易夹碎根尖，建议漂洗后用较细的毛笔或者毛刷缓慢地将根尖托出水面，再把根尖拨弄到玻璃皿中染色。

5.染色过程的改进

经过解离和漂洗过程的改进后，染色就变得容易了。将根尖放置于滴有2～3滴染色剂的玻璃皿中，完全浸没20s左右即可，醋酸洋红液（将0.5 g洋红溶于55 mL蒸馏水中，再加入45 mL冰醋酸充分摇匀后，加热煮沸10 min，冷却）的染色比质量浓度为0.02 g/mL的龙胆紫溶液清晰一些。

6.制片过程的改进

装片制作是否合理，是学生操作过程中的关键步骤之一，也是难点之一。若掌握不好压片的程度，细胞就不能充分散开来，出现相互重叠的情况，无法清晰观察到染色体。笔者以压片工具操作简单、易获取、效果明显为前提，在实验中广泛尝试各种身边的用具，如镊子、手指、铅笔、滴管、橡皮擦等。通过对比发现，使用铅笔（带橡皮的一端）、圆珠笔（带弹簧的一端）、滴管（带胶头的一端）等工具时，由于它们具有一定的弹性，比较容易掌控力度，效果较好。效果最好的是用橡皮擦，先在盖玻片上方5 cm左右自由落下橡皮擦3～5次，使细胞初步分散开，再用手捏住橡皮擦，用力敲击盖玻片（实践证明不会出现盖玻片破碎的情况），当观察到细胞呈云雾状散开后，即收到良好的细胞分散效果。

[实验反思]

“观察植物细胞的有丝分裂”实验需要运用到众多的生物实验操作技术，涉及取材、解离、漂洗、染色、制片和正确使用显微镜等关键步骤，每一个步骤都关系到下一个步骤的成功与否。该实验成功与否也将对后续实验“观察细胞减数分裂”“低温诱导染色体加倍”产生深远影响。近年来，许多同仁在共同目标的指引下，不断地改进与实践，逐步提高了该实验的成功率。

笔者对本实验的改进要点，一是低温处理生根。为了避免与“低温诱导染色体变异”混淆，低温处理方式有所区别。“低温诱导染色体变异”实验中待洋葱长出1 cm的不定根时，将整个装置放入冰箱中4℃处理36 h。而本实验是将大蒜瓣低温（4～8℃）处理24 h，甚至可以是刚刚用湿润纱布覆盖上的大蒜瓣，再移到室温下继续培养直至实验前。笔者后续对本实验条件下的分裂期细胞进行了核型分析，发生染色体变异的细胞极少，几乎可以忽略不计。

二是恒温水浴解离。这一改进明显缩短了实验时间。笔者和同事早在2010年就尝试过60℃恒温解离，当时侧重点是解离效果，费时约5 min左右。2012年，广州的周伯春、邓丽萍等老师发表在《生物学通报》上的文章中也提到60℃恒温解离的改进。周老师觉得盐酸浓度高，对学生的身体有一定的危害，故改用1 mol/L的稀盐酸60℃恒温解离8～10 min。周老师相当于是用温度去“稀释”了盐酸的浓度。后来，笔者在保证实验成功率的同时开始追求尽可能地缩短实验时间，于是又反复琢磨“恒温水浴解离”这一环节，受周老师实验改进的启发：“有没有降低危害又能快速解离的办法呢？”笔者突然想起加盖子的方法：在恒温水浴锅中放入一个600 mL的中号烧杯，注水约80 mL（以解离用的小烧杯置于其中刚好不晃动为准），调节温度至60℃，将盛有解离液和根尖的小烧杯先盖上皿盖，再放入水浴锅中温热，1 min内即可充分解离。这一改进没有改变人教版生物必修1实验中解离液的浓度配比，但是高温、高浓度、相对封闭的解离环境大大缩短了解离的时间，同时也缩短了学生和浓盐酸接触的时间，一定程度上规避了实验危险。“加皿盖”这一细微改进虽然历时5年时间，但是它带来更多的是成就和喜悦。正如每一项技术的进步，每一个课例的成功，都离不开研究者静心的反复揣摩和不断的尝试，更离不开研究者“咬定青山不放松”的锲而不舍的精神。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 肖桂枝，冯水平，厚今.大蒜有丝分裂指数与根长和取材时间的关系[J].承德医学院学报，2002，19（4）：269-272.

[2] 周伯春，邓丽萍.关于“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”的实验改进[J]. 生物学通报，2012（8）：46.

（责任编辑 黄春香）