細胞有絲分裂實驗的綜合改進

摘 要：“細胞有絲分裂”實驗，是現行生物教科書中必做的實驗之一。這個實驗無論對培養基本生物技能，還是加深理解有絲分裂過程的掌握，都是非常重要的，但在實驗過程中發現傳統方法中有幾點不足需要改進。針對實驗的方法、步驟、選材等環節進行了綜合改進。

關鍵詞：有絲分裂；綜合改進；選材；實驗條件；

觀察植物細胞的有絲分裂實驗在生物學實驗中占有重要地位，但實際操作中，成功率較低，在一個300高中生的樣本中，僅有62位學生獲得預期的實驗效果。經過多年的調查觀察，主要原因有：（1）解離、漂洗需要時間較長。（2）細胞染色太深，不易辨認染色體。（3）用拇指壓片，細胞分散不好，重疊而難于分辨。（4）洋蔥，往往處于休眠狀態，發根少，或不發根，無法滿足實驗用。

為此，不同學者針對實驗流程、實驗對象以及實驗環境進行了改進，一些學者根據實驗的選材進行了分析和改進，提出了針對實驗材料的改進方法，包括：實驗樣本培養和保存的方法。一些學生則針對實驗的流程進行了改進，對制作裝片、染色等實驗環境進行了改進，在以上研究的基礎上，對實驗進行綜合改進。包括實驗樣本的選擇、樣本的培養、實驗流程的改進，在提高實驗成功率的同時，提高實驗效果。經過實驗證明了該方法的有效性。

一、常見方法局限性分析

1.傳統方法選用洋蔥根尖做實驗材料。首先，洋蔥體積較大，1個廣口瓶只能培養1個洋蔥，在培養時需經常換水，如果人工進行實驗，需要很多洋蔥，無形中增加了工作量與實驗成本；其次，洋蔥根尖雖較粗壯，但細胞中染色體形態反而不明顯；再次，傳統方法中待根尖長5 cm時再取生長健壯的根尖制片也不妥，根尖只需長到約1 cm時反而更合適。

2.首先，傳統方法使用質量分數為15%的鹽酸與體積分數為95%的酒精1∶1的混合液對洋蔥根尖進行解離，這樣容易忽視酒精的固定作用，并且此解離液會引起原生質收縮。根尖的固定這一步驟是將根尖殺死，使根尖分生區的細胞固定在有絲分裂的不同時期，避免染色體在解離時狀態的改變。根尖的解離是實驗的關鍵步驟之一，解離可以除去細胞間的果膠，并使細胞壁纖維素軟化，根尖解離是否合適，直接關系到染色的效果和壓片時細胞能否分散。其次，傳統方法中解離時間為3～5 min，實際操作時解離效果并不理想，建議時間改為8～10 min。

3.為了觀察細胞中的染色體的形態變化，通常用堿性染料對呈酸性的染色體進行染色，傳統方法中使用質量濃度為0.01 mol/mL的龍膽紫溶液染色3～5 min，但在實際使用時發現濃度偏高，整個細胞都呈紫色，而細胞核呈深紫色，不能直接區分細胞核中的染色體。

4.按傳統方法中的步驟與方法不能使根尖細胞完全分散開來。

二、實驗方法的綜合改進

1.實驗材料的優化對比。經過多年的觀察發現，當室內溫度在20℃左右時，經過兩到三周的時間后莖盤會發生較大的變化：開始變得向外突出并且此時面積也會隨之而增大、頂端長出莖葉。在這個溫度下進行培養，平均每個可發根100條以上，效率提高并且也降低了實驗成本。

培養器皿與培養基質傳統方法中提到培養洋蔥根采用廣口瓶，這樣的器皿并不十分合適。這是由于實驗樣本的特點確定的。洋蔥底部與廣口瓶瓶口吻合，從而會導致氧氣不足而爛根。因此本文建議選用100 mL的燒杯，使洋蔥底部與燒杯口的水接觸，并經常換水，在20℃左右的室內，放置4～5天，在這樣的環境下，洋蔥的根部長到3 cm以上，就可以成為優秀的實驗樣本了。

傳統方法用水作培養基質，但用水做基質細胞分裂較慢，相反如果改用培養液代替清水培養會收到更好的實驗效果。可以將洋蔥放在清水中培養3天，當根部成長1 cm以后，此時更換培養液，再經過2～3天的時間培養。這樣操作的好處在于：（1）洋蔥的根尖生長快，細胞分裂旺盛；（2）制片后通過實驗很容易找到各期的分裂相。本文所提出的培養液的配方是Ca（NO3）2、KH2PO4、0.25 gMgSO4·7H2O、0.125 g KCl、0.125 g FeCl3的混合液體。其具體含量為：1000 mL清水、1.0 gCa（NO3）2 0.25 gKH2PO4、0.25 g MgSO4·7H2O、0.125 gKCl、0.125 gFeCl3。

2.實驗流程優化對比分析。天中細胞分裂因時間的不同有快有慢，與上課時間不對應，一般由老師選擇最佳時間將粗壯、雪白的根尖5 mm處剪下，用卡諾固定液（乙醇：冰醋酸二3∶1）固定后，保存于70%酒精溶液中，隨時供實驗人員實驗用。教科書上介紹固定洋蔥根尖時間為上午10時～下午2時為最佳時間。現將2014年3月用清水和培養液為基質的實驗記錄列表如表1

表1為在放大500X顯微鏡下尋找出分裂相細胞最多的一個實驗作出統計所得的數據通過上表和多年的實踐證明：筆者所用的洋蔥品種，在下午3～4時分裂相最多。

解離過程在玻璃皿中進行為好，采用教科書上介紹的解離液效果較好，但學生做實驗時往往不能因環境溫度不同而對實驗進行調整，機械地按書本介紹的解離時間去做。這樣可能會出現解離時間不夠，解離不徹底，影響染色和壓片；或解離時間過長，根尖太爛，下一步漂洗和染色不易進行。在筆者的實驗材料和實驗條件下約7 min較合適（注意：10%的鹽酸應理解為10%HCl）。解離的適合程度是學生最難控制的一環。如何定解離的適合程度，筆者多年的經驗證明，只要根尖色澤變白，略帶透明，并已酥軟即可。上實驗課時老師一定要講清楚，向實驗人員重點強調要觀察根尖解離狀態，而不是只機械地進行。

漂洗也在玻璃皿中進行，目的是洗去解離殘留液。為了節省時間，提高效率，筆者采用動態沖洗的方法，就是用鑷子攪動玻璃皿中的水，使它產生小的水流，或者用吸管鼓氣5～6次，產生小水流，換水3次，前后2次即可達到好的漂洗效果。要告誡實驗人員防止在漂洗時丟失了根尖分生區。

染色是實驗成敗的一個關鍵。書中介紹的染色是用0.019 mol/L或0.029 mol/L的龍膽紫溶液。教學實踐證明，這種濃度的染色液染色效果不好，此濃度染出的根尖制成裝片在顯微鏡下看到一片深藍色，很難區分出分裂相的細胞。為了找到理想的染色液濃度，筆者做了不同濃度龍膽紫的染色對比試驗，如表2所示：

從表2看出，龍膽紫濃度從質量分數0.01%～0.5%范圍都可以分辨出分裂相細胞。其中0.25%龍膽紫濃度染色效果最好。后來一直采用該濃度染色液，實驗效果非常好。這個結果，跟胡壽根老師的結論基本一致。在染色過程中滴上0.25%龍膽紫溶液后，再滴加1滴20%～25%的醋酸溶液，效果會更好。因為適量的醋酸溶液可以使細胞質膨脹，使材質變硬，便于壓片。還可以加強龍膽紫對細胞核的染色體選擇著色，所以經酸化后制出的裝片染色體更清晰。

在漂洗步驟的增加染色結束后，用清水再漂洗1 min，可以洗

去染色體以外部位的染色劑，使染色體特別明顯。壓片根尖作上述處理后，最后是壓片。切取2 mm洋蔥根尖放在載玻片的清水滴中，蓋上蓋玻片，再加一塊載玻片，用拇指輕輕地壓片，由于實驗人員缺乏熟練的技巧，往往出現細胞重疊，影響觀察效果。建議實驗人員用鑷子的鈍端或帶橡皮的鉛筆輕輕敲擊蓋玻片，使根尖細胞均勻地分散成薄薄的一層，在敲擊過程中要用手把蓋玻片固定住，防止蓋玻片移位造成細胞變形。制好的高質量洋蔥根尖細胞有絲分裂裝片肉眼可見，呈均勻的云霧狀，用吸水紙吸去擠出的藥液，即可在顯微鏡下觀察。

3.實驗觀察順序優化。通過上述對解離、漂洗、染色等步驟的改進和優化，縮短了所用時間，實驗人員大概在15～20 min完成裝片制作，且裝片內的分裂相較多（通常在1張壓片中可以觀察到各分裂相的細胞），留給實驗人員觀察的時間大概有20～25 min，成功率達到80%。在顯微鏡下可以看到分生區細胞是正方形的，慢慢移動載玻片，尋找分裂相細胞，其中藍紫色小菊花似的中期和后期的染色體最容易發現，而前期與間期很難區別，只能從細胞核部位仔細觀察到一定形態的染色體一般確定前期：只看到細胞核一片藍紫色，看不到染色體的判為中間期：在細胞中出現2個子細胞核，可判斷屬于末期。

總之，實驗的效果與實驗材料的選擇、培養、實驗細節操作以及合理的流程安排都息息相關。本文通過實驗和對比，分析了不同實驗樣本的差別，給出了實驗樣本的選擇方法，實驗樣本的培養環境和條件，并對培養液進行了優化。通過以上步驟對細胞分裂實驗進行了綜合優化，并對比了改進前后的實驗效果。其結果顯示采用本文提出的綜合改進辦法后實驗效果更佳。

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作者簡介：徐徽，男，漢族，1996年12月生，就讀于常州中學。