小麥花粉母細胞減數分裂過程的觀察

馬賢哲 楊德寶

(河南省鄭州外國語學校 450001)

減數分裂是高中生物學教學的重點和難點，其核心知識點是染色體DNA僅復制一次，細胞連續進行兩次分裂，形成的子細胞染色體數目減半，有2n變成n。再經過受精作用，雌雄配子體融合，染色體數目又恢復到2n。減數分裂是一個微觀、動態、連續的變化過程，如果僅依靠教材中的知識，學生很難理解。本文以小麥幼穗為材料，制作花粉母細胞壓片、觀察花粉母細胞減數分裂過程，從而對減數分裂有個直觀的認識。

1材料與方法

1.1 取材與固定 實驗材料取自學校周邊農田。在小麥孕穗初期，取旗葉距(旗葉與旗下葉的葉耳間的距離)0～4 cm的麥苗，剝離幼穗于卡諾氏固定液(95%乙醇∶冰醋酸=3∶1)中保存。

1.2 制片與觀察 ①取出幼穗于清水中漂洗數次，去除固定液；②取幼穗中部的小穗，用解剖針剝離出花粉囊(圖1A)；③隨機挑取2～3個花粉囊置于載玻片上，加入改良苯酚品紅染色液[1]1滴，染色5 min；④在染色過程中用解剖針擠壓花粉囊壁，使里面的花粉母細胞釋放出來；⑤用解剖針剔除肉眼可見的花粉囊壁，蓋上蓋玻片；⑥在蓋玻片上加蓋1～2層吸水紙，左手食指按住蓋玻片；右手用鉛筆的橡皮端輕輕砸蓋玻片數次(切記勿使蓋玻片移動)，形成單細胞層便于觀察。⑦鏡檢時先用低倍鏡觀察，再轉換成高倍鏡確定細胞所處的時期，數碼相機拍照保存。

2實驗結果

2.1 第一次減數分裂 第一次減數分裂持續的時間較長，進行同源染色體配對和基因重組，核的變化復雜，依染色體行為的變化，可以分為以下各小時期。

細線期：減數分裂的開始。此期最顯著的特點是染色質開始凝集，染色質纖維折疊，螺旋化，包裝成顯微鏡下可見的細絲狀染色體結構。細絲狀染色體繞成一團，呈花束狀，所以有人也將細線期稱為花束期。判斷細胞處于此期的另一個顯著特征是，在纖維狀細絲上出現一系列大小不等的顆粒狀結構，稱為染色粒(圖1B)。

偶線期：同源染色體配對、聯會時期。聯會初期，同源染色體端粒與核膜相連的接觸斑相互靠近并結合，因此顯微鏡下靠近核膜的染色體增粗較為明顯，且與細線期相比，染色體較為松散，位于細胞中央(圖1C)。

粗線期：開始于同源染色體配對完成以后。顯微鏡下可看到染色體隨螺旋化的加強而明顯縮短變粗，染色體仍相互纏繞在一起并與核膜繼續保持接觸(圖1D)。

雙線期：染色體重組階段結束。顯微鏡下可看到，染色體與粗線期相比進一步縮短，同源染色體開始分離，但仍保留一些交叉和聯系，此時已經可以分清二價體的首尾(圖1E)。

終變期：染色體極度縮短，形成“V”型、“X”型棒狀染色體，無規則的分散于細胞內(圖1F)。

中期Ⅰ：此期最顯著的結構是紡錘體形成，染色體向細胞中部集中，整齊排列于赤道板上(圖1G)。

后期Ⅰ：同源染色體分離并開始向兩極移動，標志著后期Ⅰ的開始。染色體分為兩組，分別到達細胞的兩極，染色體數目減半(圖1H-J)。

圖1 小麥花粉母細胞減數分裂過程的觀察

A 花粉囊；B 細線期；C 偶線期；D 粗線期；E 雙線期；F 終變期；G 中期Ⅰ；H 后期Ⅰ(早)；I 后期Ⅰ(中)；J后期Ⅰ(晚)；K 末期Ⅰ；L 胞質分裂Ⅰ；M 前期Ⅱ；N 中期Ⅱ；O 后期Ⅱ；P 末期Ⅱ；Q 胞質分裂Ⅱ；R 不同步分裂

末期Ⅰ：移至兩極的染色體的個體性逐漸消失，聚集成不規則的團塊，核膜開始重建(圖1K)。

胞質分裂Ⅰ：與末期Ⅰ的顯著區別是細胞質的中央形成細胞板，顯微鏡下可看到一條明顯的裂痕，一個細胞分為兩個大小相等的次級花粉母細胞，也稱二分孢子(圖1L)。

2.2 第二次減數分裂 二分孢子形成后，經過短暫的間期，染色體DNA不復制，細胞很快就進行第二次減數分裂。減數分裂Ⅱ的過程與有絲分裂非常相似，即經過分裂前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ和胞質分裂Ⅱ等幾個過程。

前期Ⅱ：兩個子細胞內的染色質重新凝集成“V”型、“X”型染色體(圖1M)。

中期Ⅱ：兩組染色體排列在赤道板中央，兩個紡錘體平行排列(圖1N)。

后期Ⅱ：姊妹染色單體分離，在紡錘絲的牽引下分別向細胞兩極移動(圖1O)。

末期Ⅱ：染色體去凝集，核膜重建，形成四個子核(圖1P)。

胞質分裂Ⅱ：兩個子細胞進行胞質分裂，細胞中央形成細胞板，一個次級花粉母細胞形成兩個小孢子。一個花粉母細胞經過兩次分裂形成四個小孢子，此期也稱四分孢子期(圖1Q)。在第二次減數分裂過程中，經常可以觀察到不同步分裂現象(圖1R)，導致該現象的原因目前尚不清楚。

3討論

小麥是中國北方常見的農作物，學生只需要在小麥孕穗期(清明節前后)取材，材料固定后可長期使用，實驗費用低，實驗操作相對簡單，因此，這個實驗非常適合中學生物學實驗教學。在實驗過程中應注意：①取材時間點的把握。觀察小麥減數分裂過程，取材時間非常重要，取材時間過早和過晚，都不能觀察到減數分裂的各個時期。取材時按照旗葉距的長短(如分為0 cm、1 cm、2 cm、3 cm、4 cm組)分組固定材料，可以避免錯過減數分裂某一個時期[2]；②一個整穗不同部位細胞減數分裂時間點的差異。通常一個整穗中部的小穗發育較早，向下和向上發育較晚。如果中部的小穗處于中期Ⅰ，那么向下和向上取材即可能找到前期的分裂相；③壓片時勿使蓋玻片滑動。可以用左手食指按住蓋玻片的一側來幫助固定，然后再壓片。為了避免細胞重疊，可以用鉛筆的橡皮頭輕輕敲擊蓋玻片，使細胞分散。觀察小麥花粉母細胞減數分裂過程，既能使理論教學和實踐教學相結合，又能提高學生的操作能力和觀察能力，取得良好的教學效果。