洋蔥根尖的細(xì)胞分裂

洋蔥根尖的細(xì)胞分裂一、教材分析本實(shí)驗(yàn)選自2019年人民教育出版社高中《生物》必修1。該實(shí)驗(yàn)包括裝片制作和顯微觀察兩大環(huán)節(jié)，裝片制作包括解離、漂洗、染色和制片四步。實(shí)驗(yàn)材料和裝片制作的好壞決定了實(shí)驗(yàn)的效果，根據(jù)以往學(xué)生做的情況以及預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看，該實(shí)驗(yàn)的成功率不高，一個(gè)班一般只有3-5個(gè)同學(xué)能做出相對(duì)較好的結(jié)果，主要有以下幾個(gè)問題：1．取材時(shí)間比較局限。教材所用的材料是洋蔥根尖，其分裂旺盛期是上午10點(diǎn)至下午2點(diǎn)，但生物課不一定都在這個(gè)時(shí)間段，導(dǎo)致學(xué)生臨時(shí)取材難以觀察到各時(shí)期的細(xì)胞。2．實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)。按教材方法，臨時(shí)裝片制作需20min，顯微觀察并記錄結(jié)果至少要8分鐘，加上原理講解和結(jié)果分析，難以一節(jié)課內(nèi)完成。3．操作不便。按教材所述，取2-3mm的根尖進(jìn)行解離，這個(gè)長(zhǎng)度難以夾取，且染色后不易找到。4．解離欠充分，細(xì)胞難分離。用體積分?jǐn)?shù)為95%的酒精和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的鹽酸解離5min，細(xì)胞難以被壓散成單層細(xì)胞，影響觀察，如圖1。

圖1

洋蔥根尖細(xì)胞有絲分裂顯微照片（左圖放大40倍，右圖放大400倍）5.染色效果欠佳。教材所用的染色劑為0.01g/ml的甲紫溶液（舊稱龍膽紫溶液），圖1為染色3min的效果，染色太深且細(xì)胞質(zhì)也會(huì)被染成紫色，不利于染色體的觀察。由于存在上述問題，只有少數(shù)同學(xué)能做出相對(duì)較好的結(jié)果，大部分同學(xué)要看永久裝片，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)感不好。二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要點(diǎn)為提高實(shí)驗(yàn)效果，我?guī)ьI(lǐng)生物興趣小組的同學(xué)對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改良。1．實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化。洋蔥根尖的分裂旺盛期短，我鼓勵(lì)學(xué)生查找資料并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，嘗試尋找一種分裂旺盛期更長(zhǎng)的材料。最終鎖定了韭蘭。韭蘭是一種校園內(nèi)常見且生命力強(qiáng)的植物，南北方均適合種植，水培條件下一天就可以長(zhǎng)1-2cm，且分裂旺盛期長(zhǎng)，從早上7點(diǎn)到下午6點(diǎn)，有效解決了取材時(shí)間限制的問題，如圖2。圖2均是用改良方法實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，紅圈所示為分裂期細(xì)胞。

圖2

不同時(shí)間取材的韭蘭根尖細(xì)胞有絲分裂顯微照片（按改良方法實(shí)驗(yàn)）那么，對(duì)于洋蔥根尖等分裂旺盛期短的材料，能否采取別的方法解決該問題？我提示學(xué)生查閱了必修二教材，學(xué)生發(fā)現(xiàn)卡諾氏液可以固定殺死細(xì)胞，維持染色體的形態(tài)，所以學(xué)生大膽遷移，可以先在旺盛期將根尖用卡諾氏液固定，再放70%酒精中保存，資料顯示可以保存幾年，同樣可以解決實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制。2．實(shí)驗(yàn)步驟的優(yōu)化。針對(duì)教材取2-3mm的根尖，不易夾取和找到的問題，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了以下改良：（1）直接將1-2cm的根尖放入1.5ml的EP管中解離。1=2cm根尖較長(zhǎng)，容易夾取和找到，EP管體積小且密封性好，極大地減少了解離液的用量，還可防止揮發(fā)、重復(fù)使用，更加環(huán)保。（2）解離并漂洗完后再在載玻片上切2-3mm的根尖，并直接在載玻片上染色，使操作更便捷。3．實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是使細(xì)胞充分分散成單層細(xì)胞，而實(shí)際按教材操作，很難做到。為此，我們改良了壓片的方法，染色并蓋片后，隔著濾紙用力按壓根尖所在部位，并用鑷子背端輕敲未分散的區(qū)域，控制好力度，使細(xì)胞分散成云霧狀，如圖3。

圖3

未用鑷子背端輕敲（左）和用鑷子背端輕敲（右）的壓片效果圖雖然改良了壓片方法，但細(xì)胞還是沒有完全分散，分析其原因，可能胞間層沒有被充分瓦解。資料顯示，解離液中瓦解胞間層的主要成分是鹽酸，所以我們大膽提出直接將解離液換成了5mol/L的鹽酸，進(jìn)行了對(duì)比，解離效果好了很多，如圖4。

圖4

用不同解離液解離的韭蘭根尖細(xì)胞有絲分裂顯微照片

（左圖用95%酒精和15%鹽酸解離5min，右圖用5mol/L鹽酸解離5min）4．教材中要求解離完漂洗10min后再染色，極大的延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。為此，我嘗試縮短了漂洗的時(shí)間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)漂洗30s的效果其實(shí)與10min的差別不大，如圖5.且滬教版教材也是漂洗30s后就進(jìn)行染色。通過縮短縮短漂洗時(shí)間，使裝片制作的時(shí)間極大的縮短了，從而保證了理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作一節(jié)課內(nèi)能夠完成，提高了教學(xué)效率。

圖5

漂洗不同時(shí)間后的韭蘭根尖細(xì)胞有絲分裂顯微照片

（左圖5mol/L鹽酸解離5min，漂洗10min，右圖5mol/L鹽酸解離5min，漂洗30s）5．針對(duì)甲紫溶液染色太深且特異性差的問題，我們嘗試了多種染色劑，最終發(fā)現(xiàn)改良的苯酚品紅染液的效果明顯優(yōu)于甲紫，如圖6。改良的苯酚品紅染液特異性強(qiáng)，染色清晰，幾乎只有染色體被染色，細(xì)胞質(zhì)呈無色，對(duì)比更明顯，有利于染色體的觀察。

圖6

用不同染色劑染色后的韭蘭根尖細(xì)胞有絲分裂顯微照片（左圖用甲紫溶液染色3min，右圖用改良的苯酚品紅溶液染色5min）6．通過材料和操作步驟的優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)效果明顯改良，成功率也顯著提高了。以前一個(gè)班只有3-5個(gè)同學(xué)成功，改良后，至少有一半的同學(xué)能得到理想的結(jié)果。綜上所述，通過實(shí)驗(yàn)改良，實(shí)現(xiàn)了分裂相更多、細(xì)胞更分散、操作更便捷、實(shí)驗(yàn)時(shí)間更短、染色更清晰和成功率更高的效果。三、實(shí)驗(yàn)原理有絲分裂常見根尖等分生區(qū)細(xì)胞。由于各細(xì)胞的分裂是獨(dú)立的，因此在同一分生組織中可看到不同分裂時(shí)期的細(xì)胞。通過在高倍顯微鏡下觀察染色體的存在狀態(tài)，就可判斷各細(xì)胞處于有絲分裂的哪個(gè)時(shí)期。染色體易被堿性染料（如甲紫溶液、醋酸洋紅和改良的苯酚品紅溶液）著色。四、實(shí)驗(yàn)器材1．植物：韭蘭2．器材：顯微鏡、載玻片、蓋玻片、玻璃皿、剪刀、鑷子、滴管3．試劑：卡諾氏液、70%的酒精、5mol/L的鹽酸、改良的苯酚品紅溶液五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容1．實(shí)驗(yàn)原理和試劑的作用2．洋蔥根尖細(xì)胞有絲分裂裝片制作的方法和注意事項(xiàng)3．有絲分裂過程的物理模型和細(xì)胞周期的數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)（一）生命觀念對(duì)比根尖四個(gè)區(qū)域細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，使學(xué)生樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念（二）科學(xué)思維1．對(duì)比按教材操作和改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案操作的實(shí)驗(yàn)效果，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維

2．匯總數(shù)據(jù)，得出細(xì)胞周期的數(shù)學(xué)模型，并利用模具構(gòu)建有絲分裂模型，培養(yǎng)建模的科學(xué)思維能力（三）科學(xué)探究以課題探究的形式展開教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生全程參與，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力（四）社會(huì)責(zé)任減少實(shí)驗(yàn)用量，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)的處理剩余材料和廢液，探究環(huán)境因素對(duì)根尖有絲分裂的影響，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程八、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)1．通過預(yù)實(shí)驗(yàn)、小組長(zhǎng)制和實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，有效提高了課堂效率和實(shí)驗(yàn)成功率，學(xué)生體驗(yàn)感更好。2．開展三主課堂，以老師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體