“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實(shí)踐教學(xué)中的思考

摘 要：在低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生就影響觀察染色體數(shù)目變化結(jié)果的原因進(jìn)行了探究，如：染色劑的選取、誘導(dǎo)方法、誘導(dǎo)時(shí)間等，并得出一些結(jié)果。

關(guān)鍵詞：秋水仙素；低溫；紡錘體；酶活性；染色劑；時(shí)間

一、 秋水仙素的作用時(shí)期、作用及影響因素

秋水仙素能作用于兩個(gè)時(shí)期：一是分裂間期，可能誘導(dǎo)發(fā)生基因突變。二是前期，能誘導(dǎo)形成多倍體。

它的作用機(jī)理是：當(dāng)細(xì)胞進(jìn)行分裂時(shí)，一方面能使染色體的著絲點(diǎn)延遲分裂，于是已復(fù)制的染色體兩條單體分離，而著絲點(diǎn)仍連在一起，形成“X”形染色體圖象（稱為C-有絲分裂，即秋水仙效應(yīng)有絲分裂）；另一方面是引起分裂中期的紡錘絲斷裂，或抑制紡錘體的形成，結(jié)果到分裂后期染色體不能移向兩極，而重組成一個(gè)雙倍性的細(xì)胞核。這時(shí)候，細(xì)胞加大而不分裂，或者分裂成一個(gè)無(wú)細(xì)胞核的子細(xì)胞和一個(gè)有雙倍性細(xì)胞核的子細(xì)胞。經(jīng)過一個(gè)時(shí)期以后，這種染色體數(shù)目加倍了的細(xì)胞再分裂增長(zhǎng)時(shí)，就構(gòu)成了雙倍性的細(xì)胞和組織。

秋水仙素不論是破壞還是抑制紡錘體的形成，作用都是一時(shí)的。秋水仙素可以抑制紡錘體的形成，導(dǎo)致細(xì)胞不分裂，然后過一段時(shí)間秋水仙素代謝掉，不再起作用，細(xì)胞繼續(xù)分裂，然后才是“染色體數(shù)目加倍”（著絲點(diǎn)的分裂）。秋水仙素之所以造成兩個(gè)方面的應(yīng)用，是在于濃度的不同。用于中期核型分析的濃度較高而用于產(chǎn)生雙倍體或多倍體時(shí)濃度較低，并且當(dāng)秋水仙素濃度很低時(shí)，還能加快染色體運(yùn)動(dòng)，使染色體更快地到達(dá)兩極。

二、 紡錘體的作用

在細(xì)胞分裂中，其主要作用有兩個(gè)部分。其一為排列與分裂染色體。紡錘體的完整性決定了染色體分裂的正確性。紡錘體的正常生成是染色體排列的必要條件。紡錘體生成完畢后一般會(huì)有5～20分鐘的延遲，以供細(xì)胞調(diào)整著絲點(diǎn)上微管束的極性，以及決定是否所有的著絲點(diǎn)都附著正確。

紡錘體另一功能為決定胞質(zhì)分裂的分裂面。染色體分裂的同時(shí)，紡錘體中的一部分微管不隨染色體分裂到兩極，而停留在紡錘體中央，形成紡錘中央體。在紡錘中央體的中央為兩組極性相反的微管交疊的區(qū)域，稱為紡錘中央?yún)^(qū)，此中央?yún)^(qū)就是接下來的胞質(zhì)分裂面。胞質(zhì)分裂開始于分裂后期的較晚期。胞質(zhì)分裂一般結(jié)束于分裂末期后1～2小時(shí)，此期間兩個(gè)子細(xì)胞由中心顆粒體連接。一般認(rèn)為紡錘體的分解發(fā)生在細(xì)胞分裂末期。

三、 低溫抑制紡錘體的形成

1. 知識(shí)基礎(chǔ)：用低溫處理植物分生組織細(xì)胞，能夠抑制紡錘體的形成，以致影響染色體被拉向兩極，細(xì)胞不能分裂成兩個(gè)細(xì)胞，于是，植物細(xì)胞染色體數(shù)目發(fā)生變化。

2. 低溫休克：在高中生物必修一學(xué)生學(xué)習(xí)了有關(guān)酶的相關(guān)知識(shí)，溫度影響酶的活性。其生物作用機(jī)制是溫度的變化引起細(xì)胞內(nèi)酶構(gòu)型的改變，不利于酶促反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致細(xì)胞分裂時(shí)形成紡錘體所需的ATP的供應(yīng)途徑受阻，使已完成染色體加倍的細(xì)胞不能分裂。所以在視野中既有正常二倍體細(xì)胞，也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細(xì)胞。

3. 關(guān)于染色體著色：在必修一觀察根尖分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂實(shí)驗(yàn)中，給染色體染色用的堿性染料是龍膽紫溶液或醋酸洋紅液。在本實(shí)驗(yàn)中采用了改良的苯酚品紅染液，這是為什么呢？帶著疑問，我們查閱了大量的資料。無(wú)論用哪種堿性染料都是為了使染色體色澤更明顯在顯微鏡下觀察更方便。改良的苯酚品紅染液染色時(shí)間大為縮短，若用醋酸洋紅，染色時(shí)間10分鐘，染色極淡；若染色時(shí)間不足20分鐘，雖染色稍微加深，鏡下觀察染色體形象仍顯模糊；染色到30分鐘，深度才較滿意。而用改良的苯酚品紅染液染色5分鐘即可取得良好效果。低溫下用改良苯酚品紅染液是因?yàn)樗诘蜏叵缕焚|(zhì)更穩(wěn)定，更利于觀察，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。

4. 低溫抑制紡錘體形成與秋水仙素相比優(yōu)點(diǎn)：秋水仙素溶液濃度不同，作用效果可能會(huì)截然相反，相對(duì)于配制適宜濃度的秋水仙素溶液，低溫條件容易控制，這是其一。此外，秋水仙素有劇毒，要學(xué)生使用，有不可控性，而低溫條件對(duì)人體無(wú)害，這是其二。第三就是要考慮成本，幾千人的學(xué)校，藥品采購(gòu)支出要考慮進(jìn)去，而創(chuàng)設(shè)低溫條件的成本低很多。

四、 實(shí)踐得真知

1. 下列關(guān)于“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實(shí)驗(yàn)的說法不正確的是（）

A. 實(shí)驗(yàn)中用洋蔥鱗片葉做材料而不能用大腸桿菌等原核生物代替

B. 染色常用的染液為0.01g/mL的龍膽紫溶液，也可用醋酸洋紅代替

C. 最好選用分裂中期的圖像進(jìn)行觀察，此時(shí)染色體形態(tài)最清晰

D. 低溫處理與觀察不能同時(shí)進(jìn)行

2. 某同學(xué)在做“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將大蒜根尖隨機(jī)分為12組，實(shí)驗(yàn)處理和結(jié)果如下表所示，請(qǐng)回答有關(guān)問題。

（1）低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目加倍的原理是低溫會(huì)使細(xì)胞分裂過程中的形成受阻，從而使細(xì)胞分裂過程中染色體數(shù)目加倍而細(xì)胞不分裂。低溫處理與秋水仙素處理相比，具有等優(yōu)點(diǎn)。

（2）實(shí)驗(yàn)中選擇大蒜根尖區(qū)細(xì)胞進(jìn)行觀察，效果最佳，原因是此處的細(xì)胞分裂比較，在顯微鏡下觀察，此處細(xì)胞的特點(diǎn)表現(xiàn)為。

（3）實(shí)驗(yàn)過程中需要用對(duì)大蒜根尖細(xì)胞的染色體進(jìn)行染色。

（4）由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，的條件下，加倍效果最為明顯。

在分組實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生們分別進(jìn)行了不同染色劑染色效果的探究，以及不同誘導(dǎo)時(shí)間結(jié)果的探索，實(shí)踐中獲得真知。

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作者簡(jiǎn)介：

杜方玉，河北省唐山市，唐山市曹妃甸區(qū)第一中學(xué)。