“低溫誘導植物染色體數目的變化”實踐教學中的思考

摘 要：在低溫誘導植物染色體數目的變化實踐教學中，學生就影響觀察染色體數目變化結果的原因進行了探究，如：染色劑的選取、誘導方法、誘導時間等，并得出一些結果。

關鍵詞：秋水仙素；低溫；紡錘體；酶活性；染色劑；時間

一、 秋水仙素的作用時期、作用及影響因素

秋水仙素能作用于兩個時期：一是分裂間期，可能誘導發生基因突變。二是前期，能誘導形成多倍體。

它的作用機理是：當細胞進行分裂時，一方面能使染色體的著絲點延遲分裂，于是已復制的染色體兩條單體分離，而著絲點仍連在一起，形成“X”形染色體圖象（稱為C-有絲分裂，即秋水仙效應有絲分裂）；另一方面是引起分裂中期的紡錘絲斷裂，或抑制紡錘體的形成，結果到分裂后期染色體不能移向兩極，而重組成一個雙倍性的細胞核。這時候，細胞加大而不分裂，或者分裂成一個無細胞核的子細胞和一個有雙倍性細胞核的子細胞。經過一個時期以后，這種染色體數目加倍了的細胞再分裂增長時，就構成了雙倍性的細胞和組織。

秋水仙素不論是破壞還是抑制紡錘體的形成，作用都是一時的。秋水仙素可以抑制紡錘體的形成，導致細胞不分裂，然后過一段時間秋水仙素代謝掉，不再起作用，細胞繼續分裂，然后才是“染色體數目加倍”（著絲點的分裂）。秋水仙素之所以造成兩個方面的應用，是在于濃度的不同。用于中期核型分析的濃度較高而用于產生雙倍體或多倍體時濃度較低，并且當秋水仙素濃度很低時，還能加快染色體運動，使染色體更快地到達兩極。

二、 紡錘體的作用

在細胞分裂中，其主要作用有兩個部分。其一為排列與分裂染色體。紡錘體的完整性決定了染色體分裂的正確性。紡錘體的正常生成是染色體排列的必要條件。紡錘體生成完畢后一般會有5～20分鐘的延遲，以供細胞調整著絲點上微管束的極性，以及決定是否所有的著絲點都附著正確。

紡錘體另一功能為決定胞質分裂的分裂面。染色體分裂的同時，紡錘體中的一部分微管不隨染色體分裂到兩極，而停留在紡錘體中央，形成紡錘中央體。在紡錘中央體的中央為兩組極性相反的微管交疊的區域，稱為紡錘中央區，此中央區就是接下來的胞質分裂面。胞質分裂開始于分裂后期的較晚期。胞質分裂一般結束于分裂末期后1～2小時，此期間兩個子細胞由中心顆粒體連接。一般認為紡錘體的分解發生在細胞分裂末期。

三、 低溫抑制紡錘體的形成

1. 知識基礎：用低溫處理植物分生組織細胞，能夠抑制紡錘體的形成，以致影響染色體被拉向兩極，細胞不能分裂成兩個細胞，于是，植物細胞染色體數目發生變化。

2. 低溫休克：在高中生物必修一學生學習了有關酶的相關知識，溫度影響酶的活性。其生物作用機制是溫度的變化引起細胞內酶構型的改變，不利于酶促反應的進行，導致細胞分裂時形成紡錘體所需的ATP的供應途徑受阻，使已完成染色體加倍的細胞不能分裂。所以在視野中既有正常二倍體細胞，也有染色體數目發生改變的細胞。

3. 關于染色體著色：在必修一觀察根尖分生區細胞有絲分裂實驗中，給染色體染色用的堿性染料是龍膽紫溶液或醋酸洋紅液。在本實驗中采用了改良的苯酚品紅染液，這是為什么呢？帶著疑問，我們查閱了大量的資料。無論用哪種堿性染料都是為了使染色體色澤更明顯在顯微鏡下觀察更方便。改良的苯酚品紅染液染色時間大為縮短，若用醋酸洋紅，染色時間10分鐘，染色極淡；若染色時間不足20分鐘，雖染色稍微加深，鏡下觀察染色體形象仍顯模糊；染色到30分鐘，深度才較滿意。而用改良的苯酚品紅染液染色5分鐘即可取得良好效果。低溫下用改良苯酚品紅染液是因為它在低溫下品質更穩定，更利于觀察，大大提高了實驗效率。

4. 低溫抑制紡錘體形成與秋水仙素相比優點：秋水仙素溶液濃度不同，作用效果可能會截然相反，相對于配制適宜濃度的秋水仙素溶液，低溫條件容易控制，這是其一。此外，秋水仙素有劇毒，要學生使用，有不可控性，而低溫條件對人體無害，這是其二。第三就是要考慮成本，幾千人的學校，藥品采購支出要考慮進去，而創設低溫條件的成本低很多。

四、 實踐得真知

1. 下列關于“低溫誘導植物染色體數目的變化”實驗的說法不正確的是（）

A. 實驗中用洋蔥鱗片葉做材料而不能用大腸桿菌等原核生物代替

B. 染色常用的染液為0.01g/mL的龍膽紫溶液，也可用醋酸洋紅代替

C. 最好選用分裂中期的圖像進行觀察，此時染色體形態最清晰

D. 低溫處理與觀察不能同時進行

2. 某同學在做“低溫誘導植物染色體數目的變化”實驗時，將大蒜根尖隨機分為12組，實驗處理和結果如下表所示，請回答有關問題。

（1）低溫誘導植物染色體數目加倍的原理是低溫會使細胞分裂過程中的形成受阻，從而使細胞分裂過程中染色體數目加倍而細胞不分裂。低溫處理與秋水仙素處理相比，具有等優點。

（2）實驗中選擇大蒜根尖區細胞進行觀察，效果最佳，原因是此處的細胞分裂比較，在顯微鏡下觀察，此處細胞的特點表現為。

（3）實驗過程中需要用對大蒜根尖細胞的染色體進行染色。

（4）由實驗結果可知，的條件下，加倍效果最為明顯。

在分組實驗中，學生們分別進行了不同染色劑染色效果的探究，以及不同誘導時間結果的探索，實踐中獲得真知。

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作者簡介：

杜方玉，河北省唐山市，唐山市曹妃甸區第一中學。