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　　摘要：针对“低温诱导植物染色体数目变化”实验中存在的低温诱导处理的时间究竟多长最合适等问题，开展一系列的实验研究，发现4℃条件下培养根尖48小时～72小时，再经常温25℃、24小时培养后用于实验制片的方案，既有利于实验的准备和开展，又可获得较为理想的实验效果。在制片过程中，本文对染色方法进行了改进，获得了较为清晰的染色体数目变化的图片，使学生对于细胞中染色体数目变化有一定的感性认识。同时提出采用菊科单冠毛属植物进行细胞分裂连续观察的设想和展望。

　　关键词：论文表,低温诱导,时间长度,醋酸分色,图像

　　人教版教材着重于学习诱导植物染色体数目变化的方法以及理解低温诱导植物细胞染色体数目变化的作用机制，教材中有方法与步骤的指导。河北版教材则侧重于探究“低温是否能引起染色体数目变异”，教材中没有方法和步骤的说明，需要学生在教师的指导下进行自主性更强的设计和探究。虽然这两种版本教材着力点不同，但是探究实验的原理、过程和方法基本上是相同的。

　　一、探究实验存在的困难

　　“低温诱导植物染色体数目变化”探究实验在操作上有以下三个困难；一是若按教材中的做法，将洋葱进行4℃低温诱导培养36小时，时间安排上比较尴尬；二是在目前中学生物学实验能力和实验条件下，无法对经过低温诱导后的植物细胞中染色体数目是否发生了变化进行数量上的计算；三是洋葱鳞茎盘生根数量较少且不整齐，很难满足班生数较多时的实验需求，增加了实验成本。

　　二、探究实验改进的方法

　　要使经过低温诱导后处于分裂相的根尖细胞的比例有所提高，并且有利于观察与比较染色体数目的变化，应从低温诱导的时间长短上进行探究，寻找一个较为满意的诱导时长。其次，虽然无法对细胞中染色体数目进行准确的量化计数，但是，如果能够拍下较为清晰的图片，就能够利用图像进行感性的对比。

　　1.改进材料

　　用大蒜代替洋葱进行实验。由于每个大蒜瓣可生长出较多的根尖且发根较整齐，相同重量的大蒜瓣所长的根的数目远远多于洋葱所长的根的数目，有利于实验材料的准备，节省实验成本。

　　大蒜根的培养方法如下。

　　选取健壮的大蒜，在发根前，先放入冰箱4℃冷藏室一周，可打破其休眠期。取出后剥去枯皮，将大蒜放在装满清水的小烧杯上，或将3～4个蒜瓣用牙签并排串起，放在盛有清水的烧杯上，以水浸没大蒜底部为宜。把该装置放在温暖的地方培养3～4天。如果室温较低，可放入恒温25℃左右的培养箱中培养。每天换水1～2次。待大蒜根长出约1cm左右时，进行低温诱导。

　　2.改进低温诱导

　　将5组长出1cm根的大蒜连同培养装置，一组置于25℃室温中，其余4组放入冰箱4℃冷藏室内，分别进行低温诱导培养24、36、48、72小时。而后制片、观察并拍摄照片。

　　将4℃条件下培养48小时的装置移到25℃条件下培养24小时，制片、观察及拍摄照片。

　　3.改进染色方法

　　教材中使用的染色剂是改良苯酚品红，其配制方法复杂、步骤繁琐，且药品的毒性较强，不宜在学生分组实验中使用。因此，我们弃繁就简，坚持使用龙胆紫作为染色剂，将医用的紫药水稀释5倍即配成粗制1%龙胆紫溶液。经实验发现，如果单纯用1%龙胆紫溶液染色，染色效果不很理想。通过查阅资料和实践摸索，按如下方法稍加改进，即可获得更好的染色效果。即在制片时，用龙胆紫染色5分钟后，再加1滴20%醋酸进行分色，约3～5秒后，用清水缓流冲洗3遍。

　　三、探究实验改进的结果与分析

　　经过上述改进，做出来的装片在显微镜下观察时看到的染色体图像更为清晰，如图1――图7是在不同温度中处理不同时间后的大蒜根尖有丝分裂的照片。

　　1.对人教版教材中“4℃诱导培养36小时”的分析

　　36小时的长度在时间安排上不太切合实际。如果第一天9∶00将大蒜培养装置放入4℃低温，则实验时间要安排在第二天的21∶00。这个时间点学生不可能来上实验课。如果第一天21∶00将大蒜培养装置放入4℃低温，则实验时间可以安排在第三天的9∶00开始，但是对于实验教师来说，晚上21∶00还要在实验室工作，太过辛苦。

　　此外，4℃诱导培养36小时后，制片中绝大多数细胞处于前期，染色体的形态还不清晰，处于中期或后期的细胞非常少，难以观察到染色体数量变化的情况，如图3所示。

　　因此，建议将4℃诱导培养的时间增加到48小时～72小时，一是便于实验的开展，二是实验的效果也较为明显，如图4～图6，处于分裂中期或后期的细胞数量多于4℃、36小时的诱导结果，从图像的对比上，较容易发现染色体数量增多了。

　　2.对于低温诱导染色体数量变化的分析

　　低温对细胞生命活动的影响，主要是通过降低酶的活性实现的，低温使细胞中各种酶促反应的速率下降，从而也影响纺锤丝的合成，阻碍某些细胞的一分为二的过程。但是，在低温环境条件下，部分细胞仍然可以完成染色体复制的过程（否则也不可能在低温诱导中出现染色体加倍的细胞了），甚至，有相当数量的细胞可以完成有丝分裂的全过程，因此，低温对染色体数量变化的诱导成功率不高。

　　将常温下的根尖细胞放入低温条件下培养后，间期的时间大大加长，视野中很难观察到分裂相的细胞，因此特别需要仔细观察和分辨。发生染色体数量加倍的细胞，必须是在前一个细胞周期中染色体已复制但细胞无法分裂为二的情况下，直接进入下一周期的分裂间期，完成了染色体的复制，进入到中期或后期时，才可在制片的显微观察中看到细胞中染色体数量的增加，因此，低温诱导的时间至少要达到常温下分裂周期的2～3倍或更长的时间。从本次实验的结果得出，4℃、48小时的低温诱导后，再经常温25℃、24小时的生长，能够看到较多细胞发生了染色体数量的变化，如图6。3.对图像中细胞内染色体数量变化的判断

　　如何判断细胞中染色体数量发生了变化？染色体数量是否加倍？这是本实验中最大的难题。限于中学生物学实验的水平和条件，几乎无法准确地从定量的层面解决这个问题，因此只能从感性的层面上进行初步判断，如图7。仔细寻找特征明显的细胞进行图像对比，让学生通过观察与比较，有一定的感性认识，对于中学生生物学实验而言即已达到本实验的目的了。

　　4.对实验困惑问题的分析

　　（1）用卡诺氏液固定后的根尖细胞，制片后观察到的染色体形态有些模糊，细胞图象不清晰。

　　我们发现若按人教版教材中的方法用卡诺氏液固定根尖0.5～1小时，然后用95%酒精冲洗2次（洗去冰醋酸），再转入70%酒精保存，这种方案一则大大地增加了实验教师的工作量，二则通过大量的实验发现，用卡诺氏液固定后的根尖细胞，染色体形态有些模糊，细胞图象不清晰，有弥散的现象，实验效果不佳。可能是卡诺氏液中的冰醋酸、酒精等成分对染色体的结构有一定的破坏作用。

　　建议无需经过卡诺氏液的固定，直接进行常规制片，即可获得满意的显微观察效果。

　　（2）在一天中的哪个时间段将培养装置放入4℃环境中进行低温诱导的效果最好？

　　从理论上分析，在有较多细胞处于分裂前期、中期、后期时，将培养装置放入4℃低温环境进行诱导的效果最佳。但是，不同的培养条件下，不同植物根尖细胞的分裂旺盛期可能有所不同。

　　本次实验分别选择了7∶00、9∶00与11∶00三个时间点进入不同时长的低温诱导实验，从实验结果上看，7∶00进入低温的这一组，实验效果较差。

　　（3）对在4℃环境中染色体数已经加倍的根尖细胞继续进行低温处理，细胞中的染色体数量是否还能继续不断地加倍？这也是许多学生感兴趣的问题。

　　细胞中的染色体数量的翻倍增长，需要消耗细胞中大量的物质和能量。实验观察到有些细胞中的染色体几乎占满了整个细胞的空间，这对于细胞各项生命活动的进行是不利的。因此，细胞中的染色体数量不可能不停地加倍。在低温环境中，细胞中的染色体数增加到一定数目的时候，细胞滞留于某个时期，根尖的生长速度非常缓慢，时间过长将最终导致根尖细胞死亡。

　　（4）是否有可能进行活细胞分裂过程的低温培养连续观察？

　　用果胶酶将根尖分生区细胞离散开，保持细胞活性，配置适宜的培养液，在相差显微镜下进行活体细胞分裂过程的显微观察，利用清晰的摄录装置记录全过程，便于分析研究。如果此设想可行，或许能够对染色体数量变化的过程有更进一步的理解和新的发现。

　　（5）能否以一种染色体数比较少的植物作为实验材料？

　　困扰本实验的一大难题是所用实验材料的细胞中染色体数偏多，洋葱和大蒜根尖细胞中的染色体数目均为2N=16。在中学的实验条件下，所制成的装片在显微观察中看到的都是许多染色体堆在一起，如果能够找到一种染色体数比较少的植物，那么本实验的探究活动将会有更好的效果。

　　经查阅资料，1986年06期《植物杂志》上张雄的“染色体数目最少的植物”文称菊科单冠毛属植物（Haplopappusgracilis）的体细胞染色体数目为2N=4，这是高等植物中染色体数目最少的一种植物。这种植物的染色体数目虽少，但“个子”较大，约7微米，用400-600倍光学显微镜可以观察清楚。这确实是理想的实验材料，如果能够以此植物为材料进行低温诱导植物染色体数目变化的探究，则细胞中染色体数目的变化就易于计数了。

　　籍本文与同行探讨“低温诱导植物染色体数目变化”实验，相关的探究有待继续开展。