觀察根尖分生區(qū)細胞的有絲分裂實驗改進

摘 要：“觀察根尖分生區(qū)細胞的有絲分裂”實驗的開課率較低，往往達不到預(yù)期的教學(xué)效果。本文針對教材中實驗的不足之處進行探索改進，選擇小蔥作為實驗材料，并通過對實驗步驟的改進，實現(xiàn)了分裂相更明顯、細胞更分散、操作更簡捷、實驗時間更短、觀察時間更充分、染色更清晰和成功率更高的實驗效果。

關(guān)鍵詞：植物細胞；小蔥根尖及莖尖；有絲分裂實驗；實驗改進

文章編號：1003-7586（2024）06-0060-03 中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)識碼：B

人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細胞》（以下簡稱“教材”）中“觀察根尖分生區(qū)細胞的有絲分裂”實驗，一方面通過學(xué)生實際操作，觀察真實的細胞有絲分裂，將認識建立在觀察實證的基礎(chǔ)上；另一方面可以進一步加強學(xué)生制作臨時裝片和操作顯微鏡的技能。該實驗包括臨時裝片的制作和用顯微鏡觀察圖像兩個重要環(huán)節(jié)。教材中的實驗設(shè)計和操作步驟所達到的實驗效果不夠清晰，對學(xué)生的啟發(fā)性不強^［1］，而實驗效果直接影響實驗操作的積極性。在以往的教學(xué)中本實驗開課率較低，教學(xué)效果不佳。 所以，針對教材中實驗的不足之處，筆者探索了合理的改進方法。

1 教材實驗存在的問題

1.1 實驗材料問題

教材中選定的實驗材料為洋蔥根尖，培養(yǎng)洋蔥根尖需至少提前3～4天時間，且易爛根。對于一個接近1 000名學(xué)生的年級，培養(yǎng)洋蔥根尖耗時長、工作量大、成本高。

1.2 實驗步驟問題

①教材中要求剪取根尖2～3 mm，學(xué)生難以把握具體根尖分生區(qū)的部位，并且長度過短，在實驗過程中容易造成材料丟失。

②制作裝片時間較長。教材中解離步驟完成后，將根尖放入盛有清水的玻璃皿中漂洗約10 min，目的是洗去解離液，防止解離過度。這一過程占用過多的課堂時間，再加上觀察、分辨細胞各時期分裂圖像和結(jié)果分析的時間，導(dǎo)致學(xué)生難以按時完成實驗內(nèi)容。

③按照教材中的操作步驟，解離、漂洗、染色、制片分別在不同的環(huán)境中進行，需要多次使用鑷子轉(zhuǎn)移材料。而解離后的材料比較柔軟，在多次轉(zhuǎn)移過程中可能對細胞造成破壞。

④教材中選擇的染液為甲紫染液，使細胞核中的染色體著色，便于觀察。但該染料會擴散至整個細胞，從而無法區(qū)分細胞核和細胞質(zhì)。

⑤制片時，教材中建議用拇指輕輕按壓蓋玻片，以使細胞分散開來有利于觀察。實際操作時，學(xué)生無法準確掌握按壓力度，且按壓裝片時容易導(dǎo)致蓋玻片移動，從而影響觀察。

2 實驗改進要點

針對以上問題，筆者和生物學(xué)興趣小組的學(xué)生進行了多次實驗，對實驗進行了以下改進。

2.1 實驗材料的選擇

教材建議選擇觀察根尖細胞的有絲分裂，需要實驗材料具備易生根或者根系發(fā)達等特點，以便能隨取隨用。教材中建議的材料除了洋蔥之外，還有大蒜和小蔥，大蒜根尖的培養(yǎng)時間和洋蔥基本接近，故而作為實驗改進材料的意義不大。小蔥價格低廉且具有較多的根系，不需要培養(yǎng)，只需選取較短且不被破壞的根即可用于實驗（見圖1）。此外，沒用完的小蔥可放入清水中繼續(xù)培養(yǎng)，長出新根（見圖2），有利于后續(xù)的班級開展實驗。因此將小蔥作為實驗材料，縮短了實驗前期的準備時間，也減少了實驗人員的工作，避免造成浪費。^［2］

2.2 實驗部位的改進

植物細胞的有絲分裂常見于根尖、芽尖等分生區(qū)細胞，而教材中直接指定了實驗部位。學(xué)生按照規(guī)定操作完成實驗，啟發(fā)性不強且缺乏思考，不利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，也不利于學(xué)生理解有絲分裂概念。即使學(xué)生順利完成了實驗，對其中的緣由也難以理解，無法培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“科學(xué)探究”素養(yǎng)。所以，教師要引導(dǎo)學(xué)生對實驗部位進行選擇，從批判性的角度衡量實驗材料的優(yōu)劣，對實驗進行探究。筆者通過查閱資料，了解到小蔥的莖尖也是進行觀察有絲分裂實驗的良好材料，且小蔥的莖尖相對于根尖來說，取材不受實驗時間的影響。^［3］所以本實驗提供小蔥的根尖和莖尖兩個觀察部位，學(xué)生自主選擇，互相觀察，提高了學(xué)生的自主性。材料的更新使學(xué)生能從多方面思考有絲分裂發(fā)生的可能部位，加深了學(xué)生對有絲分裂概念的理解。

2.3 實驗步驟的優(yōu)化

一、 取材及處理。

根尖：直接選取小蔥基部1～2 cm且完整的根放在載玻片上進行解離，待解離、漂洗后，即可看到整條根中根尖生長點部分為乳白色，其余部位透明，用刀片切去透明部分，只留白色部分約2～3 mm。這樣既可以準確找到根尖分生區(qū)，又避免了由于2～3 mm的根尖太短，在染色和漂洗過程中造成丟失。

莖尖：用刀片從小蔥距離根正常部位2～3 mm處進行橫切，然后再切下一薄片，用鑷子從中間部位取樣，即為莖尖（見圖3）。

二、 操作環(huán)境。采用“一片式”操作法，即整個實驗過程根尖（莖尖）始終在一塊載玻片上進行。避免了用鑷子反復(fù)轉(zhuǎn)移根尖（莖尖）造成的細胞損壞或材料丟失。

三、 漂洗。縮短漂洗時間。待根尖軟化后用吸水紙吸去解離液，滴1～2滴清水，用鑷子反復(fù)撥動根尖，再用吸水紙吸去清水，重復(fù)滴水、吸水的操作5～6次，漂洗時間約為30 s。縮短漂洗時間后染色體著色效果良好。縮短漂洗時間，保證了學(xué)生有更充足的時間用來顯微觀察，從而提升了實驗效果。

四、 染色。由于用甲紫染色后，細胞中染色體以外的部位也含有染料，從而影響細胞有絲分裂以及染色體狀態(tài)的觀察。針對這一情況，筆者通過查閱資料后改進為用改良苯酚品紅染色3～5 min。改良苯酚品紅染色后細胞質(zhì)部位接近無色，更有利于染色體的觀察（見圖4），這對于學(xué)生辨認細胞分裂的不同時期有很大幫助。染色開始時用鑷子在根尖（莖尖）處輕搗幾下，相比起直接將根尖（莖尖）放在染液中浸泡，染色更加均勻（見圖5）。

五、 制片。制片結(jié)果的好壞直接影響實驗觀察的效果。染色后用吸水紙吸去載玻片上的染液，再在材料上滴加一滴改良苯酚品紅染液后蓋上蓋玻片，壓片時用手指按住蓋玻片一端防止移動，用橡皮或鉛筆的橡皮端輕輕敲擊蓋玻片至根尖（莖尖）呈云霧狀。

相對于原實驗而言，改進后的實驗材料方便易獲取，同時準備時間短，降低了成本，使得實驗更容易開展。對實驗步驟的改進和優(yōu)化，實現(xiàn)了分裂相更明顯、細胞更分散、操作更簡捷、實驗時間更短、觀察時間更充分、染色更清晰和成功率更高的效果（見圖6、圖7），提高了學(xué)生的實驗成功率，也避免了學(xué)生因?qū)嶒炐Ч幻黠@而降低學(xué)習(xí)的積極性的情況，符合《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準（2017年版2020年修訂）》“教學(xué)過程重實踐”的要求。

3 結(jié)論

實驗教學(xué)是生物學(xué)教學(xué)的重要組成部分，是提升學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。^［4］教師通過實驗教學(xué)，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，變被動接受為主動學(xué)習(xí)；通過改變概念獲取的方式，幫助學(xué)生在實驗操作中有效地構(gòu)建概念，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)其中的科學(xué)方法，提高實驗和探究技能。本實驗基于此理念，引導(dǎo)學(xué)生在“做中學(xué)”“用中學(xué)”，不僅能有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力，還有助于促進學(xué)生全面發(fā)展、培養(yǎng)其生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻

［1］ 李任敏，楊太有.“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗改進及設(shè)計［J］.中國生物教學(xué)，2022（6）：59-61．

［2］ 林玉武.以四季蔥（shallot）為實驗材料對有絲分裂的改進［J］.課程教育研究，2020（1）：184．

［3］ 劉燕華，王蘭.有絲分裂實驗的好材料——蔥和大蒜的莖尖［J］.生物學(xué)教學(xué)，2023，48（2）：58-59．

［5］陳能訓(xùn).“綠葉中色素的提取與分離”實驗的改進與拓展［J］.中小學(xué)教學(xué)研究，2022，23（2）：75-80．