实验二 减数分裂过程中的染色体行为观察
一、实验目的
（1）了解高等植物形成花粉时的减数分裂过程。
（2）掌握染色体标本制片技术。
二、实验原理
减数分裂只发生在生殖细胞形成的过程中，细胞连续分裂两次，而染色体只复制一次，结果染色体数目减半，所以称作减数分裂。减数分裂包括两次细胞分裂，第一次是减数的，而第二次是普通的有丝分裂。另外，第一次细胞分裂存在一个相当复杂的前期，而且存在同源染色体配对和交叉等现象。
三、实验材料
玉米（2n＝20）雄蕊，蚕豆（2n＝12）花药，洋葱（2n＝16）花药。
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
醋酸洋红，改良品红，卡诺氏固定液。
3．试剂制备
（1）醋酸洋红染色液，见实验一；
（2）改良苯酚品红染液，见实验一；
（3）卡诺氏固定液，见实验一。
五、实验步骤
1．取材
选择适宜取材时机是确保能观察到减数分裂各时期的关键。
北方产的玉米需要5月份取材，以上午8：30时间段为佳。除太老的分枝以外，在每一个分枝中，以中部偏上区域为比较成熟的部分，从此往尖端或基部，小穗逐渐幼嫩。玉米小穗是成对存在的，无柄小穗的发育时期比邻近的有柄小穗的发育时期要早，每小穗中有两朵小花，各有花药3个，第一朵小花比第二朵小花幼嫩，第一朵小花的分裂时期依各小穗着生部位不同有一定的顺序性，而同一朵小花的3个花药几乎处于同一发育时期。通常在一个分枝上从幼嫩的部位向较为成熟的区域混合制片，可以在一个片子中看到小孢子形成过程中的各个时期。
2．固定与保存
取刚开始孕穗的玉米植株（此时植株一般有12～14个展开的叶片），此时用手摸植株上部（喇叭口下部）有松软的感觉，表明雄花序即将抽出，用刀在顶叶近喇叭口处纵向划一刀，切口长10～15cm，剥开未展开的叶片，摘取幼嫩的雄蕊，放入卡诺固定液中固定12～24h，用95％乙醇洗脱醋酸，再移入70％的乙醇中，置于4℃冰箱内保存备用，固定时间一般在上午7～9时为宜，此时分裂相较多。
3．染色与制片
从固定保存的材料中取下一朵花蕾，置于载玻片上，用解剖针剥开内外颖片，可以看到3枚棒状的雄蕊，留下雄蕊，除去内外颖片，滴加少量的改良苯酚品红（或醋酸洋红），用解剖针将花粉囊挤破，使花粉母细胞游离出来，并将其均匀地涂布在载玻片上，除去囊壁残渣，盖好盖玻片，盖上吸水纸，用拇指轻压盖玻片，吸去周围多余的染液，勿使盖玻片移动。若细胞质染色过深，可在盖玻片一侧滴加45％乙酸，在另一侧用吸水纸吸，让乙酸从盖玻片下流过，达到分色目的。
4．镜检
在显微镜下查找花粉母细胞、二分体、四分体、花粉粒及各时期细胞。
六、实验结果
细胞的减数分裂包括第一次细胞分裂（前期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ）和第二次细胞分裂（前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ）。
1．前期Ⅰ（ProphaseⅠ）（图2．1）
（1）细线期（Leptotene stage）：染色体细长，在显微镜下呈细丝状，染色体在核内一侧缠绕在一起，可见核膜和核仁。
a b c
d e f
a细线期 b偶线期 c粗线期 d双线期 e～f终变期
图2．1 玉米减数分裂前期Ⅰ
（2）偶线期（Zygotene stage）：染色体稍粗些，同源染色体配对联会，这是减数分裂特有的现象。染色体比细线期略分散。
（3）粗线期（Pachytene stage）：联会过程完成，同源染色体间的互换发生在这一时期，但因同源染色体联会在一起，所以看不到交叉现象。这时亦可区分10个配对的双价体，每个双价体含有四个染色单体，但仅有两个着丝粒，染色体继续变短变粗。
（4）双线期（Diplotane stage）：联会力量消失，同源染色体分开，由于同源染色体分开，可清楚地看到交叉现象，呈X、V、O等形状。同时，由于交叉现象的存在，抑制了同源染色体的完全分离，交叉部位可能已发生互换而实现了染色体重组。
（5）终变期（Diakinesis）：染色体进一步变短、变粗，交叉点向染色体两极移动——短化现象。此时期可清楚地数出染色体的数目。终变期末，核膜消失，核仁也消失。
2．中期Ⅰ（MetaphaseⅠ）（图2．2a）
核仁、核膜消失，纺锤体形成，一个个二价体（同源染色体）排列在赤道板上，两个同源染色体的着丝粒逐渐远离。
a b c
a中期Ⅰ b后期Ⅰ c末期Ⅰ
图2．2 玉米减数分裂I期的分裂相
3．后期Ⅰ（AnaphaseⅠ）（图2．2b）
同源染色体逐渐向两极移动，但每条染色体有一个着丝粒含有两个染色单体。
4．末期Ⅰ（TelophaseⅠ）（图2．2c）
染色体到达两极后，染色体解旋，又呈细丝状，核膜形成，胞质分裂形成两个子细胞，每个子细胞只接受了每一对同源染色体中的一条染色体。
5．间期（Interphase）
即二分孢子时期。在此时间不发生DNA合成和染色体扶植。但有的植物和大多数动物不经过末期和间期，直接进入第二次减数分裂的晚前期。
6．前期Ⅱ（ProphaseⅡ）（图2．3a）
染色体变粗、变短。每个染色体含有一个着丝粒和纵向排列的两条染色单体。
7．中期Ⅱ（MetaphaseⅡ）（图2．3b）
纺锤体形成，染色体排列在赤道板上。
8．后期Ⅱ（AnaphaseⅡ）（图2．3c）
着丝粒分裂，两条染色单体移向两极，每极只含n条染色体。
9．末期Ⅱ（TelophaseⅡ）（图2．3d～f）
染色体逐渐解螺旋，变为细丝状，核膜重建，核仁重新形成，每个子细胞又形成两个新的子细胞，从而产生四分孢子，完成减数分裂的过程。
a b c
d e f
a前期Ⅱ b中期Ⅱ c后期Ⅱ d末期Ⅱ e四分孢子 f形成花粉
图2．3 玉米减数分裂Ⅱ期的分裂相
七、实验作业
（1）绘制观察到的植物细胞减数分裂各个时期的典型细胞（示染色体形态）。
（2）比较有丝分裂和减数分裂的异同。
（3）双线期的交叉现象具有怎样的遗传学意义？
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