植物细胞有丝分裂观察

有丝分裂，又称为间接分裂，由W. Fleming (1882)年首次发现于动物及E. Strasburger（1880）年发现于植物。特点是有纺锤体染色体出现，子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于高等动植物(动物和高等植物)。是真核细胞分裂产生体细胞的过程。

细胞周期
分裂具有周期性。即连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期，（这两个阶段所占的时间相差较大，一般分裂间期占细胞周期的90%-95%；分裂期大约占细胞周期的5%-10%。细胞种类不同，一个细胞周期的时间也不相同。）分裂期又分为分裂前期、分裂中期、分裂后期和分裂末期。细胞在分裂之前，必须进行一定的物质准备。细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个过程。有丝分裂是一个连续的过程按先后顺序划分为间期、前期、中期、后期和末期五个时期，在前期和中期之间有时还划分出一个前中期。

自分裂期开始到核膜解体为止的时期。间期细胞进入有丝分裂前期时，核的体积增大，由染色质构成的细染色线逐渐缩短变粗，形成染色体。因为染色体在间期中已经复制，所以每条染色体由两条染色单体组成。核仁在前期的后半渐渐消失。在前期末核膜破裂，于是染色体散于细胞质中。

动物细胞有丝分裂前期时靠近核膜有两个中心体。每个中心体由一对中心粒和围绕它们的亮域，称为中心质或中心球所组成。由中心体放射出星体丝，即放射状微管。带有星体丝的两个中心体逐渐分开，移向相对的两极。这种分开过程推测是由于两个中心体之间的星体丝微管相互作用，更快地增长，结果把两个中心体（两对中心粒）推向两极，而于核膜破裂后终于形成两极之间的纺锤体。

前中期的主要过程是纺锤体的最终形成和染色体向赤道面的运动。纺锤体有两种类型：一为有星纺锤体，即两极各有一个以一对中心粒为核心的星体，见于绝大多数动物细胞和某些低等植物细胞。一为无星纺锤体。两极无星体，见于高等植物细胞。 曾经认为有星纺锤体含有三种纺锤丝，即三种微管。

一种是星体微管，由星体散射出的微管；

二是极微管，是由两极分别向相对一级方向伸展的微管，在赤道区来自两极的极微管互相重叠。现在认为极微管可能是由星体微管伸长形成的。

三是着丝点微管，与着丝点联结的微管，亦称着丝点丝或牵引丝。着丝点是在染色体的着丝粒的两侧发育出的结构。有报告说着丝点有使微管蛋白聚合成微管的功能。无星纺锤体只有极微管与着丝点微管。

中期 （metaphase）

从染色体排列到赤道面上，到它们的染色单体开始分向两极之前，这段时间称为中期。有时把前中期也包括在中期之内。中期染色体在赤道面形成所谓赤道板。从一端观察可见这些染色体在赤道面呈放射状排列，这时它们不是静止不动的，而是处于不断摆动的状态。中期染色体浓缩变粗，显示出该物种所特有的数目和形态。因此有丝分裂中期适于做染色体的形态、结构和数目的研究，适于核型分析。中期时间较短。

 

 

后期 （anaphase）

有丝分裂后期　　每条染色体的两条姊妹染色单体分开并移向两极的时期。分开的染色体称为子染色体。子染色体到达两极时后期结束。染色单体的分开常从着丝点处开始，然后两个染色单体的臂逐渐分开。当它们完全分开后就向相对的两极移动。这种移动的速度依细胞种类而异，大体上在0.2～5微米/分之间。平均速度为 1微米/分。同一细胞内的各条染色体都差不多以同样速度同步地移向两极。子染色体向两极的移动是靠纺锤体的活动实现的。

 

末期 （telophase）

从子染色体到达两极开始至形成两个子细胞为止称为末期。此期的主要过程是子核的形成和细胞体的分裂。子核的形成大体上是经历一个与前期相反的过程。到达两极的子染色体首先解螺旋而轮廓消失，全部子染色体构成一个大染色质块，在其周围集合核膜成分，融合而形成子核的核膜，随着子细胞核的重新组成，核内出现核仁。核仁的形成与特定染色体上的核仁组织区的活动有关。 细胞体的分裂称胞质分裂。动物和某些低等植物细胞的胞质分裂是以缢束或起沟的方式完成的。缢束的动力一般推测是由于赤道区的细胞质周边的微丝收缩的结果。微丝的紧缩使细胞在此区域产生缢束，缢束逐渐加深使细胞体最后一分为二。

 

高等植物细胞的胞质分裂是靠细胞板的形成。在末期，纺锤丝首先在靠近  有丝分裂末期两极处解体消失，但中间区的纺锤丝保留下来，并且微管增加数量，向周围扩展，形成桶状结构，称为成膜体。与形成成膜体的同时，来自内质网和高尔基器的一些小泡和颗粒成分被运输到赤道区，它们经过改组融合而参加细胞板的形成。细胞板逐渐扩展到原来的细胞壁乃把细胞质一分为二（图3）。细胞质中的有关细胞器，如线粒体，叶绿体等不是均等分配，而是随机进入两个子细胞中。细胞板由两层薄膜组成，两层薄膜之间积累果胶质，发育成胞间层，两侧的薄膜积累纤维素，各自发育成子细胞的初生壁。

 

【细胞有丝分裂记忆口诀】

(一)有丝分裂

前期：膜仁消失现两体

中期：形定数晰赤道齐

后期：点裂体增均两极

末期：两消两现重开始
 

（二）分裂期口诀

前期：膜仁失，两体现；

中期：体列中，数清晰；

后期：点裂增，体均分；

末期：前期反，中现板（植物）。

 

参与有丝分裂的细胞器

中心体——与纺锤体的形成有关；

线粒体—与提供能量有关 ；

高尔基体——与植物新形成的细胞壁有关

核糖体——与间期进行的DNA复制需要的蛋白质有关

经试验摸索， 发现蚕豆侧根是一种非常理想的观察植物细胞有丝分裂材料。步骤如下：

1 蚕豆苗及侧根的培养 选择无霉变、无虫害的蚕豆种子，加清水浸泡 24h，取出埋入湿润黄沙或河沙中，蚕豆埋入沙中深度以 2～3 cm 为宜，在室温下培养（夏季气温高可放在阴凉处，冬季气温低可放在朝阳避风处，有条件的学校可置 25℃恒温箱中培养） ，每天洒少量水，以防沙失水干燥。 待主根长至 2～3 cm，拔出蚕豆苗，剪去其主根尖生长点，以促使侧根生长，再将苗埋入沙 中继续培养。在温度适宜情况下，7 天（包括浸种时间在内）左右可长出 1～2cm 侧根，一 般每根主根上可生侧根 6～10 根不等。若继续保持沙粒湿润，放在室温环境中，侧根在 2～ 3 周内仍可保持旺盛生长，且其分生组织中细胞分裂活动仍呈活跃状态。

 

2 取样 取 1～2 cm 长、粗壮侧根，在清水中洗去附着其上的沙粒，用刀片将根尖端纵剖为二， 切口长度以 2～3mm 为宜。纵剖根尖的目的是使根尖内部组织得到充分解离，并缩短在解离液中的处理时间。

 

3 解离 将纵剖后的整条根尖放入 1mol/L HCl 溶液中，在室温下解离 6～8 min。解离时间长短 与室温有关，室温高时，可适当缩短时间，反之亦然。一般以根尖完全酥软为度。

 

4 漂洗 待根尖酥软后，用镊子取出，放入清水中漂洗 2～3min。

 

5 染色 把漂洗后的根尖放在载玻片中央，用刀片截下 2～3mm 根尖，用吸水纸吸去根尖周围 的水，加 1～2 滴改良石炭酸品红染液，在室温下染色 6～10min。为进一步提高染料对染 色体的着色效果，可将载玻片置酒精灯火焰上方缓慢加热数分钟，以染液不沸腾为适，待染液即将挥发干时停止加热。

 

6 制片 用吸水纸吸去根尖周围多余染液，加 1 滴清水，吸干，再加 1 滴清水，盖上盖玻片，在盖玻片上再加1片载玻片，用力压片。 

 

7 显微镜观察 将制成的装片先在低倍镜下找到生长点区域，该区域的特征是：细胞略呈正方形，且紧密排成束状，细胞核与核间距≤核直径；核间距≥2 倍核直径的区域，分裂相细胞少。找到 生长点区域后，再换成高倍镜进行分裂相各期细胞的观察。 

 

8 不同染色液的染色效果 用结晶紫、醋酸洋红、醋酸地衣红和改良石炭酸品红分别染蚕豆侧根，结果显示改良石炭酸品红染色效果最好；而用其它3种染液染后，染色体形态的清晰度较前者略差。

 

 9 蚕豆主、侧根观察效果的差异 蚕豆主、 蚕豆主根培养时间短，根粗大，以往报道用蚕豆作为有丝分裂观察材料，多用其主根。 我们用不同的解离液和染色液处理主根，结果显示主根分生组织细胞的细胞质着色颗粒多， 导致背景着色深，难以观察到染色体形态，实验效果较差。而其侧根染色后，背景着色均较 浅，染色体形态清晰。主根观察效果差的原因可能是取材部位或染色液浓度不当，或是其细 胞的细胞质成分差异所致。其真实原因，有待进一步研究。

通过几个轮次的实验教学实践表明， 蚕豆侧根是一种非常理想的观察植物细胞有丝分裂 的材料，与洋葱相比，它显示出如下的优点：l）可供实验用的根尖（具有大量分裂相细胞） 维持时间长 在室温环境下保持培养沙湿润， 其主根上不断长出分裂活动旺盛的侧根的时间 可维持 3 周；2）分裂相旺盛期持续时间长 从上午 9 时到下午 6 时任何时间取样都能观察 到大量的分裂相细胞，避免了老师因用洋葱作材料而不得不利用休息时间在正午或晚间取材、固定带来的麻烦，减少了老师的工作量；同时直接用新鲜材料观察既提高了实验效果， 也增强了教学的直观性；另外，蚕豆侧根分裂相细胞所占比例高，一般在1个视野里可见数个不同期的分裂相细胞，有的压片部位在1个视野里可看到有丝分裂各期细胞；3）采用改良石炭酸品红液染色，其细胞质着色浅， 而染色体着色深，染色体大，视野清晰，便于观察； 4）材料易得，无季节性限制，培养方便，种子萌发率高，发根量大。