“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實驗改進(jìn)及反思

朱昊

摘要 針對“觀察根央分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實驗成功率低、效果不佳等問題，通過查閱文獻(xiàn)，摸索實驗條件，總結(jié)出一套用一節(jié)課時就能完成且實驗效果較好的改進(jìn)方法：選擇豌豆為實驗材料，取材時間為10：00～12：30，用12孔細(xì)胞培養(yǎng)板進(jìn)行解離和漂洗，解離液為體積分?jǐn)?shù)為37%鹽酸和95%酒精按體積1：1混合，室溫解離6～8min，漂洗1min，用0.005g/mL的龍膽紫溶液作為染色劑，染色2～3min，利用“拇指指央推壓”法進(jìn)行制片。

關(guān)鍵詞 根央分生組織 有絲分裂 實驗改進(jìn)

中圖分類號 Q-33 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實驗是高中生物人教版必修一的實驗內(nèi)容。該實驗內(nèi)容的目的是通過實驗使學(xué)生進(jìn)一步理解有絲分裂過程的特點和變化，鍛煉學(xué)生的操作、觀察和思考能力；學(xué)會在顯微鏡下分辨有絲分裂各個不同時期的特征；訓(xùn)練根據(jù)鏡下圖像繪制有絲分裂簡圖的技能，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和實事求是的科學(xué)精神，使學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合能力得到培養(yǎng)。按照教材中的方法、步驟、耗時較長，成功率低，觀察效果不理想。筆者在參考了不同研究者的改進(jìn)措施的基礎(chǔ)上，不斷摸索實驗條件，優(yōu)化出一套行之有效的實驗方法，運(yùn)用該方法觀察根尖細(xì)胞有絲分裂，能得到較好的分裂相。

1實驗材料的改進(jìn)

1.1材料的選擇

眾多研究者對大蒜、洋蔥、水仙、枸杞、風(fēng)信子、蠶豆、吊蘭、小麥等這些材料進(jìn)行了嘗試。這些研究所采用的實驗材料各有優(yōu)點，都很有效，適合教學(xué)。筆者通過預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)，洋蔥、大蒜、蠶豆、豌豆作為實驗材料的好處在于容易獲得、生根數(shù)量多、染色體數(shù)目合適。如要在整個年級開展這個實驗，須從成本、生根快慢、休眠期等角度考慮。大蒜、洋蔥有休眠期，蠶豆側(cè)根生根慢，而豌豆沒有休眠期、成本低、生根快、染色體數(shù)目為14條，因此選用豌豆作為實驗材料。

1.2材料的處理

將當(dāng)年新收獲的飽滿豌豆種子用清水沖洗干凈，浸泡24 h。此期間換水2～3次，待豌豆吸水膨脹后，揀去腐爛和皺小的豌豆種子，置于培養(yǎng)皿中用濕紗布覆蓋（在培養(yǎng)皿底部鋪數(shù)層濕紗布，然后放置豌豆種子，再在其上方蓋上紗布），室溫萌發(fā)，待生根2 cm左右實驗。

1.3取材的時間

不同的研究者選擇的即使是同一種材料，也會由于品種、時間等因素影響得出不同的最佳取材時間。另外不同地區(qū)的氣候、經(jīng)緯度不同，對實驗取材的時間也會有影響，因此需要教師根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟牧稀夂虻却_定不同材料取材的時間。筆者通過自己的實驗教學(xué)發(fā)現(xiàn)，在河北秦皇島地區(qū)對豌豆取材的最佳時間是10：00～12：30。

2實驗方法的改進(jìn)

2.1解離液配方的改進(jìn)

解離程度的好壞直接關(guān)系到實驗的效果。針對這一問題，不同的研究者有不同的縮短解離時間的方法。人教版教材選用體積分?jǐn)?shù)為15%鹽酸和95%酒精按照1：1混合，室溫解離3～5min；有的研究者采用體積分?jǐn)?shù)為20%鹽酸和95%酒精按照1：1混合，室溫解離5 min；而有的研究者采用1 mol/L鹽酸60℃水浴中水解8～10 min。而筆者通過預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)，體積分?jǐn)?shù)為37%鹽酸和95%酒精按體積1：1混合，室溫解離6～8 min，實驗效果較好。

2.2解離和漂洗方法的改進(jìn)

有研究者采用白色點滴板進(jìn)行解離和漂洗，但白色點滴板的小窩較淺，放入的根尖比較短，才能解離充分，根尖太短對于初學(xué)者不易操作。因此采用12孔細(xì)胞培養(yǎng)板代替白色點滴板。具體做法為：為每個組準(zhǔn)備一個12孔細(xì)胞培養(yǎng)板，選擇8個孔，4個孔放解離液和4個孔放清水。將根尖先放入盛有解離液的A1～A4小孔進(jìn)行解離，解離完成后再將根尖依次放入盛有清水的B1～B4小孔漂洗1 min。這樣的操作既方便又安全，可以避免解離液的浪費(fèi)。

2.3染色劑的改進(jìn)

人教版教材中用質(zhì)量濃度為0.01 g/mL或0.02 g/mL的龍膽紫溶液，染色2～3 min；有的研究者采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的醋酸洋紅染色，染色15～20 min；而有的研究者用改良苯酚品紅染液染色20 min左右，實驗效果較好。但這些溶液配制方法復(fù)雜，染色時間較長。綜合比較不同研究者的染色方法，筆者通過預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)用質(zhì)量濃度為0.005 g/mL的龍膽紫溶液進(jìn)行染色2～3 min，實驗效果較好。

2.4制片方法的改進(jìn)

有的研究者用鑷子的鈍端或帶橡皮的鉛筆輕輕敲擊蓋玻片至細(xì)胞分散均勻成霧狀，敲擊過程中用手將蓋玻片固定好，防止蓋玻片移位造成細(xì)胞變形；有的研究者用稍寬于蓋玻片的吸水紙包繞蓋玻片和載玻片3～4圈后再用鑷子鈍端或帶橡皮的鉛筆輕輕敲擊蓋玻片；有的研究者采用透明塑料薄膜代替玻片，將根尖放在滴有一滴清水的塑料薄膜內(nèi)，折疊薄膜并用手輕輕按壓使細(xì)胞分散成單層。

筆者引導(dǎo)學(xué)生用上述方法進(jìn)行預(yù)實驗，發(fā)現(xiàn)學(xué)生用鑷子鈍端或帶橡皮的鉛筆無法掌控輕敲的力度，容易把蓋玻片壓碎，壓片成功率不高。通過多次實踐證明，采用“拇指指尖推壓”法進(jìn)行制片。具體做法為：用拇指指尖壓住根尖，以根尖為中心，向四周推壓碾平，使細(xì)胞分散。該方法操作簡單，極大提高了實驗成功率，值得推廣。

3實驗觀察結(jié)果

制片完成后，學(xué)生先在低倍鏡下找到處于分裂期的細(xì)胞，然后換用高倍鏡觀察。按照改進(jìn)的方法進(jìn)行實驗，得到的實驗結(jié)果如圖1所示。

4實驗教學(xué)反思

4.1預(yù)實驗是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的良好平臺

在組織學(xué)生進(jìn)行預(yù)實驗時，師生發(fā)現(xiàn)了“無核”現(xiàn)象，感到很詫異。筆者馬上意識到這正是鍛煉學(xué)生科學(xué)探究能力的最佳時機(jī)，順勢提出問題：“什么原因?qū)е录?xì)胞發(fā)生無核現(xiàn)象？”由此引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，并作出如下三種假設(shè)：①取材的長短；②解離的時間；③每個組培養(yǎng)的豌豆根尖生長狀況。之后筆者指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)假設(shè)進(jìn)行實驗設(shè)計并實施實驗。師生共同努力，驗證了假設(shè)，并得出實驗結(jié)論：解離時間過長導(dǎo)致出現(xiàn)無核現(xiàn)象。因為解離過度會破壞染色體的結(jié)構(gòu)。通過對實驗的意外現(xiàn)象的分析，不僅提高了教師的實驗教學(xué)能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生的理性思維和科學(xué)探究能力，從而實現(xiàn)了教學(xué)相長。

4.2教師要相信學(xué)生的創(chuàng)新思維是無窮的

在制片過程中，學(xué)生們精益求精，但屢屢失敗。雖然參考了眾多研究者的做法，但是效果不佳。這時，有位學(xué)生創(chuàng)造了“拇指指尖推壓法”。筆者及時鼓勵了該生的創(chuàng)新做法，并按此方法操作。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種做法壓片效果好，細(xì)胞分散，視野中有不同的分裂相。

4.3改進(jìn)細(xì)節(jié)，解決上課時間與取材時間的沖突

為了解決時間沖突問題，眾多研究者將根尖進(jìn)行固定。但是筆者在實驗教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，無需用固定液，實驗效果也不錯。如果教師上午上課，可以將課調(diào)整在10：00～12：00這個時間段上。如果下午上課，可以將根尖提前進(jìn)行解離和漂洗處理，浸泡在蒸餾水中即可，然后課上直接進(jìn)行染色和制片環(huán)節(jié)，實驗效果也不錯，提高了實驗教學(xué)效率。