低溫誘導(dǎo)植物染色體加倍實(shí)驗(yàn)的探究與改進(jìn)分析論文

　　隨著中學(xué)生物實(shí)施課程改革，從2009年按開(kāi)始，內(nèi)蒙古自治區(qū)高中生物教材從以前選用人教版全日制普通高中生物教材改為選用人教版新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科用書(shū)。《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》。尊重學(xué)生多樣化發(fā)展的新需求，更貼近實(shí)際和生活經(jīng)驗(yàn)，更重視發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐能力。《新課標(biāo)》中明確指出要倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，要讓學(xué)生勤于動(dòng)手。

　　與過(guò)去的教材相比《新課標(biāo)》中生物實(shí)驗(yàn)的比重明顯增加，有些實(shí)驗(yàn)是以前教材不要求的，低溫誘導(dǎo)染色體加倍實(shí)驗(yàn)便是其中之一。實(shí)驗(yàn)教學(xué)屬于必需親自操作后才能有深刻體會(huì)的教學(xué)內(nèi)容，有的實(shí)驗(yàn)如果單單照搬教科書(shū)上的過(guò)程，在實(shí)際操作中會(huì)遇到許多問(wèn)題，會(huì)對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生不利影響。因此，對(duì)于《新課標(biāo)》中涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教師要提前感受為好。 面對(duì)中學(xué)生物《新課標(biāo)》實(shí)施的現(xiàn)實(shí)，大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中要有適當(dāng)?shù)捏w現(xiàn)，要使生物教育專業(yè)的本科畢業(yè)生所獲得的實(shí)踐技能能夠貼近《新課標(biāo)》的要求。目前，我校生物教育專業(yè)的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中還沒(méi)有低溫誘導(dǎo)染色體加倍實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目，為了促進(jìn)教學(xué)改革，為今后實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供幫助，特開(kāi)展了本實(shí)驗(yàn)的研究，以期找到能體現(xiàn)最佳實(shí)驗(yàn)效果的方法。

　　1材料與方法

　　1. 1實(shí)驗(yàn)材料

　　實(shí)驗(yàn)中分別選擇了洋蔥、大蒜做為實(shí)驗(yàn)材料。大蒜生根前放入4℃冰箱以打破體眠期，提高出根率。試驗(yàn)時(shí)選取健壯的大蒜瓣，剝?nèi)ニ馄ぃ��?0枚，每5枚大蒜為一組用細(xì)木棍穿起來(lái)放入盛有清水的容器中進(jìn)行室溫培養(yǎng)。水以浸沒(méi)根部為宜，每?jī)商鞊Q一次水，根尖3d長(zhǎng)到約lcm長(zhǎng)，此時(shí)將裝置轉(zhuǎn)入4℃的冰箱里進(jìn)行低溫誘導(dǎo)。洋蔥的培養(yǎng)方法為選取健壯洋蔥放入盛有清水容器中，水以沒(méi)過(guò)洋蔥根部為宜，每?jī)商鞊Q一次水，室溫培養(yǎng)。

　　1.2材料處理與方法

　　1.2. 1實(shí)驗(yàn)材料的固定

　　固定是借助于物理方法或化學(xué)藥物的作用，迅速滲入組織和細(xì)胞將之殺死，使其形態(tài)結(jié)構(gòu)和內(nèi)含物盡可能地保持生活時(shí)的真實(shí)狀態(tài)，本實(shí)驗(yàn)用的固定液是卡諾氏液(無(wú)水酒精:冰醋酸=3:1)。根據(jù)《高中人教版生物必修二》中低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目化的實(shí)驗(yàn) (以下簡(jiǎn)稱教材)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，低溫鄉(xiāng)導(dǎo)完成后，取約lcm長(zhǎng)的根尖(教材上要求取5cm，但根尖應(yīng)取得稍微長(zhǎng)一點(diǎn)，便于從溶液中取，可以在染色時(shí)再截至適宜長(zhǎng)度)，將其放入卡諾二液中浸泡，教材上要求浸泡0. 5-1h，但在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)用卡諾氏液浸泡根尖0. 5h為最佳，因?yàn)檠笫[根尖比較細(xì)，卡諾氏液本身有殺死細(xì)胞的作用，如果固定的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，根尖容易發(fā)黃萎蔫，不利于對(duì)材料進(jìn)行觀察;另外，固定根尖0. 5h時(shí)根尖細(xì)胞的分散程度以及固定程度比較好。

　　1.2.2解離

　　解離是為了除去細(xì)胞間的果膠以使細(xì)胞壁軟化，從而使細(xì)胞在壓片時(shí)更易分散;此外還可使細(xì)胞相互分離開(kāi)，防止重疊現(xiàn)象的發(fā)生，便于觀察細(xì)胞中的染色體數(shù)目變化。所以，適當(dāng)延長(zhǎng)解離時(shí)間可以讓細(xì)胞的分開(kāi)程度加大。在本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)中關(guān)鍵是對(duì)解離時(shí)間的把握。教材上要求用解離液在室溫下解離3-5 min，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)根尖解離10min最佳。根尖剛開(kāi)始解離2min，根尖部位開(kāi)始發(fā)白膨大，5 min后進(jìn)行染色制片發(fā)現(xiàn)根尖不易被搗碎，不能被敲散成霧狀，更不易被充分染色，細(xì)胞重疊度較大。解離10min后根尖解離達(dá)到最佳狀態(tài)，染色的時(shí)候可以被搗碎，從而充分染色，并且在制片的時(shí)候，蓋玻片蓋下的同時(shí)根尖就分散開(kāi)來(lái)，且保持根尖形狀不變，更容易找到分生區(qū)細(xì)胞。

　　1.2.3漂洗

　　教材中提到用清水漂洗，但是本實(shí)驗(yàn)的漂洗最好用蒸餾水，除了洗去解離液防止解離過(guò)度外，也可起到低滲作用，使細(xì)胞體積有一定的膨脹，便于以后染色體形態(tài)的觀察.根尖材料要漂洗三遍，每遍2-3 min，注意動(dòng)作要輕，不要弄壞了根尖形態(tài)。

　　1.2.4染色

　　教材上采用龍膽紫染色或醋酸洋紅染色，但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用醋酸洋紅染液進(jìn)行制片染色效果更佳，龍膽紫染色不清晰。而醋酸洋紅染液是一種細(xì)胞核染液，可以使染色體部分染色較深，而細(xì)胞質(zhì)部分基本不染色，染出的裝片細(xì)胞核明顯，便于觀察。在取材方面，教材上是把根尖浸泡入玻璃皿中染色3-5 min，這樣操作材料染色過(guò)深，反而不利于實(shí)驗(yàn)的觀察，另外根尖經(jīng)過(guò)解離己經(jīng)變得酥軟，如果此時(shí)放入染液不容易把根尖完整地取出。為了避免染色過(guò)深和對(duì)根尖材料的損傷，實(shí)驗(yàn)參照林荔等的研究結(jié)果進(jìn)行了改動(dòng)。在載玻片中央滴一滴清水，用鑷子夾起解離、漂洗后的根尖材料放于清水里，用刀片把根尖材料切到合適長(zhǎng)度，約5mm，再滴加一滴醋酸洋紅染液，用鑷子將根尖輕輕搗碎細(xì)胞完全分散。這樣，不僅核內(nèi)染色體易被染色，且縮短了染色時(shí)間，染色3 min，接著再進(jìn)行制片。

　　1.2.5制片

　　在蓋玻片上鋪吸水紙，以手按壓，注意力度，防止蓋玻片滑動(dòng)，再以吸水紙?jiān)谏w玻片四周把水和染液吸干，吸干水后用鑷子鈍頭輕輕敲打蓋玻片下的材料，使材料霧狀均勻分散，便于觀察。教材中以蓋玻片上加蓋載玻片的方法按壓，玻片易滑動(dòng)，不容易操作。制片結(jié)束后，用高倍鏡觀察細(xì)胞染色體情況。

　　2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　2. 1洋蔥和大蒜實(shí)驗(yàn)效果比較

　　文獻(xiàn)資料顯示，在低溫誘導(dǎo)染色體加倍實(shí)驗(yàn)這一實(shí)驗(yàn)中，與大蒜相比，洋蔥根尖細(xì)胞分裂相旺盛期持續(xù)時(shí)間短且不明顯。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，實(shí)驗(yàn)制片觀察洋蔥與大蒜染色體效果差別不是很明顯。

　　2. 2大蒜根尖在低溫條件下不同處理時(shí)間的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　實(shí)驗(yàn)在4℃低溫下分別對(duì)大蒜進(jìn)行36h,48h,72h的染色體變異誘導(dǎo)，然后再室溫培養(yǎng)24h，隨后鏡檢實(shí)驗(yàn)效果。結(jié)果顯示:經(jīng)過(guò)鏡檢三種處理均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)染色體加倍的細(xì)胞。雖然如此，發(fā)現(xiàn)低溫誘導(dǎo)72h處理后，根尖細(xì)胞處于分裂期的細(xì)胞多。

　　3討論與分析

　　從染色效果看，洋蔥與大蒜染色體效果差別不大，表明二者均是觀察染色體染色的良好材料。通過(guò)比較大蒜和洋蔥的根尖細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，由于洋蔥根尖細(xì)胞分裂相旺盛期持續(xù)時(shí)間短，使用大蒜觀察效果較好。由于低溫誘導(dǎo)染色體變異機(jī)制是抑制了紡錘體的作用，因此，細(xì)胞分裂約旺盛實(shí)驗(yàn)越容易成功。因此，總體來(lái)說(shuō)，大蒜對(duì)于低溫誘導(dǎo)染色體變異實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是更可取的。

　　對(duì)于誘導(dǎo)染色體變異來(lái)說(shuō)，常用秋水仙素和低溫誘導(dǎo)。但是，由于秋水仙素有劇毒，不易用于中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)，故此本次實(shí)驗(yàn)探究用低溫誘導(dǎo)染色體變異的最佳條件。低溫處理雖然效果欠佳，但具有易操作、安全、成本低等誘導(dǎo)。

　　本次實(shí)驗(yàn)雖然設(shè)置了不同時(shí)間的低溫處理，但結(jié)果并未觀察到染色體加倍現(xiàn)象。這一則可能與低溫誘導(dǎo)效率低，且由于實(shí)驗(yàn)時(shí)間緊未能反復(fù)進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)有關(guān);另一方面也可能與處理溫度不適合有關(guān)，張興蓮等研究認(rèn)為誘導(dǎo)染色體變異的溫度在2℃到4℃范圍內(nèi)更佳。但是，實(shí)驗(yàn)室目前冰箱不具有2 -4℃的調(diào)溫功能。此外，多倍體難以觀察也是實(shí)驗(yàn)不易成功的原因之一，觀察染色體的最佳時(shí)期是分裂中期，而低溫誘導(dǎo)染色體加倍的'機(jī)制是抑制紡錘體的作用而阻礙細(xì)胞有絲分裂一分為二，發(fā)生染色體加倍的細(xì)胞必須是染色體己復(fù)制的細(xì)胞，只有當(dāng)該細(xì)胞進(jìn)入到下一個(gè)分裂周期的中期或后期時(shí)才能確保觀察到結(jié)果，而低溫降低酶的活性，細(xì)胞分裂速度受限，結(jié)果不易觀察。

　　從誘導(dǎo)時(shí)間上來(lái)看，雖然本次實(shí)驗(yàn)未能觀察到染色體加倍現(xiàn)象，但誘導(dǎo)72h的處理細(xì)胞分裂旺盛。由于低溫誘導(dǎo)的染色體加倍發(fā)生在細(xì)胞分裂期，分裂旺盛暗示72h處理與36h和48h相比是更合適的處理。

　　4結(jié)論

　　本課題就高中生物學(xué)新課程&“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化&”實(shí)驗(yàn)提出了一些細(xì)節(jié)上的補(bǔ)充，并通過(guò)在培養(yǎng)、取材、固定、解離、染色、漂洗等常規(guī)實(shí)驗(yàn)步驟做了更詳細(xì)的處理，以提高實(shí)驗(yàn)的成功率，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察的可行性和可靠性，來(lái)保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行。在低溫誘導(dǎo)方面采取了2 - 4 0C的低溫，低溫誘導(dǎo)時(shí)間為72h時(shí)實(shí)驗(yàn)效果最佳。本課題值得探討的地方還有很多，應(yīng)該進(jìn)行對(duì)誘導(dǎo)最適溫度和時(shí)間的精確測(cè)量，以增加誘導(dǎo)植物染色體加倍的成功率。

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