专题一 植物染色体专题实验

摘要：植物染色体的研究，因为有了细胞壁的存在，所以要比动物的复杂一些，在本专题中，着重观察植物细胞的有丝分裂、减数分裂和多倍体组型。在有丝分裂中，分为有丝分裂间期和有丝分裂期，其中有丝分裂期又可分为，前、中、后、末四个时期。减数分裂中，除了有第一次减数分裂与第二次减数分裂的区分外，其特点为第一次减数分裂的前期特别长。在观察多倍体时，诱导而得到的同源多倍体比一般的个体染色体有成倍增加的现象。

关键词：有丝分裂 减数分裂 多倍体

正文：
实验（一）植物细胞有丝分裂的制片与观察
前言：
实验原理：
在植物生长旺盛的部位，有进行细胞分裂的分生组织，主要分布在植物的根尖、节间、茎的生长点、芽及其它生长活跃的部位。其分裂的方式是有丝分裂，从这些地方取材，经过固定、解离、染色、压片，则可以在一个实验材料的不同部位观察到有丝分裂的全过程，因为有丝分裂的分裂间期要比分裂期长很多，所以在观察材料时多数细胞并没有处于细胞分裂期。
固定是指用化学药剂（常用Carnoy固定液 95%乙醇：冰醋酸=3:1，其中的乙醇是脱水剂，冰醋酸是一种膨胀剂）既将细胞迅速杀死又可以保持细胞真实生活状态的过程。
解离的目的是将分生组织细胞间的果胶质和纤维素破坏掉，在制片过程中细胞容易分散开，常用的解离方法是酸解。
在进行染色体计数的实验时，则要对实验材料进行前处理，阻止细胞分裂过程中纺锤体的形成，使细胞停止在分裂的中期，这时细胞的染色体散落在细胞核中，便于观察。通常所用的试剂为0.05-0.1mol/L的秋水仙素溶液，起到打断纺锤丝的目的。
经实验观察有丝分裂的过程是：
前期：核膜核仁消失，染色体浓缩，复制已完成，着丝点未分开。
中期：染色体的着丝点与纺锤丝相连，且排列在赤道板上，是数染色体数的最佳时期。
后期：染色体的着丝点分开，姐妹染色单体分向两极。
末期：染色体到达两极，开始解螺旋，核膜核仁重新出现。

实验试剂、器材：
1、材料
大蒜（Allium sativum 2n=16）
2、试剂
95%乙醇、冰醋酸、石炭酸品红、1mol/L HCl、0.05%-0.1%的秋水仙素。（Carnoy固定液为95%乙醇：冰醋酸=3:1）
3、器材
恒温培养箱、显微镜、水浴锅、载玻片、盖玻片、单面刀片、镊子、培养皿、量筒、吸水纸。

实验步骤：
1、准备实验材料
将大蒜置于适宜的条件下，使其根生长至1.5-2cm时，将根前端2-3mm取下，注意取根的时候需要在大蒜的细胞分裂高峰期进行，对于大蒜的根来说，上午的9-11点、下午的15-17点都是分裂高峰期。
2、前处理与固定
在作观察有丝分裂过程的实验时，取下来的根尖可以直接放入固定液中固定4-24小时，以达到最佳固定效果。
在作观察染色体形态和数目的实验时，根尖要经过前处理的过程，即用秋水仙素溶液在室温下浸泡处理2-4小时可达理想效果，如时间过长，染色体变得太短不利于观察，后进行固定，时间以4-24小时为最佳。
3、解离 
将1 mol/L HCl溶液放在60℃恒温水浴锅中进行预热，随后将根尖放入，解离时间依材料而定，大蒜可解离4分15秒。
4、水洗与低渗 
解离后的材料要用清水冲洗3-5次，以达到后低渗的目的以利于压片，而且不低渗会影响染色效果。
5、染色与压片 
用解剖针将材料的1/3在载玻片上碾碎，使材料尽量铺开，滴石炭酸品红染色5分钟。压片时先盖上盖片，在没有用力压之前，先用手固定住盖玻片用镊子在材料部位轻敲几下，之后再用力压实。
6、镜检 
压好的片子要先放在低倍镜下观察。寻找不同分裂时期的典型细胞，转换成高倍镜观察。

观察结果和分析：
    在镜检中，我们会发现一个视野中的绝大多数是没有进行分裂的细胞，这是因为有丝分裂的间期远远长于分裂期的缘故。

实验（二）植物细胞减数分裂的制片与观察
前言：
实验原理：
在有性生殖过程中必不可少的是配子形成的过程，而配子形成的过程仅仅发生在生殖器官中特化的生殖细胞中。生殖细胞通过减数分裂而形成。减数分裂包括两次特化的连续的细胞分裂，形成的子细胞的染色体数由二倍体数目减少为单倍体数目。配子的染色体数必须在配子发生中减半，才能保持受精后此物种的特征性染色体数目。
在植物中，大孢子发生和小孢子发生的减数分裂直接产生的不是配子，而是单倍体的大孢子和小孢子。他们进行一系列的均等分裂，分别发育为雌配子体和雄配子体。
第一次减数分裂包括：
1、前期：
①细线期：染色体细长交织状，染色体团在一起，显微镜下看不到已形成的两条单体。
②偶线期：染色体螺旋化，同源染色体开始配对，出现深染的颗粒--染色纽。
③粗线期：染色体进一步螺旋化变短变粗，能看到染色体的双重性，原20条染色体现变为10个二价体。
④双线期：配对的同源染色体开始分开，非姐妹染色单体有一点或多点交叉。
⑤终变期：核膜核仁开始消失，双价体开始向赤道面移动，纺锤体开始形成，出现端化现象。
2、中期：染色体端化完成，交叉消失，核膜核仁也消失，二价体均匀的排列在赤道板上，纺锤体也已形成。
3、后期：二价体的同源染色体彼此分开，移向两极，染色体开始解旋。
4、末期：染色体重新变成染色质，核膜核仁出现，形成两个子核，每个
中含有一半的遗传物质，进入第二次减数分裂。
第二次减数分裂过程即为一次有丝分裂的过程。

实验的试剂、器材：
1、材料：玉米（Zea mays 2n=20）
2、试剂：95%乙醇、冰乙酸、硫酸高铁铵、苏木精。
3、器材：酒精灯、镊子、解剖针、烧杯、载玻片、盖玻片、吸水纸、量筒、显微镜。

实验步骤：
1、实验材料的准备：
   玉米雄穗出前7-10天，于上午7-9点，选择玉米喇叭口下部有松软感的植株，用到纵向划一切口，播出发于适宜的花絮，立即侵入Carnoy固定液中。 固定后的材料置冰箱中保存备用。 后从固定液中取出1-2朵小花，用解剖针拨取雄蕊，剥离花药时要注意将颖片剥离干净，使用的镊子和解剖针不得损坏花药，否则花粉母细胞会从伤口流出。
2、媒染 
剥离出的花药放进4%硫酸铁铵水溶液中进行媒染，时间需4小时以上，其目的是让花粉母细胞中进入Fe离子，这些Fe离子可以和染液发生反应，增强染色效果。
3、水洗 
媒染过后的花药要彻底水洗，洗净花药表面的Fe离子，否则会影响染色效果。
4、染色 
将洗净的花药放入0.5%的苏木精染色4小时以上，为了增强颜色效果，可在27℃的温箱里进行染色。
5、水洗 
洗净花药表面的染料。
6、压片 
去花药放在载玻片上，滴一滴45%的冰醋酸，并在酒精灯上加热5秒后盖上盖片（注意不要让冰醋酸沸腾），用吸水纸折叠两层覆在盖玻片上吸收多余的热醋酸后压实。
7、镜检 
观察结果和分析：

实验（三）植物多倍体诱发实验
前言
实验原理：
多倍体广泛地存在于植物界，目前已知被子植物中有三分之一以上的物种是多倍体，小麦六倍体、棉花四倍体，也可以采用高温、低温、嫁接、切断和射线处理等物理方法和化学药剂处理方法，在这些方法中，最为理想的是化学方法中的秋水仙素。
    秋水仙素是由百合科秋水仙属的秋水番红花—秋水仙素（Colchicum autumnale） 的种子和器官中提炼出来的一种生物碱。其作用机理为，细胞分裂时打断纺锤丝，抑制纺锤体的形成，进而细胞不能继续分裂而形成了染色体的加倍。
对多倍体的鉴定，除了检查染色体数目变化外，形态特征的变异也是一个重要的方面，多倍体植物的气孔、花器、花粉粒、种子、果实等部分明显的变大，气孔的数目减少而密度变稀，同源多倍体育性有所降低，所以同源多倍体中有部分畸形的不育花粉粒。

实验试剂、器材：
1、材料
大蒜 (Allium sativum 2n=16)
2、试剂
秋水仙素、乙醇、冰乙酸、1mol/L盐酸、石炭酸品红。
4、器材
恒温水浴锅、显微镜、天平、培养皿、镊子、刀片、吸水纸、载玻片、盖玻片

实验步骤：
1、生根 
将大蒜置于适宜的条件下，使其根生长至1.5-2cm时，将根前端2-3mm取下，注意取根的时候需要在大蒜的细胞分裂高峰期进行，对于大蒜的根来说，上午的9-11点、下午的15-17点都是分裂高峰期。
2、秋水仙素诱导 
根生到1.5～2㎝的时候，将大蒜转入0.1%的秋水仙素溶液中培养，抑制纺锤体形成，染色体不分向两极，也不分裂成两个细胞。
3、取材 
高峰期：上午9～11点、下午16～17点。
4、固定 
将根尖用清水洗净，放在Carnoy固定液中，固定24小时，放入70%的酒精中保存。
5、根尖压片 
取根尖分生组织一部分放在载片上，用解剖针把材料碾碎展开，滴一滴石炭酸品红染色5分钟，盖上盖片，轻敲材料处后压实。