蔥小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂觀察

陳曉蕓 林鴻生 王桔紅

(廣東省韓山師范學(xué)院食品工程與生物科技學(xué)院 潮州 521041)

減數(shù)分裂和染色體行為觀察是高中遺傳學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，減數(shù)分裂不僅是高等動(dòng)植物有性生殖方式，還是遺傳學(xué)三大規(guī)律及生物進(jìn)化的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。減數(shù)分裂實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作中，往往存在取材困難、染色效果不佳、分辨率較低等問題。本文以常見的植物——蔥為材料，探索其小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂的采樣、制片和觀察方法，提高實(shí)驗(yàn)效率和保障教學(xué)效果。

1 材料和取材

蔥(AlliumfistulosumL.)(2n=16)的花序。取材： 每年從12月至第二年的2月，蔥可長出花序，待花序長到花生大小時(shí)，顏色呈綠色時(shí)采摘花序(若呈現(xiàn)黃白色時(shí)，花粉近乎成熟，不適使用)。選取天氣晴朗、溫度介于15℃～25℃的時(shí)段，從上午9∶00開始，到下午18∶00結(jié)束，每隔半小時(shí)采摘蔥的花序，并作好不同時(shí)間的采摘標(biāo)記。

2 固定

采摘后的花序用卡諾固定液(3份酒精∶1份冰醋酸)固定。取花序浸入卡諾固定液中，固定18～24 h后，轉(zhuǎn)入無水乙醇浸泡18～24 h，轉(zhuǎn)入70%乙醇保存?zhèn)溆谩９潭ǖ哪康氖茄杆贇⑺阑罴?xì)胞，使染色體蛋白質(zhì)變性，保持其固有形狀，并且經(jīng)過固定處理的材料更易于染色、分色和保存。

3 制片與觀察

3.1 涂片 挑取一個(gè)花蕾放到培養(yǎng)皿中，用蒸餾水浸泡1 min后，用刀片切開花蕾，選取小花放在載玻片上。用吸水紙吸去多余的保存液，用大頭針在小花中挑取花藥，清除其他殘余物。用大頭針鈍端搗碎花藥，將擠出花粉母細(xì)胞(呈半透明膠狀)小范圍內(nèi)涂成薄層。

3.2 染色 在涂好的載玻片上立即滴加一滴或半滴改良苯酚品紅染液(視滴管大小而定，由于花粉母細(xì)胞在壓片過程中特別容易隨染液溢出，所以滴加染液宜少不宜多)，靜置染色10～15 min。

3.3 壓片 覆蓋蓋玻片后，在蓋玻片上加3～4層吸水紙包覆，用拇指與食指緊壓蓋玻片的對(duì)角處，再用鉛筆的橡皮頭垂直敲打，使細(xì)胞平整、染色體散開分布于同一平面，便于觀察和記數(shù)；同時(shí)吸水紙可吸去蓋玻片周圍多余的染液。應(yīng)注意勿使蓋玻片發(fā)生搓動(dòng)，以免破壞細(xì)胞與染色體的完整性。

3.4 鏡檢 把制好的裝片放到顯微鏡載物臺(tái)的中央觀察區(qū)，從低倍鏡開始觀察，尋找到花粉母細(xì)胞后，再轉(zhuǎn)成高倍鏡繼續(xù)觀察細(xì)胞所處減數(shù)分裂不同時(shí)期的染色體形態(tài)特征。

4 結(jié)果與討論

4.1 取材時(shí)間的選擇 從上午9∶00開始，到下午18∶00結(jié)束，在此時(shí)間段內(nèi)每隔半小時(shí)采摘蔥的花序，不同采摘時(shí)間所采花序的小孢子母細(xì)胞處于減數(shù)分裂期的比例相差較大(圖1)。根據(jù)圖1數(shù)據(jù)顯示，為了獲得較多理想的減數(shù)分裂材料，取材時(shí)間一般是上午9∶00～12∶00、下午14∶00～16∶00。

圖1 不同時(shí)間段處于減數(shù)分裂期的蔥小孢子母細(xì)胞比例

4.2 花序大小與成熟度的選擇 通常用蔥的花序外部形態(tài)特征來判斷成熟度，主要依據(jù)為花序總苞片的顏色和花序的縱徑、橫徑的長度。花序總苞片的顏色變化是由深綠逐漸轉(zhuǎn)為淺綠、黃綠直至淡黃色或黃白相間。花序的大小也從最初小米粒狀(3～5 mm)長到葡萄狀(15～20 mm)。為了保證數(shù)據(jù)的一致性，所選的小花來自花序的基部、中間、頂端三個(gè)部位。小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂與花蕾形態(tài)特征的相關(guān)性研究結(jié)果詳見表1。

4.3 制片效果 改良苯酚品紅是目前使用較為廣泛的染色體染色劑，從制片結(jié)果可見小孢子母細(xì)胞染色體被染色或著色較深(圖2)，細(xì)胞質(zhì)不染色或著色較淺，背景清晰干凈，細(xì)胞排列較松散、無變形。蔥小孢子母細(xì)胞細(xì)胞分裂有較強(qiáng)的同步性(圖2B)，且各時(shí)期的染色體特征清晰可見，是很好的教學(xué)模型。

A. 第一次減數(shù)分裂前期(粗線期)

B. 第一次減數(shù)分裂后期

C. 第一次減數(shù)分裂末期

5 其他

實(shí)驗(yàn)材料是否處于旺盛減數(shù)分裂時(shí)期，是實(shí)驗(yàn)成功的前提。因此，取材非常關(guān)鍵。蔥小孢子母細(xì)胞的田間取材，主要依據(jù)不同減數(shù)分裂時(shí)期對(duì)應(yīng)的花蕾外部形態(tài)指標(biāo)(表1)。

然而天氣、光照、水分、肥料等外部環(huán)境條件常常影響植物的生長發(fā)育。取材還要依據(jù)植物生長發(fā)育的最適溫度。氣溫過低會(huì)影響減數(shù)分裂的正常進(jìn)行，這時(shí)取材細(xì)胞常常處理前期、末期等時(shí)期，而終變期、后期、中期圖像少；溫度過高(30℃以上)時(shí)植株新陳代謝旺盛，減數(shù)分裂周期縮短，核質(zhì)粘連嚴(yán)重，也不易獲得理想的制片和觀察效果。因此，取材時(shí)植物的外部形態(tài)指標(biāo)和時(shí)間必須十分恰當(dāng)，才能獲得理想的減數(shù)分裂圖像。

蔥為常見蔬菜，種植簡易，花期較長，可以用若干個(gè)花盆室外栽種，方便采摘。同時(shí)，教師也可以指導(dǎo)學(xué)生細(xì)心觀察花序外部形態(tài)特征，自己動(dòng)手選取不同的蔥花序，參與從固定材料到染色制片的試驗(yàn)過程，引導(dǎo)學(xué)生由直觀辨認(rèn)減數(shù)分裂的各個(gè)時(shí)期染色體的形態(tài)、數(shù)目和位置，上升到抽象構(gòu)建減數(shù)分裂的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律整體認(rèn)知。

表1 蔥小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂與花蕾形態(tài)特征的相關(guān)性

表1 蔥小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂與花蕾形態(tài)特征的相關(guān)性

花序大小(縱徑: mm)花序顏色小花與總苞片的長度比例小孢子母細(xì)胞所處減數(shù)分裂的時(shí)期處于減數(shù)分裂各時(shí)期小孢子母細(xì)胞的比例5深綠1∶2第一次減數(shù)分裂前期82%8深綠1∶2第一次減數(shù)分裂前期、中期79%11淺綠2∶3第一次減數(shù)分裂中期、末期81%14淺綠4∶5第二次減數(shù)分裂中期、末期84%17淺綠4∶5第二次減數(shù)分裂中期、末期87%20淡黃接近1∶1四分孢子50%,成熟花粉粒占50%23黃白接近1∶1四分孢子30%,成熟花粉粒占70%25～28白色2∶1全部為成熟花粉粒