洋葱根尖的细胞分裂

洋葱根尖的细胞分裂一、教材分析本实验选自2019年人民教育出版社高中《生物》必修1。该实验包括装片制作和显微观察两大环节，装片制作包括解离、漂洗、染色和制片四步。实验材料和装片制作的好坏决定了实验的效果，根据以往学生做的情况以及预实验的结果来看，该实验的成功率不高，一个班一般只有3-5个同学能做出相对较好的结果，主要有以下几个问题：1．取材时间比较局限。教材所用的材料是洋葱根尖，其分裂旺盛期是上午10点至下午2点，但生物课不一定都在这个时间段，导致学生临时取材难以观察到各时期的细胞。2．实验时间较长。按教材方法，临时装片制作需20min，显微观察并记录结果至少要8分钟，加上原理讲解和结果分析，难以一节课内完成。3．操作不便。按教材所述，取2-3mm的根尖进行解离，这个长度难以夹取，且染色后不易找到。4．解离欠充分，细胞难分离。用体积分数为95%的酒精和质量分数为15%的盐酸解离5min，细胞难以被压散成单层细胞，影响观察，如图1。

图1

洋葱根尖细胞有丝分裂显微照片（左图放大40倍，右图放大400倍）5.染色效果欠佳。教材所用的染色剂为0.01g/ml的甲紫溶液（旧称龙胆紫溶液），图1为染色3min的效果，染色太深且细胞质也会被染成紫色，不利于染色体的观察。由于存在上述问题，只有少数同学能做出相对较好的结果，大部分同学要看永久装片，导致实验体验感不好。二、实验改进要点为提高实验效果，我带领生物兴趣小组的同学对教材实验进行了改良。1．实验材料的优化。洋葱根尖的分裂旺盛期短，我鼓励学生查找资料并进行实验，尝试寻找一种分裂旺盛期更长的材料。最终锁定了韭兰。韭兰是一种校园内常见且生命力强的植物，南北方均适合种植，水培条件下一天就可以长1-2cm，且分裂旺盛期长，从早上7点到下午6点，有效解决了取材时间限制的问题，如图2。图2均是用改良方法实验得到的结果，红圈所示为分裂期细胞。

图2

不同时间取材的韭兰根尖细胞有丝分裂显微照片（按改良方法实验）那么，对于洋葱根尖等分裂旺盛期短的材料，能否采取别的方法解决该问题？我提示学生查阅了必修二教材，学生发现卡诺氏液可以固定杀死细胞，维持染色体的形态，所以学生大胆迁移，可以先在旺盛期将根尖用卡诺氏液固定，再放70%酒精中保存，资料显示可以保存几年，同样可以解决实验时间的限制。2．实验步骤的优化。针对教材取2-3mm的根尖，不易夹取和找到的问题，我们对实验步骤进行了以下改良：（1）直接将1-2cm的根尖放入1.5ml的EP管中解离。1=2cm根尖较长，容易夹取和找到，EP管体积小且密封性好，极大地减少了解离液的用量，还可防止挥发、重复使用，更加环保。（2）解离并漂洗完后再在载玻片上切2-3mm的根尖，并直接在载玻片上染色，使操作更便捷。3．实验成功的关键是使细胞充分分散成单层细胞，而实际按教材操作，很难做到。为此，我们改良了压片的方法，染色并盖片后，隔着滤纸用力按压根尖所在部位，并用镊子背端轻敲未分散的区域，控制好力度，使细胞分散成云雾状，如图3。

图3

未用镊子背端轻敲（左）和用镊子背端轻敲（右）的压片效果图虽然改良了压片方法，但细胞还是没有完全分散，分析其原因，可能胞间层没有被充分瓦解。资料显示，解离液中瓦解胞间层的主要成分是盐酸，所以我们大胆提出直接将解离液换成了5mol/L的盐酸，进行了对比，解离效果好了很多，如图4。

图4

用不同解离液解离的韭兰根尖细胞有丝分裂显微照片

（左图用95%酒精和15%盐酸解离5min，右图用5mol/L盐酸解离5min）4．教材中要求解离完漂洗10min后再染色，极大的延长了实验时间。为此，我尝试缩短了漂洗的时间，结果发现漂洗30s的效果其实与10min的差别不大，如图5.且沪教版教材也是漂洗30s后就进行染色。通过缩短缩短漂洗时间，使装片制作的时间极大的缩短了，从而保证了理论学习与实验操作一节课内能够完成，提高了教学效率。

图5

漂洗不同时间后的韭兰根尖细胞有丝分裂显微照片

（左图5mol/L盐酸解离5min，漂洗10min，右图5mol/L盐酸解离5min，漂洗30s）5．针对甲紫溶液染色太深且特异性差的问题，我们尝试了多种染色剂，最终发现改良的苯酚品红染液的效果明显优于甲紫，如图6。改良的苯酚品红染液特异性强，染色清晰，几乎只有染色体被染色，细胞质呈无色，对比更明显，有利于染色体的观察。

图6

用不同染色剂染色后的韭兰根尖细胞有丝分裂显微照片（左图用甲紫溶液染色3min，右图用改良的苯酚品红溶液染色5min）6．通过材料和操作步骤的优化，实验效果明显改良，成功率也显著提高了。以前一个班只有3-5个同学成功，改良后，至少有一半的同学能得到理想的结果。综上所述，通过实验改良，实现了分裂相更多、细胞更分散、操作更便捷、实验时间更短、染色更清晰和成功率更高的效果。三、实验原理有丝分裂常见根尖等分生区细胞。由于各细胞的分裂是独立的，因此在同一分生组织中可看到不同分裂时期的细胞。通过在高倍显微镜下观察染色体的存在状态，就可判断各细胞处于有丝分裂的哪个时期。染色体易被碱性染料（如甲紫溶液、醋酸洋红和改良的苯酚品红溶液）着色。四、实验器材1．植物：韭兰2．器材：显微镜、载玻片、盖玻片、玻璃皿、剪刀、镊子、滴管3．试剂：卡诺氏液、70%的酒精、5mol/L的盐酸、改良的苯酚品红溶液五、实验教学内容1．实验原理和试剂的作用2．洋葱根尖细胞有丝分裂装片制作的方法和注意事项3．有丝分裂过程的物理模型和细胞周期的数学模型的建构六、实验教学目标（一）生命观念对比根尖四个区域细胞的形态结构和功能，使学生树立结构与功能相适应的生命观念（二）科学思维1．对比按教材操作和改进的实验方案操作的实验效果，培养学生的批判性思维

2．汇总数据，得出细胞周期的数学模型，并利用模具构建有丝分裂模型，培养建模的科学思维能力（三）科学探究以课题探究的形式展开教学，充分调动学生的主观能动性，学生全程参与，培养学生的科学探究能力（四）社会责任减少实验用量，引导学生科学的处理剩余材料和废液，探究环境因素对根尖有丝分裂的影响，培养学生的社会责任意识七、实验教学过程八、实验效果评价1．通过预实验、小组长制和实验改进，有效提高了课堂效率和实验成功率，学生体验感更好。2．开展三主课堂，以老师为主导，学生为主体