用玉米根尖切片观察细胞有丝分裂的可行性研究

张关琴 王 欧

（1.云南师范大学生命科学学院 云南昆明 650500；2.云南师范大学附属中学 云南昆明 650500）

生物学学是一门以实验为基础的自然科学，是研究生命现象和生命活动规律的科学。《普通高中生物学学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》凝练了学科核心素养，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面，注重实验教学，既要让学生获得基础的生物学学知识，又要能像科学家一样思考问题，领悟生物学学家在科研过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法。但是目前高中的生物学学实验课——观察植物细胞的有丝分裂，成功率低，教学效果并不如人意。当前，为了减轻初中学生的学习压力，人教版义务教育教科书生物学学分为七年级上下册和八年级上下册，共四本书，学生在初一初二学完，参加学业水平考试，直到进入高中后，才继续学习生物学学。而高中教师容易高估学生现有的知识储备量及实验操作技能，学生跟不上教学进度，导致教学效果不佳[1]。另外，课标对初高中的生物学实验课的要求存在较大差距。初中阶段要求学生具有生物学学实验操作的基本技能，能正确使用显微镜等生物学学实验中常用的仪器和用具，具有一定的科学探究和实践能力；而高中阶段则要求掌握科学探究的思路和方法，从实践层面探讨或尝试解决现实生活问题。因此，探讨初高中生物学学实验内容的衔接问题非常有必要。

研读教材，不难发现，初高中生物学学实验都是有联系的，初中生物学学实验是高中生物学学实验的基础，高中生物学学实验是初中生物学学实验的延续和升华。“细胞的生命历程”是人教版普通高中教科书生物学学必修1 分子与细胞 第6章的内容，这一章也是高考考察的重点内容，其中涉及到的实验“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”，学生在做这个实验时，由于实验本身操作难度较大，加上课时的限制，成功率普遍较低。在初中生物学实验课中，实验“观察根毛和根尖的结构”中要求学生观察到根尖的结构，并能区别根尖不同区域细胞的特征，最终认识到根的生长要靠分生区细胞的分裂产生新的细胞，从而为高中阶段学习有丝分裂打下基础。

本文以实验“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”为例，来探讨初高中生物学学实验衔接的问题，为初中生物学教师教授这一部分内容提供一个新的思路。

一、初高中关于观察植物根尖实验的对比

表1 初高中关于观察植物根尖实验的对比

实验“观察根毛和根尖的结构”是人教版义务教育教科书生物学学七年级上册第二章《被子植物的一生》第二节《植物的生长》中的内容，本实验的目的是让学生观察根尖，认识根尖各部分的结构特点，区别根冠、分生区、伸长区和成熟区细胞的特征，最终认识到：幼根的生长一方面要靠分生区细胞的分裂增加细胞的数量，另一方面要靠伸长区细胞体积的增大。其实验步骤是先让学生用肉眼直接观察幼根，找到着生在幼根上的白色“绒毛”，这就是根毛。通过放大镜仔细观察根毛。最后通过显微镜观察根尖的永久切片，观察构成根尖不同部位的细胞有什么特点。可以看出，实验中只要求学生用肉眼和放大镜观察根毛，用显微镜观察永久切片，并没有让学生制作装片，而且观察永久装片时用的是显微镜的低倍镜。

实验“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”是人教版普通高中教科书生物学学必修1分子与细胞第6章第1节 细胞的增值中的内容，此实验是高中生物学学实验的重点和难点实验之一，也是成功率最低的实验之一。尽管许多研究者在材料的选择、预处理和制片等方面做出了不同的改进方案，提高了实验的成功率，但在实际的实验过程中，实验的操作难度较大，学生不熟悉实验操作，整个实验的耗时较长，课时有限，学生很难获得成功体验[2-3]。

针对上述情况，笔者设想在初中实验“观察根毛和根尖的结构”中增加一点难度，简要说明有丝分裂的概念，说明有丝分裂各个时期及其染色体特点等，利用根尖永久装片让学生观察植物细胞有丝分裂的现象，让学生在看装片时能够看到各个时期染色体的形态。

二、在生物学学实验课中使用数码显微镜的优势

随着科技的进步，现在许多的中学生物学学实验室中都配备了数码显微镜。相比于普通的光学显微镜，数码显微镜具有以下特点：（1）操作简单。数码显微镜光源自给，不受环境光线的制约，学生只用调节调光旋钮，就可使光线达到最佳状态。（2）电子成像效果好。数码显微镜具有一个显示屏，学生通过显示屏就可以观察到实验现象，不需要一直使用目镜观察。（3）实验现象易于保存。数码显微镜具有拍照和录像功能，学生可以及时把观察到的现象通过拍照或录像保存。（4）易于师生间互动交流。学生可以把观察到的实验现象拍照上传到教师端，教师可以及时反馈，不用逐一走到每个同学身旁指导，有利于教师掌握实验课堂。

图1 数码显微镜

三、实践举例

为了验证这一设想的可行性，笔者利用数码显微镜观察了70片玉米根尖细胞永久装片，观察其中处于有丝分裂期的细胞个数，实施过程如下：

1.实验过程

（1）实验器材

数码显微镜1台，玉米根尖细胞永久装片70片。

（2）观察过程

打开数码显微镜，安装好存储卡，在载物台上固定好永久装片，调节光源，先用低倍镜观察，调节粗准焦螺旋至画面清晰，移动装片，观察根尖各部分细胞的形态结构特点，找到分生区细胞，换高倍镜观察，调节细准焦螺旋，至画面清晰。观察分生区细胞的特点，根据染色体的形态、细胞核大小等来判断细胞是否处于有丝分裂期。

数分裂期细胞个数：通过数码显微镜的显示屏来数处于分裂期细胞的个数，从根冠开始，从上到下，从左到右，一个视野下的细胞数完，移动装片，换下一个视野，注意移动移动装片时，要与上一个视野相连，数的时候别漏数。

2.实验结果

图2是在低倍镜下，用数码显微镜的拍照功能拍摄的玉米根尖细胞图片，可以清晰地观察到玉米根尖各个部分细胞的结构和形态特点，根冠在根尖的顶端，像一顶帽子似的套在外面；分生区的细胞很小，排列紧密；伸长区细胞较分生区细胞大，细胞的体积大；成熟区细胞的表皮细胞一部分向外突出，形成根毛。原本初中生达到这个水平就可以了，不要求其使用高倍镜。

图2 低倍镜下玉米根尖各部分细胞图

图3是在数码显微镜的高倍镜下，拍摄的玉米根尖分生区细胞图。从图中可以看出，在高倍镜下，可以清晰地观察到分生区细胞的形态、染色体的形态特点，如下图中，圆形圈标注的为有丝分裂的前期，虚线矩形框标注的是有丝分裂的中期，实线矩形框标注的是有丝分裂的后期，椭圆形圈标注的是有丝分裂的末期。由此可见，用植物根尖细胞永久装片来观察的植物细胞的有丝分裂各时期细胞的特点是可行的。

图3 高倍镜下玉米根尖分生区细胞图

如图4所示，观察的70片玉米根尖细胞永久装片，全部都可以观察到处于有丝分裂期的细胞。其中最多的是48号装片，处于有丝分裂期的细胞达106个；最少的是42号装片，处于有丝分裂期的细胞有21个。

图4 70个玉米根尖细胞装片中处于分裂期的细胞个数

四、反思

初高中教学衔接一直以来都是一个难题，中学教师要关注初高中生物学学课的衔接问题，找出衔接点，在课堂中有意识的渗透进去。特别是实验课，初中教师更要把握好，让学生掌握最基本的实验操作知识，为高中生物学学实验课的开展打下坚实的基础。观察植物细胞的有丝分裂现象是高中生物学学实验课中难度较大的实验之一，笔者建议初中教师在开展“观察根毛和根尖的结构”实验时，在原实验的基础上加大难度，运用数码显微镜的高倍镜，让学生利用根尖切片观察植物细胞的有丝分裂现象，对植物细胞有丝分裂的各个时期细胞的特点有一定的认识，从而加深学生印象，调动学生学习生物学学的兴趣。