“观察根尖分生组织细胞有丝分裂”实验方法的改进

　　“观察植物根尖分生组织细胞的有丝分裂”是一个经典的高中生物学实验，通过该实验，学生可以观察并识别细胞有丝分裂的各个时期，加深对较抽象的细胞有丝分裂过程的理解。但此实验也是人教版高中生物必修1必做的十几个实验中成功率最低的一个实验，如果按照教科书上的实验方法步骤开展，①需要较长时间进行解离及漂洗，势必影响后续观察，造成实验难以当堂课完成。②用0.01℅龙胆紫染液染色，细胞染色太深，显微镜下的视野呈紫色一片，根本看不清细胞结构，不易辨认染色体。③用两片载玻片压片，当取下上面的载玻片时，会连带盖玻片甚至根尖也被取下了。④解离时间不够充分，细胞不仅不容易分散开来，而且细胞重叠在一起，影响了观察。为了让学生可以真实地体验到成功的实验效果，笔者经过课前大量的预实验，同时参考其他老师的实验经验，通过不断改进实验方法步骤，摸索出在40分钟课时就可以明显观察到实验现象（分裂相的细胞）的有效的实验方法与步骤，有的班级一次成功率高达95%以上。现将改进的实验方法、步骤介绍如下。
　　一、实验材料的改进
　　1.实验材料的选择
　　按本校教学进度安排，本节实验课一般排在11月底12月初进行。按照教科书提供的实验材料洋葱进行生根培养，发现不易发根，即使发根了，生根数也少。原来我们地区市面出售的洋葱是本地产的洋葱。本地产的洋葱在深秋时收获，随即进人休眠期，休眠期一般为三个月左右，在此期间不发根或极少发根。WWw.11665.cOM而同时期的大蒜却容易发根，而且大蒜瓣多，每一瓣都可发根十几条，比洋葱经济实惠的多。考虑到洋葱是鳞茎可培养生根，而在南方11月份上市的水仙、风信子等也具备鳞茎，是不是也可以作为观察根尖有丝分裂的材料呢？通过预实验证明水仙、风信子不仅容易生根，而且发根整齐、数量也多，也是观察的好材料。上述4种材料都是观察根尖有丝分裂的良好实验材料，可根据需要选择。首选大蒜的根尖为实验材料，因其不仅生根容易、生根数多、经济实惠，更重要的是其根比较细，相对易于解离且分裂相的细胞也比较多。
　　2.实验材料的预处理
　　因为洋葱、大蒜、水仙、风信子等材料都存在休眠现象，在发根前先将材料放在4℃的冰箱中3—5天。可以解除休眠，容易生根。
　　（1）根尖的培养与处理
　　选用100ml的烧杯，将洋葱、水仙、风信子等外层干死的鳞片叶撕去，将洋葱、水仙、风信子的底盘旧根刮去，让洋葱、水仙、风信子的底部与烧杯口的水接触，放在阴暗处；将大蒜瓣剥去外边膜质枯衣，用牙签将蒜瓣串起，让牙签两端架在烧杯边缘，让蒜瓣的底部与烧杯口的水接触。每个培养装置每天换一次水，在室温下放置4—5天，观察根长到2cm左右时，将整个培养装置（根连同烧杯）一起放入4℃冰箱24小时进行低温处理，以便增加分裂相细胞。
　　（2）根尖的固定
　　在上午10点至下午4点之间任本文由论文联盟http://收集整理何时段，剪取根尖2—3cm（长些比较好，以方便后面的解离、漂洗步骤）放入卡诺氏液（无水乙醇：冰醋酸=3：1）中浸泡24小时，而大蒜瓣可以直接将整个蒜瓣浸泡在卡诺氏液中（因为大蒜的根比较细，待需要时再剪取根尖更方便）。再放入85℅乙醇半小时后，转入70℅乙醇中4℃保存。笔者经过比较后发现，固定后的根尖不仅可以随用随取，而且可以缩短解离时间。
　　二、实验方法步骤的改进
　　1.解离时间的改进
　　教科书认为：剪取根尖2-3mm，立即放入盛有盐酸和酒精的混合液（1：1）的培养皿中，在室温下解离3-5min。笔者预实验发现：①解离时，根尖不能太短，将固定好的2-3cm的根尖整个放入解离液中解离，以便后面的操作步骤的进行。②3-5min的解离时间不够，每种实验材料具体的解离时间是不同，至少需要解离20min以上。像水仙的根尖较粗，至少需要解离30min。多次的预实验证实：解离这一步骤是最关键的一步，只有充分解离了，分生组织中的细胞才容易分离，最后的制片步骤中细胞才容易分散开来。而且，解离时间即使过长（24小时）也丝毫不影响分裂相细胞的观察。所以必须延长解离时间。根尖完全酥软的标志是根尖色泽变白，略带透明，而含分生区的根尖尖端呈现乳白色。因为解离时间长，教师可在课前预先完成。上课前10分钟将解离好的根尖直接放入盛有清水的培养皿中漂洗。即上课前，教师预先完成解离和漂洗的步骤。上课时，学生可直接从盛有清水的培养皿中取根尖进入“染色”这一步骤。这样大大节省了课堂实验的时间。
　　2.染色剂及染色方法的改进
　　教科书认为：把根尖放入盛有质量浓度为0.01g∕ml的龙胆紫溶液的培养皿中染色。我们发现显微镜视野下只见紫色一片，根本分不清细胞与染色体。因为在“低温诱导染色体加倍”实验中使用过改良的苯酚品红染液，笔者经比较发现，用改良苯酚品红染液染色较龙胆紫染色理想。如图1-图5所示。
　　图1大蒜根尖分生组织细胞的有丝分裂
　　（10×40、改良苯酚品红染液）
　　改良苯酚品红染液配方如下：1.母液a：取3g碱性品红，溶解在100ml的70%酒精（可长期保存）。2.母液b：取母液a10ml，加入90ml的5%苯酚水溶液（两周内使用）。3.取b液45ml，加入6ml冰醋酸和6ml37%甲醛，此为苯酚品红染液。4.改良苯酚品红：取250ml苯酚品红染液，加入475ml的45%冰醋酸和9g山梨醇，过滤，即为改良苯酚品红染液。改良苯酚品红配制后可立即使用，但染色能力较差；一般在配制两周后染色能力显著增加；三个月后使用效果极佳。可使用2-3年。
　　染色方法：用镊子将根尖从盛有清水的培养皿中取出，放在载玻片中，用吸水纸吸取水分后，用镊子截取含分生区的乳白色根尖尖端，根尖的其他部分去除。在根尖尖端用滴管滴一滴改良苯酚品红染液，用镊子在染液中直接将根尖捣碎。实践证明在染液中将根尖捣碎使染液容易进入细胞，使染色体更容易染上颜色。
　　3.制片步骤的改进
　　制片是观察有丝分裂相比较关键的步骤之一，按照教科书实验要求：在盖玻片上再放一个载玻片，用拇指轻压载玻片，使细胞分散开来。但在实际操作中，取下上面的载玻片时往往连带取下了盖玻片和根尖，影响观察。而且这个“轻压”的程度学生很难掌握，太重了，盖玻片容易碎；太轻了，细胞分散不开。教师预实验时发现，用镊子的钝端或铅笔带橡皮头的一端轻轻敲打盖玻片，因为根尖已经充分解离，且在染色时已捣碎，再进行轻敲，则根尖细胞很容易分散开来。在敲击过程中可以用吸水纸盖在盖玻片上用左手固定住，一方面防止盖玻片移位造成细胞变形，影响观察，另一方面可以吸去溢出的染液。这样，临时装片便制作好了，即可在显微镜下观察。
　　三、实验教学反思
　　通过上述对解离、染色、制片等步骤的改进，由于，教师在课前已完成解离、染色步骤，缩短了课堂上学生制作临时装片所用时间，学生大概只要用15分钟就可以完成临时装片的制作与观察，而且按改进的方法步骤制作的装片内分裂相细胞较多（通常在1张压片中可以观察到各分裂相的细胞），这样可以有更多的时间让学生识别各个时期的染色体形态，还会有时间对影响实验现象观察的原因进行讨论。
　　总之，学生实验的成败，与老师提供的实验材料、实验方法步骤的设计等密切相关。这就要求教师一定要进行预实验。只有通过预实验的探究，坚持从本校的教学实际情况出发，行之有效地借鉴他人的经验，对实验方法、步骤进行适当的改进，才能让学生通过一节实验课真正有收获，有感悟。