有丝分裂过程中的染色体行为观察

实验一　有丝分裂过程中的染色体行为观察

一、实验目的

（1）学习和掌握染色体压片技术。

（2）观察植物根尖细胞有丝分裂各个时期染色体的形态特征和动态变化。

二、实验原理

细胞分裂是生物个体生长和生命延续的基本特征，其中有丝分裂是生物体细胞增殖的主要方式。在有丝分裂过程中，细胞核内染色体能准确地复制，并能有规律地、均匀地分配到两个子细胞中去，使子细胞的遗传组成与母细胞完全一样，从而可以推断生物性状的遗传与染色体的准确复制和均等分配有关。支配生物性状的遗传物质主要存在于细胞核内的染色体上。

细胞有丝分裂是一个连续过程，可分为前期、中期、后期和末期。有丝分裂在整个细胞周期中约占10％的时间，而细胞周期其余大部分时间是处于连续两次分裂的细胞间期。有丝分裂的各时期染色体变化的特征简述如下：

前期：核内染色体逐渐浓缩为细长而卷曲的染色体，每一染色体含有两个染色单体，它们具有一个共同的着丝点；核仁和核膜逐渐模糊不明显。

中期：核仁和核膜逐渐消失，染色体缩短变粗，各染色体排列在赤道板上。从两极出现纺锤丝，分别与各染色体的着丝粒相连，形成纺锤体。中期染色体呈分散状态，便于鉴别染色体的形态和数目。

后期：各染色体着丝点处分裂为二，连接的两个染色单体也相应分开，成为两个染色体，并各自随着纺锤丝的收缩而移向两极，每组有一套染色体，其数目和原来的染色体数目相同。

末期：分开在两极的染色体各自组成新的细胞核，在细胞质两极赤道板处形成新的细胞壁，使细胞分裂为二，形成两个子细胞。这时细胞进入分裂间期。

间期：细胞分裂末期到下一次细胞分裂前期间的一段时间。在光学显微镜下，看不到染色体，只能看到均匀一致的细胞核及其中许多的染色质。实际上，此时核处于高度活跃的生理生化的代谢阶段，为细胞继续分裂准备条件。

高等植物有丝分裂主要发生在根尖、茎生长点及幼叶等部位的分生组织。由于根尖取材容易，操作和鉴定方便，故一般采用根尖作为观察有丝分裂的适宜材料。

三、实验材料

洋葱（Allium cepa，2n＝16）的鳞茎，蚕豆（Vicia faba，2n＝12）的种子。

四、实验用具和试剂

1．仪器用具

显微镜，乙醇灯，恒温箱，水浴锅，培养皿，载玻片，盖玻片，镊子，刀片，解剖针，木夹，吸水纸，滤纸，标签，铅笔等。

2．药品试剂

无水乙醇，95％乙醇，80％乙醇，70％乙醇，1M盐酸，醋酸洋红，卡诺氏（Carnoy’s）固定液，氢氧化铁，秋水仙素。

3．试剂制备

醋酸洋红染色液：将45mL醋酸加入到55mL蒸馏水中，加入洋红1g，煮沸，使其充分饱和，冷却过滤，并加醋酸铁或氢氧化铁（媒染剂）水溶液数滴或在加入1g洋红的同时加入1枚大头针，煮沸，然后文火2～3h，冷却过滤。

改良苯酚品红染液：将3g碱性品红溶入100mL　70％酒精，取其中10mL加入到90mL　5％苯酚水溶液中，搅拌均匀。从中取55mL溶液加入到6mL的冰醋酸和6mL的38％的甲醛中。取混合液20mL，加45％冰醋酸80mL，充分混匀，再加入1g山梨醇，放置14d后使用，可保存3年。

卡诺氏（Carnoy’s）固定液：

配方Ⅰ：纯酒精3份＋冰醋酸1份。

配方Ⅱ：纯酒精6份＋冰醋酸1份＋氯仿3份。

也可用甲醇和冰醋酸3∶1混合。该固定液是研究细胞分裂和染色体的优良固定液，使用时需要现用现配，长时间放置会影响固定效果，固定时间不宜过久。必要时可以调整酒精（或甲醇）与冰醋酸之间的比例。增加冰醋酸量，有助于细胞膨胀，染色体舒展，但是也容易导致细胞破裂和染色体散失。

五、实验步骤

1．材料准备

选取新鲜饱满的蚕豆种子，加少量热水（90℃左右）搅拌1～2min，倒入冷水调节温度，使其达45℃～50℃，放置过夜，使种子充分吸水膨胀。然后，将水倒出，用蒸馏水清洗，捞出后，包于干净的双层湿纱布中，置于25℃培养箱中。待种子开始萌发时取出，使胚根外露出向下插入经水洗过的湿锯末中，锯末厚度3～5cm，保持温湿条件继续培养。当胚根长到1．5～2．0cm时，切除主根根尖，继续埋入湿锯末中，使其生出侧根。当侧根长至1．5cm左右时，用水洗净根系，用吸水纸尽量吸干种子及胚根上的水分。将长出侧根的蚕豆置于0．1％秋水仙素溶液（量以浸没根尖为宜），保存在8℃培养箱中（这样处理，可抑制和破坏纺锤丝的形成，促使染色体缩短和分散）。然后，用刀片或剪刀将上述处理的根尖剪下1cm左右，以卡诺固定液在室温条件下固定2～24h，固定液用量为根尖材料体积的15倍以上。固定完成后，用95％乙醇冲洗根尖后，置于70％乙醇中。在0℃～4℃冰箱中可保存1～2年。

2．染色体标本的制作

将数根根尖放入盛有醋酸洋红染色液（5mL）的小指管中，用木夹夹住，在乙醇灯上加热煮沸，稍离火，再烧沸，重复7～8次，使根尖软化着色。加热时，要先预热并不断摇动试管，以防煮沸的染色液冲出试管。然后将处理过的根尖倒入表面皿中，取根尖，置于载玻片上，切取根尖分生组织约1．5mm，加1滴醋酸洋红，盖上盖玻片，包被吸水纸吸干多余染色液，用手指轻压，再用带皮头的玻璃棒垂直轻敲。注意：敲打时，不要移动盖玻片。

3．镜检

先用低倍显微镜寻找有分裂相的细胞，随机统计100个细胞，确定处于不同分裂时期的细胞的百分率，然后再用高倍镜仔细观察各时期染色体的行为和特征。

六、作业

（1）制作细胞有丝分裂各时期图像清晰的片子1～2张。

（2）对所观察到的有丝分裂各时期细胞分裂相进行绘图，并简要说明染色体的行为特征。

七、分裂相（参考）

图1．1　蚕豆有丝分裂相

图1．2　蚕豆有丝分裂相（示分裂中、后期）

图1．3　蚕豆有丝分裂中期分裂相