高中生物觀察植物細胞有絲分裂實驗的改進

王晨昊

【摘 要】觀察植物細胞有絲分裂實驗是高中生物課中一個極其關(guān)鍵的實驗，能使學生直觀掌握植物細胞結(jié)構(gòu)和細胞分裂過程。然而，按照書本描述的實驗方法和步驟去進行實驗，我們無法得到清晰可見的植物細胞有絲分裂結(jié)果。因此，我在參考別人實驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復(fù)的實驗，對實驗過程進行了幾點優(yōu)化和改進，取得了較為滿意的結(jié)果，能在視野中觀察到各個時期的有絲分裂狀態(tài)。本文首先闡述了高中課本上實驗方法的不足之處，然后針對不足之處提出相關(guān)的改進措施，最后的實驗效果表明改進的實驗方法能夠得到清晰的分裂結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】高中生物學；植物細胞有絲分裂實驗；實驗改進

1 高中課本上觀察植物細胞有絲分裂實驗方法的不足之處

1）實驗材料。我們所學的高中課本中一般都是指定用洋蔥根尖來做觀察對象[1]，然而洋蔥根尖作為實驗材料有很多不足之處。首先，洋蔥體積一般都很大，一個培養(yǎng)皿最多只能培養(yǎng)一個，并且在培養(yǎng)過程中我們需要不斷的換水，因此如果要進行多次實驗，則需要大量的洋蔥樣本，顯然工作量和實驗成本將使非常巨大的；另一方面，洋蔥的根尖中細胞染色體形態(tài)不是很直觀和明顯；此外，書本中規(guī)定的洋蔥根尖在長到5厘米后，再截取較為健壯的根尖作為觀察材料也不是最好，通過多次實驗觀察和比對，我們發(fā)現(xiàn)根尖材料最好是在長到1厘米左右截取最為合適；最后，購買來的洋蔥實驗材料一般都需要經(jīng)過輻射處理過或者市場冷藏，導致生根率極低，且細胞分裂非常不明顯。因此，綜上所述，洋蔥根尖不適合作為觀察植物細胞分裂實驗的實驗材料。

2）實驗準備。高中課本上說用鹽酸和酒精的混合溶液[2]，按照1比1的比例進行混合的溶液對洋蔥根尖進行解離，其中鹽酸的質(zhì)量分數(shù)為15%，酒精的體積分數(shù)為95%。實際上，這種實驗準備的過程會使我們混淆酒精的固定作用，同時用這種混合溶液后，我們發(fā)現(xiàn)這種解離溶液會引起洋蔥原生質(zhì)的收縮。根尖的解離是實驗的關(guān)鍵步驟之一，解離可以用來分離植物細胞，同時軟化植物細胞的細胞壁。顯然根尖解離的效果的好壞，對接下來染色的狀況以及壓片后細胞的分散結(jié)果具有直接的影響；此外，書本上解離時間建議為5分鐘左右，實際實驗我們發(fā)現(xiàn)效果并不令人滿意。

3）實驗觀察。在高中課本上，龍膽紫溶液（質(zhì)量濃度為0.01g/ml）被用來對洋蔥根尖的染色體進行染色，再來觀察根尖細胞有絲分裂過程中染色體形態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化。但是，在實際實驗中發(fā)現(xiàn)，這種染料濃度偏高，會導致整個細胞都呈紫色，從而不能直接區(qū)分和觀察細胞核中的染色體。

2 觀察植物細胞有絲分裂實驗方法的改進和優(yōu)化

針對上述高中課本上該實驗方法中存在的問題，我通過反復(fù)的實驗，在材料選取，根尖固定，根尖解離，染色，壓片這六個方面對實驗進行了優(yōu)化和改進。改進后的實驗流程如圖1所示

2.1 實驗材料選取和準備

1）實驗材料選取。針對洋蔥根尖不宜作為實驗材料，我選取了大蒜的根尖作為替代材料，它具有多方面的優(yōu)點[3]。首先，大蒜比洋蔥便宜很多，并且容易購買得到，并且大蒜長出的根的數(shù)量并不比洋蔥長出的根尖數(shù)量少，因而實驗前期的工作量和實驗成本將會極大的降低；此外，盡管大蒜根尖比洋蔥小，但是細胞核中的染色體形態(tài)非常清楚，易于觀察。

圖1 改進后的實驗流程

2）培養(yǎng)方法。要用大蒜根尖作為實驗的觀察對象，我們首先需要對大蒜根尖進行培養(yǎng)和取材。由于大蒜和洋蔥在形狀、大小上有很大的不同，因此，大蒜根尖的培養(yǎng)不太適合采取課本上介紹的培養(yǎng)方法。在培養(yǎng)大蒜根尖時，我制作幾個呈長方體的塑料水槽，在里面灌滿水或者培養(yǎng)液，并排在一起，然后在水槽上面放一個帶孔的電冰箱擱架，緊接著把大小合適且生長良好的大蒜擱置在擱架上，并且使大蒜底部能夠接觸到槽內(nèi)水面，最后每隔一天換一次水或者培養(yǎng)溶液。

3）取材方法。等待大蒜根尖長到1厘米左右，在有絲分裂最為活躍的上午10點到11點之間，我剪取根尖，再將根尖放置載玻片上，然后采用切割工具對根尖進行切割，截取2毫米到5毫米間的大蒜根尖作為實驗材料。

2.2 根尖固定

植物根尖細胞有絲分裂在一天中不同時間的活躍程度是不同的，為了得到實驗的理想效果，首先需要對植物根尖進行預(yù)先固定和保存處理。也就是說，利用固定溶液將有絲分裂細胞迅速殺死并維持細胞在形態(tài)和結(jié)構(gòu)上盡可能地保持在殺死前時的完整狀態(tài)，保證染色體結(jié)構(gòu)的完整性[4]。此外，經(jīng)固定溶液固定好的材料最多保存24小時，否則難以觀察到實驗效果，若目前用不到該材料，需要對實驗材料進行保存。我在實驗中使用了卡諾氏固定液，該固定液由1比1的純酒精和冰醋酸制作而成，在室溫條件下將截取的大蒜根尖放在固定液中固定20分鐘左右，發(fā)現(xiàn)原生質(zhì)不會收縮。完成固定后，我將根尖用純酒精洗2到3次，直至大蒜根尖不再含有冰醋酸，不確定的話，可以多洗幾次，最后用70%的酒精溶液保存。

2.3 根尖細胞解離

為使根尖細胞在壓片過程中分散開來，獲得單層細胞，便于觀察，需對根尖細胞進行解離。根尖細胞解離的方法有酸解和酶解兩種方法[5]。在這個實驗中，我采用酸解來達到此目的，主要是用體積分數(shù)為15%的鹽酸溶液或者用體積分數(shù)為95%的酒精和質(zhì)量分數(shù)為15%的鹽酸混合溶液來制作解離液，然后將大蒜根尖放入解離液中，由于大蒜的根尖非常柔軟，纖細，解離時間不宜過長，最好在3分鐘左右。最后，等到根尖酥軟后， 用鑷子把根尖從解離液中取出，用流動的清水在燒杯中反復(fù)沖洗3到5分鐘。

2.4 根尖細胞染色

書本上規(guī)定用高濃度的龍膽紫溶液對根尖細胞進行染色，但是利用這種溶液，整個根尖都容易被染成紫色，導致實驗時不能直觀地觀察細胞有絲分裂過程以及染色體狀態(tài)的變化情況。為了解決這個問題，我對質(zhì)量濃度為0.01g/ml的龍膽紫溶液進行了稀釋，通過反復(fù)試驗觀察比對，用10%的冰醋酸以3比1的比例來稀釋該濃度的龍膽紫溶液，在室溫條件染色效果會非常好，染色時間也就3到5分鐘即可。在這種染色方法下，根尖細胞染色效果很清晰，在顯微鏡下，我們不但能觀察到細胞核、細胞壁，更能辨認出染色體。

2.5 根尖細胞壓片

壓片的結(jié)果直接影響試驗觀察的效果[6]。我對根尖細胞的壓片措施改進如下：首先吸干載玻片上的染液，在載玻片正中央放置根尖，加1到2滴清水，然后蓋上蓋玻片，同時在蓋玻片上加一吸水紙，用食指和拇指輕壓固定住蓋玻片，不要造成大蒜根尖細胞移動錯位，再對準根尖部位輕輕敲擊蓋玻片，使細胞分散，用的器具可以是帶有橡皮頭的鉛筆或者鑷子鈍部。然后，我進一步對制作好的載玻片進行輕烤片，這樣可以使染色質(zhì)和染色體的染色反差變大一些，更容易觀察到實驗結(jié)果。

3 實驗效果

觀察植物細胞有絲分裂實驗經(jīng)過改進后，我們可以得到如圖2所示的觀察效果，從圖片中可以很清晰的觀察到植物細胞的有絲分裂的現(xiàn)象。通過比較，改進后的實驗方法比書本上的實驗方法時間短，工作量小，準備時間僅僅為3天，并且材料容易獲得，獲得的大蒜根尖的數(shù)量非常多，極大的降低了實驗成本，提高了實驗效率。此外，通過自己的反復(fù)實驗，我不僅得到了較為清晰的實驗結(jié)果，并且進一步掌握了植物細胞有絲分裂這個知識點。

圖2 植物細胞有絲分裂觀察效果

4 結(jié)論

在高中生物課本中，觀察植物細胞的有絲分裂實驗的重要實驗之一，是考試經(jīng)?？疾斓膬?nèi)容，對我們掌握植物細胞有絲分裂這一知識具有很大幫助。但是在按照課本中所制定的實驗材料和步驟來進行了實驗后，發(fā)現(xiàn)實際效果極其不理想，成功率很低，難以觀察到植物細胞有絲分裂的情況。因此，我在課后通過多次反復(fù)的實驗，同時參考了其他同學的成功經(jīng)驗， 對這個實驗進行了一些改進，能夠得到較清晰的實驗結(jié)果，取得了令人理想的效果。然后，通過實驗，我發(fā)現(xiàn)，不是所有操作越簡單，步驟越少的實驗，效果就越好。最后，我們應(yīng)該多動手，多思考，自己動手對書本上實驗方法進行驗證，找尋能夠進一步優(yōu)化的地方，并能夠通過思考和實踐對實驗進行改進，直接參與到實驗中去，體驗實驗效果，加強自身的動手能力，促進理性思維的培養(yǎng)，提高知識的吸收效率。

【參考文獻】

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，生物課程教材研究開發(fā)中心.生物—分子與細胞[M].人民教育出版社.2004.

[2]阮競強.觀察植物細胞有絲分裂實驗的改進[J].生物學通報，2007，42（1）：54.

[3]朱娟.生物教學中植物細胞有絲分裂實驗材料選擇初探[J].教法新探，2014，1：75.

[4]楊立昌，乙引.觀察植物細胞有絲分裂實驗改進綜述[J]. 實驗改進，2011，2：32-34.

[5]杜衛(wèi)政，皮海兩.“觀察植物細胞的有絲分裂”實驗的若干改進[J].儀器自制與改進，2005，15（81）：22-23.

[6]姜豐儀.觀察植物細胞有絲分裂實驗的幾點發(fā)現(xiàn)[J].學術(shù)論壇，2012，5：237.

[7]張水成，趙艷玲.對實驗“觀察植物細胞的有絲分裂”臨時裝片制作的改進意見[J].天高中刊，2002，17（2）：88-89.