观察根尖分生区细胞的有丝分裂实验改进

摘 要：“观察根尖分生区细胞的有丝分裂”实验的开课率较低，往往达不到预期的教学效果。本文针对教材中实验的不足之处进行探索改进，选择小葱作为实验材料，并通过对实验步骤的改进，实现了分裂相更明显、细胞更分散、操作更简捷、实验时间更短、观察时间更充分、染色更清晰和成功率更高的实验效果。

关键词：植物细胞；小葱根尖及茎尖；有丝分裂实验；实验改进

文章编号：1003-7586（2024）06-0060-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

人教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》（以下简称“教材”）中“观察根尖分生区细胞的有丝分裂”实验，一方面通过学生实际操作，观察真实的细胞有丝分裂，将认识建立在观察实证的基础上；另一方面可以进一步加强学生制作临时装片和操作显微镜的技能。该实验包括临时装片的制作和用显微镜观察图像两个重要环节。教材中的实验设计和操作步骤所达到的实验效果不够清晰，对学生的启发性不强^［1］，而实验效果直接影响实验操作的积极性。在以往的教学中本实验开课率较低，教学效果不佳。 所以，针对教材中实验的不足之处，笔者探索了合理的改进方法。

1 教材实验存在的问题

1.1 实验材料问题

教材中选定的实验材料为洋葱根尖，培养洋葱根尖需至少提前3～4天时间，且易烂根。对于一个接近1 000名学生的年级，培养洋葱根尖耗时长、工作量大、成本高。

1.2 实验步骤问题

①教材中要求剪取根尖2～3 mm，学生难以把握具体根尖分生区的部位，并且长度过短，在实验过程中容易造成材料丢失。

②制作装片时间较长。教材中解离步骤完成后，将根尖放入盛有清水的玻璃皿中漂洗约10 min，目的是洗去解离液，防止解离过度。这一过程占用过多的课堂时间，再加上观察、分辨细胞各时期分裂图像和结果分析的时间，导致学生难以按时完成实验内容。

③按照教材中的操作步骤，解离、漂洗、染色、制片分别在不同的环境中进行，需要多次使用镊子转移材料。而解离后的材料比较柔软，在多次转移过程中可能对细胞造成破坏。

④教材中选择的染液为甲紫染液，使细胞核中的染色体着色，便于观察。但该染料会扩散至整个细胞，从而无法区分细胞核和细胞质。

⑤制片时，教材中建议用拇指轻轻按压盖玻片，以使细胞分散开来有利于观察。实际操作时，学生无法准确掌握按压力度，且按压装片时容易导致盖玻片移动，从而影响观察。

2 实验改进要点

针对以上问题，笔者和生物学兴趣小组的学生进行了多次实验，对实验进行了以下改进。

2.1 实验材料的选择

教材建议选择观察根尖细胞的有丝分裂，需要实验材料具备易生根或者根系发达等特点，以便能随取随用。教材中建议的材料除了洋葱之外，还有大蒜和小葱，大蒜根尖的培养时间和洋葱基本接近，故而作为实验改进材料的意义不大。小葱价格低廉且具有较多的根系，不需要培养，只需选取较短且不被破坏的根即可用于实验（见图1）。此外，没用完的小葱可放入清水中继续培养，长出新根（见图2），有利于后续的班级开展实验。因此将小葱作为实验材料，缩短了实验前期的准备时间，也减少了实验人员的工作，避免造成浪费。^［2］

2.2 实验部位的改进

植物细胞的有丝分裂常见于根尖、芽尖等分生区细胞，而教材中直接指定了实验部位。学生按照规定操作完成实验，启发性不强且缺乏思考，不利于培养学生的发散性思维，也不利于学生理解有丝分裂概念。即使学生顺利完成了实验，对其中的缘由也难以理解，无法培养学生生物学学科核心素养中的“科学探究”素养。所以，教师要引导学生对实验部位进行选择，从批判性的角度衡量实验材料的优劣，对实验进行探究。笔者通过查阅资料，了解到小葱的茎尖也是进行观察有丝分裂实验的良好材料，且小葱的茎尖相对于根尖来说，取材不受实验时间的影响。^［3］所以本实验提供小葱的根尖和茎尖两个观察部位，学生自主选择，互相观察，提高了学生的自主性。材料的更新使学生能从多方面思考有丝分裂发生的可能部位，加深了学生对有丝分裂概念的理解。

2.3 实验步骤的优化

一、 取材及处理。

根尖：直接选取小葱基部1～2 cm且完整的根放在载玻片上进行解离，待解离、漂洗后，即可看到整条根中根尖生长点部分为乳白色，其余部位透明，用刀片切去透明部分，只留白色部分约2～3 mm。这样既可以准确找到根尖分生区，又避免了由于2～3 mm的根尖太短，在染色和漂洗过程中造成丢失。

茎尖：用刀片从小葱距离根正常部位2～3 mm处进行横切，然后再切下一薄片，用镊子从中间部位取样，即为茎尖（见图3）。

二、 操作环境。采用“一片式”操作法，即整个实验过程根尖（茎尖）始终在一块载玻片上进行。避免了用镊子反复转移根尖（茎尖）造成的细胞损坏或材料丢失。

三、 漂洗。缩短漂洗时间。待根尖软化后用吸水纸吸去解离液，滴1～2滴清水，用镊子反复拨动根尖，再用吸水纸吸去清水，重复滴水、吸水的操作5～6次，漂洗时间约为30 s。缩短漂洗时间后染色体着色效果良好。缩短漂洗时间，保证了学生有更充足的时间用来显微观察，从而提升了实验效果。

四、 染色。由于用甲紫染色后，细胞中染色体以外的部位也含有染料，从而影响细胞有丝分裂以及染色体状态的观察。针对这一情况，笔者通过查阅资料后改进为用改良苯酚品红染色3～5 min。改良苯酚品红染色后细胞质部位接近无色，更有利于染色体的观察（见图4），这对于学生辨认细胞分裂的不同时期有很大帮助。染色开始时用镊子在根尖（茎尖）处轻捣几下，相比起直接将根尖（茎尖）放在染液中浸泡，染色更加均匀（见图5）。

五、 制片。制片结果的好坏直接影响实验观察的效果。染色后用吸水纸吸去载玻片上的染液，再在材料上滴加一滴改良苯酚品红染液后盖上盖玻片，压片时用手指按住盖玻片一端防止移动，用橡皮或铅笔的橡皮端轻轻敲击盖玻片至根尖（茎尖）呈云雾状。

相对于原实验而言，改进后的实验材料方便易获取，同时准备时间短，降低了成本，使得实验更容易开展。对实验步骤的改进和优化，实现了分裂相更明显、细胞更分散、操作更简捷、实验时间更短、观察时间更充分、染色更清晰和成功率更高的效果（见图6、图7），提高了学生的实验成功率，也避免了学生因实验效果不明显而降低学习的积极性的情况，符合《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》“教学过程重实践”的要求。

3 结论

实验教学是生物学教学的重要组成部分，是提升学生生物学学科核心素养的重要途径。^［4］教师通过实验教学，改变学生的学习方式，变被动接受为主动学习；通过改变概念获取的方式，帮助学生在实验操作中有效地构建概念，引导学生学习其中的科学方法，提高实验和探究技能。本实验基于此理念，引导学生在“做中学”“用中学”，不仅能有效培养学生的科学精神和创新能力，还有助于促进学生全面发展、培养其生物学学科核心素养。

参考文献

［1］ 李任敏，杨太有.“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验改进及设计［J］.中国生物教学，2022（6）：59-61．

［2］ 林玉武.以四季葱（shallot）为实验材料对有丝分裂的改进［J］.课程教育研究，2020（1）：184．

［3］ 刘燕华，王兰.有丝分裂实验的好材料——葱和大蒜的茎尖［J］.生物学教学，2023，48（2）：58-59．

［5］陈能训.“绿叶中色素的提取与分离”实验的改进与拓展［J］.中小学教学研究，2022，23（2）：75-80．