“低溫誘導植物染色體數目的變化”實驗的改進

徐司棋

【摘要】本文對人教版生物必修2中的“低溫誘導植物染色體數目的變化”的實驗進行了改進。實驗用蠶豆作材料，結果顯示低溫處理72小時和用濃度為0.3%秋水仙堿處理72小時染色體數目有較好的加倍效果。希望本文的研究能為教育工作者的生物實驗教學提供幫助，為推進高中生物實驗教材改革提供動力。

【關鍵詞】高中生物;遺傳與變異;實驗改進

一、實驗開展的重要性

“染色體變異”包括兩部分的內容：染色體結構的變異和染色體數目的變異。這一節涉及細胞分裂、遺傳的基本規律、植物體細胞雜交、生物的進化等內容，與前后知識的聯系緊密。因此，在必修2的整個生物教學中，染色體變異的內容就顯得尤為重要。染色體數目變異中的染色體組、單倍體、二倍體多倍體等多個概念相互聯系，既相似又不同，容易混淆。因此，染色體數目變異為本節的教學重難點。為了突破教學難點，加深學生對知識的理解，使學生獲得直觀的知識，高中生物教材（人教版）特別安排了“低溫誘導植物染色體數目變化”的實驗輔助教學。

二、實驗開展存在的困難及原因

“低溫誘導植物染色體數目變化”是高中生物課程中重要實驗之一。在筆者教育實踐期間，教師普遍反映按教材實驗步驟進行操作，實驗效果不太理想。造成實驗效果不理想的主要由于實驗存在以下幾點問題：

（1）洋蔥收獲后有一個自然休眠期，洋蔥發根少。

（2）低溫處理過久，有的材料有爛根現象。

（3）低溫處理36小時后的材料，視野中帶有染色體變化的細胞數目太少，顯微鏡無法觀察到。

（4）有的材料著色不好，很多細胞沒染上色。

（5）細胞分散得不好，細胞堆疊，很難看清細胞具體的染色體數目。

（6）壓片時，一些學生用力過度，將細胞染色體撞成碎片;有的學生沒按住蓋玻片，使得玻片滑動，影響觀察。

三、改進方法的探索

楊潔等研究結果表明，蠶豆是一種較好的實驗材料。那么在操作中要低溫處理多長時間，才可能使植物的染色體數目發生變化或者發生染色體數目變化的細胞最多呢？前人曾用洋蔥、大蒜研究秋水仙堿對植物多倍體誘導的影響，效果顯著。那么秋水仙堿對蠶豆多倍體誘導的效果是否同樣顯著呢？那么最佳處理濃度多少呢？最佳處理時間是多久呢？帶著這些思考，結合教材實驗存在的一些問題，筆者通過下面的實驗，對誘導蠶豆根尖細胞染色體數目變化的最佳處理進行研究和探索。

1.材料與方法

（1）實驗材料與主要試劑

①實驗材料：采用蠶豆（ Vicia faba Linn 2n = 12） 種子作為實驗材料（取于華南師范大學生命科學學院遺傳學實驗室）。

②主要試劑：秋水仙堿（用蒸餾水配制成濃度為0.1%、0.2%和0.3%溶液）、卡諾固定液（無水酒精：醋酸=3：1）、改良苯酚品紅染液（1ml 苯酚品紅 + 9ml 45%冰醋酸 + 0.1g 山梨醇）、70%的乙醇、0.1mol/LHCl。

（2）實驗方法

①培養根尖 蠶豆種子于28℃左右水浴中浸泡24小時后，取出在28℃的恒溫箱內沙培2-4天，每天澆一次蒸餾水，保持沙土濕潤即可。

②預處理 待蠶豆胚根長出約 1.5cm 根時，選擇具有相同長勢的種子進行預處理。實驗分為實驗組和對照組。實驗組分為低溫處理組和秋水仙堿處理組。低溫處理組將材料置于2-4℃的冰箱中培養（澆水時要用2-4℃的水），處理時間分為24小時、48小時、72小時，共3個處理。秋水仙堿處理組將材料放到28℃的恒溫箱用秋水仙堿處理培養，濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%，處理時間為24小時、48小時、72小時，共9個處理。將對照組的材料用蒸餾水放到28℃的恒溫箱培養。對于上述每種處理，均使用10粒種子，每天更換一次培養液。

③固定 剪下約1.5cm 長的根尖，清洗3次，然后置于卡諾氏固定液中2-4℃冷藏24小時。

④解離 用70%乙醇洗2次，用蒸餾水沖洗2次后，將根尖放置在預熱的1mol/LHCl中約60℃的恒溫水浴10分鐘。

⑤染色 將從1mol/LHCl溶液取出的根尖用蒸餾水漂洗2-3次后，將材料置于載玻片中央，去除根冠和伸長區僅留分生區部分（1-2mm即可），用刀片將材料切碎，加一滴改良苯酚品紅染液，用鑷子輕微攪拌，使材料分散均勻，染色10min。

⑥壓片 向載玻片上滴一滴新鮮的染色溶液，蓋上蓋玻片，然后用一些吸收紙覆蓋蓋玻片，用左手固定載玻片，然后用右手拇指在吸收紙上垂直地施加壓力或使用鉛筆的橡膠筆尖垂直敲擊蓋玻片，以盡可能分散材料。

⑦顯微觀察 首先在低倍鏡觀察，找到染色分散良好且清晰的中期分裂圖像時，然后轉換高倍鏡觀察，并拍攝照片進行記錄。

⑧數據統計分析 每個處理隨機抽查10 個視野，對視野中的細胞總數和染色體加倍的細胞數進行統計，計算細胞多倍染色體誘導率。細胞多倍染色體誘導率= 染色體加倍的細胞數/細胞總數 ×100%。

2.結果與分析

（1）低溫不同處理對蠶豆胚根細胞染色體數目的影響

實驗結果如表1所示，低溫處理不同時間對蠶豆胚根細胞染色體數目的加倍效果的影響有顯著的差異。蠶豆胚根低溫處理72小時誘導染色體數目的加倍效果（如圖1-1）最好，處理24小時的效果（如圖1-3）次之，48小時的效果（如圖1-2）最差。此實驗結果與張興蓮等的研究結果相一致。

（2）秋水仙堿不同處理對蠶豆胚根細胞染色體數目的影響

實驗結果如表1所示，不同濃度秋水仙堿不同處理時間對蠶豆胚根細胞染色體數目的加倍效果的影響有顯著的差異。就處理濃度而言，總體來說，用濃度為0.1%的秋水仙堿處理的蠶豆胚根染色體數目的加倍效果（如圖2-1-3）最好，處理濃度為0.3%的效果（如圖2-7-9）次之，0.2%效果（如圖2-4-6）最差。從處理時間上看，總體來說，蠶豆胚根處理72小時染色體數目的加倍效果（如圖2-3、6、9）最好，處理24小時的效果（如圖2-1、4、7）次之，48小時的效果（如圖2-2、5、8）最差。綜合來看，用濃度為0.3%的秋水仙堿處理72小時效果（如圖2-9）是最好的。此實驗結果與閆秋潔等的研究結果有所差異。

3.改進建議與討論

筆者通過上面的實驗，對誘導蠶豆根尖細胞染色體數目加倍的最佳處理進行研究和探索，發現2-4℃低溫處理72小時誘導染色體數目的加倍效果最好。而教材中實驗步驟安排是低溫處理36小時，因此可以試著對教材實驗改進低溫處理時間延長至72小時或更長，但低溫處理時間更長加倍效果是否更好，仍有待進一步的實驗研究。

此外，筆者通過上面的實驗，還發現秋水仙堿這種化學誘導劑對蠶豆根尖細胞染色體加倍的誘導效果也是十分顯著的。其中濃度為0.1%的秋水仙堿處理的效果是最好，但濃度為0.3%的秋水仙堿處理72小時的效果最佳。與低溫處理（除72小時外）相比，秋水仙素誘導處理的效果更顯著。因此，教材對誘導植物染色體數目的變化的實驗可以嘗試改進用化學試劑誘導，如秋水仙堿。秋水仙堿是普遍使用較為理想的化學誘導劑，但它毒性較大，往往不易在實驗教學過程在學生范圍內使用。前人研究表明，磺胺甲喋呤、甲胺磷和氟脲類除草劑對某些植物具有較高的多倍體誘導效果。教材實驗可以試著改進使用這些毒性較低的除草劑，但它們對洋蔥、大蒜、蠶豆的胚根根尖染色體加倍效果如何還有待進一步的實驗研究。

參考文獻：

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