人民教育出版社與河北少年兒童出版社出版的《普通高中課程標準實驗教科書・生物・必修2・遺傳與進化》（以下簡稱人教版教材和河北版教材）中均有“低溫影響染色體數(shù)目變化”的探究實驗，但側(cè)重點不同。

　　摘要：針對“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目變化”實驗中存在的低溫誘導(dǎo)處理的時間究竟多長最合適等問題，開展一系列的實驗研究，發(fā)現(xiàn)4℃條件下培養(yǎng)根尖48小時～72小時，再經(jīng)常溫25℃、24小時培養(yǎng)后用于實驗制片的方案，既有利于實驗的準備和開展，又可獲得較為理想的實驗效果。在制片過程中，本文對染色方法進行了改進，獲得了較為清晰的染色體數(shù)目變化的圖片，使學(xué)生對于細胞中染色體數(shù)目變化有一定的感性認識。同時提出采用菊科單冠毛屬植物進行細胞分裂連續(xù)觀察的設(shè)想和展望。

　　關(guān)鍵詞：論文表,低溫誘導(dǎo),時間長度,醋酸分色,圖像

　　人教版教材著重于學(xué)習(xí)誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目變化的方法以及理解低溫誘導(dǎo)植物細胞染色體數(shù)目變化的作用機制，教材中有方法與步驟的指導(dǎo)。河北版教材則側(cè)重于探究“低溫是否能引起染色體數(shù)目變異”，教材中沒有方法和步驟的說明，需要學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進行自主性更強的設(shè)計和探究。雖然這兩種版本教材著力點不同，但是探究實驗的原理、過程和方法基本上是相同的。

　　一、探究實驗存在的困難

　　“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目變化”探究實驗在操作上有以下三個困難；一是若按教材中的做法，將洋蔥進行4℃低溫誘導(dǎo)培養(yǎng)36小時，時間安排上比較尷尬；二是在目前中學(xué)生物學(xué)實驗?zāi)芰�和實驗條件下，無法對經(jīng)過低溫誘導(dǎo)后的植物細胞中染色體數(shù)目是否發(fā)生了變化進行數(shù)量上的計算；三是洋蔥鱗莖盤生根數(shù)量較少且不整齊，很難滿足班生數(shù)較多時的實驗需求，增加了實驗成本。

　　二、探究實驗改進的方法

　　要使經(jīng)過低溫誘導(dǎo)后處于分裂相的根尖細胞的比例有所提高，并且有利于觀察與比較染色體數(shù)目的變化，應(yīng)從低溫誘導(dǎo)的時間長短上進行探究，尋找一個較為滿意的誘導(dǎo)時長。其次，雖然無法對細胞中染色體數(shù)目進行準確的量化計數(shù)，但是，如果能夠拍下較為清晰的圖片，就能夠利用圖像進行感性的對比。

　　1.改進材料

　　用大蒜代替洋蔥進行實驗。由于每個大蒜瓣可生長出較多的根尖且發(fā)根較整齊，相同重量的大蒜瓣所長的根的數(shù)目遠遠多于洋蔥所長的根的數(shù)目，有利于實驗材料的準備，節(jié)省實驗成本。

　　大蒜根的培養(yǎng)方法如下。

　　選取健壯的大蒜，在發(fā)根前，先放入冰箱4℃冷藏室一周，可打破其休眠期。取出后剝?nèi)タ萜�，將大蒜放在裝滿清水的小燒杯上，或?qū)?～4個蒜瓣用牙簽并排串起，放在盛有清水的燒杯上，以水浸沒大蒜底部為宜。把該裝置放在溫暖的地方培養(yǎng)3～4天。如果室溫較低，可放入恒溫25℃左右的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天換水1～2次。待大蒜根長出約1cm左右時，進行低溫誘導(dǎo)。

　　2.改進低溫誘導(dǎo)

　　將5組長出1cm根的大蒜連同培養(yǎng)裝置，一組置于25℃室溫中，其余4組放入冰箱4℃冷藏室內(nèi)，分別進行低溫誘導(dǎo)培養(yǎng)24、36、48、72小時。而后制片、觀察并拍攝照片。

　　將4℃條件下培養(yǎng)48小時的裝置移到25℃條件下培養(yǎng)24小時，制片、觀察及拍攝照片。

　　3.改進染色方法

　　教材中使用的染色劑是改良苯酚品紅，其配制方法復(fù)雜、步驟繁瑣，且藥品的毒性較強，不宜在學(xué)生分組實驗中使用。因此，我們棄繁就簡，堅持使用龍膽紫作為染色劑，將醫(yī)用的紫藥水稀釋5倍即配成粗制1%龍膽紫溶液。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，如果單純用1%龍膽紫溶液染色，染色效果不很理想。通過查閱資料和實踐摸索，按如下方法稍加改進，即可獲得更好的染色效果。即在制片時，用龍膽紫染色5分鐘后，再加1滴20%醋酸進行分色，約3～5秒后，用清水緩流沖洗3遍。

　　三、探究實驗改進的結(jié)果與分析

　　經(jīng)過上述改進，做出來的裝片在顯微鏡下觀察時看到的染色體圖像更為清晰，如圖1――圖7是在不同溫度中處理不同時間后的大蒜根尖有絲分裂的照片。

　　1.對人教版教材中“4℃誘導(dǎo)培養(yǎng)36小時”的分析

　　36小時的長度在時間安排上不太切合實際。如果第一天9∶00將大蒜培養(yǎng)裝置放入4℃低溫，則實驗時間要安排在第二天的21∶00。這個時間點學(xué)生不可能來上實驗課。如果第一天21∶00將大蒜培養(yǎng)裝置放入4℃低溫，則實驗時間可以安排在第三天的9∶00開始，但是對于實驗教師來說，晚上21∶00還要在實驗室工作，太過辛苦。

　　此外，4℃誘導(dǎo)培養(yǎng)36小時后，制片中絕大多數(shù)細胞處于前期，染色體的形態(tài)還不清晰，處于中期或后期的細胞非常少，難以觀察到染色體數(shù)量變化的情況，如圖3所示。

　　因此，建議將4℃誘導(dǎo)培養(yǎng)的時間增加到48小時～72小時，一是便于實驗的開展，二是實驗的效果也較為明顯，如圖4～圖6，處于分裂中期或后期的細胞數(shù)量多于4℃、36小時的誘導(dǎo)結(jié)果，從圖像的對比上，較容易發(fā)現(xiàn)染色體數(shù)量增多了。

　　2.對于低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)量變化的分析

　　低溫對細胞生命活動的影響，主要是通過降低酶的活性實現(xiàn)的，低溫使細胞中各種酶促反應(yīng)的速率下降，從而也影響紡錘絲的合成，阻礙某些細胞的一分為二的過程。但是，在低溫環(huán)境條件下，部分細胞仍然可以完成染色體復(fù)制的過程（否則也不可能在低溫誘導(dǎo)中出現(xiàn)染色體加倍的細胞了），甚至，有相當(dāng)數(shù)量的細胞可以完成有絲分裂的全過程，因此，低溫對染色體數(shù)量變化的誘導(dǎo)成功率不高。

　　將常溫下的根尖細胞放入低溫條件下培養(yǎng)后，間期的時間大大加長，視野中很難觀察到分裂相的細胞，因此特別需要仔細觀察和分辨。發(fā)生染色體數(shù)量加倍的細胞，必須是在前一個細胞周期中染色體已復(fù)制但細胞無法分裂為二的情況下，直接進入下一周期的分裂間期，完成了染色體的復(fù)制，進入到中期或后期時，才可在制片的顯微觀察中看到細胞中染色體數(shù)量的增加，因此，低溫誘導(dǎo)的時間至少要達到常溫下分裂周期的2～3倍或更長的時間。從本次實驗的結(jié)果得出，4℃、48小時的低溫誘導(dǎo)后，再經(jīng)常溫25℃、24小時的生長，能夠看到較多細胞發(fā)生了染色體數(shù)量的變化，如圖6。3.對圖像中細胞內(nèi)染色體數(shù)量變化的判斷

　　如何判斷細胞中染色體數(shù)量發(fā)生了變化？染色體數(shù)量是否加倍？這是本實驗中最大的難題。限于中學(xué)生物學(xué)實驗的水平和條件，幾乎無法準確地從定量的層面解決這個問題，因此只能從感性的層面上進行初步判斷，如圖7。仔細尋找特征明顯的細胞進行圖像對比，讓學(xué)生通過觀察與比較，有一定的感性認識，對于中學(xué)生生物學(xué)實驗而言即已達到本實驗的目的了。

　　4.對實驗困惑問題的分析

　�。�1）用卡諾氏液固定后的根尖細胞，制片后觀察到的染色體形態(tài)有些模糊，細胞圖象不清晰。

　　我們發(fā)現(xiàn)若按人教版教材中的方法用卡諾氏液固定根尖0.5～1小時，然后用95%酒精沖洗2次（洗去冰醋酸），再轉(zhuǎn)入70%酒精保存，這種方案一則大大地增加了實驗教師的工作量，二則通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，用卡諾氏液固定后的根尖細胞，染色體形態(tài)有些模糊，細胞圖象不清晰，有彌散的現(xiàn)象，實驗效果不佳�？赡苁强ㄖZ氏液中的冰醋酸、酒精等成分對染色體的結(jié)構(gòu)有一定的破壞作用。

　　建議無需經(jīng)過卡諾氏液的固定，直接進行常規(guī)制片，即可獲得滿意的顯微觀察效果。

　�。�2）在一天中的哪個時間段將培養(yǎng)裝置放入4℃環(huán)境中進行低溫誘導(dǎo)的效果最好？

　　從理論上分析，在有較多細胞處于分裂前期、中期、后期時，將培養(yǎng)裝置放入4℃低溫環(huán)境進行誘導(dǎo)的效果最佳。但是，不同的培養(yǎng)條件下，不同植物根尖細胞的分裂旺盛期可能有所不同。

　　本次實驗分別選擇了7∶00、9∶00與11∶00三個時間點進入不同時長的低溫誘導(dǎo)實驗，從實驗結(jié)果上看，7∶00進入低溫的這一組，實驗效果較差。

　�。�3）對在4℃環(huán)境中染色體數(shù)已經(jīng)加倍的根尖細胞繼續(xù)進行低溫處理，細胞中的染色體數(shù)量是否還能繼續(xù)不斷地加倍？這也是許多學(xué)生感興趣的問題。

　　細胞中的染色體數(shù)量的翻倍增長，需要消耗細胞中大量的物質(zhì)和能量。實驗觀察到有些細胞中的染色體幾乎占滿了整個細胞的空間，這對于細胞各項生命活動的進行是不利的。因此，細胞中的染色體數(shù)量不可能不停地加倍。在低溫環(huán)境中，細胞中的染色體數(shù)增加到一定數(shù)目的時候，細胞滯留于某個時期，根尖的生長速度非常緩慢，時間過長將最終導(dǎo)致根尖細胞死亡。

　�。�4）是否有可能進行活細胞分裂過程的低溫培養(yǎng)連續(xù)觀察？

　　用果膠酶將根尖分生區(qū)細胞離散開，保持細胞活性，配置適宜的培養(yǎng)液，在相差顯微鏡下進行活體細胞分裂過程的顯微觀察，利用清晰的攝錄裝置記錄全過程，便于分析研究。如果此設(shè)想可行，或許能夠?qū)θ旧�體數(shù)量變化的過程有更進一步的理解和新的發(fā)現(xiàn)。

　�。�5）能否以一種染色體數(shù)比較少的植物作為實驗材料？

　　困擾本實驗的一大難題是所用實驗材料的細胞中染色體數(shù)偏多，洋蔥和大蒜根尖細胞中的染色體數(shù)目均為2N=16。在中學(xué)的實驗條件下，所制成的裝片在顯微觀察中看到的都是許多染色體堆在一起，如果能夠找到一種染色體數(shù)比較少的植物，那么本實驗的探究活動將會有更好的效果。

　　經(jīng)查閱資料，1986年06期《植物雜志》上張雄的“染色體數(shù)目最少的植物”文稱菊科單冠毛屬植物（Haplopappusgracilis）的體細胞染色體數(shù)目為2N=4，這是高等植物中染色體數(shù)目最少的一種植物。這種植物的染色體數(shù)目雖少，但“個子”較大，約7微米，用400-600倍光學(xué)顯微鏡可以觀察清楚。這確實是理想的實驗材料，如果能夠以此植物為材料進行低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目變化的探究，則細胞中染色體數(shù)目的變化就易于計數(shù)了。

　　籍本文與同行探討“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目變化”實驗，相關(guān)的探究有待繼續(xù)開展。

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