“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實驗改進(jìn)綜述及思考

王玉清 凹洪生

（1昆明市第一中學(xué) 云南昆明 650031 2云南省下關(guān)第一中學(xué) 云南大理 671099）

在人教版普通高中 《生物·必修1·分子與細(xì)胞》中“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”是一個重點實驗。筆者通過問卷調(diào)查了省內(nèi)、外中學(xué)開設(shè)本實驗的情況發(fā)現(xiàn)：很多開設(shè)實驗的學(xué)校按照教材提供的方法步驟成功率很低，一些學(xué)校也因為本實驗難達(dá)到預(yù)期效果而選擇讓學(xué)生觀察永久裝片或不開設(shè)此實驗。筆者通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，為提高本實驗的成功率，很多教育工作者對實驗的選材、實驗的方法進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，不同研究者的改進(jìn)措施各不相同、說法不一，筆者將這些改進(jìn)研究進(jìn)行綜述，并綜合多位研究者的優(yōu)良改進(jìn)方法進(jìn)行實驗和反思，博取大家之長，設(shè)計了一套改進(jìn)方法，以期為一線教師提供較為全面的認(rèn)識。

1 省內(nèi)、外開設(shè)此實驗情況調(diào)查結(jié)果

在調(diào)查的省內(nèi)、外共35所學(xué)校中有10所不開設(shè)本實驗，原因主要有：①學(xué)校改擴建影響實驗室的使用，占2%；②學(xué)校沒有配備實驗員、缺乏齊全的實驗藥劑和器具（例如能用的顯微鏡較少），占13%；③課時緊張，占20%；④實驗效果不佳，占65%。共有25所學(xué)校開設(shè)本實驗，筆者對開設(shè)過程中存在的問題及教師的解決措施進(jìn)行了統(tǒng)計，如表 1。

表1 實驗開設(shè)過程中存在的問題及教師的解決措施

2 本實驗的現(xiàn)有改進(jìn)方案歸納、比較

2.1 實驗材料

2.1.1 材料種類的選擇 人教版教材中本實驗的推薦材料是洋蔥（可用蔥、蒜代替）。 林亮[1］、方春妮[2］、杜曉捷[3］等認(rèn)為大蒜是適合本實驗的材料，因為它是生活中較常見的材料，取材方便，生根培養(yǎng)容易且根尖細(xì)胞分裂旺盛、解離時間短，實驗效果比教材推薦的洋蔥好。劉怡[4］通過比較人教版、浙科版、上海版教材的實驗材料、材料處理認(rèn)為洋蔥、大蒜、吊蘭是本實驗的好材料，需要提前3 d左右用水培養(yǎng)即可生根，只要取材時機恰當(dāng)都能觀察到較好的實驗效果。 柯達(dá)珊[5］、陳小清[6］等采用水仙作為實驗材料，因為水仙的根粗壯，便于實驗操作。孫召華[7］認(rèn)為小麥?zhǔn)沁M(jìn)行本實驗的好材料，因為小麥發(fā)芽率高，染色體數(shù)為6n=42，比洋蔥多，在細(xì)胞分裂過程中形態(tài)、行為變化更明顯、更易辨認(rèn)。

筆者查閱了上述實驗材料的相關(guān)資料、進(jìn)行了實驗，從染色體數(shù)目、核型圖等方面進(jìn)行比較，以此參考找到較為適宜的材料，比較結(jié)果如表2。

表2 不同材料的染色體數(shù)目、形態(tài)及核型圖

這些研究所采用的實驗材料各有優(yōu)點，都很有效，適合教學(xué)。筆者經(jīng)過研究認(rèn)為，洋蔥、大蒜作為實驗材料的好處在于容易獲得、生根數(shù)量多、染色體數(shù)目合適。若材料的染色體數(shù)目過多，細(xì)胞中染色體集中在一起，導(dǎo)致難以觀察到染色體的形態(tài)和數(shù)目。因此，傾向于推廣洋蔥和大蒜為實驗材料。

2.1.2 材料的處理 洋蔥和大蒜可長不定根，一次性發(fā)根后可供幾個班的學(xué)生使用，但很多學(xué)校開展本實驗是在9月底，洋蔥還處在休眠期，不易生根；很多市場上購買的洋蔥和大蒜是經(jīng)過冷藏、輻射和一些抑制劑處理的，不易生根。許多研究者提出了不同的解除休眠的方法，如表3。

表3 解除洋蔥、大蒜休眠的方法

2種解除休眠的方法都是可取的，進(jìn)行實驗時可根據(jù)實驗材料、時間是否充裕進(jìn)行選擇。

洋蔥根尖的培養(yǎng)方法，人教版教材中推薦的是將洋蔥放在廣口瓶上，瓶內(nèi)裝滿清水，讓洋蔥的底部接觸到瓶內(nèi)的水面，再將此裝置放在溫暖的地方培養(yǎng)，一段時間后即可長出不定根。筆者調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，采用這一方法常因洋蔥底部與廣口瓶吻合，易造成氧氣不足而出現(xiàn)爛根的現(xiàn)象。針對這一問題，研究者和筆者提出的改進(jìn)方法，如表4。

表4 培養(yǎng)洋蔥根尖的方法改進(jìn)

圖9 洋蔥根尖培養(yǎng)模式圖

筆者的每一次實驗中，培養(yǎng)洋蔥根尖都采用圖示中的方法，均未出現(xiàn)爛根現(xiàn)象，因此這是一個值得推廣的方法。

2.1.3 取材的時間 取材的時間是決定著能觀察到的處于分裂相的細(xì)胞的多少，是非常關(guān)鍵的一步。人教版教材選擇的實驗材料是洋蔥，認(rèn)為上午10∶00至下午 14∶00洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞處于分裂期的較多，但這會因洋蔥品種、室溫等的差異而有所不同，言下之意即為不同的地區(qū)、不同的洋蔥品種，教師應(yīng)該通過預(yù)實驗探究洋蔥根尖分裂旺盛的時間。

劉怡[4］通過實驗分析認(rèn)為用洋蔥做實驗材料，在上午 9∶00、中午 12∶00、下午 15∶30 左右取材制作的臨時裝片視野中更容易觀察到處于不同分裂期的細(xì)胞。郭麗紅[13］等認(rèn)為洋蔥的最佳取材時間是 11∶00 左右和 15∶00—16∶00，大蒜的是 11∶00—13∶00。

筆者通過自己的教學(xué)、實驗經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，在云南昆明對洋蔥取材的最佳時間是接近中午，因此將實驗的取材時間定為中午12∶00左右較為合適。筆者認(rèn)為，即使是同一種材料，也會由于品種、時間等因素影響探究出的最佳取材時間。此外，不同地區(qū)的氣候調(diào)節(jié)、經(jīng)緯度不同，對實驗取材的時間也會有影響，因此需要教師根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟牧稀夂虻龋M(jìn)行預(yù)實驗確定不同材料取材的時間。

2.2 解離 解離程度的好壞直接關(guān)系到實驗的效果，筆者研究發(fā)現(xiàn)，解離的時間與解離液中鹽酸的濃度有密切關(guān)系，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)一些教師覺得解離、漂洗需時較長，影響后面的觀察，一節(jié)課難以完成，改用永久裝片進(jìn)行觀察，但這樣讓學(xué)生失去了鍛煉操作能力的機會，也不利于學(xué)生對本實驗的學(xué)習(xí)和理解。針對這一問題不同的研究者有不同的縮短解離時間的方法，筆者將其總結(jié)，如表 5。

表5 縮短解離時間的改進(jìn)方法

筆者用以上不同濃度的鹽酸進(jìn)行大量實驗分析比較，發(fā)現(xiàn)人教版中的濃度和林亮[1］的改進(jìn)方法組合效果最佳。林亮[1］的具體方法是：每個學(xué)生在點滴板上選擇4個小窩，1個小窩滴入解離液，另外3個小窩滴入清水，如圖10所示；將根尖先放入盛有解離液的小窩進(jìn)行解離，解離完成后再將根尖依次放入盛有清水的小窩漂洗。這樣的操作既方便又安全，可以避免解離液的浪費。

圖10 林亮對解離、漂洗方法的改進(jìn)[1］

解離的時間是學(xué)生難以控制的一個環(huán)節(jié)，筆者根據(jù)自己的實驗經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，很多時候不用拘泥于教材上或資料中的解離時間，在解離過程中可通過觀察根尖的變化判斷解離的程度：當(dāng)觀察到根尖變白，略帶透明即可。為了方便觀察，建議學(xué)生在解離時設(shè)置一組放在蒸餾水中的對照組。

2.3 漂洗 人教版教材中建議：待解離到根尖酥軟后，需將根尖放在盛有清水的玻璃皿中漂洗約10 min。盧小玉[9］認(rèn)為漂洗時間較長，為了節(jié)省時間，她采用動態(tài)沖洗的方法：在玻璃皿中裝入適量清水，放入根尖，用鑷子攪動玻璃皿中的水，使它產(chǎn)生小的水流，或用吸管鼓起5～6次，產(chǎn)生小水流，這樣換洗3次，共用2 min即可達(dá)到漂洗的效果。林亮[1］提出用白色點滴板進(jìn)行漂洗，避免漂洗不充分，還能避免漂洗過程中根尖被倒掉的情況。

筆者覺得可推廣的是林亮的改進(jìn)方法，巧妙地應(yīng)用點滴板，用少量的試劑達(dá)到多次漂洗的效果，還能避免學(xué)生因操作不當(dāng)將根尖倒掉。但筆者認(rèn)為，這一方法需要不斷地用鑷子夾取根尖從一個小窩轉(zhuǎn)移到另一個小窩，由于解離后根尖已較為酥軟，在頻繁的轉(zhuǎn)移過程中很容易將根尖夾碎，因此在取材時可將根尖取長一些。

2.4 染色 人教版教材中建議染色用龍膽紫溶液或醋酸洋紅，但很多實驗者發(fā)現(xiàn)用龍膽紫染色很難把握染液濃度和染色時間，經(jīng)常出現(xiàn)一團深紫色或紫一團、白一團的現(xiàn)象，醋酸洋紅價格昂貴，很少有人選用。針對這些問題，研究者提出了改進(jìn)方法，如表6。

表6 染色的改進(jìn)方法

筆者在實驗教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)用醋酸配制龍膽紫的方法染色效果較好，并且在染色前將根尖用刀片縱切或用鑷子搗碎后再染色可縮短染色時間。這一方法雖非獨創(chuàng)，但對于時間有限的實驗教學(xué)有很大的意義。

2.5 制片 完成染色后，通過制片使細(xì)胞分散成單層，制成臨時裝片即可用高倍顯微鏡進(jìn)行觀察，制片的成功與否關(guān)系著是否能在顯微鏡下看到分裂期的細(xì)胞，如果制片過程沒能將細(xì)胞分散成單層，則前面步驟的工作都將前功盡棄。人教版教材中提出的制片方法是用鑷子將已染色的根尖放在載玻片上，加一滴清水，并用鑷子尖將根尖弄碎，蓋上蓋玻片，在蓋玻片上再加一片載玻片，然后用拇指輕輕地按壓載玻片，這一方法存在的問題是：①學(xué)生難以掌握“輕壓”的程度，壓得過輕，細(xì)胞重疊，壓得過重，可能會將蓋玻片壓碎；②取下附加的載玻片易使蓋玻片移動甚至脫落。針對這些問題，研究者提出了改進(jìn)方法，如表7。

表7 制片方法的改進(jìn)

筆者經(jīng)過實驗操作發(fā)現(xiàn)黃淑峰的方法可很好地解決蓋玻片壓碎、移位2個問題，值得推廣。

3 取大家之長的實驗改進(jìn)方案

綜合上述改進(jìn)方法，經(jīng)過實驗教學(xué)實踐，用以下方法完成本實驗會取得良好的效果。

3.1 實驗材料 選擇人教版教材中推薦的洋蔥。培養(yǎng)洋蔥的不定根采用水培法，為避免洋蔥與燒杯口吻合而造成缺氧爛根，采用上文圖9中筆者提出的方法。

在中午12∶00左右取根尖，要求學(xué)生用鑷子或輕輕用手將整條根從大蒜根部拔出，每位學(xué)生拔出2根。這樣可以避免學(xué)生在操作過程中丟失根尖，并能在后續(xù)的解離、漂洗過程中用鑷子夾取根尖的過程中不會破壞分生區(qū)細(xì)胞，取2根的目的是為解離過程把握解離時間做準(zhǔn)備。

3.2 解離和漂洗

3.2.1 解離液的選擇和解離時間 解離液選擇人教版教材中建議的質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的鹽酸和體積分?jǐn)?shù)95%的酒精按體積1∶1混合進(jìn)行解離。

圖11 實驗組、對照組解離后對比

解離的時間通過設(shè)置一組空白對照進(jìn)行把握，方法是：要求學(xué)生在解離時同時設(shè)置一組將根放在蒸餾水中的對照組，解離過程中通過對照觀察2組根尖的變化判斷解離的程度，當(dāng)與對照組相比，實驗組觀察到根尖變白，略帶透明就可以取出根尖進(jìn)行漂洗，如圖11為實驗組和對照組解離后的對比。

3.2.2 解離和漂洗的方法 用白色點滴板進(jìn)行解離和漂洗，并在此方法上進(jìn)行了改進(jìn)。具體方法是：為每個學(xué)生準(zhǔn)備一個白色點滴板，每桌或前、后兩桌放置一瓶解離液和一瓶清水。進(jìn)行解離和漂洗時，要求學(xué)生在點滴板上選擇6個小窩，1個小窩滴入解離液標(biāo)記為A，另外5個小窩滴入清水標(biāo)記為 B、C、D、E、F；將取出的 2根整個根尖先分別放入A小窩和B小窩進(jìn)行解離，解離完成后再將實驗組根尖依次放入盛有清水的小窩漂洗。

3.2.3 染色 用醋酸作溶劑配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的龍膽紫溶液作為染色劑。染色時，將漂洗好的根尖放在載玻片上，去除多余的根，將根尖用刀片縱切或用鑷子搗碎滴適量染液染色30 s。

3.2.4 制片 用稍寬于蓋玻片的吸水紙包繞蓋玻片和載玻片3～4圈，將蓋玻片和載玻片固定住，再用鑷子鈍端或帶橡皮的鉛筆輕輕敲擊蓋玻片，直至細(xì)胞分散均勻成霧狀為止。

3.2.5 觀察 制片完成后，讓學(xué)生先在低倍鏡下找到處于分裂期的細(xì)胞，然后換用高倍鏡觀察。按照改進(jìn)后的方法進(jìn)行實驗，得到的結(jié)果如圖 12所示（見插頁1）。

在用改進(jìn)后的方法進(jìn)行實驗的同時，筆者也用人教版教材中提供的方法進(jìn)行了實驗，結(jié)果如圖 13（見插頁 1）。

對比圖12和圖13可發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的實驗方法得到的實驗結(jié)果更清晰、更易觀察，原因可能是改進(jìn)的方法起到了一定的效果，也有可能是操作過程中的誤差、材料的差異等原因造成的，但改進(jìn)的方法值得肯定的是：縮短了實驗的時間、節(jié)省了實驗藥品的使用、可操作性更強。

在實驗中學(xué)生往往對觀察到某個細(xì)胞并判斷為目標(biāo)細(xì)胞后不自信，還需要教師的確認(rèn)學(xué)生才敢相信自己判斷的正確性。這樣，教師在一節(jié)實驗課上忙得不亦樂乎，但還是對一些學(xué)生照顧不周，為避免這個問題，在學(xué)生自行觀察的過程中教師將自己預(yù)實驗中做得較為成功的各個分裂期的照片放在演示文稿（PPT）上，讓學(xué)生一一對照分析，判斷自己找到的時期是否正確，有條件的學(xué)校還可在實驗室中準(zhǔn)備數(shù)碼顯微鏡實驗系統(tǒng)，在大屏幕上既可顯示教師的示教作品，也可顯示學(xué)生的顯微作品；大屏幕的分屏顯示功能還能顯示多個小組的顯微作品，并能對多個小組的實驗結(jié)果進(jìn)行比較。這樣不僅可解決學(xué)生的困惑，還能提高分組實驗的效率。

這樣改進(jìn)的實驗綜合了眾多研究者優(yōu)秀的改進(jìn)方法，能縮短實驗操作時間，為教師的講解留出充足的時間，教師可及時講解學(xué)生在操作、觀察的過程出現(xiàn)的問題，幫助學(xué)生充分理解整個實驗，提高課堂的效率；還能改進(jìn)實驗效果，讓學(xué)生基本都能觀察到分裂期的細(xì)胞，成功的結(jié)果有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強自信心。